Ch05 混頻器幻燈片

5非線性電路、時變參量電路和變頻器5.2

非線性元件的特性

5.3

非線性電路分析法

5.4

線性時變參量電路分析法

5.5

變頻器的工作原理5.1

概述

Ch05混頻器End5.7

二極管混頻器

5.8

差分對模擬乘法器混頻電路5.9

混頻器中的干擾

5.10

外部干擾5.6

晶體管混頻器

5非線性電路、時變參量電路和變頻器Ch05混頻器5.5變頻器的工作原理

在保持相同調(diào)制規(guī)律的條件下，將輸入已調(diào)信號的載波頻率從fs變換為固定fi的過程稱為變頻或混頻。（以調(diào)幅為例）在接收機(jī)中，fi稱為中頻。一般其值為其中fo是本地振蕩頻率。

超外差式接收機(jī)1.定義其中，fi大于fs的混頻稱為上混頻，fi小于fs的混頻稱為下混頻。Ch05混頻器舉例

經(jīng)過混頻器變頻后，輸出頻率為

混頻的結(jié)果：較高的不同的載波頻率變?yōu)楣潭ǖ妮^低的載波頻率，而振幅包絡(luò)形狀不變。5.5變頻器的工作原理Ch05混頻器2Ωmax

ωI=ω0-ωs乘法器

帶通濾波器混頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖設(shè)輸入已調(diào)波信號：那么兩信號的乘積項(xiàng)為：

ω0v0ω0-ωsω0+ωsuI

本振信號:vsωs如果帶通濾波器的中心頻率為

,帶寬

vIvsv0v0vs

非線形元件

帶通濾波器5.5變頻器的工作原理Ch05混頻器圖5.4.2變頻前后的頻譜圖2.混頻的實(shí)質(zhì)線性頻率變換頻譜搬移5.5變頻器的工作原理Ch05混頻器End3.混頻器的性能指標(biāo)A.變頻(混頻)增益：混頻器輸出中頻電壓Vim與輸入信號電壓Vsm的幅值之比。B.噪聲系數(shù)：高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。C.選擇性：抑制中頻以外的信號的干擾的能力。D.非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。5.5變頻器的工作原理Ch05混頻器vs+-+-v0VBBVCCVTCLvB(t)ic5.6晶體管混頻器1.工作原理Ch05混頻器5.6晶體管混頻器1.工作原理時變電導(dǎo)v0vs非線性電子器件工作于線性時變狀態(tài)要求：V0m>>Vsm。

對于振幅很小的信號電壓vs來說，在其變化的動態(tài)范圍內(nèi)，近似認(rèn)為器件參量為常數(shù)。

信號電壓作用的同時，器件參量（跨導(dǎo)）隨簡諧振蕩電壓v0周期性改變，所以稱該電路為線性時變參量電路。Ch05混頻器若函數(shù)f(x)

在點(diǎn)的某一鄰域內(nèi)具有直到（n+1）階導(dǎo)數(shù)，則在該鄰域內(nèi)f(x)的n階泰勒公式為：以上函數(shù)展開式稱為泰勒級數(shù)。在泰勒公式中，取a=0，得到的級數(shù)稱為麥克勞林級數(shù)5.6晶體管混頻器泰勒級數(shù)Ch05混頻器vs+-+-v0VBBVCCVTCLvB(t)ic5.6晶體管混頻器

線性時變電路：指電路元件的參數(shù)不是恒定不變的，而是按一定規(guī)律隨時間變化，且這種變化與元件的電流或電壓無關(guān)。其中：v=v1+v2v1相對于v2很小i＝f(v)在(VQ+v2)關(guān)于v1的泰勒級數(shù)展開式，即若v1足夠小，可以忽略上式中v1的二次方及其以上各次方項(xiàng)，則該式可簡化為i=f(VQ+v2)

