振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路

1、第三章 振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路 想像力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)想像力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想像力概括著世界上的是有限的，而想像力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。嚴(yán)肅地說(shuō)，想像力是科學(xué)研的源泉。嚴(yán)肅地說(shuō)，想像力是科學(xué)研究中的實(shí)在因素。究中的實(shí)在因素。 愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦 調(diào)制和解調(diào)是解決信號(hào)傳輸問(wèn)題的技術(shù)。調(diào)制和解調(diào)是解決信號(hào)傳輸問(wèn)題的技術(shù)。兩個(gè)主要問(wèn)題：兩個(gè)主要問(wèn)題：適合天線有效發(fā)射的高頻載波信號(hào)與實(shí)際需要傳輸適合天線有效發(fā)射的高頻載波信號(hào)與實(shí)際需要傳輸?shù)牡皖l信息信號(hào)頻率相差很大的問(wèn)題；的低頻信息信號(hào)頻率相差很大的問(wèn)題；有效利用頻

2、譜資源傳輸更多信號(hào)即頻率復(fù)用（頻分有效利用頻譜資源傳輸更多信號(hào)即頻率復(fù)用（頻分復(fù)用）問(wèn)題。復(fù)用）問(wèn)題。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)： 就是如何利用就是如何利用高頻高頻正弦信號(hào)傳送低頻信息的問(wèn)題。正弦信號(hào)傳送低頻信息的問(wèn)題。 調(diào)制調(diào)制是用低頻信息（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制高頻信是用低頻信息（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制高頻信號(hào)（稱為載波信號(hào)）的特性參數(shù)，使得高頻載波信號(hào)攜號(hào)（稱為載波信號(hào)）的特性參數(shù)，使得高頻載波信號(hào)攜帶低頻信息（稱為已調(diào)波信號(hào)），從而便于傳輸。帶低頻信息（稱為已調(diào)波信號(hào)），從而便于傳輸。 解調(diào)解調(diào)是從接收的已調(diào)波中提取還原出低頻調(diào)制信息。是從接收的已調(diào)波中提取還原出低頻調(diào)制信息。高頻載波信號(hào)為正弦波電壓高頻

3、載波信號(hào)為正弦波電壓 用調(diào)制信號(hào)去改變載波信號(hào)的用調(diào)制信號(hào)去改變載波信號(hào)的振幅振幅或或相角相角就可以就可以得到攜帶調(diào)制信號(hào)信息的已調(diào)波信號(hào)。即振幅隨調(diào)制得到攜帶調(diào)制信號(hào)信息的已調(diào)波信號(hào)。即振幅隨調(diào)制信號(hào)變化或相角隨調(diào)制信號(hào)變化。信號(hào)變化或相角隨調(diào)制信號(hào)變化。 )(cos)cos()(mmtVtVtv特性參數(shù)：振幅特性參數(shù)：振幅 和相角和相角 。)(tmV分類：分類： 載波信號(hào)參數(shù)：振幅調(diào)制與解調(diào)、角度調(diào)制與解調(diào)；載波信號(hào)參數(shù)：振幅調(diào)制與解調(diào)、角度調(diào)制與解調(diào)； 調(diào)制信號(hào)類型：模擬調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；調(diào)制信號(hào)類型：模擬調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；1.調(diào)制信號(hào)特性：連續(xù)波調(diào)制解調(diào)、脈沖波調(diào)制

4、解調(diào)。調(diào)制信號(hào)特性：連續(xù)波調(diào)制解調(diào)、脈沖波調(diào)制解調(diào)。 頻率（或頻譜）變換：頻率（或頻譜）變換：從頻域角度看，調(diào)制就是從頻域角度看，調(diào)制就是使高頻載波頻率（譜線）附近產(chǎn)生反映低頻調(diào)制使高頻載波頻率（譜線）附近產(chǎn)生反映低頻調(diào)制信號(hào)變化的新的頻率分量，可看成是將低頻調(diào)制信號(hào)變化的新的頻率分量，可看成是將低頻調(diào)制信號(hào)的頻率（或頻譜）變換到高頻載波附近，而信號(hào)的頻率（或頻譜）變換到高頻載波附近，而解調(diào)則是將其變換還原的逆過(guò)程。所以調(diào)制和解解調(diào)則是將其變換還原的逆過(guò)程。所以調(diào)制和解調(diào)都是進(jìn)行頻率（或頻譜）變換。調(diào)都是進(jìn)行頻率（或頻譜）變換。 頻譜搬移或線性變換：頻譜搬移或線性變換：如果頻率變換不改變低頻如

