高頻電子線路-變頻電路-課件

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2009.122009.12 第九章 變頻電路2高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP無(wú)線電發(fā)送與接收設(shè)備組成音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成 3高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP第九章 變頻電路 u主要內(nèi)容主要內(nèi)容概述概述晶體三極管混頻晶體三極管混頻二極管混頻器二極管混頻器模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器混頻器的干擾與失真混頻器的干擾與失真4高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻

2、電路第九章變頻電路 FP FP第一節(jié)第一節(jié) 概述概述1、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的中頻、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的中頻 頻率，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。頻率，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。時(shí)域表示法時(shí)域表示法頻域表示法頻域表示法 一、變頻電路的功能一、變頻電路的功能5高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP2、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個(gè)三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個(gè)三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。本地振蕩信號(hào)本地振蕩信號(hào) )(LLfu一個(gè)中頻輸出信號(hào)：一個(gè)中頻輸出信號(hào)：)(IIfuuc (fc)uL (fL)uI (fI)混頻器

3、混頻器tuc (t)tuI (t)tuL (t)有兩個(gè)輸入信號(hào)：有兩個(gè)輸入信號(hào)： 高頻調(diào)制波高頻調(diào)制波 )(ccfufcfc+Ffc+Ffuc的頻譜的頻譜fcfLfuL的頻譜的頻譜fIfI+FfI+FfuI的頻譜的頻譜cLIfff u 輸入信號(hào)輸入信號(hào)uc與輸出信號(hào)與輸出信號(hào)ui的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是中心頻率不同：只是中心頻率不同： 6高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 非線性器件用于頻率變換非線性器件用于頻率變換混頻器混頻器變頻器是由變頻器是由混頻器混頻器和和本機(jī)振蕩器本機(jī)振蕩器兩部分組成兩部分組成。二、變頻器的組成二、

4、變頻器的組成混頻器是由混頻器是由輸入回路輸入回路、非線性器件非線性器件和和帶通濾波器帶通濾波器組成組成常用的非線性器件常用的非線性器件晶體三極管晶體三極管二極管二極管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管差分對(duì)管差分對(duì)管模擬乘法器模擬乘法器7高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP輸入信號(hào)輸入信號(hào)us與本振信號(hào)與本振信號(hào) uL通過(guò)非線性器件后會(huì)產(chǎn)生很多新通過(guò)非線性器件后會(huì)產(chǎn)生很多新的頻率分量。其通過(guò)帶通濾波器可選出其中之一，稱其為中的頻率分量。其通過(guò)帶通濾波器可選出其中之一，稱其為中頻頻率。若帶通濾波器取頻頻率。若帶通濾波器取 fI=fL+fs稱稱高中頻高中頻。若帶通濾波器取。若帶通濾波器取

5、 fI=fL-fs稱稱低中頻低中頻。 混頻器混頻器輸出高中頻輸出低中頻cLcLIfffff8高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP混頻器是頻譜的線性搬移電路，實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能?；祛l器是頻譜的線性搬移電路，實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。 2max I I= = L L- - c c乘法器乘法器帶通濾帶通濾波器波器輸入已調(diào)波：輸入已調(diào)波： ttUuccc coscos tUuLLLcos兩信號(hào)的乘積項(xiàng)：兩信號(hào)的乘積項(xiàng)： tttUUtttUUucLcLLcLcLcI)cos()cos(cos21coscoscos 三、三、 混頻器的基本工作原理混頻器的基本工作原理L

6、uLL- cL+ cuI 本振信號(hào)本振信號(hào): :ucc如果帶通濾波器的中心頻率為如果帶通濾波器的中心頻率為 cLI ,帶寬帶寬 max2 B則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：則經(jīng)帶通濾波器的輸出為： ttUttUUttUUuIILccLLcI coscoscoscos21)cos(cos21I uIucuLuLuc非線性非線性元件元件帶通濾帶通濾波器波器9高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP u乘法器乘法器帶通濾波器帶通濾波器uDSBuo2max o uDSB乘法器乘法器低通濾波器低通濾波器uou max四、四、 振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)

7、系 (DSB為例為例) uDSB= uc乘法器乘法器uL帶通濾波器帶通濾波器uII=L-c L c I=L-C2max調(diào)幅調(diào)幅檢波檢波 混頻混頻 10高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP因?yàn)榛祛l器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級(jí)，對(duì)接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)因?yàn)榛祛l器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級(jí)，對(duì)接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)影響大。影響大。 所以希望混頻級(jí)的所以希望混頻級(jí)的 Fn 越小越好。越小越好。 1、變頻增益：、變頻增益： 變頻電壓增益變頻電壓增益: sIuUUA輸輸入入高高頻頻電電壓壓振振幅幅輸輸出出中中頻頻電電壓壓振振幅幅變頻功率增益變頻功率增益 :cIPPGP 2、噪聲系數(shù)

