高頻電子線路第6章_混頻

1、第第6 6章章 混頻混頻第6章 混頻 6.1 概述概述 6.2 混頻電路混頻電路6.3 混頻器的組合干擾混頻器的組合干擾第第6 6章章 混頻混頻6.1 概述概述 混頻混頻(或變頻或變頻)是將信號(hào)的頻率由一個(gè)數(shù)值變換成另是將信號(hào)的頻率由一個(gè)數(shù)值變換成另一個(gè)數(shù)值的過(guò)程。完成這種功能的電路叫混頻器一個(gè)數(shù)值的過(guò)程。完成這種功能的電路叫混頻器(或變或變頻器頻器)。如廣播收音機(jī)，中波波段信號(hào)載波的頻率為。如廣播收音機(jī)，中波波段信號(hào)載波的頻率為535kHz1.6MHz，接收機(jī)中本地振蕩的頻率相應(yīng)為，接收機(jī)中本地振蕩的頻率相應(yīng)為12.065MHz，在混頻器中這兩個(gè)信號(hào)的頻率相減，輸，在混頻器中這兩個(gè)信號(hào)的頻率

2、相減，輸出信號(hào)的頻率等于中頻頻率出信號(hào)的頻率等于中頻頻率465kHz。 第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.1(a)畫(huà)出了混頻器輸入、輸出信號(hào)的時(shí)域波形。畫(huà)出了混頻器輸入、輸出信號(hào)的時(shí)域波形。經(jīng)過(guò)混頻，信號(hào)的載頻由高頻變成中頻，但包絡(luò)的形經(jīng)過(guò)混頻，信號(hào)的載頻由高頻變成中頻，但包絡(luò)的形狀不變。圖狀不變。圖6.1(b)畫(huà)出了輸入與輸出信號(hào)的頻譜。經(jīng)過(guò)畫(huà)出了輸入與輸出信號(hào)的頻譜。經(jīng)過(guò)混頻，載波頻率由高頻混頻，載波頻率由高頻fs變成中頻變成中頻fi，頻譜結(jié)構(gòu)沒(méi)有變，頻譜結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化。所以混頻是線性頻率變換，也是頻譜搬移?；?。所以混頻是線性頻率變換，也是頻譜搬移。 第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.1 混頻

3、器功能圖混頻器功能圖第第6 6章章 混頻混頻 在無(wú)線電技術(shù)中，混頻的應(yīng)用非常普遍。在超外在無(wú)線電技術(shù)中，混頻的應(yīng)用非常普遍。在超外差式接收機(jī)中，所有輸入信號(hào)的頻率都要變成中頻，差式接收機(jī)中，所有輸入信號(hào)的頻率都要變成中頻，廣播收音機(jī)的中頻等于廣播收音機(jī)的中頻等于465kHz，電視接收機(jī)的中頻等，電視接收機(jī)的中頻等于于38MHz。在發(fā)射機(jī)中，為了提高發(fā)射信號(hào)的頻率穩(wěn)。在發(fā)射機(jī)中，為了提高發(fā)射信號(hào)的頻率穩(wěn)定度，采用一個(gè)頻率較低的石英晶體振蕩器做主振蕩定度，采用一個(gè)頻率較低的石英晶體振蕩器做主振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)頻率非常穩(wěn)定的主振信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)頻器，產(chǎn)生一個(gè)頻率非常穩(wěn)定的主振信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)頻率的加、減、

4、乘、除運(yùn)算變換成射頻。率的加、減、乘、除運(yùn)算變換成射頻。 此外電視差轉(zhuǎn)機(jī)收發(fā)頻道的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通信中上此外電視差轉(zhuǎn)機(jī)收發(fā)頻道的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通信中上行、下行頻率的變換等等都必須采用混頻器。行、下行頻率的變換等等都必須采用混頻器。第第6 6章章 混頻混頻 混頻器電路是由信號(hào)相乘電路，本地振蕩器和帶混頻器電路是由信號(hào)相乘電路，本地振蕩器和帶通濾波器組成，如圖通濾波器組成，如圖6.2所示。所示。 信號(hào)相乘電路的輸入信號(hào)一個(gè)是外來(lái)的已調(diào)波信號(hào)相乘電路的輸入信號(hào)一個(gè)是外來(lái)的已調(diào)波us，另一個(gè)是由本地振蕩器產(chǎn)生的等幅正弦波另一個(gè)是由本地振蕩器產(chǎn)生的等幅正弦波u1。us與與u1相相乘產(chǎn)生和、差頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)帶通濾

5、波器取出差頻乘產(chǎn)生和、差頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器取出差頻(或或和頻和頻)信號(hào)信號(hào)ui。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.2 混頻電路的組成框圖混頻電路的組成框圖 uss相乘電路um1s帶通濾波器ui1siu11本地振蕩器第第6 6章章 混頻混頻 1.混頻增益混頻增益KPc 混頻增益是指混頻器輸出的中頻信號(hào)功率混頻增益是指混頻器輸出的中頻信號(hào)功率Pi與輸入與輸入信號(hào)功率信號(hào)功率Ps之比。之比。ipcsPKP(6.11)用分貝表示為用分貝表示為 10log()ipcsPKdBP(6.12)混頻增益的高低與混頻電路的形式有關(guān)。二極管混混頻增益的高低與混頻電路的形式有關(guān)。二極管混頻電路的增益頻電路的增益

