哈工大高頻趙雅琴第九章課件

1、第9章 變頻電路9.1 概述概述9.2 三極管混頻器三極管混頻器9.4 二極管混頻器二極管混頻器9.5 模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器9.6 干擾及失真干擾及失真教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求 1. 掌握掌握變頻電路的功能及組成變頻電路的功能及組成2. 掌握掌握典型混頻器的電路組成、工作原理和典型混頻器的電路組成、工作原理和性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)3. 了解了解變頻干擾的來源和抑制方法變頻干擾的來源和抑制方法1.1.變頻器的功能變頻器的功能 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

2、個(gè)中頻輸出信號(hào)：)(IIfu輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系：輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系： 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，只是填的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是填充頻譜不同，即其中心頻率不同：充頻譜不同，即其中心頻率不同： cLIfff 其中：其中：輸出高中頻輸出低中頻cLcLIfffff9.1 概述概述 uc (fc)uL (fL)uI (fI)混頻器混頻器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

3、頻譜的頻譜tuc (t)tuc (t)tuL (t)tuL (t)tuI (t)tuI (t)混頻器是頻譜的線性搬移電路，完成頻譜線性搬移功能的關(guān)鍵是獲得混頻器是頻譜的線性搬移電路，完成頻譜線性搬移功能的關(guān)鍵是獲得兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)，具有這個(gè)乘積項(xiàng)，就可以實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)，具有這個(gè)乘積項(xiàng)，就可以實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。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()

4、cos(cos21coscoscos 2. 混頻器的基本工作原理：混頻器的基本工作原理：LuLL- 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 uIucuL可見：輸出中頻信號(hào)可見：輸出中頻信號(hào)uI的的包絡(luò)形狀包絡(luò)形狀沒有變化，只是沒有變化，只是填充頻率填充頻率由由c變變化成化成 L - c = IuLuc非線性非線性元件元件帶通濾帶通濾波器波器(1) 調(diào)幅調(diào)幅(DS

5、B為例為例) u乘法器乘法器帶通濾波器帶通濾波器uDSBuo2max o（2）檢波）檢波 uDSB乘法器乘法器低通濾波器低通濾波器uou max（3）混頻）混頻 uDSB= uc乘法器乘法器uL帶通濾波器帶通濾波器uII=L-c L c3. 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)系 I=L-C2 max因?yàn)橐驗(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)的噪聲系混頻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。數(shù)影響大。 所以希望混頻級(jí)的所以希望混頻級(jí)的 越小越好。越小越好。 nF(1) 變頻增益：變頻增益： 變頻電壓增益變頻電壓增益: sIuUUA輸輸

6、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)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)/0nInicnPPPPF4. 混頻器主要性能指標(biāo)混頻器主要性能指標(biāo) (3) 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，要求信號(hào)，為了抑制不需要的干擾，要求

7、中頻輸出回路中頻輸出回路具有良好的選具有良好的選擇性，擇性，矩形系數(shù)趨近于矩形系數(shù)趨近于1。 1. 工作原理工作原理混頻器原理性電路混頻器原理性電路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)。為本振信號(hào)。集電極回路調(diào)諧于中頻集電極回路調(diào)諧于中頻 I 。9.2 晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 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)。由于由于 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

8、+uL的作用下發(fā)生變化的作用下發(fā)生變化。在每一個(gè)工作點(diǎn)，對(duì)在每一個(gè)工作點(diǎn)，對(duì)us來說都是工來說都是工作于線性狀態(tài)，只不過不同的工作作于線性狀態(tài)，只不過不同的工作點(diǎn)其線性參量不同。點(diǎn)其線性參量不同。這種隨時(shí)間變這種隨時(shí)間變化的參量稱為時(shí)變參量?；膮⒘糠Q為時(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 UsmSo：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。2. 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（1）混

9、頻器的時(shí)變參量表示式）混頻器的時(shí)變參量表示式因?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，可以的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以，可以將函數(shù)將函數(shù) ic=f (ube) 在在時(shí)變偏壓時(shí)變偏壓 Vbb + uL(t)上展開成泰勒級(jí)數(shù)上展開成泰勒級(jí)數(shù)，則，則 21( )( )( )( )( )2cbbLbbLsbbLsif Vu tfVu tu tfVu tu t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： ( )( )( )cbbLbbLsi