+f’(VQ+v2)

v1Ch05混頻器vs+-+-v0VBBVCCVTCLvB(t)ic5.6晶體管混頻器

前面分析表明，要進(jìn)行混頻，可以用非線性電子器件工作于線性時變狀態(tài)來實(shí)現(xiàn),即V0m>>Vsm。iC=f(VBB+v0)

+f’(VBB+v0)

vs其中f’(VBB+v0)是時變跨導(dǎo)。已知振蕩電壓

v0=V0cosω0tCh05混頻器iC=f(VBB+v0)

+f’(VBB+v0)

vs已知輸入電壓vs=V(t)cosωst中頻輸出電流變頻跨導(dǎo)5.6晶體管混頻器Ch05混頻器圖5.6.1晶體管混頻器的電路組態(tài)2.電路組態(tài)5.6晶體管混頻器iC=f(vBE)

=f(VBB+v0+vs)Ch05混頻器圖5.6.3混頻管跨導(dǎo)隨本振電壓V０變化5.6晶體管混頻器Ch05混頻器End4.混頻特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有變頻增益

缺點(diǎn)：1）動態(tài)范圍較小2）組合頻率干擾嚴(yán)重3）噪聲較大4）存在本地輻射5.6晶體管混頻器Ch05混頻器5.7二極管混頻器5.7.1二極管平衡混頻器5.7.2二極管環(huán)形混頻器

（雙平衡混頻器）Ch05混頻器5.7.1二極管平衡混頻器圖5.7.1二極管平衡混頻器如果V0m>Vsm,D1和D2工作于開關(guān)狀態(tài)，Ch05混頻器圖5.7.1二極管平衡混頻器5.7.1二極管平衡混頻器Ch05混頻器

二極管平衡混頻器的輸出頻率的組合分量大為減少。同時，在輸出端沒有本振角頻率ω0及其諧波分量的電壓。End5.7.1二極管平衡混頻器Ch05混頻器5.7.2二極管環(huán)形混頻器圖5.7.2二極管環(huán)形混頻器Ch05混頻器圖5.7.3在本振電壓正半周的環(huán)形混頻器5.7.2二極管環(huán)形混頻器Ch05混頻器圖5.7.4在本振電壓負(fù)半周的環(huán)形混頻器5.7.2二極管環(huán)形混頻器Ch05混頻器5.7.2二極管環(huán)形混頻器Ch05混頻器

提供混頻增益的同時，進(jìn)一步減小輸入信號頻率成分。End5.7.2二極管環(huán)形混頻器Ch05混頻器5.8差分對模擬乘法器圖5.8.1差分對混頻器Ch05混頻器End圖5.8.2模擬乘法器混頻器5.8差分對模擬乘法器Ch05混頻器5.9混頻器中的干擾

i＝f(v)在(VQ+v1)關(guān)于v2的泰勒級數(shù)展開式為：若v2足夠小，可以忽略上式中v2的二次方及其以上各次方項(xiàng)，則該式可簡化為i=f(VQ+v2)

+f’(VQ+v2)

v1回顧：Ch05混頻器5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾1.有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾——哨叫干擾

當(dāng)接收機(jī)接收某一電臺音頻信號時，除了能聽到有用信號外，還同時能聽到等音頻的哨叫聲。F為音頻現(xiàn)象：p+q≤nCh05混頻器1.有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾——哨叫干擾（以調(diào)幅為例）

它將與有用信號疊加，并同時被中頻放大器放大，然后檢波輸出。

檢波器除了輸出有用信號的解調(diào)信號外，還伴有一個頻率為F的音頻信號，這就形成了哨叫干擾。5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾Ch05混頻器1.有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾——哨叫干擾舉例：5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾

調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻，某電臺發(fā)射頻率當(dāng)接收該電臺廣播時，接收機(jī)的本振頻率由于變頻比可推算出：當(dāng)，，可得Ch05混頻器2.干擾信號和本振產(chǎn)生的副波道干擾