6、KPc1；三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和模擬乘；三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路，其增益可以大于法器構(gòu)成的混頻電路，其增益可以大于1。第第6 6章章 混頻混頻 2. 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)NF 噪聲系數(shù)的定義為噪聲系數(shù)的定義為FN輸入信號(hào)功率與輸入噪聲功率之比輸入信號(hào)功率與輸入噪聲功率之比 輸出信號(hào)功率與輸出噪聲功率之比輸出信號(hào)功率與輸出噪聲功率之比 /iiooSNSN第第6 6章章 混頻混頻 由于電路內(nèi)部噪聲的存在。輸出信噪比總是小于由于電路內(nèi)部噪聲的存在。輸出信噪比總是小于輸入信噪比，所以噪聲系數(shù)輸入信噪比，所以噪聲系數(shù)NF始終大于始終大于1。 NF越大，說(shuō)明電路的內(nèi)部噪聲越大；越大，說(shuō)明電路的內(nèi)

7、部噪聲越大；NF越小，說(shuō)越小，說(shuō)明電路內(nèi)部噪聲越小。理想情況，電路內(nèi)部無(wú)噪聲，明電路內(nèi)部噪聲越小。理想情況，電路內(nèi)部無(wú)噪聲，NF=1。 混頻器由于處于接收機(jī)電路的前端，對(duì)整機(jī)噪聲混頻器由于處于接收機(jī)電路的前端，對(duì)整機(jī)噪聲性能的影響很大，所以減小混頻器的噪聲系數(shù)是至關(guān)性能的影響很大，所以減小混頻器的噪聲系數(shù)是至關(guān)重要的。重要的。 第第6 6章章 混頻混頻 3. 混頻失真與干擾混頻失真與干擾 混頻器的失真有頻率失真和非線性失真。此外，混頻器的失真有頻率失真和非線性失真。此外，由于器件的非線性還存在著組合頻率。某些組合頻率由于器件的非線性還存在著組合頻率。某些組合頻率往往是伴隨有用信號(hào)而存在的，嚴(yán)重

8、地影響了混頻器往往是伴隨有用信號(hào)而存在的，嚴(yán)重地影響了混頻器的正常工作及性能的正常工作及性能,稱(chēng)之為組合頻率干擾。因此，如何稱(chēng)之為組合頻率干擾。因此，如何減小失真與干擾是混頻器研究中的一個(gè)重要問(wèn)題。減小失真與干擾是混頻器研究中的一個(gè)重要問(wèn)題。第第6 6章章 混頻混頻 4. 選擇性選擇性 所謂選擇性是指混頻器選取出有用的中頻信號(hào)而所謂選擇性是指混頻器選取出有用的中頻信號(hào)而濾除其他信號(hào)的能力。選擇性越好輸出信號(hào)的頻譜純?yōu)V除其他信號(hào)的能力。選擇性越好輸出信號(hào)的頻譜純度越高。選擇性主要取決于混頻器輸出端的中頻帶通度越高。選擇性主要取決于混頻器輸出端的中頻帶通濾波器的性能。濾波器的性能。 另外，對(duì)混頻器

9、的要求還有動(dòng)態(tài)范圍、穩(wěn)定性等另外，對(duì)混頻器的要求還有動(dòng)態(tài)范圍、穩(wěn)定性等等。等。第第6 6章章 混頻混頻6.2 混頻電路混頻電路 6.2.1 三極管混頻器三極管混頻器 三極管混頻器電路如圖三極管混頻器電路如圖6.3所示。設(shè)接收的信號(hào)所示。設(shè)接收的信號(hào)us=Usmcosst，本機(jī)振蕩電壓，本機(jī)振蕩電壓u1=U1mcos1t，基極直流，基極直流偏置電壓為偏置電壓為EB，集電極負(fù)載為諧振頻率等于中頻，集電極負(fù)載為諧振頻率等于中頻fi=f1-fs的帶通濾波器。忽略基調(diào)效應(yīng)時(shí)，集電極電流的帶通濾波器。忽略基調(diào)效應(yīng)時(shí)，集電極電流iC可近可近似表示為似表示為uBE的單元函數(shù)，的單元函數(shù)， iC=f(uBE),

10、 uBE=EB+u1+us 第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.3 晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 usu1iBEBECiCuBELCRLuii第第6 6章章 混頻混頻 由于由于U1mUsm，且，且Usm2，帶內(nèi)阻抗可近，帶內(nèi)阻抗可近似等于有載諧振阻抗似等于有載諧振阻抗RL。輸出的中頻電壓近似等于。輸出的中頻電壓近似等于 ui=gcRLUsmo(1+macost)cosit。 它仍然是它仍然是AM調(diào)幅波調(diào)幅波, 但載波頻率變成了但載波頻率變成了i第第6 6章章 混頻混頻 仿照集電極回路的分析方法，三極管混頻器的輸仿照集電極回路的分析方法，三極管混頻器的輸入回路基極電流入回路基極電流iB與輸入電壓