5、果頻率變換不改變低頻調(diào)制信號(hào)的頻譜分布結(jié)構(gòu)，稱為頻譜搬移或線性調(diào)制信號(hào)的頻譜分布結(jié)構(gòu)，稱為頻譜搬移或線性變換，如振幅調(diào)制、混頻；變換，如振幅調(diào)制、混頻； 非線性變換：非線性變換：如果頻率變換改變了低頻調(diào)制信號(hào)如果頻率變換改變了低頻調(diào)制信號(hào)的頻譜分布結(jié)構(gòu)，稱為非線性變換，如角度調(diào)制；的頻譜分布結(jié)構(gòu)，稱為非線性變換，如角度調(diào)制； 非線性電路：非線性電路：產(chǎn)生新的頻率分量是非線性作用的產(chǎn)生新的頻率分量是非線性作用的特點(diǎn)。所以，只有非線性電路才能完成頻率的變特點(diǎn)。所以，只有非線性電路才能完成頻率的變換。換。學(xué)習(xí)的內(nèi)容學(xué)習(xí)的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法及特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法及特點(diǎn)；已調(diào)波的頻譜特性和帶寬、功率特性

6、；已調(diào)波的頻譜特性和帶寬、功率特性；電路組成結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)；電路組成結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)；相應(yīng)的非線性電路的分析方法；相應(yīng)的非線性電路的分析方法；頻率變換的特點(diǎn)；頻率變換的特點(diǎn)；本章討論振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路，即頻率本章討論振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路，即頻率搬移變換的內(nèi)容。搬移變換的內(nèi)容。 4.1 頻譜搬移電路原理頻譜搬移電路原理4.1.1 振幅調(diào)制振幅調(diào)制(Amplitude Modulation) 根據(jù)已調(diào)波的頻譜特點(diǎn)，振幅調(diào)制分為三種根據(jù)已調(diào)波的頻譜特點(diǎn)，振幅調(diào)制分為三種:1、普通調(diào)幅、普通調(diào)幅(AM)；2、雙邊帶調(diào)制、雙邊帶調(diào)制(Double Sideband Modulation,DSB)

7、；3、單邊帶調(diào)制、單邊帶調(diào)制(Single Sideband Modulation,SSB)。 調(diào)幅電路模型：調(diào)幅電路模型：輸入調(diào)制信號(hào)輸入調(diào)制信號(hào)輸入載波信號(hào)輸入載波信號(hào)輸出調(diào)幅信號(hào)輸出調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅電路調(diào)幅電路)(tv)(ctvtfVtVccmccm2coscos載波頻率載波頻率:cc2 f（高頻等幅）（高頻等幅）（高頻變幅）（高頻變幅）（低頻信息）低頻信息）ttVtvcmocos)()(普通調(diào)幅信號(hào)是載波振幅在普通調(diào)幅信號(hào)是載波振幅在 上下隨上下隨 變化的振幅調(diào)變化的振幅調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱制信號(hào)，簡(jiǎn)稱調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅信號(hào)：一一. 普通調(diào)幅（普通調(diào)幅（AM）1. 基本原理基本原理m0V)(tvttv

8、kVtvcam0ocos)()(ttvktVcacm0cos)(coscmm0kVV載波信號(hào)產(chǎn)生載波信號(hào)產(chǎn)生a,kk調(diào)幅電路比例常數(shù)調(diào)幅電路比例常數(shù)不失真條件：不失真條件：)(atvkm0V電路實(shí)現(xiàn)模型：電路實(shí)現(xiàn)模型：交流交流與直流與直流相加相加后再后再相乘相乘。)(tvm0VxyAMxy)(tv)(ctv)(otvAxyAMxym0V)(atvktccos)(otvacmM,kAVAkA)(tv)(tvc)(tvo000tttmaxmVminmVcmVmV0mV2. 單音調(diào)制單音調(diào)制設(shè)設(shè)tVtvmcos)(FtVm2cos如果如果Fcf則輸出：則輸出：cos)(mam0otVkVtvtcco

9、scos1 0tMVamtccos調(diào)幅度調(diào)幅度（調(diào)制指數(shù)、調(diào)制系數(shù)）（調(diào)制指數(shù)、調(diào)制系數(shù)）0mmaaVVkM1 0maxammMVV1 0minammMVV2minmax0mmmVVV%100minmaxminmaxmmmmVVVV包絡(luò)包絡(luò)過(guò)調(diào)幅失真過(guò)調(diào)幅失真aM不失真條件：不失真條件：1過(guò)調(diào)幅失真：過(guò)調(diào)幅失真：aM1頻率特性頻率特性ttMtVtvcacmocoscoscos)(0tVcmcos0tVMcma)cos(210tVMcma)cos(2101m過(guò)調(diào)幅失真過(guò)調(diào)幅失真)(c)(cc021maVM021maVM0mVmV上、下邊頻：上、下邊頻：)(c)(cc載波頻率：載波頻率：，3. 復(fù)

