Ch混頻器實(shí)用教案

1、End第1頁/共42頁第一頁，共43頁。 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(zib)頻率從fs變換為固定fi的過程稱為變頻或混頻。 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F （以調(diào)幅(dio f)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。soifff 超外差式接收機(jī) 1.1.定義定義其中，fi大于fs的混頻稱為上混頻， fi小于fs的混頻稱為下混頻。第2頁/共42頁第二頁，共43頁。舉例舉例(j (j l)l) 經(jīng)過(jnggu)混頻器變頻后，輸出頻率為soifffMHz)67 . 1 (M

2、Hz)465. 6165. 2(MHz465. 0 混頻的結(jié)果(ji gu)：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。第3頁/共42頁第三頁，共43頁。2max I I= = 0 0- - s s乘法器 帶通濾 波器混頻器的一般(ybn)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)輸入(shr)已調(diào)波信號：coscosssmsvVtt000cosmvVt那么(n me)兩信號的乘積項(xiàng)為： 00000coscoscos1coscos()cos()2ImsmsmsmssvV VtttV Vttt0v00- s0+ suI 本振信號:vss如果帶通濾波器的中心頻率為 0Is,帶寬 max2 BvIvsv0v

3、0vs 非線形 元件 帶通濾 波器第4頁/共42頁第四頁，共43頁。2.2.混頻混頻(hn pn)(hn pn)的實(shí)質(zhì)的實(shí)質(zhì)線性頻率線性頻率(pnl)(pnl)變換變換 頻譜搬移頻譜搬移 第5頁/共42頁第五頁，共43頁。End3.3.混頻器的性能指標(biāo)A.A.變頻( (混頻(hn pn)(hn pn)增益：混頻器輸出中頻電壓(diny)Vim(diny)Vim與輸入信號電壓(diny)Vsm(diny)Vsm的幅值之比。B.B.噪聲系數(shù)：高頻(o pn)(o pn)輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。C.C.選擇性：抑制中頻以外的信號的干擾的能力。D.D.非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、

4、互調(diào)干擾等干擾的能力。第6頁/共42頁第六頁，共43頁。vs+- -+- -v0VBBVCCVTCLvB(t)ic1.1.工作(gngzu)(gngzu)原理第7頁/共42頁第七頁，共43頁。1.1.工作(gngzu)(gngzu)原理 VBB 0 0 iC t vBE vBE a b a b a b 時(shí)變時(shí)變(sh bin)電導(dǎo)電導(dǎo)v0vs非線性電子器件工作于線性時(shí)變(sh bin)狀態(tài)要求：V0mVsm。 對于振幅很小的信號電壓vs來說，在其變化的動(dòng)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(shí)，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(shí)變參量電路線性時(shí)變參

5、量電路。第8頁/共42頁第八頁，共43頁。若函數(shù) f(x) 在點(diǎn)的某一鄰域(ln y)內(nèi)具有直到（n+1）階導(dǎo)數(shù)，則在該鄰域(ln y)內(nèi) f(x) 的n階泰勒公式為： 以上函數(shù)展開式稱為(chn wi)泰勒級數(shù)。 在泰勒公式中，取a=0，得到的級數(shù)(j sh)稱為麥克勞林級數(shù)(j sh) 泰勒級數(shù)第9頁/共42頁第九頁，共43頁。vs+- -+- -v0VBBVCCVTCLvB(t)ic 線性時(shí)變電路：指電路元件的參數(shù)不是恒定不線性時(shí)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(shí)間變化變的，而是按一定規(guī)律隨時(shí)間變化(binhu)，且這，且這種變化種變化(binhu)與元件的電流或

6、電壓無關(guān)。與元件的電流或電壓無關(guān)。 )(QvVfi其中(qzhng)：v=v1+v2v1相對(xingdu)于v2很小if(v ) 在(VQ+ v2 2)關(guān)于v1 1的泰勒級數(shù)展開式，即若v1 1足夠小，可以忽略上式中v1 1的二次方及其以上各次方項(xiàng)，則該式可簡化為i = = f (VQ+ v2 2) + + f (VQ+ v2 2) v1 1 212Q 12Q2Q)(21)()(vvvvvVfVfVfi第10頁/共42頁第十頁，共43頁。vs+- -+- -v0VBBVCCVTCLvB(t)ic 前面分析表明，要進(jìn)行(jnxng)(jnxng)混頻，可以用非線性電子器件工作于線性時(shí)變狀態(tài)來實(shí)