11、與輸入電壓us的關(guān)系也可近似寫(xiě)成的關(guān)系也可近似寫(xiě)成0( )BBisiig t u(6.29) 其中，其中，iB0為靜態(tài)時(shí)變輸入電流為靜態(tài)時(shí)變輸入電流(受受u1控制控制)；gi(t)是是時(shí)變輸入電導(dǎo)，把它用傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)時(shí)變輸入電導(dǎo)，把它用傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)01121( )coscos2iiiig tggtgt(6.210) 由于混頻器輸入回路調(diào)諧于信號(hào)頻率由于混頻器輸入回路調(diào)諧于信號(hào)頻率fs，因此分，因此分析混頻器時(shí)僅考慮基極電流析混頻器時(shí)僅考慮基極電流iB中的信號(hào)頻率電流中的信號(hào)頻率電流 000cossisismssmismig ug UtIg U(6.211) (6.212) 第第6 6章章 混頻

12、混頻 由以上分析可得到晶體三極管混頻器的交流等效由以上分析可得到晶體三極管混頻器的交流等效電路如圖電路如圖6.6所示所示, 據(jù)此可導(dǎo)出三極管混頻器的電壓增據(jù)此可導(dǎo)出三極管混頻器的電壓增益為益為20ccVcocLLcPcLiggKggggKgg(6.213) (6.214) 功率增益功率增益 第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.6 晶體三極管混頻器交流等效電路晶體三極管混頻器交流等效電路 uss準(zhǔn) 線 性放 大 器iuiIsmgsgioUsmIsgcUsmgocgLIiUim第第6 6章章 混頻混頻 混頻跨導(dǎo)混頻跨導(dǎo)gc越大越大, KVc、KPc越高。越高。gc大小與晶體管大小與晶體管參數(shù)、本振電壓

13、幅度和靜態(tài)偏置電壓有關(guān)。圖參數(shù)、本振電壓幅度和靜態(tài)偏置電壓有關(guān)。圖6.7和圖和圖6.8分別畫(huà)出了分別畫(huà)出了gc與與U1m和和EB關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)，關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)，gc與與U1m和和EB的關(guān)系是非線性關(guān)系，的關(guān)系是非線性關(guān)系，U1m和和EB過(guò)大或過(guò)小，過(guò)大或過(guò)小，gc都較小，只有在一段范圍內(nèi)都較小，只有在一段范圍內(nèi)gc較大。較大。 第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.7 g(t)、gc與與U1m的關(guān)系的關(guān)系0tuBEuBEiCg(t)0tgcu11u12u13u1400U1m第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.8 g(t)、gc與與EB的關(guān)系的關(guān)系 0t000g(t)iCuBEuBEEBEB1EB

14、2EB2gct第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.9給出了混頻功率增益給出了混頻功率增益KPc和噪聲系數(shù)和噪聲系數(shù)NF與與Ulm的關(guān)系曲線。圖的關(guān)系曲線。圖6.10給出給出KPc和和NF與靜態(tài)直流工作點(diǎn)電與靜態(tài)直流工作點(diǎn)電流流IEQ的關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)，一般鍺管的關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)，一般鍺管U1m選在選在50200mV范圍內(nèi)，硅管可取大些。偏置電壓范圍內(nèi)，硅管可取大些。偏置電壓EB一般選一般選擇在使擇在使IEQ等于等于0.31mA的范圍內(nèi)工作比較合適。的范圍內(nèi)工作比較合適。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.9 KPc、NF與與U1m的關(guān)系的關(guān)系 010100 200 300502051015202

15、530NFKPcU1m / mVKPc , NF /dBEC = 6 VIEQ = 1 mA第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.10 KPc、NF與與IEQ的關(guān)系的關(guān)系 00.11230.30.251015202530NFKPcIEQ / mAKPc , NF /dBU1m = 100 mVEC = 6 V0.5第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.11給出了幾種常用的三極管混頻電路的形式。給出了幾種常用的三極管混頻電路的形式。它們的區(qū)別是本振電壓注入方式和三極管交流地電位它們的區(qū)別是本振電壓注入方式和三極管交流地電位的不同。的不同。 電路形式電路形式(a)的本振電壓由基極注入，需要本振提的本振電壓

16、由基極注入，需要本振提供的功率小，但輸入信號(hào)對(duì)本振的影響較大。電路形供的功率小，但輸入信號(hào)對(duì)本振的影響較大。電路形式式(b)的本振電壓由發(fā)射極注入，需要本振提供的功率的本振電壓由發(fā)射極注入，需要本振提供的功率大，但輸入信號(hào)對(duì)本振影響小。電路形式大，但輸入信號(hào)對(duì)本振影響小。電路形式(c)和和(d)都是都是共基極電路，與共基極電路，與(a)、(b)電路相比，這種電路工作頻率電路相比，這種電路工作頻率高、穩(wěn)定性較好。高、穩(wěn)定性較好。 第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.11 三極管混頻電路信號(hào)注入形式三極管混頻電路信號(hào)注入形式 usu1i(a)usu1i(b)第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.11 三

17、極管混頻電路信號(hào)注入形式三極管混頻電路信號(hào)注入形式 usu1i(c)usu1i(d)第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.12是典型的晶體管收音機(jī)混頻電路。天空中各是典型的晶體管收音機(jī)混頻電路。天空中各種頻率的電磁波在天線上感應(yīng)生成高頻電流，經(jīng)過(guò)輸入種頻率的電磁波在天線上感應(yīng)生成高頻電流，經(jīng)過(guò)輸入回路選頻，取出要收聽(tīng)電臺(tái)的信號(hào)回路選頻，取出要收聽(tīng)電臺(tái)的信號(hào)us，從晶體管基極注，從晶體管基極注入。入。L3和和L4組成變壓器耦合反饋式本地振蕩器，設(shè)計(jì)組成變壓器耦合反饋式本地振蕩器，設(shè)計(jì)L3的值使對(duì)中頻呈現(xiàn)阻抗很小，所以對(duì)中頻輸出的影響可的值使對(duì)中頻呈現(xiàn)阻抗很小，所以對(duì)中頻輸出的影響可以忽略。由以忽略。