10、雜音調(diào)制復(fù)雜音調(diào)制 如果調(diào)制信號(hào)是非正弦信號(hào)，稱為復(fù)雜音調(diào)制。如果調(diào)制信號(hào)是非正弦信號(hào)，稱為復(fù)雜音調(diào)制。 設(shè)調(diào)制信號(hào)為非正弦周期信號(hào)，用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：設(shè)調(diào)制信號(hào)為非正弦周期信號(hào)，用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)： tnVtvnnmncos)(max1maxmax2 Fmaxmaxn設(shè)調(diào)制信號(hào)為帶限，最高頻率為設(shè)調(diào)制信號(hào)為帶限，最高頻率為則則若若cmax，調(diào)幅信號(hào)，調(diào)幅信號(hào)ttvkVtvcamocos)()(0ttnVktVcnnmnacmcoscoscosmax10tVtvcmocos)(0)cos()cos(2max1tntnVkccnnmna載波頻率：載波頻率：上、下邊頻：上、下邊頻：c)( nc)(n

11、c頻譜寬度：頻譜寬度：max2FBWAM相乘器實(shí)現(xiàn)頻譜的搬相乘器實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移移在載頻附近兩邊在載頻附近兩邊對(duì)稱對(duì)稱分分布布4. 功率分布功率分布 載波信號(hào)周期內(nèi)的平均功率：載波信號(hào)周期內(nèi)的平均功率：ttdtMVtdtvtPccamc222020cos)cos1 (21)(21)(20220)cos1 ()cos1 (21tMPtMVaam2/200mVP 20max)1 (aMPP20min)1 (aMPP1aM0max4PP0minP0aM0minmaxPPP載頻分量平均功率：載頻分量平均功率： 最大平均功率：最大平均功率： 最小平均功率：最小平均功率： 當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，載波分量載

12、波分量平均功率平均功率隨時(shí)間變隨時(shí)間變化化 調(diào)制信號(hào)周期內(nèi)的平均功率調(diào)制信號(hào)周期內(nèi)的平均功率tdtMPtdtPPaav20)cos1 (21)(21SBaPPMP020)211 (0221PMPaSB0241PMa兩個(gè)邊頻分量功率兩個(gè)邊頻分量功率 ：，每邊頻，每邊頻調(diào)幅信號(hào)的功率是各頻率分量功率之和。調(diào)幅信號(hào)的功率是各頻率分量功率之和。 效率效率1aM20PPSB0005 . 12PPPPavavPP67. 00當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，最大，最大，或或載波功率占調(diào)幅信號(hào)功率的載波功率占調(diào)幅信號(hào)功率的6767，邊頻功率只占，邊頻功率只占3333。 三三. . 雙邊帶和單邊帶調(diào)制雙邊帶和單邊帶調(diào)制 雙邊帶調(diào)制

13、（雙邊帶調(diào)制（DSB）ttvktvcaocos)()()(tvtVtvccmccos)(xyAMxy)(tvo頻譜寬度：頻譜寬度：max2FBWDSB2. 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSB）（1）濾波法）濾波法（2）移相法）移相法頻譜寬度：頻譜寬度：maxFBWSSB4.2 相乘器電路相乘器電路 頻譜搬移是通過(guò)兩個(gè)信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)的，電路中則頻譜搬移是通過(guò)兩個(gè)信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)的，電路中則是由相乘器實(shí)現(xiàn)的。相乘作用既可以由一個(gè)實(shí)際是由相乘器實(shí)現(xiàn)的。相乘作用既可以由一個(gè)實(shí)際的相乘器電路實(shí)現(xiàn)，也可以由器件的非線性特性的相乘器電路實(shí)現(xiàn)，也可以由器件的非線性特性實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。 分類：分類： 電阻性器件電阻性器件 電

14、抗性器件電抗性器件 輸入方式：輸入方式： 兩個(gè)輸入信號(hào)在同一器件輸入；兩個(gè)輸入信號(hào)在同一器件輸入； 兩個(gè)輸入信號(hào)在不同器件輸入。兩個(gè)輸入信號(hào)在不同器件輸入。4.2.1 非線性器件的相乘作用及其特性非線性器件的相乘作用及其特性一一. 非線性器件相乘作用的一般分析非線性器件相乘作用的一般分析非線性器件（二極管、三極管等）伏安特性：非線性器件（二極管、三極管等）伏安特性：)(vfi 如果如果21vvVvQ，其中，其中QV為靜態(tài)工作點(diǎn)電壓，為靜態(tài)工作點(diǎn)電壓，21,vv為兩個(gè)交流輸入電壓，用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)：為兩個(gè)交流輸入電壓，用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)：nnvvavvavvaai)()()(2122122110 mm