10、f 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( )bbLbeicfVutgu()cbeif u因?yàn)橐驗(yàn)閡ce對(duì)對(duì)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)。 （2）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( )( )( )(cos

11、cos2) (coscos2)coscoscos2coscos()2cos()cos(2)cos(2222cbbLbbLscc mLc mLLLsmscc mLc mLsmsLsLsLsLsif Vu tf Vu t u tIItItggtgtUtgIItItUgttgggtt)t由于本振電壓為大信號(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( )coscos2bbIcc mLc mLf Vu tIItIt012( )( )coscos2bbLLLfVutg tggtgt式中，式中，

12、Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分別為分別為ube =Vbb +uL(t)時(shí)時(shí)集電極電流中的集電極電流中的直流、基波、二次諧波分量的幅值直流、基波、二次諧波分量的幅值及及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。波分量的幅值。（4）混頻器的）混頻器的變頻跨導(dǎo)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)值上在數(shù)值上變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)g(t)的基波分量的一半的基波分量的一半，可以通過，可以通過 g(t)的基波的基波分量分

13、量g1來求變頻跨導(dǎo)：來求變頻跨導(dǎo)：11( )cosdLLgg ttt111( )cosd22cLLggg ttt（3）通過帶通濾波器取出中頻）通過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，則混頻后通過帶通濾波器輸出中頻電流為：，則混頻后通過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)cos

14、2IsmaIigUmtt混頻器等效電路混頻器等效電路3. 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)，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)來說可以等效為時(shí)為小信號(hào)來說可以等效為時(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。

15、時(shí)，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。 2max04cpciccgAg g4. 具體電路和工作狀態(tài)的選擇具體電路和工作狀態(tài)的選擇 根據(jù)根據(jù)輸入信號(hào)輸入信號(hào)us可構(gòu)成可構(gòu)成共射和共基兩組態(tài)共射和共基兩組態(tài)。而對(duì)。而對(duì)本振電壓本振電壓的注入可分從的注入可分從基極基極注入和發(fā)射極注入兩種組態(tài)注入和發(fā)射極注入兩種組態(tài)，因此有四種組態(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) (a) us為共射組態(tài)，輸入電阻高，為共射組態(tài)，輸入電阻高，變頻增益大。變頻增益大。uL是基極注入，輸是基極注入，輸入電阻大，易于起振。但兩者相入電阻大，易于起振。但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生頻率牽引?；ビ绊懘?，可能產(chǎn)生頻率

16、牽引。（b）對(duì)）對(duì)uL相當(dāng)于共基，起振不相當(dāng)于共基，起振不易，但兩者相互影響小。易，但兩者相互影響小。 （c）、（）、（d）us為共基組態(tài)輸入為共基組態(tài)輸入阻抗小，變頻增益?。坏哳l特阻抗小，變頻增益??；但高頻特性好，上限頻率高。性好，上限頻率高。（1）晶體三極管混頻器的四種組態(tài)）晶體三極管混頻器的四種組態(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)（2）具體電路）具體電路 收音機(jī)變頻電路收音機(jī)變頻電路下圖是收音機(jī)中常用的變

17、頻電路。下圖是收音機(jī)中常用的變頻電路。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，為互感耦合的自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。激振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。 （3）工作狀態(tài)的選擇）工作狀態(tài)的選擇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)是由直直流偏壓和本振電壓的幅值流偏壓和本振電壓的幅值來決定。來決定。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

18、。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。 eQIApc和和NF與與ULm、IeQ的關(guān)系的關(guān)系 ic=a0+a2u2+a3u3例：已知混頻晶體三極管的正向傳輸特性為：例：已知混頻晶體三極管的正向傳輸特性為：式中：式中：u=Usmcosst + ULmcosLt，ULmUsm ，混頻器，混頻器的中頻的中頻I=L-s，試求混頻器的變頻跨導(dǎo)，試求混頻器的變頻跨導(dǎo)gc。Luucduditg)(解：解：tUatUaUatUatUauauatgLL