18、由L5和和1000pF電容組成中頻回路取出中頻電壓電容組成中頻回路取出中頻電壓輸出。通常稱(chēng)中頻諧振回路及輸出部分叫中周變壓器。輸出。通常稱(chēng)中頻諧振回路及輸出部分叫中周變壓器。這種電路本地振蕩器和混頻由同一只晶體管完成，稱(chēng)之這種電路本地振蕩器和混頻由同一只晶體管完成，稱(chēng)之為變頻電路。為變頻電路。 第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.12 晶體管收音機(jī)變頻電路晶體管收音機(jī)變頻電路 27 k0.01 F68 k1.5 k7 / 2705 / 15L1L22200 pF7 / 270 pF5 / 152200 pFL31000 pFL5L4 EC22 pFui第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.13是由兩只

19、晶體管分別完成本振與混頻的混是由兩只晶體管分別完成本振與混頻的混頻電路。本地振蕩器是由頻電路。本地振蕩器是由V2管構(gòu)成的電感回授式振蕩管構(gòu)成的電感回授式振蕩器，本振電壓從器，本振電壓從V1管的射極輸入。信號(hào)電壓經(jīng)輸入選管的射極輸入。信號(hào)電壓經(jīng)輸入選擇回路由擇回路由V1管的基極輸入管的基極輸入,V1完成混頻。中頻電壓由調(diào)完成混頻。中頻電壓由調(diào)諧于諧于465kHz的中周變壓器的次級(jí)輸出。的中周變壓器的次級(jí)輸出。 這種結(jié)構(gòu)的混頻電路的振蕩與混頻之間的相互影這種結(jié)構(gòu)的混頻電路的振蕩與混頻之間的相互影響比較小，工作穩(wěn)定，技術(shù)指標(biāo)容易實(shí)現(xiàn)。響比較小，工作穩(wěn)定，技術(shù)指標(biāo)容易實(shí)現(xiàn)。第第6 6章章 混頻混頻 圖

20、圖6.13 晶體管收音機(jī)混頻電路晶體管收音機(jī)混頻電路 50F0.047F6.8 k2.7 k0.047F1.5 k4700 FV2300 pF7 / 2705 / 20f1L32.2 k0.01 F0.047 F2.7 kL2V1200 pF10 kfi465 kHz ui ECfs7 / 2705 / 20L1第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.14是一個(gè)差分混頻器，這種電路可以用分立是一個(gè)差分混頻器，這種電路可以用分立元件組成，也可用模擬乘法器組成。由分立元件構(gòu)成元件組成，也可用模擬乘法器組成。由分立元件構(gòu)成的差分混頻器，輸入信號(hào)頻率可高達(dá)的差分混頻器，輸入信號(hào)頻率可高達(dá)120MHz，混頻增

21、，混頻增益約益約30dB。集成模擬乘法器由于其最高工作頻率有限，。集成模擬乘法器由于其最高工作頻率有限，目前多用于中短波范圍。目前多用于中短波范圍。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.14 差分混頻器電路差分混頻器電路 us2.2 k1.2 ku10.01 F1.5 VV3V1V2ui EC第第6 6章章 混頻混頻 6.2.2 場(chǎng)效應(yīng)管混頻器場(chǎng)效應(yīng)管混頻器 與晶體三極管混頻相比，由于場(chǎng)效應(yīng)管具有平方律與晶體三極管混頻相比，由于場(chǎng)效應(yīng)管具有平方律特性，所以場(chǎng)效應(yīng)管混頻器具有動(dòng)態(tài)范圍大，非線性特性，所以場(chǎng)效應(yīng)管混頻器具有動(dòng)態(tài)范圍大，非線性失真小，更適于高頻工作的特點(diǎn)。目前應(yīng)用比較廣泛失真小，更適于高頻

22、工作的特點(diǎn)。目前應(yīng)用比較廣泛的是雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器。的是雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器。 雙柵雙柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱(chēng)DGMOS管。它的表示符管。它的表示符號(hào)與轉(zhuǎn)移特性如圖號(hào)與轉(zhuǎn)移特性如圖6.15所示。離源極近的柵極叫第一所示。離源極近的柵極叫第一柵極柵極G1，離漏極近的柵極叫第二柵極，離漏極近的柵極叫第二柵極G2。從轉(zhuǎn)移特性。從轉(zhuǎn)移特性曲線可看出第二柵極電壓曲線可看出第二柵極電壓uG2S的大小可以控制管子的的大小可以控制管子的跨導(dǎo)，跨導(dǎo)，uG2S越大，雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)越大。越大，雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)越大。 第第6 6章章 混頻混頻 圖圖6.15 DGMOS管符號(hào)和轉(zhuǎn)移特性管符號(hào)和轉(zhuǎn)移特性G1G