15、nnnnnmvvamnmn200)!( !其中其中mmnnvvmnmnvv2121)!( !)(特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 2. 2n時(shí)，產(chǎn)生乘積項(xiàng)（二次項(xiàng)）：時(shí)，產(chǎn)生乘積項(xiàng)（二次項(xiàng)）：3. 2n時(shí)，產(chǎn)生高階乘積項(xiàng)。時(shí)，產(chǎn)生高階乘積項(xiàng)。3n時(shí)，非線性特性；時(shí)，非線性特性；乘積項(xiàng)（二次項(xiàng)）是有用項(xiàng)，其他是無(wú)用項(xiàng)。乘積項(xiàng)（二次項(xiàng)）是有用項(xiàng)，其他是無(wú)用項(xiàng)。設(shè)設(shè)tVvtVvmm222111cos,cos，則通過(guò)三角函數(shù)，則通過(guò)三角函數(shù)2122vva變換可知，變換可知， 中包含眾多組合頻率分量，通式表示：中包含眾多組合頻率分量，通式表示：i21,qpqpqp,包括零的正整數(shù)。包括零的正整數(shù)。1, 1qp211 ,

16、 1時(shí)，時(shí)，為乘積項(xiàng)產(chǎn)生的有為乘積項(xiàng)產(chǎn)生的有用組合頻率分量，其他均為無(wú)用組合頻率分量。用組合頻率分量，其他均為無(wú)用組合頻率分量。產(chǎn)生規(guī)律：產(chǎn)生規(guī)律： 凡是凡是 為偶數(shù)的組合頻率分量均是由級(jí)數(shù)中為偶數(shù)的組合頻率分量均是由級(jí)數(shù)中 的各偶次方項(xiàng)產(chǎn)生；的各偶次方項(xiàng)產(chǎn)生； 凡是凡是 為奇數(shù)的組合頻率分量均是由級(jí)數(shù)中為奇數(shù)的組合頻率分量均是由級(jí)數(shù)中 的各奇次方項(xiàng)產(chǎn)生；的各奇次方項(xiàng)產(chǎn)生；)(qp )(qp )(qpn)(qpn實(shí)現(xiàn)理想相乘作用條件：實(shí)現(xiàn)理想相乘作用條件：消除或減少高階相乘項(xiàng)及產(chǎn)生的組合頻率分量。消除或減少高階相乘項(xiàng)及產(chǎn)生的組合頻率分量。三方面措施：三方面措施：（1）器件特性：選用）器件特性：

17、選用 的平方律特性器件，或的平方律特性器件，或設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)使特性接近平方律特性。設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)使特性接近平方律特性。（2）電路結(jié)構(gòu)：用平衡電路，抵消無(wú)用頻率分量。）電路結(jié)構(gòu)：用平衡電路，抵消無(wú)用頻率分量。（3）輸入電壓：減?。┹斎腚妷海簻p小 或或 ，線性時(shí)變狀態(tài)工作。，線性時(shí)變狀態(tài)工作。2n1v2v二二. 線性時(shí)變狀態(tài)線性時(shí)變狀態(tài) 將前述泰勒級(jí)數(shù)改寫(xiě)為將前述泰勒級(jí)數(shù)改寫(xiě)為 的冪級(jí)數(shù)的冪級(jí)數(shù) 即即)(21vvVfiQ在在)(1vVQ上對(duì)上對(duì) 展開(kāi)的泰勒展開(kāi)的泰勒級(jí)數(shù)，寫(xiě)為級(jí)數(shù)，寫(xiě)為 221 211)(! 21)()()(vvVfvvVfvVfvfiQQQ2v2v如果如果 足夠小，則足夠小，則2

18、11)()(vvVfvVfiQQ2v時(shí)變系數(shù)（時(shí)變參量）：時(shí)變系數(shù)（時(shí)變參量）：)(1vVfQ)(1vVfQ，二者與二者與 無(wú)關(guān)，是無(wú)關(guān)，是 隨時(shí)間變化的非線性函數(shù)。隨時(shí)間變化的非線性函數(shù)。2v1v 22221211110! 2)!2(!vvannvvnavainnnnnnnnn時(shí)變靜態(tài)電流：時(shí)變靜態(tài)電流： 與與 之間的關(guān)系是線性的，但系數(shù)是時(shí)變的，之間的關(guān)系是線性的，但系數(shù)是時(shí)變的，這種狀態(tài)稱為這種狀態(tài)稱為線性時(shí)變狀態(tài)線性時(shí)變狀態(tài)，是頻譜線性搬移電路的，是頻譜線性搬移電路的分析基礎(chǔ)。分析基礎(chǔ)。時(shí)變?cè)隽侩妼?dǎo)：時(shí)變?cè)隽侩妼?dǎo)：)()(110vVfvIQ)()(11vVfvgQ2110)()(vvg

19、vIi則則i2v 線性關(guān)系要求線性關(guān)系要求 足夠小，但時(shí)變系數(shù)對(duì)足夠小，但時(shí)變系數(shù)對(duì) 的大的大小無(wú)限制。實(shí)際中，小無(wú)限制。實(shí)際中， 甚至可以大到使器件工作在開(kāi)甚至可以大到使器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使電路工作簡(jiǎn)化。關(guān)狀態(tài)，使電路工作簡(jiǎn)化。1v1v2v當(dāng)當(dāng)tVvm111cos時(shí)，時(shí)，)(1vg將是頻率為將是頻率為1的非余的非余弦型周期性函數(shù)，其傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為弦型周期性函數(shù)，其傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為: tgtggtVgvgm121101112coscos)cos()(tngnn10cos如果如果tVvm222cos，且幅值足夠小，則相乘項(xiàng)且幅值足夠小，則相乘項(xiàng)tVtngvvgmnn211021cosco