8、、噪聲系數(shù): 噪噪聲聲功功率率比比輸輸出出端端中中頻頻信信號(hào)號(hào)噪噪聲聲功功率率比比輸輸入入端端高高頻頻信信號(hào)號(hào)/0nInicnPPPPF3、失真與干擾、失真與干擾變頻器的失真主要有變頻器的失真主要有 :頻率失真頻率失真 非線性失真非線性失真4、選擇性、選擇性 在混頻器中，由于各種原因總會(huì)混入很多與中頻頻率接近的干擾信在混頻器中，由于各種原因總會(huì)混入很多與中頻頻率接近的干擾信號(hào)，為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩號(hào)，為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩形系數(shù)趨近于形系數(shù)趨近于1。 五、變頻器的技術(shù)指標(biāo)五、變頻器的技術(shù)指標(biāo)11高頻電子線路高頻電子線路第

9、九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP第二節(jié)第二節(jié) 晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 一、晶體三極管混頻器的工作原理一、晶體三極管混頻器的工作原理 Vbb為直流偏置電壓，為直流偏置電壓，us為輸入信號(hào)，為輸入信號(hào)，uL為本振信號(hào)。集電極回為本振信號(hào)。集電極回路調(diào)諧于中頻路調(diào)諧于中頻I。晶體三極管混頻器的原理電路晶體三極管混頻器的原理電路12高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 一個(gè)大信號(hào)和一個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用一個(gè)大信號(hào)和一個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于非線性元件于非線性元件u晶體三極管在晶體三極管在 Vbb，uL和和us的作用的作用下工作于非線性狀態(tài)。下工作于非線性狀態(tài)。u由于由

10、于 us很小，可以認(rèn)為晶體管的很小，可以認(rèn)為晶體管的工作點(diǎn)工作點(diǎn)在在Vbb+uL的作用下發(fā)生變化的作用下發(fā)生變化u在每一個(gè)工作點(diǎn)，對(duì)在每一個(gè)工作點(diǎn)，對(duì)us來(lái)說(shuō)都是工來(lái)說(shuō)都是工作于線性狀態(tài)，只不過(guò)不同的工作作于線性狀態(tài)，只不過(guò)不同的工作點(diǎn)其線性參量不同。這種隨時(shí)間變點(diǎn)其線性參量不同。這種隨時(shí)間變化的參量稱為化的參量稱為時(shí)變參量。時(shí)變參量。電路的輸入條件是：電路的輸入條件是：us = Usm cosst 為為小小信號(hào)信號(hào)uL = ULm cosLt 為為大大信號(hào)信號(hào)ULm Usmu三級(jí)管的集電極電流三級(jí)管的集電極電流 ic 是在是在Vbb，uL和和us的共同作用下產(chǎn)生的。的共同作用下產(chǎn)生的。13高

11、頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP二、二、 晶體三極管混頻器的時(shí)變參量分析晶體三極管混頻器的時(shí)變參量分析因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篶oscosbebbLmLsmsuVUtUt()cbeceif uu、因?yàn)橐驗(yàn)閡s的值很小，在的值很小，在us的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以，的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以，可以將函數(shù)可以將函數(shù) ic=f (ube) 在時(shí)變偏壓在時(shí)變偏壓 Vbb + uL(t)上展開成泰勒級(jí)數(shù)，則上展開成泰勒級(jí)數(shù)，則 21( )( )( )( )( )2cbbLbbLsbbLsif VutfVutu tfVutu t()cbeif u因?yàn)橐驗(yàn)閡ce對(duì)對(duì)

12、ic的影響遠(yuǎn)小于的影響遠(yuǎn)小于 ube對(duì)對(duì)ic的影響，于是：的影響，于是：正向傳輸特性正向傳輸特性1、混頻器的時(shí)變參量表示式、混頻器的時(shí)變參量表示式14高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP對(duì)于小信號(hào)對(duì)于小信號(hào)us，其高階導(dǎo)數(shù)很小，可近似為：，其高階導(dǎo)數(shù)很小，可近似為： ( )( )( )cbbLbbLsif VutfVutu t式中：式中： f Vbb +uL(t)為為 ube = Vbb +uL(t)時(shí)集電極電流；時(shí)集電極電流；( )bebbLuVut( )cbbLbeifVutgu為為 ube = Vbb +uL(t)時(shí)晶體三極管的跨導(dǎo)。時(shí)晶體三極管的跨導(dǎo)。 由于