19、mLLmLmLLmLLmLL2cos23cos223cos3cos232)(232232232232則：則：式中：式中：LmUag212LmcUagg2121So：1. 二極管混頻器的優(yōu)點(diǎn)二極管混頻器的優(yōu)點(diǎn) 電路結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、組合頻率分量少。如果采用肖電路結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、組合頻率分量少。如果采用肖特基表面勢壘二極管，工作頻率可高達(dá)微波頻段，因而應(yīng)用廣泛。特基表面勢壘二極管，工作頻率可高達(dá)微波頻段，因而應(yīng)用廣泛。 2. 二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器 9.4 二極管混頻電路二極管混頻電路平衡型混頻器平衡型混頻器環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器電路條件電路條件 (1) 本振電壓

20、本振電壓uL足夠大，晶足夠大，晶體二極管工作在受體二極管工作在受uL控制控制的開關(guān)狀態(tài)。的開關(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；輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于于I。相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾。相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器。波器。平衡混頻器原理電路平衡混頻器原理電路 II原理分析原理分析1開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管D1、D2的電流的電流 12;22sIsIdLLdLLuuuuig ktuig ktu2在無帶通濾波的條件下，流過輸出回路的電流為在無帶通濾波的條件下，流過輸出回路的電流為 12()()dLsIiiig kt uu設(shè)設(shè) ，則，則 Imcos,c

21、osssmsIIuUt uUtImImImImIm1 22coscos3coscos2311111coscoscoscoscos22111cos3cos 32331cos 33dLLsmsIdsmsdIdsmLsdsmLsdLIdLIdsmLsdsmLsdLi gttUt UtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgU Im1cos 33IdLItgUt 3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Im11coscos2IdsmIdIig 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)生的中

22、頻電流之差。中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生的中頻電流之差。 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)，流過輸入回路初級(jí)的電流是：時(shí)，流過輸入回路初級(jí)的電流是： ImIm1111coscoscoscos22sdsmsdLIdsmsdsig Utg Utg 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)生輸入電流之差。經(jīng)反向混頻產(chǎn)生輸入電流之差。 等效電路等效電路二極管開關(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/)ddgggg由于混頻器等效電路是對(duì)稱的由于混頻器等效電路

23、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的定義是在輸出的定義是在輸出端接入端接入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)在輸入端接入。同樣，當(dāng)在輸入端接入 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。 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 ggAggg 混頻器工作于全匹配的條件混頻器工作于全匹配

24、的條件推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程isiI3. 二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器 本振電壓本振電壓uL足夠大，足夠大，使使 D1、D2、D3、D4處處于開關(guān)工作狀態(tài)。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，截止，開關(guān)函數(shù)為開關(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，導(dǎo)通，開關(guān)函數(shù)為開關(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。相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器。濾波器。電路條件：電路條件： (1) 在本振

25、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 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) 無帶通濾波條件下，輸出電流無帶通濾波條件下，輸出電流 0Im()()()()()

26、()()()44coscoscos3cos3dLsIdLsIdsLLdILLdsmsLLdIiiig kt uug ktuug uktktg uktktg Utttg Ut(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 Ut(5) 無帶通濾波條件下，輸入電流無帶通濾波條件下，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

27、混頻器與平衡環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加混頻器相比，增加了兩個(gè)二極管，其了兩個(gè)二極管，其輸出中頻電流和輸輸出中頻電流和輸入電流都增大二倍入電流都增大二倍。同時(shí)在輸出電流。同時(shí)在輸出電流中進(jìn)一步抵消了中進(jìn)一步抵消了s、 LI、3LI等分量。等分量。因而其應(yīng)用較為廣因而其應(yīng)用較為廣泛。泛。 6.8 kCEC=15V1413.3 k1294813313k10k27-EE=-15V+15V5610 11-15V10k10kRwxRwy2k2k8.2 k8.2 k BG314 (MC1595)LN1N2BG314構(gòu)成的混頻電路構(gòu)成的混頻電路 ，如果，如果本振電壓本振電壓uL、高頻信號(hào)電壓、高頻信號(hào)電