20、s)(組合頻率分量：組合頻率分量：21 p，p1q（ 為任意值，為任意值， ）消除組合頻率分量：消除組合頻率分量：p0qq為任意值，為任意值，和和1。 可見(jiàn)，通過(guò)限制可見(jiàn)，通過(guò)限制 的幅值，就可消除的幅值，就可消除 的二的二次及以上接近一半的高次諧波組合頻率分量。如果次及以上接近一半的高次諧波組合頻率分量。如果 較大，較大， 較小，則組合頻率分量在頻域里不會(huì)重疊，較小，則組合頻率分量在頻域里不會(huì)重疊，容易將容易將 有用頻率分量通過(guò)濾波電路取出。有用頻率分量通過(guò)濾波電路取出。2v21221例如，振幅調(diào)制電路，令例如，振幅調(diào)制電路，令tVtvvtVtvvmccmccos)(,cos)(21且且c，

21、則，則有用頻率分量：有用頻率分量：無(wú)用頻率分量：無(wú)用頻率分量：c ,3 ,2ccccc2c2c3c3cc2c3 2c2c例例1 器件特性，如晶體二極管，當(dāng)器件特性，如晶體二極管，當(dāng)似用折線表示，則二極管輪流工作在導(dǎo)通和截止的似用折線表示，則二極管輪流工作在導(dǎo)通和截止的tVvm111cos，mV1足夠大（遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通電壓），伏安特性近足夠大（遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通電壓），伏安特性近開(kāi)關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通時(shí))(vfivRvgDD)1 (0)0( v)0( v二極管電流二極管電流二極管電導(dǎo)二極管電導(dǎo)Dgvfg)(截止時(shí)，電流為零，電導(dǎo)為零。截止時(shí)，電流為零，電導(dǎo)為零。當(dāng)當(dāng) 周期性變化時(shí)，二極管

22、電流和電導(dǎo)也隨周期性變化時(shí)，二極管電流和電導(dǎo)也隨之周期性變化。之周期性變化。1v可見(jiàn)，可見(jiàn)， 和和 是由是由 隨時(shí)間變化的時(shí)變系數(shù)。隨時(shí)間變化的時(shí)變系數(shù)。)(10vI)(1vg1v可表示為可表示為)()(),()(1100vgtgvItI時(shí)變特征。其中時(shí)變特征。其中)(tg為矩形脈沖周期序列，引入單向開(kāi)關(guān)函數(shù)表示。為矩形脈沖周期序列，引入單向開(kāi)關(guān)函數(shù)表示。o2223252729t1)(11tK1 tttK11113cos32cos221)(tnnnn111) 12cos() 12(2) 1(21故可表示為故可表示為)()cos()()(11110100tKvgtVIvItIDm)()cos()

23、()(1111tKgtVgvgtgDm線性時(shí)變狀態(tài)下，二極管電流為線性時(shí)變狀態(tài)下，二極管電流為)()()()(12120tKvvgvtgtIiD據(jù)此可畫(huà)出二極管在線性時(shí)變狀態(tài)下的等效電路。據(jù)此可畫(huà)出二極管在線性時(shí)變狀態(tài)下的等效電路。例例2 平衡電路，如差分對(duì)管，平衡電路，如差分對(duì)管，1Ci2Ci1T2T1v2v0I若使若使20BvAI則輸出差值電流則輸出差值電流TCCVvthIiii21021TVvthBvA2)(12qkTVT熱電壓熱電壓設(shè)輸入差模電壓設(shè)輸入差模電壓tVvm111cos，并令，并令TmVVx11則則tnxtxthnn1111211) 12cos()(2cos2當(dāng)當(dāng) 很大（很大

24、（ 10 ，即，即 260 mV ）時(shí)，）時(shí)，1x1xmV1txth11cos2趨近于周期性方波，近似用雙向開(kāi)關(guān)趨近于周期性方波，近似用雙向開(kāi)關(guān)函數(shù)表示，即函數(shù)表示，即)(cos21211tKtxth)()()(211112tKtKtK tt113cos34cos4tnnnn111) 12cos() 12(4) 1(故得故得201221)()(2)(vtgtIVvthBvAiiiTCCTVvth2vvTVtvth2)(11v)(12tK1111t1t1t1oooo)()(12212tKBvtAK兩個(gè)例子頻譜對(duì)比：兩個(gè)例子頻譜對(duì)比：二極管電路：二極管電路：)()()()(112120tKvvgv