13、本振電壓為大信號(hào)，工作于非線性狀態(tài)，由于本振電壓為大信號(hào)，工作于非線性狀態(tài)， f Vbb +uL(t)和和g均隨均隨 uL(t)變化呈非線性，則：變化呈非線性，則：012( )coscos2bbLcc mLc mLf VutIItIt012( )( )coscos2bbLLLfVutg tggtgt式中，式中，Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分別為分別為ube =Vbb +uL(t)時(shí)集電極電流中的時(shí)集電極電流中的直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。波分量的幅值。15高頻電子線路高頻電

14、子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP2、輸入、輸入us后產(chǎn)生的混頻電流后產(chǎn)生的混頻電流 在輸入信號(hào)在輸入信號(hào) us(t)=Usmcosst 作用下，集電極電流為：作用下，集電極電流為：01201210120122( )( )( )(coscos2) (coscos2)coscoscos2coscos()2cos()cos(2)cos(2222cbbLbbLscc mLc mLLLsmscc mLc mLsmsLsLsLsLsif Vu tf Vu t u tIItItggtgtUtgIItItUgttgggtt)t16高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP3

15、、通過(guò)帶通濾波器取出中頻、通過(guò)帶通濾波器取出中頻 若中頻頻率取差頻若中頻頻率取差頻I=L-S，則混頻后通過(guò)帶通濾波器輸出中頻電流為：，則混頻后通過(guò)帶通濾波器輸出中頻電流為： 1cos()2IsmLsgiUt其振幅為其振幅為I1m=g1Usm /2 。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號(hào)振幅。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號(hào)振幅Usm成正比。成正比。 若輸入信號(hào)為調(diào)幅波，若輸入信號(hào)為調(diào)幅波，Usm(1+macost)cosst，則輸出中頻電流為：，則輸出中頻電流為： 11(1cos)cos2IsmaIigUmtt17高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP4、混頻器的變頻跨導(dǎo)、混

16、頻器的變頻跨導(dǎo)gc 變頻跨導(dǎo)是輸出中頻電流振幅變頻跨導(dǎo)是輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號(hào)振幅與輸入高頻信號(hào)振幅 Usm之比，即：之比，即： Im112smIcUgg在數(shù)值上變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)在數(shù)值上變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)g(t)的基波分量的一半，可以通過(guò)的基波分量的一半，可以通過(guò) g(t)的的基波分量基波分量g1來(lái)求變頻跨導(dǎo)：來(lái)求變頻跨導(dǎo)：11( )cosdLLgg ttt111( )cosd22cLLggg ttt18高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP混頻器等效電路混頻器等效電路三、三、 晶體三極管混頻器的等效電路晶體三極管混頻器的等效電路 由于本振電壓為大信號(hào)

17、，對(duì)于輸由于本振電壓為大信號(hào)，對(duì)于輸入信號(hào)入信號(hào)us為小信號(hào)來(lái)說(shuō)可以等效為時(shí)為小信號(hào)來(lái)說(shuō)可以等效為時(shí)變參量的線性電路。變參量的線性電路。 輸入回路調(diào)諧于輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧，輸出回路調(diào)諧于于I，等效電路各參量可根據(jù)定義和等效電路各參量可根據(jù)定義和混合混合等效電路求出。等效電路求出。變頻電壓增益變頻電壓增益Im0cucsmcLgUAUgg變頻功率增益變頻功率增益 20cILpcScLicgPgAPggg當(dāng)當(dāng)gL=goc時(shí)，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。時(shí)，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。 2max04cpciccgAg g19高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP

18、 FP四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇 根據(jù)輸入信號(hào)根據(jù)輸入信號(hào)us可構(gòu)成共可構(gòu)成共射和共基兩組態(tài)。而對(duì)本射和共基兩組態(tài)。而對(duì)本振電壓的注入可分從基極振電壓的注入可分從基極注入和發(fā)射極注入兩種組注入和發(fā)射極注入兩種組態(tài)，因此有四種組態(tài)。態(tài)，因此有四種組態(tài)。混頻器的四種組態(tài)混頻器的四種組態(tài) 1、晶體三極管混頻器的四、晶體三極管混頻器的四種組態(tài)種組態(tài)us為共射組態(tài)為共射組態(tài)(uL基極注入基極注入)u us s為共射組態(tài)為共射組態(tài)( (u uL L射極注入射極注入) )us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL射極注入射極注入)us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL基極注入基極注入)20高頻電子