23、2SDDGMOS807060504030201003 2 1 12341 V1 V2 V3 V uG2S(V)= 4 V uG1S / ViD / mA第第6 6章章 混頻混頻 當(dāng)用當(dāng)用DGMOS管做放大器時(shí)，把管做放大器時(shí)，把G2交流接地，可交流接地，可以將以將G1和漏極和漏極D屏蔽起來(lái)，從而使管子的漏極到信號(hào)屏蔽起來(lái)，從而使管子的漏極到信號(hào)輸入柵輸入柵G1間的電容減小到間的電容減小到0.030.05pF，從而使放大器，從而使放大器的工作頻率提高。另外，通過(guò)改變第二柵極的直流電的工作頻率提高。另外，通過(guò)改變第二柵極的直流電壓可以構(gòu)成增益可控放大器。利用壓可以構(gòu)成增益可控放大器。利用DGMOS

24、管做混頻管做混頻器時(shí)，信號(hào)由第一柵極器時(shí)，信號(hào)由第一柵極G1輸入，本振電壓由第二柵極輸入，本振電壓由第二柵極G2注入；通過(guò)本振電壓對(duì)注入；通過(guò)本振電壓對(duì)DGMOS管跨導(dǎo)的控制實(shí)現(xiàn)管跨導(dǎo)的控制實(shí)現(xiàn)混頻?；祛l。DGMOS管的跨導(dǎo)與兩個(gè)柵極電壓的關(guān)系如圖管的跨導(dǎo)與兩個(gè)柵極電壓的關(guān)系如圖6.16所示。所示。第第6 6章章 混頻混頻圖6.16 DGMOS管的跨導(dǎo)與兩個(gè)柵極電壓的關(guān)系 uG1S / V 0.50 0.5 1 1.5 2036912151821242730gD / mS uG2S = 4 V2 V1 V0.5 V0 V 0.5 V 1第第6 6章章 混頻混頻 雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器實(shí)際電路如圖雙

25、柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器實(shí)際電路如圖6.17所示。圖所示。圖6.17(a)是單管是單管DGMOS混頻器電路。圖混頻器電路。圖6.17(b)是平衡混是平衡混頻電路，兩管第一柵極的信號(hào)電壓相位相差頻電路，兩管第一柵極的信號(hào)電壓相位相差180。第。第二柵極二柵極G2注入相位相同的本振電壓，大小約為注入相位相同的本振電壓，大小約為2V。通。通過(guò)調(diào)整微調(diào)電容可以保證兩管電路的對(duì)稱(chēng)。過(guò)調(diào)整微調(diào)電容可以保證兩管電路的對(duì)稱(chēng)。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.17 雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器電路雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器電路 (a)單管電路；單管電路；u1us250 pFG1G2100 k2 / 7SD0.002 F1k27 k3300

26、.002F100 k0.002 F18 Vuius120 k(a)第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.17 雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器電路雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器電路 (b)平衡混頻電路平衡混頻電路2 / 72 / 7G1G1120 0.01 FSDG2S0.01 FSDG21000 pFui120 8.2 k330 1500 pF8.2 kLCLC1000 pF12 V12 k820 1000 pFu15.6 k1500 pF(b)第第6 6章章 混頻混頻 6.2.3 二極管混頻器二極管混頻器 二極管混頻器與二極管調(diào)制器在電路形式和工作二極管混頻器與二極管調(diào)制器在電路形式和工作原理上相同，所不同的是混頻器的兩

27、個(gè)輸入信號(hào)都是原理上相同，所不同的是混頻器的兩個(gè)輸入信號(hào)都是高頻，輸出為中頻。但由于用途不同，性能指標(biāo)的要高頻，輸出為中頻。但由于用途不同，性能指標(biāo)的要求也不同。如二極管混頻器應(yīng)選用肖特基低噪聲混頻求也不同。如二極管混頻器應(yīng)選用肖特基低噪聲混頻二極管，高頻變壓器應(yīng)采用傳輸線變壓器。為了進(jìn)一二極管，高頻變壓器應(yīng)采用傳輸線變壓器。為了進(jìn)一步說(shuō)明二極管混頻工作原理，下面用準(zhǔn)線性方法對(duì)二步說(shuō)明二極管混頻工作原理，下面用準(zhǔn)線性方法對(duì)二極管混頻電路簡(jiǎn)要地加以分析。極管混頻電路簡(jiǎn)要地加以分析。第第6 6章章 混頻混頻 1.單二極管混頻器單二極管混頻器 圖圖6.18是一個(gè)單二極管混頻器電路。輸入電路調(diào)諧是一個(gè)

28、單二極管混頻器電路。輸入電路調(diào)諧于信號(hào)載頻于信號(hào)載頻fs，輸入回路兩端電壓設(shè)為，輸入回路兩端電壓設(shè)為us=Usmcosst。本地振蕩電壓經(jīng)變壓器耦合輸入，次級(jí)建立的本振電本地振蕩電壓經(jīng)變壓器耦合輸入，次級(jí)建立的本振電壓設(shè)為壓設(shè)為u1=U1mcos1t。輸出回路調(diào)諧在中頻。輸出回路調(diào)諧在中頻fi=f1-fs?；??；芈穬啥私⒌闹蓄l電壓路兩端建立的中頻電壓ui=Uimcosit。 通常通常U1mUsm，UsmUim，所以二極管混頻電路，所以二極管混頻電路是線性時(shí)變電路，二極管可近似等效為僅受是線性時(shí)變電路，二極管可近似等效為僅受u1控制的控制的開(kāi)關(guān)。其時(shí)變電導(dǎo)開(kāi)關(guān)。其時(shí)變電導(dǎo)gD(t)=gDk1(