7、現(xiàn), ,即V0mVsmV0mVsm。iC= =f (VBB+ v0 0) + +f (VBB+ v0 0) vs s其中(qzhng)f (VBB+ v0)是時(shí)變跨導(dǎo)。已知振蕩(zhndng)電壓 v0 0 = =V0cos0t0c0cm10cm20cm0()coscos2cosBBnf VIItItIntv001020n0 ()( )coscos2cosBBfVg tggtgtgntv第11頁/共42頁第十一頁，共43頁。iC= =f (VBB+ v0 0) + +f (VBB+ v0 0) vs stnItItIIVfnQ0cm0cm0cmc0cos2coscos)(210vtngtgtg

8、gtgVfQ0n000 cos2coscos)()(210v已知輸入(shr)(shr)電壓 vs s= =V(t)cosst中頻輸出(shch)(shch)電流 10s1I1( )cos()21 ( )cos2IigV ttgV tt變頻(bin pn)(bin pn)跨導(dǎo) 1imc21)(gtVIg第12頁/共42頁第十二頁，共43頁。2.2.電路(dinl)(dinl)組態(tài)iC= =f (vBEBE) = =f (VBB+ v0 0+ +vs s )第13頁/共42頁第十三頁，共43頁。第14頁/共42頁第十四頁，共43頁。End4.4.混頻(hn pn)(hn pn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudi

9、n)：有變頻增益 缺點(diǎn)：1）動(dòng)態(tài)(dngti)范圍較小 2）組合頻率干擾嚴(yán)重 3）噪聲較大 4）存在本地輻射第15頁/共42頁第十五頁，共43頁。第16頁/共42頁第十六頁，共43頁。.) 12cos() 12() 1(2.3cos32cos221)(0100tnntttSn)21)(1s0Ld2, 1vv tSRri第17頁/共42頁第十七頁，共43頁。stSRriiiv )(1Ld21)21)(1s0Ld2, 1vv tSRri第18頁/共42頁第十八頁，共43頁。End.) 12cos() 12() 1(2.3cos32cos221)(0100tnntttSnstSRriiiv )(1L

10、d21第19頁/共42頁第十九頁，共43頁。第20頁/共42頁第二十頁，共43頁。stSRriiiv )(1 Ld31第21頁/共42頁第二十一頁，共43頁。*42dL1 ( )siiiS trR v24第22頁/共42頁第二十二頁，共43頁。sTtStSRriiiv)2()(1 Ld tnnttTtStSn0100) 12cos() 12() 1(43cos34cos4)2()(第23頁/共42頁第二十三頁，共43頁。EndsTtStSRriiiv)2()(1 Ld tnnttTtStSn0100) 12cos() 12() 1(43cos34cos4)2()(第24頁/共42頁第二十四頁，

11、共43頁。第25頁/共42頁第二十五頁，共43頁。End第26頁/共42頁第二十六頁，共43頁。if(v ) 在(VQ+ v1)關(guān)于(guny)v2的泰勒級數(shù)展開式為： 212Q 12Q2Q)(21)()(vvvvvVfVfVfi若v2足夠小，可以忽略(hl)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 2) + + f (VQ+ v2 2) v1 1回顧：0c0cm10cm20cm0()coscos2cosBBnf VIItItIntv001020n0 ()( )coscos2cosBBfVg tggtgtgntv第27頁/共42頁第二十七頁，共43頁。1

12、. 有用信號和本振產(chǎn)生(chnshng)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(xnho)時(shí)，除了能聽到有用信號(xnho)外，還同時(shí)能聽到等音頻的哨叫聲。sqp0qp,soqp,qfpffFf iF為音頻si01 , 1現(xiàn)象：p + q n第28頁/共42頁第二十八頁，共43頁。1. 有用信號和本振產(chǎn)生的組合(zh)頻率干擾哨叫干擾 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F （以調(diào)幅(dio f)為例 ） 它將與有用(yu yn)信號疊加，并同時(shí)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

13、一個(gè)頻率為F的音頻信號，這就形成了哨叫干擾。第29頁/共42頁第二十九頁，共43頁。1. 有用信號(xnho)和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾哨叫干擾舉例舉例(j l)： 調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻 KzfI465 ，某電臺發(fā)射頻率 Kzfc931 當(dāng)接收該電臺廣播時(shí)，接收機(jī)的本振頻率 KzfffcIL1396 由于變頻比 2465931 Icff可推算出： 當(dāng) 1 p， 2 q，可得 KHzffLc466139693122 第30頁/共42頁第三十頁，共43頁。2. 干擾信號和本振產(chǎn)生(chnshng)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(shí)，在通頻帶以外的電臺信號也有可能(knn