19、線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP混頻器的四種組態(tài)混頻器的四種組態(tài) (a) us為共射組態(tài)，輸入阻抗為共射組態(tài)，輸入阻抗高，變頻增益大。高，變頻增益大。uL是基極注是基極注入，輸入電抗大，易于起振。入，輸入電抗大，易于起振。但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生頻率牽引。頻率牽引。（b）對(duì)）對(duì)uL相當(dāng)于共基，起振相當(dāng)于共基，起振不易，但兩者相互影響小。不易，但兩者相互影響小。 （c）、（）、（d）us為共基組態(tài)輸為共基組態(tài)輸入阻抗小，變頻增益小；但高入阻抗小，變頻增益??；但高頻特性好，上限頻率高。頻特性好，上限頻率高。us為共射組態(tài)為共射組態(tài)(uL基極注入基

20、極注入)u us s為共射組態(tài)為共射組態(tài)( (u uL L射極注入射極注入) )us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL射極注入射極注入)us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL基極注入基極注入)21高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP2、具體電路、具體電路 收音機(jī)變頻電路收音機(jī)變頻電路晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機(jī)振蕩器的振蕩管，為互感耦晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機(jī)振蕩器的振蕩管，為互感耦合的自激振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。合的自激振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。 22高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FPu晶體三極

21、管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀態(tài)是由態(tài)是由直流偏壓和本振電壓的幅值直流偏壓和本振電壓的幅值來(lái)決定。來(lái)決定。u選擇晶體三極管混頻器的選擇晶體三極管混頻器的原則原則：變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。：變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。變頻功率增益變頻功率增益 Apc和噪聲系數(shù)和噪聲系數(shù) NF與與ULm和和IEQ的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。ULm在在100mV左右，左右，IEQ在在0.30.7mA為宜。為宜。 3、工作狀態(tài)的選擇、工作狀態(tài)的選擇eQIEApc和和NF與與ULm、IEQ的關(guān)系的關(guān)系 23高頻電子

22、線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP第四節(jié)第四節(jié) 二極管混頻電路二極管混頻電路一、概述一、概述二極管混頻器的優(yōu)點(diǎn)二極管混頻器的優(yōu)點(diǎn)l電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單l噪聲低噪聲低l動(dòng)態(tài)范圍大動(dòng)態(tài)范圍大l組合頻率分量少組合頻率分量少如果采用肖特基表面勢(shì)壘二極管，工作頻率可高達(dá)微波如果采用肖特基表面勢(shì)壘二極管，工作頻率可高達(dá)微波頻段，因而應(yīng)用廣泛。頻段，因而應(yīng)用廣泛。二極管混頻器的分類二極管混頻器的分類l平衡型混頻器平衡型混頻器l環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器24高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP二、二極管平衡混頻器二、二極管平衡混頻器 電路條件電路條件 (1) 本

23、振電壓本振電壓uL足夠大，晶體二極管工作在受足夠大，晶體二極管工作在受uL控制的開關(guān)狀態(tài)?？刂频拈_關(guān)狀態(tài)。(2) 輸入回路的次級(jí)調(diào)諧于輸入回路的次級(jí)調(diào)諧于s；輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于；輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于I。相當(dāng)于。相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器。兩個(gè)帶通濾波器。平衡混頻器原理電路平衡混頻器原理電路25高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP原理分析原理分析1開關(guān)工作狀態(tài)下，流過(guò)二極管開關(guān)工作狀態(tài)下，流過(guò)二極管D1、D2的電流的電流 12;22sIsIdLLdLLuuuuig ktuig ktu2在無(wú)帶通濾波的條件下，流過(guò)輸出回路的電流為在無(wú)帶通濾波的條件下，流過(guò)輸出回路的電流為 1

24、2()()dLsIiiig ktuu設(shè)設(shè) ，則，則 Imcos,cosssmsIIuUt uUtImImImImIm122coscos3coscos231cos1cos1cos13311cos 3cos 3331co21s21coscosdLLsmsIdsmLsdLIdsmLsdsmLsdLddsmIdsmLsdIsLgigttUtUtg Utg Utg Ug Utg UUtg Uttg Utg UtIm1cos 33IdLItg Ut26高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP3當(dāng)輸出回路調(diào)諧于當(dāng)輸出回路調(diào)諧于 I=L-s時(shí)，則輸出中頻電流為時(shí)，則輸出中頻電流為Im1