29、1t)。二極管兩端的電壓。二極管兩端的電壓uD=us+u1-ui，二極管流過(guò)的電流，二極管流過(guò)的電流第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.18 單二極管混頻電路單二極管混頻電路 usfsusuDVDuifiuiu1u1f1iD第第6 6章章 混頻混頻1111( )122(coscos3)23(coscoscos)DDDDsmsmimiigt ugttUtUtUt(6.215) 1111( )cos()cos211211( )coscos()2112iDsmsDimiiDsmDimsDsmsDimisDsmDimi tg Utg UtIg Ug Ui tg Utg UtIg Ug U(6.216) (

30、6.217) (6.218) 中頻電流中頻電流信號(hào)電流信號(hào)電流第第6 6章章 混頻混頻 式式(6.217)和式和式(6.218)組成二極管混頻器電流方程式。組成二極管混頻器電流方程式。式式(6.217)中第一項(xiàng)是本振電壓與輸入信號(hào)經(jīng)二極管混頻產(chǎn)中第一項(xiàng)是本振電壓與輸入信號(hào)經(jīng)二極管混頻產(chǎn)生的中頻分量電流，這一項(xiàng)是混頻器正常輸出，稱(chēng)為正向混生的中頻分量電流，這一項(xiàng)是混頻器正常輸出，稱(chēng)為正向混頻；第二項(xiàng)是輸出的中頻電壓作用于二極管形成的中頻電流，頻；第二項(xiàng)是輸出的中頻電壓作用于二極管形成的中頻電流，所以與正向混頻電流極性相反。式所以與正向混頻電流極性相反。式(6.218)中第一項(xiàng)是由信中第一項(xiàng)是由信

31、號(hào)電壓形成的信號(hào)電流；第二項(xiàng)是輸出中頻電壓與本振電壓號(hào)電壓形成的信號(hào)電流；第二項(xiàng)是輸出中頻電壓與本振電壓經(jīng)過(guò)二極管混頻而產(chǎn)生的信號(hào)電流，由于這種混頻是輸出信經(jīng)過(guò)二極管混頻而產(chǎn)生的信號(hào)電流，由于這種混頻是輸出信號(hào)與本振相混，和正向混頻方向相反，所以叫做反向混頻。號(hào)與本振相混，和正向混頻方向相反，所以叫做反向混頻。具有雙向混頻特性是二極管混頻器所特有的。在三極管混頻具有雙向混頻特性是二極管混頻器所特有的。在三極管混頻器中由于輸入與輸出隔離度很大，所以可以忽略反向混頻作器中由于輸入與輸出隔離度很大，所以可以忽略反向混頻作用。根據(jù)二極管混頻器電流方程可以畫(huà)出混頻二極管的交流用。根據(jù)二極管混頻器電流方程

32、可以畫(huà)出混頻二極管的交流等效電路，如圖等效電路，如圖6.19所示。所示。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.19 二極管混頻交流等效電路二極管混頻交流等效電路混頻器usIsuiIi(a)IsUsmIiUim12gD1gDUim12gD1gDUsm(b)Isgsgig1g2gL(c)g1第第6 6章章 混頻混頻 為了與四端網(wǎng)絡(luò)通常習(xí)慣的規(guī)定相一致，把二極為了與四端網(wǎng)絡(luò)通常習(xí)慣的規(guī)定相一致，把二極管混頻器等效電路的輸出電流方向定義為與實(shí)際電流管混頻器等效電路的輸出電流方向定義為與實(shí)際電流方向相反方向相反(見(jiàn)圖見(jiàn)圖6.19(a)，這樣混頻器輸出電流方程式，這樣混頻器輸出電流方程式(6.217)右側(cè)要改變

33、符號(hào)?；祛l器的電流方程式變?yōu)橛覀?cè)要改變符號(hào)?；祛l器的電流方程式變?yōu)?12112iDimDsmsDsmDimIg Ug UIg Ug U第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.19 二極管混頻交流等效電路二極管混頻交流等效電路混頻器usIsuiIi(a)IsUsmIiUim12gD1gDUim12gD1gDUsm(b)Isgsgig1g2gL(c)g1第第6 6章章 混頻混頻 根據(jù)此式畫(huà)出圖根據(jù)此式畫(huà)出圖6.19(b)。該等效電路可改畫(huà)成。該等效電路可改畫(huà)成型型四端網(wǎng)絡(luò)四端網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖見(jiàn)圖6.19(c)，其中，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，其中，網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 。顯然。顯然g1、g2是二極管特性的函數(shù)。根據(jù)四端是二極管特性的函數(shù)。

34、根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)的理論，該網(wǎng)絡(luò)的特性電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的理論，該網(wǎng)絡(luò)的特性電導(dǎo)(不考慮信號(hào)源和負(fù)載不考慮信號(hào)源和負(fù)載)為為2Dgg122Dggg21122CGgg g(6.219) 混頻器通常工作于全匹配狀態(tài)，信號(hào)源內(nèi)電導(dǎo)混頻器通常工作于全匹配狀態(tài)，信號(hào)源內(nèi)電導(dǎo)gs和和負(fù)載電導(dǎo)負(fù)載電導(dǎo)gL應(yīng)等于應(yīng)等于GC，即，即GC=gL=gs。 根據(jù)等效電路可導(dǎo)出單端二極管混頻器的電壓傳輸根據(jù)等效電路可導(dǎo)出單端二極管混頻器的電壓傳輸系數(shù)系數(shù) (6.220) LsmimVCggggUUK212第第6 6章章 混頻混頻 二極管混頻器是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，所以功率增益小于二極管混頻器是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，所以功率增益小于1。這種功率損失，常用混頻