25、tgtIiD tttVtVgmmD1122113cos32cos221coscos差分對(duì)管電路：差分對(duì)管電路：)()(222tKBvAi tttBVAm11223cos34cos4cos112131402121213213結(jié)論：結(jié)論： 前述三方面措施都可以大量減少無(wú)用組合頻率前述三方面措施都可以大量減少無(wú)用組合頻率分量，實(shí)現(xiàn)相乘作用。分量，實(shí)現(xiàn)相乘作用。 采用平衡電路可以進(jìn)一步減少無(wú)用頻率分量，采用平衡電路可以進(jìn)一步減少無(wú)用頻率分量，所以，要滿足高性能要求的相乘運(yùn)算，或者調(diào)制解所以，要滿足高性能要求的相乘運(yùn)算，或者調(diào)制解調(diào)特性，平衡電路結(jié)構(gòu)是最佳的選則。調(diào)特性，平衡電路結(jié)構(gòu)是最佳的選則。 常用

26、的有雙差分對(duì)平衡調(diào)制器，大動(dòng)態(tài)范圍平常用的有雙差分對(duì)平衡調(diào)制器，大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器，二極管雙平衡（環(huán)形）混頻器等。衡調(diào)制器，二極管雙平衡（環(huán)形）混頻器等。 在信號(hào)處理方面，有模擬相乘器（乘法器），在信號(hào)處理方面，有模擬相乘器（乘法器），如對(duì)數(shù)反對(duì)數(shù)相乘器，雙差分對(duì)模擬相乘器。如對(duì)數(shù)反對(duì)數(shù)相乘器，雙差分對(duì)模擬相乘器。作業(yè)：作業(yè)：48，494.2.2 雙差分對(duì)平衡調(diào)制器和模擬相乘器雙差分對(duì)平衡調(diào)制器和模擬相乘器1T2T3T4T1i2i3i4i5i6i1v1v2v2v tttK11113cos32cos221)( )(3cos32)cos(221)(1111tttK tt113cos32cos22

27、1 tttKtKtK11221112cos34cos4)()()()(11tK)(11tK)(11tK1T2T3T4T1i2i3i4i5i6i 1v2v)()(12221tKBvAiii消除消除 及其奇次諧波分量及其奇次諧波分量1即消去即消去 項(xiàng)，應(yīng)使項(xiàng)，應(yīng)使A)()(122tKBvAi則總差值電流則總差值電流)(2)()(1223421tKBviiiiiii)()(4231iiii)()(12234tKBvAiii5T6T0ICCVEEVii CRCR一一. . 雙差分對(duì)平衡調(diào)制器雙差分對(duì)平衡調(diào)制器1. 1. 電路組成原理電路組成原理所以所以4231,iiiiii21,vv均為差模輸入，均為

28、差模輸入，分別為節(jié)點(diǎn)電流分別為節(jié)點(diǎn)電流2v使使 極性相反，產(chǎn)生極性相反，產(chǎn)生 。65,TTB1T2T3T4T1i2i3i4i5i6i 1v2v5T6T0ICCVEEVii CRCR電路中電路中TVvthiii22634TVvthiii22521所以所以TTTVvthVvthIVvthiii222)(120165(1)(1)12,26vmVv為任意值為任意值2120)(22vtgVvthvVIiTT線性時(shí)變狀態(tài)工作。若線性時(shí)變狀態(tài)工作。若tVvm111cos則則tnxvVIinnT1111220) 12cos()(（2）當(dāng)當(dāng)mVvmVv260,2612)(21220tKvVIiTmVVtVvmm

29、260,cos1111時(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作。開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作。 以上兩種狀態(tài)下，雙差分對(duì)平衡調(diào)制器輸出只存以上兩種狀態(tài)下，雙差分對(duì)平衡調(diào)制器輸出只存在以在以 及其奇次諧波頻率為中心的邊頻分量，不存及其奇次諧波頻率為中心的邊頻分量，不存在在 及其奇次諧波頻率分量和其它任意組合分量。及其奇次諧波頻率分量和其它任意組合分量。1111213142121213213（3）mVvmVv26,261221204vvVIiT實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電壓的相乘運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電壓的相乘運(yùn)算。 雙差分對(duì)平衡調(diào)制器三種工作狀態(tài)，都滿足線雙差分對(duì)平衡調(diào)制器三種工作狀態(tài)，都滿足線性時(shí)變工作條件，即性時(shí)變工作條件，即 足夠小。足夠小。 越小，相乘