25、1coscos2IdsmIdIig Utg Ut是是 us和和uL正向混頻產(chǎn)生的中頻電流正向混頻產(chǎn)生的中頻電流和和中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生的中頻電流之差。的中頻電流之差。 4當(dāng)輸入回路調(diào)諧于當(dāng)輸入回路調(diào)諧于s s時(shí)，流過(guò)輸入回路初級(jí)的電流是：時(shí)，流過(guò)輸入回路初級(jí)的電流是： Im11coscos2sdsmsdsig Utg Ut是由是由 us在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流和和 us與與uL經(jīng)反向混頻產(chǎn)生經(jīng)反向混頻產(chǎn)生輸入電流之差。輸入電流之差。 27高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP混頻器等效電路混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等

26、效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路 由由is和和iI的關(guān)系式得出，其中：的關(guān)系式得出，其中：21/,(1/2 1/)ddggggisiIIm11coscos2IdsmIdIig Utg UtIm11coscos2sdsmsdsig Utg Ut28高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP二極管開關(guān)混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路 由于混頻器等效電路是對(duì)稱的由于混頻器等效電路是對(duì)稱的型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導(dǎo)型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導(dǎo)g0的定義是的定義是在輸出端接入在輸出端接入gL =g0時(shí)，從輸入端看輸入電導(dǎo)為時(shí)，從輸入端看輸入電導(dǎo)為g0 。同樣，當(dāng)在輸入端接。同樣，當(dāng)在輸入

27、端接入入 gs =g0時(shí)，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為時(shí)，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為g0 。因而。因而201122ggg g全匹配條件全匹配條件 gL =g0 且且 gs =g0，此時(shí)能獲得最大的功率傳輸。此時(shí)能獲得最大的功率傳輸。 u全匹配條件全匹配條件F的變頻功率增益的變頻功率增益 2222120IILpcucSssucPU gAAPU ggAgggu混頻器工作于全匹配的條件混頻器工作于全匹配的條件isiI29高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 三、二極管環(huán)形混頻器三、二極管環(huán)形混頻器本振電壓本振電壓uL足夠大，使足夠大，使 D1、D2、D3、D4處于開關(guān)工作狀

28、態(tài)。處于開關(guān)工作狀態(tài)。本振電壓本振電壓正半周正半周，D1、D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D3、D4截止，開關(guān)函數(shù)為截止，開關(guān)函數(shù)為k(Lt) 。本振電壓本振電壓負(fù)半周負(fù)半周，D1、D2截止，截止，D3、D4導(dǎo)通，開關(guān)函數(shù)為導(dǎo)通，開關(guān)函數(shù)為 k(Lt-) 。輸入回路的次級(jí)調(diào)諧于輸入回路的次級(jí)調(diào)諧于 s輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于 I 相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器30高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP原理分析原理分析 (1) 在本振信號(hào)正半周，在本振信號(hào)正半周，D1和和D2組成平衡混頻器組成平衡混頻器 12()()dLsIiiig kt uu (2) 在本振

29、信號(hào)負(fù)半周，在本振信號(hào)負(fù)半周，D3和和D4組成平衡混頻器組成平衡混頻器 34()()dLsIiiig ktuu (3) 無(wú)帶通濾波條件下，輸出電流無(wú)帶通濾波條件下，輸出電流 0Im()()44co()()()()coscos33()()scosdLsIdLsIdsdIdsLLLLmsILLdiiig kt uug ktuug ug ug Utg Utktkttttkkt(4) 有帶通濾波器時(shí)，選出中頻電流有帶通濾波器時(shí)，選出中頻電流 Im2coscosIdsmIdIig Utg Ut31高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP(5) 無(wú)帶通濾波條件下，輸入電流無(wú)帶通濾波

30、條件下，輸入電流 Im44coscoscoscos33sdLsIdLsIdsmsdILLiiig ktuug ktuug Utg Uttt(6) 有帶通濾波器時(shí)，選出輸入電流有帶通濾波器時(shí)，選出輸入電流Im2coscossdsmsdsig Utg Ut結(jié)論：結(jié)論：環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個(gè)二極管，其輸出中頻電環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個(gè)二極管，其輸出中頻電流和輸入電流都增大二倍。同時(shí)在輸出電流中進(jìn)一步抵消了流和輸入電流都增大二倍。同時(shí)在輸出電流中進(jìn)一步抵消了s、 LI、3LI等分量。因而其應(yīng)用較為廣泛。等分量。因而其應(yīng)用較為廣泛。 32高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電

31、路第九章變頻電路 FP FP第五節(jié)第五節(jié) 模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器 MC1596構(gòu)成混頻器構(gòu)成混頻器 cosLLmLuUt外來(lái)輸入信號(hào)外來(lái)輸入信號(hào)(1cos)cosssmasuUmtt本振信號(hào)本振信號(hào)33高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP MC1596構(gòu)成混頻器構(gòu)成混頻器 u 輸入信號(hào)輸入信號(hào)Usm約為約為1.5mV，本振電壓，本振電壓ULm 約為約為100mV。 u 6、9端分別接端分別接100uH 電感到電源，對(duì)于工作頻率電感到電源，對(duì)于工作頻率fI=9MHz 等效為等效為 5.6K歐姆電阻。歐姆電阻。 u 混頻器的中頻濾波器的中心頻率為混頻器的中頻濾