28、壓uc分別分別從從4、9腳輸入，腳輸入，BG314的輸出端的輸出端2、14腳間接腳間接LC諧振回路。諧振回路。設(shè)輸入已調(diào)高頻信號(hào)設(shè)輸入已調(diào)高頻信號(hào): 9.5 模擬乘法器混頻電路模擬乘法器混頻電路 uLucuIuc= Uc(t)cosct 本振電壓：本振電壓：uL=ULcosLt LC回路的諧振頻率回路的諧振頻率I= L-c，其帶寬其帶寬B2，回路諧振阻抗為，回路諧振阻抗為RP，變壓比為，變壓比為n=N2/N1，輸出中，輸出中頻信號(hào)電壓頻信號(hào)電壓uI為為: ttUttURRIUnRuIIIcyxoxLPIcos)(cos)(混頻增益混頻增益Au為為 :yxoxLPcIu)()(RRIUnRtUt

29、UA 由于混頻器是依靠非線性元件來實(shí)現(xiàn)變頻，而通過非線性元件由于混頻器是依靠非線性元件來實(shí)現(xiàn)變頻，而通過非線性元件的信號(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則通過則通過 非線性元件的信號(hào)非線性元件的信號(hào) cLoqfpfu ，其中，其中 2 , 1 ,0, qp而而這這 些組合頻率的信號(hào)中只要和中頻頻率些組合頻率的信號(hào)中只要和中

30、頻頻率 cLIfff 相同或接近，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，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號(hào)的正常工作。起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號(hào)的正常工作。 9.6 混頻器的干擾和失真混頻器的干擾和失真一般混頻器存在下列干擾：一般混頻器存在下列干擾： (1)干擾哨聲：接收的射頻信號(hào)干擾哨聲：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 B)(nnfu(2)副波道干擾：外來干擾信號(hào)副波道干擾：外來干擾

31、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：有用信號(hào)交叉調(diào)制干擾：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。混頻產(chǎn)生的干擾。 (4)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)作用在混頻器輸入端，經(jīng)混頻產(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 fI1. 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 cL

32、ff 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 Icff稱為稱為變頻比變頻比。 顯然顯然當(dāng)變頻比一定時(shí)，并能找到對(duì)應(yīng)的整數(shù)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。 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

33、振頻率該電臺(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 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)過混頻器后產(chǎn)生的頻率為經(jīng)過混頻器后產(chǎn)生的頻率為 ，其中，其中 p,q=0,1,2,cLqfpf 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 ,也可以通過中頻也可以通過中頻通道

34、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干擾無關(guān)，不能靠提高前級(jí)電路的選擇性來抑制。自身組合干擾與外來干擾無關(guān)，不能靠提高前級(jí)電路的選擇性來抑制。 (2)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，環(huán)形電路，乘法器。如平衡電路，環(huán)形電路，乘法器。 當(dāng)當(dāng)p=1，q=2,fL=fI+ fc=

35、1396KHz。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, 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:2. 外干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾（外干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾（副波道干擾副波道干擾）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 可見，可見，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

36、中主要有：中頻干擾，鏡頻干擾，及其它副波道干擾中頻干擾，鏡頻干擾，及其它副波道干擾。 (1) 中頻干擾中頻干擾當(dāng)當(dāng) p=0 , q=1時(shí)，時(shí)， Inff 即即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號(hào)一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通過混頻器進(jìn)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。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，合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外中頻選在工作波段之外當(dāng)

37、當(dāng) p=1 , q=1時(shí)，則有：時(shí)，則有： )( )( cLILncLILnffffffffff或或f c f L f nf I雖然這種干雖然這種干擾信號(hào)頻率擾信號(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 sf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

38、此節(jié)目時(shí)的本振頻率節(jié)目時(shí)的本振頻率 KHzKHzfffcL1104465639I,如果有一外來如果有一外來 電臺(tái)的頻率電臺(tái)的頻率 KHzKHzfffL,在混頻級(jí)之前沒有被在混頻級(jí)之前沒有被 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。 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 L f n2 21232122

39、1)2(21nIcnIcIIcILnffffffffffff可可見見 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 I交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)。它是有用

40、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：由非線性元件：例：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 coscos)cos1(cos)(則則 4444)(Lncuuuaua 展開后其中可分解出展開后其中

41、可分解出 )(624Lcnuuua項(xiàng)項(xiàng) 3. 交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）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。波上，與有用信號(hào)一同輸出而形成干擾。 交調(diào)干擾的特點(diǎn)：交調(diào)干擾的特點(diǎn)： (2) 與干擾的載頻無關(guān)，任何頻率的強(qiáng)干擾都可能形成交調(diào)干擾，所與干擾的載頻無關(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。以交調(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。