當(dāng)混頻器前級的天線和高頻放大電路的選頻特性不理想時，在通頻帶以外的電臺信號也有可能進(jìn)入混頻器的輸入端而形成干擾。原因：

這時，頻率為fn的干擾信號便順利進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)檢波后使可聽到這一干擾電臺的信號。由于它是主波道以外的波道對有用信號形成的干擾，所以稱為副波道干擾，又稱寄生通道干擾。5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾Ch05混頻器考慮到下混頻，只有以下兩式成立5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾Ch05混頻器2.干擾信號和本振產(chǎn)生的副波道干擾1）中頻干擾一次項(xiàng)：

由于混頻器對中頻信號具有良好的放大性能，傳送至中頻放大器的中頻干擾信號有可能比有用信號更強(qiáng)。5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾Ch05混頻器2.干擾信號和本振產(chǎn)生的副波道干擾2）鏡像干擾二次項(xiàng)：

這種干擾對于混頻器和中頻放大器來說，其傳輸能力與有用信號完全相同，所以它將順利地通過中頻放大器經(jīng)檢波而造成嚴(yán)重的干擾。End5.9.1組合頻率干擾和副波道干擾Ch05混頻器5.9.2交叉調(diào)制(交調(diào))干擾信號對有用信號調(diào)制產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾

當(dāng)接收機(jī)調(diào)諧在有用信號的頻率上時，干擾電臺的調(diào)制信號聽得清楚，而當(dāng)接收機(jī)對有用信號頻率失諧時，干擾電臺調(diào)制信號的可聽度減弱，并隨著有用信號的消失而完全消失，換句話說，好象干擾電臺的調(diào)制轉(zhuǎn)移到了有用信號的載波上。現(xiàn)象：Ch05混頻器干擾信號對有用信號調(diào)制產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾

若有用信號和干擾信號均為調(diào)幅波，混頻器的非理想相乘特性會使有用信號的各頻率分量的幅度受干擾信號的幅度影響，其包跡發(fā)生變化。成因：

分析表明，非理想相乘特性的四次項(xiàng)中所含的v0vsvn2項(xiàng)將產(chǎn)生寄生中頻信號，End5.9.2交叉調(diào)制(交調(diào))Ch05混頻器5.9.3互相調(diào)制(互調(diào))兩干擾信號和本振信號產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾

在輸入有用信號的同時，有兩個干擾信號vn1(t)和vn2(t)也作用于混頻器輸入端,使混頻器的輸入端同時作用了包括本機(jī)振蕩共4個輸入信號，這兩個干擾信號與本機(jī)振蕩信號的組合就有可能產(chǎn)生兩個干擾信號間的互相調(diào)制，從而產(chǎn)生寄生中頻分量。成因：Ch05混頻器兩干擾信號和本振信號產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾

實(shí)際上，由于混頻器前的高頻放大器具有良好的濾波作用，往往只有頻率比較接近輸入信號頻率的兩個干擾信號才能有效地加到混頻器的輸入端。因此，假定兩個干擾信號的頻率fn1和fn2比較靠近fs，那么能夠滿足上式情況限于組合頻率干擾End5.9.3互相調(diào)制(互調(diào))Ch05混頻器5.9.4阻塞現(xiàn)象與相互混頻1.阻塞現(xiàn)象

當(dāng)一個強(qiáng)干擾信號進(jìn)入接收機(jī)輸入端后，由于輸入電路抑制不良，會使前端電路內(nèi)的放大器或混頻器工作于嚴(yán)重的非線性區(qū)域，甚至完全破壞晶體管的工作狀態(tài)，使輸出信噪比大大下降。這就是強(qiáng)信號阻塞現(xiàn)象。

信號過強(qiáng)時，甚至可能導(dǎo)致晶體管的ＰＮ結(jié)被擊穿，晶體管的正常工作狀態(tài)被破壞，產(chǎn)生了完全堵死的阻塞現(xiàn)象。Ch05混頻器2