32、波器的中心頻率為9MHz。 34高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 由于混頻器是依靠非線性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻，而通過(guò)非線性元件由于混頻器是依靠非線性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻，而通過(guò)非線性元件的信號(hào)將含有許多頻率成份的信號(hào)將含有許多頻率成份 cLqfpf , (p , q=0,1, 2,3,.)uc(f c)uL(f L)uI(f I)un(f n)非線形元件非線形元件中頻濾波器中頻濾波器uo( )cLqfpf 如果設(shè)輸入信號(hào)為如果設(shè)輸入信號(hào)為 )(ccfu,本振頻率信號(hào)為本振頻率信號(hào)為 )(LLfu則通過(guò)則通過(guò) 非線性元件的信號(hào)非線性元件的信號(hào) cLoqfpfu，其中，其中 2

33、 , 1 , 0, qp而這些組合頻率的信號(hào)中只要和中頻頻率而這些組合頻率的信號(hào)中只要和中頻頻率 fI=fL-fc相同或接近，都會(huì)和有相同或接近，都會(huì)和有用信號(hào)一起被選出，并送到后級(jí)中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音，用信號(hào)一起被選出，并送到后級(jí)中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號(hào)的正常工作。嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號(hào)的正常工作。 BfI第六節(jié)第六節(jié) 混頻器的干擾與失真混頻器的干擾與失真 35高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP如果設(shè)輸入信號(hào)為如果設(shè)輸入信號(hào)為 )(ccfu,本振頻率信號(hào)為本振頻率信號(hào)為 )(LLfu一般混頻器存在下

34、列干擾：一般混頻器存在下列干擾： (1)干擾哨聲：干擾哨聲：接收的射頻信號(hào)接收的射頻信號(hào) )(ccfu與本振信號(hào)與本振信號(hào) )(LLfu的自身組合干擾，即的自身組合干擾，即 BfqfpfcL21I )(nnfu(2)副波道干擾：副波道干擾：外來(lái)干擾信號(hào)外來(lái)干擾信號(hào) 與本振信號(hào)與本振信號(hào) )(LLfu的組合頻率產(chǎn)生的干擾的組合頻率產(chǎn)生的干擾 BfqfpfnL21I )(ccfu(3)交叉調(diào)制干擾：交叉調(diào)制干擾：有用信號(hào)有用信號(hào) 與干擾信號(hào)與干擾信號(hào) )(nnfu混頻產(chǎn)生的干擾?；祛l產(chǎn)生的干擾。 (4)互調(diào)干擾：互調(diào)干擾：指兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)同時(shí)作用在混頻器指兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)同時(shí)作用在混頻器輸入端，經(jīng)混

35、頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。 (5)阻塞干擾阻塞干擾(6)倒易混頻倒易混頻 36高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP一、一、 信號(hào)與本振信號(hào)的自身組合干擾（干擾哨聲）信號(hào)與本振信號(hào)的自身組合干擾（干擾哨聲）如果中頻如果中頻 cLIfff ，則除，則除 cLff 的中頻被選出外，還的中頻被選出外，還有可能選出其它的組合頻率：即有可能選出其它的組合頻率：即 IcLILcIcLfqfpffpfqffqfpf IcIcIILcfqpfqpfqffqpfqfqpf11)(1 所以有所以有 Icfpqpf1pqpffIc 1其中其中

36、Icff稱為稱為變頻比變頻比。 顯然當(dāng)變頻比一定時(shí)，并能找到對(duì)應(yīng)的整數(shù)顯然當(dāng)變頻比一定時(shí)，并能找到對(duì)應(yīng)的整數(shù)p, q時(shí)，就會(huì)形成自身組合干擾。時(shí)，就會(huì)形成自身組合干擾。 設(shè)輸入高頻信號(hào)的載頻為設(shè)輸入高頻信號(hào)的載頻為 )(ccfu，本振信號(hào)，本振信號(hào) )(LLfu，則則 經(jīng)過(guò)混頻器后產(chǎn)生的頻率為經(jīng)過(guò)混頻器后產(chǎn)生的頻率為 ，其中，其中 p,q=0,1,2,cLqfpf 37高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP例：調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻例：調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻 fI=465KHz，某電臺(tái)發(fā)射頻率，某電臺(tái)發(fā)射頻率 fc=931KHz，當(dāng)接收，當(dāng)接收該電臺(tái)廣播時(shí)接收機(jī)的本振頻率