35、損耗這種功率損失，常用混頻損耗Lc表示表示功率傳輸系數(shù)功率傳輸系數(shù)(在在Ri=RL時(shí)時(shí)) 用分貝表示為用分貝表示為 (6.221) cL 輸入信號(hào)功率輸入信號(hào)功率 輸出中頻功率輸出中頻功率 1pcK(6.222) 222VcsmimsioPcKUUPPKVcPcKKlog20第第6 6章章 混頻混頻 2. 二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器 二極管環(huán)形混頻器電路與二極管環(huán)形調(diào)制器電路二極管環(huán)形混頻器電路與二極管環(huán)形調(diào)制器電路形式相同，如圖形式相同，如圖6.20所示。由圖可見(jiàn)，各二極管的電所示。由圖可見(jiàn)，各二極管的電流分別為流分別為11111311121114111()()22()()22()()

36、22()()22sDsiDsiDsiDuuig kt uuuig ktuuuig kt uuuig ktuui第第6 6章章 混頻混頻 圖6.20 環(huán)形混頻器 isusus2us2i1VD1VD2i2VD4VD3ui2ui2ii1212uiRLu12121i3i4第第6 6章章 混頻混頻 輸出電流輸出電流 1123421111()()()222DsDiiiiiig kt ug u同時(shí)可以導(dǎo)出輸入電流同時(shí)可以導(dǎo)出輸入電流 1143221111()()()222DsDiiiiiig ug kt u(6.223) (6.224) 根據(jù)式根據(jù)式(6.223)導(dǎo)出輸出中頻電流的幅值導(dǎo)出輸出中頻電流的幅值

37、112112iDsmDimsDsmDimIg Ug UIg Ug U根據(jù)式根據(jù)式(6.224)可導(dǎo)出輸入信號(hào)電流的幅值可導(dǎo)出輸入信號(hào)電流的幅值 (6.225) (6.226) 第第6 6章章 混頻混頻6.3 混頻器的組合干擾混頻器的組合干擾 6.3.1 信號(hào)與本振的組合頻率干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾 信號(hào)與本振的組合頻率信號(hào)與本振的組合頻率fpq=pf1qfs, p和和q均為均為正整數(shù)或零。中頻正整數(shù)或零。中頻fi=f1-fs，若中頻回路的帶寬等于，若中頻回路的帶寬等于2f，那么，凡是滿(mǎn)足那么，凡是滿(mǎn)足pf1-qfs=fif和和qfs-pf1=fif兩種情況兩種情況的組合頻率分量都會(huì)形成干擾

38、。由此可導(dǎo)出滿(mǎn)足這兩的組合頻率分量都會(huì)形成干擾。由此可導(dǎo)出滿(mǎn)足這兩種情況的信號(hào)頻率種情況的信號(hào)頻率 將將f1=fs+fi關(guān)系代入得關(guān)系代入得 11ispffffqqq第第6 6章章 混頻混頻 通常通常ffi，上式可近似表示成，上式可近似表示成1sipfffqpqp(6.31) 11ssiipfpffqpfqp或(6.32) fs/fi稱(chēng)為混頻比稱(chēng)為混頻比, 凡是滿(mǎn)足上式的信號(hào)都能通凡是滿(mǎn)足上式的信號(hào)都能通過(guò)混頻器過(guò)混頻器, 從而形成對(duì)從而形成對(duì)p=1和和q=1有用信號(hào)的有用信號(hào)的干擾。干擾。例題，書(shū)例題，書(shū)166頁(yè)。頁(yè)。第第6 6章章 混頻混頻表表6.1 信號(hào)頻率與本振頻率組合干擾分布表信號(hào)頻

39、率與本振頻率組合干擾分布表 第第6 6章章 混頻混頻 這種干擾不是外來(lái)的，而是由混頻器內(nèi)部產(chǎn)生的；這種干擾不是外來(lái)的，而是由混頻器內(nèi)部產(chǎn)生的；若有用信號(hào)頻率正好處于干擾頻率點(diǎn)上，則非線性的若有用信號(hào)頻率正好處于干擾頻率點(diǎn)上，則非線性的干擾信號(hào)疊加在有用信號(hào)上引起包絡(luò)失真；若有用信干擾信號(hào)疊加在有用信號(hào)上引起包絡(luò)失真；若有用信號(hào)頻率處于組合干擾頻率點(diǎn)附近，則會(huì)產(chǎn)生低頻嘯叫。號(hào)頻率處于組合干擾頻率點(diǎn)附近，則會(huì)產(chǎn)生低頻嘯叫。 混頻管中頻濾波本振檢波器fs=3.001MHzf1=4.501MHzp=1,q=1fi=1.5MP=1,q=2f=1.501Mfi=1.5MHzf=3kHz1kHz第第6 6章