30、特性越小，相乘特性越好。電路中可采取負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步限制越好。電路中可采取負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步限制 的變的變化范圍。這樣，當(dāng)負(fù)反饋電路的凈輸入保持很小的化范圍。這樣，當(dāng)負(fù)反饋電路的凈輸入保持很小的條件下，實(shí)際輸入電壓可以較大變化，即擴(kuò)展了條件下，實(shí)際輸入電壓可以較大變化，即擴(kuò)展了的動(dòng)態(tài)范圍。的動(dòng)態(tài)范圍。2v2v2v2v2. 擴(kuò)展擴(kuò)展 的動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍2v5T6TER21ER21eiei652BEEeBEvRivvEeTRiiiV)ln(65eeEiIiiIii2,206055而而)21ln()21ln()ln(0065IiIiiiee 432213121)1ln(xxxxx 432213121

31、)1ln(xxxxxER射極差模電阻射極差模電阻5 . 020Iixe若若)2(2202EeeEeTeRriRiIViv則則通常滿足通常滿足ERer2則則EeEeRvrRviii22652222TETVvthRvVvthiii222)(12165在誤差小于在誤差小于1010時(shí)，允許最大動(dòng)態(tài)范圍：時(shí)，允許最大動(dòng)態(tài)范圍：TETEVRIvVRI0204141例如，例如，kRmAIE1,10時(shí)時(shí)mVvmV27627623. XFC1596集成平衡調(diào)制器集成平衡調(diào)制器二二. 雙差分對(duì)模擬相乘器雙差分對(duì)模擬相乘器1.1.電路組成原理電路組成原理為實(shí)現(xiàn)模擬相乘器，為實(shí)現(xiàn)模擬相乘器，1v也必須足夠小。可以通過(guò)

32、對(duì)也必須足夠小?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)處理的方式，對(duì)處理的方式，對(duì) 進(jìn)行擴(kuò)展。進(jìn)行擴(kuò)展。2v1v集基短接差分集基短接差分對(duì)管對(duì)管87,TTTBEBEKVvvthIii287871827BEBEBEBEvvvv4837BEBEBEBEvvvv2187BEBEBEBEvvvv34BEBEvvKTBEBEIiiiVvvthiii)(287521521KTBEBEIiiiVvvthiii)(287634634則有則有KIiiiiiiiii)()()(87653421差值輸出差值輸出而而1101110987242)()(ETERvIVRviiii2202265242)(ETERvIVRviiTETEVRIvVRIv

33、20210141,41動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍21214vvRRIiEEK2121214)(vvAvvRRIRiRRiivMEEKCCCo輸出電壓輸出電壓MA相乘增益（單位相乘增益（單位1 1V V），與電路參數(shù)有關(guān)。），與電路參數(shù)有關(guān)。2. 2. 集成模擬相乘器集成模擬相乘器電路符號(hào)及特性電路符號(hào)及特性四象限相乘四象限相乘xyAMxyxvyvovyxMovvAv xvyvo變?cè)鲆娣糯笞冊(cè)鲆娣糯骾REFMovVAv BG314BG314內(nèi)部電路內(nèi)部電路BG314BG314外接電路外接電路性能指標(biāo)性能指標(biāo) 計(jì)算誤差：饋通誤差計(jì)算誤差：饋通誤差 E EXFXF（失調(diào)）（失調(diào)）電路性能：動(dòng)態(tài)范圍、小信號(hào)帶寬

34、電路性能：動(dòng)態(tài)范圍、小信號(hào)帶寬BWBW、轉(zhuǎn)換速率等、轉(zhuǎn)換速率等非線性誤差非線性誤差 E ENLNL電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)模擬相乘器應(yīng)用模擬相乘器應(yīng)用通信電路：調(diào)制、解調(diào)，混頻通信電路：調(diào)制、解調(diào)，混頻信號(hào)處理：乘除法運(yùn)算、平方運(yùn)算、開(kāi)平方運(yùn)算等信號(hào)處理：乘除法運(yùn)算、平方運(yùn)算、開(kāi)平方運(yùn)算等ivxxyyxyAMxyAMov1ov2ov1A2ATiodtvTv021dtvACRvitMo201121211iMovAv22223OMOvAvRR均方根：均方根：)(23121MMARARCRT 4.2.3 大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器AD630一、組成原理一、組成原理反相放大：反相放大：A1+A3

35、A1+A3同相放大：同相放大：A2+A3A2+A3開(kāi)關(guān)：開(kāi)關(guān)：S S比較器：比較器：C C二、特點(diǎn)二、特點(diǎn)利用運(yùn)放深度負(fù)反饋，利用運(yùn)放深度負(fù)反饋，輸入輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍輸入輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大，計(jì)算誤差小。大，計(jì)算誤差小。工作頻率較低，工作頻率較低，BWBWG G2MHz2MHz121RRRRff)(1221tKvRRvfOAD630 Functional Block Diagram4.2.4 二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器(Diode Balanced Mixer)()()()(12120tKvvgvtgtIiD)()()()(112120tKvvgvtgtIiD20)()(vtgtIi20)