37、該電臺(tái)廣播時(shí)接收機(jī)的本振頻率 ，由于變頻比由于變頻比 fc/fI=931/4652，可推算出：可推算出：KHzffLc466139693122 由于組合頻率與中頻差由于組合頻率與中頻差 1KHz，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生1KHz的哨聲的哨聲. （三階干擾）（三階干擾）.另外，當(dāng)另外，當(dāng) p=3, q=5時(shí)，可得：時(shí)，可得： KHzffLc46735 ,也可以通過(guò)中頻也可以通過(guò)中頻通道而形成干擾。（通道而形成干擾。（8階干擾）。階干擾）。 注意點(diǎn)注意點(diǎn):(1)自身組合干擾與外來(lái)干擾無(wú)關(guān)，不能靠提高前級(jí)電路的選擇性來(lái)抑制。自身組合干擾與外來(lái)干擾無(wú)關(guān)，不能靠提高前級(jí)電路的選擇性來(lái)抑制。 (2)

38、減少這種干擾的方法：減少這種干擾的方法： 正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾 正確選擇混頻器的工作點(diǎn)，減少組合頻率分量正確選擇混頻器的工作點(diǎn)，減少組合頻率分量 采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻率，采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻率，如平衡電路，如平衡電路，環(huán)形電路，乘法器環(huán)形電路，乘法器當(dāng)當(dāng)p=1，q=2,fL=fI+ fc=1396KHz。38高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP設(shè)串臺(tái)干擾信號(hào)為設(shè)串臺(tái)干擾信號(hào)為 )(nnfu，它與本振信號(hào)的組合頻率為：，它與本振信號(hào)的組合頻率為： nLqfpf 其中其中 p

39、, q=0,1,2,3. 。如果選頻器所選擇的正常中頻信號(hào)為如果選頻器所選擇的正常中頻信號(hào)為:二、二、 外干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾（副波道干擾）外干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾（副波道干擾）cLIfff 則可能形成的副波道干擾為：則可能形成的副波道干擾為： ILnInLfpfqffqfpf IcILnfppfqfpfqf)1(11 凡是能滿足上式的串臺(tái)信號(hào)都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：凡是能滿足上式的串臺(tái)信號(hào)都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：中頻干擾中頻干擾鏡頻干擾鏡頻干擾其它副波道干擾其它副波道干擾 39高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP1、中頻干擾、

40、中頻干擾當(dāng)當(dāng) p=0 , q=1時(shí)，時(shí)， Inff 即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號(hào)一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號(hào)一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通過(guò)混頻器進(jìn)入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾。過(guò)混頻器進(jìn)入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾。抑制中頻干擾的方法：抑制中頻干擾的方法： 提高混頻器前級(jí)的選擇性提高混頻器前級(jí)的選擇性在混頻器前級(jí)增加中頻吸收電路在混頻器前級(jí)增加中頻吸收電路 合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外40高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP當(dāng)當(dāng) p=1 , q=1時(shí)，則有：時(shí)

41、，則有： )( )( cLILncLILnffffffffff或或f c f L f nf I雖然這種干擾信號(hào)頻率雖然這種干擾信號(hào)頻率 nf與輸入信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率 cf以本振頻率以本振頻率 Lf為對(duì)稱軸形成鏡像對(duì)稱的關(guān)系。為對(duì)稱軸形成鏡像對(duì)稱的關(guān)系。2、鏡像頻率干擾、鏡像頻率干擾f I抑制鏡像干擾的方法：抑制鏡像干擾的方法： 提高混頻前級(jí)的選擇性提高混頻前級(jí)的選擇性 提高中頻頻率，使鏡像干擾頻率提高中頻頻率，使鏡像干擾頻率 nf遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離 cf例：中央臺(tái)第一套節(jié)目的載波為例：中央臺(tái)第一套節(jié)目的載波為 KHzfc639, 那么收音機(jī)在接收此那么收音機(jī)在接收此節(jié)目時(shí)的本振頻率節(jié)目時(shí)的本振頻率