40、章 混頻混頻 6.3.2 外來(lái)干擾與本振的組合頻率干擾外來(lái)干擾與本振的組合頻率干擾 這種干擾是由于外來(lái)干擾信號(hào)與本振組合形成的。這種干擾是由于外來(lái)干擾信號(hào)與本振組合形成的。正常情況下，收聽(tīng)電臺(tái)與本振混頻得到中頻正常情況下，收聽(tīng)電臺(tái)與本振混頻得到中頻fi=f1-fs，這，這個(gè)通道叫主波道或主通道。外來(lái)的干擾與本振組合形個(gè)通道叫主波道或主通道。外來(lái)的干擾與本振組合形成中頻的通道叫副波道或寄生通道。當(dāng)混頻器的輸入成中頻的通道叫副波道或寄生通道。當(dāng)混頻器的輸入端存在著有用信號(hào)端存在著有用信號(hào)us=Usmcosst的同時(shí)也竄入了干擾信的同時(shí)也竄入了干擾信號(hào)號(hào)uM=UMcosMt，那么除了有用信號(hào)與本振差

41、拍得到，那么除了有用信號(hào)與本振差拍得到中頻及其他組合頻率形成失真與干擾外，外來(lái)干擾信中頻及其他組合頻率形成失真與干擾外，外來(lái)干擾信號(hào)與本振組合也會(huì)形成組合頻率干擾，下面所研究的號(hào)與本振組合也會(huì)形成組合頻率干擾，下面所研究的就是這種干擾。就是這種干擾。第第6 6章章 混頻混頻 外來(lái)干擾與本振的組合頻率為外來(lái)干擾與本振的組合頻率為1111MiMiiMsipfqffqfpffpfppffffqqqq 由此導(dǎo)出干擾頻率由此導(dǎo)出干擾頻率fM與本振頻率與本振頻率f1、中頻頻率、中頻頻率fi的關(guān)系的關(guān)系(6.33) 滿(mǎn)足滿(mǎn)足(6.33)式的干擾信號(hào)都會(huì)通過(guò)混頻器形成干式的干擾信號(hào)都會(huì)通過(guò)混頻器形成干擾。稱(chēng)這

42、些頻率通道為寄生通道，通過(guò)這些通道形成擾。稱(chēng)這些頻率通道為寄生通道，通過(guò)這些通道形成的干擾叫副波道干擾。組合干擾的階數(shù)越低，影響越的干擾叫副波道干擾。組合干擾的階數(shù)越低，影響越大。大。 第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.21 中頻干擾中頻干擾 fifsf帶通濾波fM=(p=0,q=1)前級(jí)第第6 6章章 混頻混頻 鏡像干擾是鏡像干擾是p=1,q=1的組合干擾，干擾頻率的組合干擾，干擾頻率fM=f1+fi=fs+2fi，如圖，如圖6.22所示。由于這種干擾頻率所示。由于這種干擾頻率fM與與本振頻率本振頻率f1的差等于中頻的差等于中頻fi，處在信號(hào)頻率，處在信號(hào)頻率fs的鏡像位的鏡像位置，所以稱(chēng)其為

43、鏡像干擾。如接收電臺(tái)的頻率是置，所以稱(chēng)其為鏡像干擾。如接收電臺(tái)的頻率是550kHz，中頻等于，中頻等于465kHz，鏡像干擾頻率，鏡像干擾頻率fM=1480kHz，它比本振頻率高一個(gè)中頻。，它比本振頻率高一個(gè)中頻。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.22 鏡像干擾鏡像干擾 fifsff 鏡像fifi(p=1,q=1)第第6 6章章 混頻混頻 其他的寄生通道干擾可分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是其他的寄生通道干擾可分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是p=q的的寄生通道干擾寄生通道干擾(包括鏡像干擾包括鏡像干擾p=1,q=1)；第二類(lèi)是；第二類(lèi)是pq的寄生通道干擾的寄生通道干擾(包括中頻干擾包括中頻干擾p=0,q=1) 。 第一類(lèi)寄

44、生通道干擾頻率第一類(lèi)寄生通道干擾頻率11Mifffq(6.34) 它的頻率分布如圖它的頻率分布如圖6.23所示。由圖可見(jiàn)，靠近信號(hào)所示。由圖可見(jiàn)，靠近信號(hào)頻率最近的寄生通道干擾頻率等于頻率最近的寄生通道干擾頻率等于f1-fi/2，它是，它是p=2，q=2的的4階組合頻率干擾，影響最為嚴(yán)重。階組合頻率干擾，影響最為嚴(yán)重。第第6 6章章 混頻混頻圖圖6.23 第一類(lèi)寄生通道干擾第一類(lèi)寄生通道干擾 fsff112fif114fif113fif1f114fif113fif112fi fi第第6 6章章 混頻混頻 第二類(lèi)寄生通道干擾頻率第二類(lèi)寄生通道干擾頻率 1Msippfffqq 這種組合頻率干擾表現(xiàn)為收聽(tīng)有用電臺(tái)信號(hào)時(shí)串入這種組合頻率干擾表現(xiàn)為收聽(tīng)有用電臺(tái)信號(hào)時(shí)串入其他電臺(tái)的干擾。其原因是在接收有用電臺(tái)時(shí)，干擾泄其他電臺(tái)的干擾。其原因是在接收有用電臺(tái)時(shí)，干擾泄漏漏(如果混頻前濾波