14、g)進(jìn)入混頻器的輸入端而形成干擾。noqp,qfpff原因(yunyn)：if 這時(shí)，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。 2n1ns0nm,q,p,nfmfqfpff第31頁/共42頁第三十一頁，共43頁。noqp,qfpffifinin fqfpffqfpf00考慮到下混頻(hn pn)，只有以下兩式成立iisinfqffqpfqfqpf1)(10第32頁/共42頁第三十二頁，共43頁。2. 干擾信號和本振產(chǎn)生(chnshng)的副波道干擾1）中頻(zhngpn)干

15、擾1, 0qp一次項(xiàng)：iffn 由于混頻器對中頻(zhngpn)信號具有良好的放大性能，傳送至中頻(zhngpn)放大器的中頻(zhngpn)干擾信號有可能比有用信號更強(qiáng)。第33頁/共42頁第三十三頁，共43頁。2. 干擾信號和本振產(chǎn)生(chnshng)的副波道干擾2）鏡像干擾(gnro)1, 1qp二次項(xiàng)：isi0n2 fffff 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(jinb)而造成嚴(yán)重的干擾。EndiIsifqffqpfqfqpfn1)(10第34頁/共42頁第三十四頁，共43頁。干擾信號對有用信號調(diào)制產(chǎn)生干擾信號對有用信號

16、調(diào)制產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)的交叉調(diào)制的交叉調(diào)制干擾干擾 當(dāng)接收機(jī)調(diào)諧在有用信號的頻率上時(shí)，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(shí)，干擾電臺調(diào)制信號的可聽度減弱(jinru)，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?，F(xiàn)象(xinxing)： 2n1ns0nm,q,p,nfmfqfpff第35頁/共42頁第三十五頁，共43頁。干擾信號對有用干擾信號對有用(yu yn)(yu yn)信號調(diào)制產(chǎn)生的交叉調(diào)制信號調(diào)制產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾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(fn

17、 ling)的幅度受干擾信號的幅度影響，其包跡發(fā)生變化。成因(chngyn)： 分析表明，非理想相乘特性的四次項(xiàng)中所含的v0 vs vn2項(xiàng)將產(chǎn)生寄生中頻信號，；200cos)(cos)()cos(ttVttVtVnnsm22cos1cos2ttnnEnd 2n1ns0nm,q,p,nfmfqfpff第36頁/共42頁第三十六頁，共43頁。兩干擾信號兩干擾信號(xnho)(xnho)和本振信號和本振信號(xnho)(xnho)產(chǎn)生的互相調(diào)產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾制干擾 210,nnsnmqpnfmfqfpff 在輸入有用信號的同時(shí)，有兩個(gè)干擾信號vn1(t)vn1(t)和vn2(t)vn2(t)也作

18、用于混頻器輸入端, ,使混頻器的輸入端同時(shí)作用了包括本機(jī)振蕩共4 4個(gè)輸入信號，這兩個(gè)干擾信號與本機(jī)振蕩信號的組合就有可能產(chǎn)生兩個(gè)干擾信號間的互相(h xing)(h xing)調(diào)制，從而產(chǎn)生寄生中頻分量。成因：第37頁/共42頁第三十七頁，共43頁。兩干擾信號和本振信號產(chǎn)生的互相兩干擾信號和本振信號產(chǎn)生的互相(h xing)(h xing)調(diào)制干擾調(diào)制干擾 210,nnsnmqpnfmfqfpff 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(gè)干擾信號才能有效地加到混頻器的輸入端。因此，假定兩個(gè)干擾信號的頻率fn1和fn2比較靠近fs，那么(n me)能夠滿足上式情況限于 2n1n0nm,0, 1nfmfffifsoqp,qfpffFf i組合頻率(pnl)干擾 1 nmEnd第38頁/共42頁第三十八頁，共43頁。1.1.阻塞阻塞(zs)(zs)現(xiàn)象現(xiàn)象 當(dāng)一個(gè)強(qiáng)干擾信號進(jìn)入接收機(jī)輸入端后，由于(yuy)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(shí)，甚至可能導(dǎo)致晶體管的結(jié)被擊穿，晶體管的正常工作狀態(tài)被破壞，產(chǎn)生了完全