42、KHzKHzfffcL1104465639I,如果有一外來(lái)如果有一外來(lái) 電臺(tái)的頻率電臺(tái)的頻率 KHzKHzfffL,在混頻級(jí)之前沒(méi)有被在混頻級(jí)之前沒(méi)有被 抑制，則這個(gè)電臺(tái)進(jìn)入混頻器后，混頻可得抑制，則這個(gè)電臺(tái)進(jìn)入混頻器后，混頻可得 KHzffLn465的中頻將被選出進(jìn)入后級(jí)輸出而形成鏡像干擾，產(chǎn)生串臺(tái)及嘯叫。的中頻將被選出進(jìn)入后級(jí)輸出而形成鏡像干擾，產(chǎn)生串臺(tái)及嘯叫。 41高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP當(dāng)當(dāng) 1 p, 1q 時(shí)形，成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為：時(shí)形，成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為： f c f n1 f

43、 L f n2 212321221)2(21nIcnIcIIcILnffffffffffff可見(jiàn)可見(jiàn) 1nf與與 2nf對(duì)稱分布在本振頻率對(duì)稱分布在本振頻率 Lf的兩邊，其中的兩邊，其中 1nf離離 cf最近最近,經(jīng)混頻器前的濾波后進(jìn)入混頻器的可能性最大。經(jīng)混頻器前的濾波后進(jìn)入混頻器的可能性最大。 3、組合頻率干擾、組合頻率干擾2 qp的情況，則有：的情況，則有： 抑制這類干擾的方法：抑制這類干擾的方法： 提高混頻器前級(jí)的選擇性提高混頻器前級(jí)的選擇性提高中頻提高中頻 選擇合適的混頻電路，合理選擇混頻器的工作點(diǎn)選擇合適的混頻電路，合理選擇混頻器的工作點(diǎn) f I42高頻電子線路高頻電子線路第九章變

44、頻電路第九章變頻電路 FP FP交叉調(diào)制干擾的形成與本振無(wú)關(guān)交叉調(diào)制干擾的形成與本振無(wú)關(guān)。它是有用信號(hào)與干擾信號(hào)一起作用于混頻器它是有用信號(hào)與干擾信號(hào)一起作用于混頻器時(shí)，由于混頻器的非線性作用，將時(shí)，由于混頻器的非線性作用，將干擾的調(diào)制信號(hào)調(diào)制到了中頻載波上，干擾的調(diào)制信號(hào)調(diào)制到了中頻載波上，即將即將干擾的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)的載波上而形成的一種干擾。干擾的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)的載波上而形成的一種干擾。 例：例：由非線性元件：由非線性元件： 2210)(uauaaufi其中四階項(xiàng)為其中四階項(xiàng)為 44ua若設(shè)若設(shè) Lncuuuu 而而 tUuttmUuttUuLLLnnnnnccc cosc

45、os)cos1(cos)(則則 4444)(Lncuuuaua 展開后其中可分解出展開后其中可分解出 )(624Lcnuuua項(xiàng)項(xiàng) 三、交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）三、交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）將信號(hào)代入此項(xiàng)，并經(jīng)中頻濾波后可得：將信號(hào)代入此項(xiàng)，并經(jīng)中頻濾波后可得： ttmUtUUUtmaInILcnnn cos)cos1(cos)cos21(2324 其中其中 nLcnmmUUUaU22324 可以看出可以看出干擾信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到中頻載波上，與有用信號(hào)一同輸干擾信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到中頻載波上，與有用信號(hào)一同輸出而形成干擾。出而形成干擾。 43高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻

46、電路 FP FP交調(diào)干擾的特點(diǎn)：交調(diào)干擾的特點(diǎn)： (2) 干擾與載頻無(wú)關(guān)，任何頻率的強(qiáng)干擾都可能形成交調(diào)干擾，所以干擾與載頻無(wú)關(guān)，任何頻率的強(qiáng)干擾都可能形成交調(diào)干擾，所以交調(diào)干擾是危害較大的一種干擾。交調(diào)干擾是危害較大的一種干擾。只有當(dāng)只有當(dāng) fn 和和 fc 相差很大，受前級(jí)電路的抑制很徹底時(shí)，形成的干擾相差很大，受前級(jí)電路的抑制很徹底時(shí)，形成的干擾較小。較小。(1) 交調(diào)干擾與有用信號(hào)并存，通過(guò)有用信號(hào)而作用，一旦有用信交調(diào)干擾與有用信號(hào)并存，通過(guò)有用信號(hào)而作用，一旦有用信號(hào)號(hào)uc=0，交調(diào)干擾也消失。，交調(diào)干擾也消失。 (3) 混頻器中，除了非線性特性的混頻器中，除了非線性特性的4次方項(xiàng)以外，更高的偶次方項(xiàng)也次方項(xiàng)以外，更高的偶次方項(xiàng)也可以產(chǎn)生交調(diào)干擾，但一般由于幅值較小，可以不考慮。可以產(chǎn)生交調(diào)干擾，但