36、()(vtgtIi20)()(vtgtIi20)()(vtgtIi)(20tIiii2)(2vtgiii兩個(gè)電路合并對(duì)消兩個(gè)電路合并對(duì)消（1 1）（2 2）一一. .電路組成原理電路組成原理1.1.二極管單平衡混頻器二極管單平衡混頻器正半周導(dǎo)通時(shí)開(kāi)關(guān)閉合正半周導(dǎo)通時(shí)開(kāi)關(guān)閉合, ,上下兩回路方程為：上下兩回路方程為：Lv0)(232DLLSRivRiivDLSRRvii22320)(332DLLSRivRiivtVvLLmLcos)(1tKL)3cos32cos221(2232 ttvRRiiLLSDL如果如果tVvssmScos，則電流中含有，則電流中含有 頻率分量。頻率分量。s同理：同理：)

37、(22141tKvRRiiLSDL)3cos32cos221(2241 ttvRRiiLLSDL2.2.二極管雙平衡混頻器二極管雙平衡混頻器(Diode Double-Balanced Mixer)(Diode Double-Balanced Mixer)R R：接收輸入端：接收輸入端L L：本地振蕩端：本地振蕩端I I：中頻輸出端：中頻輸出端上通過(guò)總電流為上通過(guò)總電流為L(zhǎng)R)()(3241iiiiiO)()(2211tKtKRRvLLDLS)(2cos22tKRRtVLDLcsm ttRRtVLLDLcsm3cos34cos42cos2環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器(Ring Mixer)(Ring

38、Mixer)如果取中頻電流分量如果取中頻電流分量cLI則則tRRVicLDLsmI)cos(24可見(jiàn)，二極管雙平衡混頻器可見(jiàn)，二極管雙平衡混頻器( (環(huán)形）具有與雙差分對(duì)環(huán)形）具有與雙差分對(duì)平衡調(diào)制器相同的輸出頻譜特性。平衡調(diào)制器相同的輸出頻譜特性。環(huán)形混頻器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：環(huán)形混頻器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：必須二極管特性一致，變壓器中心抽頭上、下必須二極管特性一致，變壓器中心抽頭上、下 對(duì)稱；對(duì)稱；各端口隔離，信號(hào)之間互不影響。各端口隔離，信號(hào)之間互不影響。I I端與端與R R、L L端隔離；端隔離； R R端與端與L L端隔離。端隔離。實(shí)際不完全對(duì)稱，各端口之間有少量功率竄通。實(shí)際不完全對(duì)稱，各端口之間有少量

39、功率竄通。二二. 混頻損耗混頻損耗(Conversion Loss)定義定義: : 在最大功率傳輸條件下在最大功率傳輸條件下, ,輸入信號(hào)功率輸入信號(hào)功率P PS S與與輸出中頻功率輸出中頻功率P PI I的比值的比值, ,用分貝表示。用分貝表示。)(lg10dBPPLISc)()(2341iiiiii)()(3241iiiiDLSLLDLSRRvtKtKRRv22)()(2211ii輸入信號(hào)電流為輸入信號(hào)電流為輸入信號(hào)源端等效負(fù)載電阻（混頻器輸入電阻）輸入信號(hào)源端等效負(fù)載電阻（混頻器輸入電阻）LDLiSiRRRivR21)(DLRR 令令LiSRRR，實(shí)現(xiàn)功率匹配，輸入端獲得最大實(shí)現(xiàn)功率匹配

40、，輸入端獲得最大信號(hào)功率。信號(hào)功率。LsLssSRVRVP224輸出中頻電壓有效值為輸出中頻電壓有效值為（式中電壓均為有效值）（式中電壓均為有效值）sLDLsiVRRRVV224輸出中頻功率輸出中頻功率LSLiIRVRVP222LR類似雙差分電路中類似雙差分電路中 R RE E 的作用。的作用?；祛l損耗混頻損耗)(44lg10lg102dBPPLISc實(shí)際上實(shí)際上)21 (4lg10lg102LDIScRRPPL 二極管和變壓器也會(huì)產(chǎn)生損耗，二極管和變壓器也會(huì)產(chǎn)生損耗，)(86(dBLc并且，工作頻率增大，損耗增大；本振功率小，輸并且，工作頻率增大，損耗增大；本振功率小，輸入信號(hào)功率大，損耗增

41、大。所以應(yīng)該保證足夠大的入信號(hào)功率大，損耗增大。所以應(yīng)該保證足夠大的本振功率和足夠小的輸入信號(hào)功率。本振功率和足夠小的輸入信號(hào)功率。 另外，高頻工作時(shí)變壓器的電感量小，低頻特另外，高頻工作時(shí)變壓器的電感量小，低頻特性較差，如果用于調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)通常必須加在性較差，如果用于調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)通常必須加在I I 端，載波信號(hào)加到端，載波信號(hào)加到R R端，已調(diào)信號(hào)由端，已調(diào)信號(hào)由L L端輸出。端輸出。4.3 混頻電路混頻電路 混頻電路完成頻譜的搬移，主要用來(lái)改變已調(diào)波混頻電路完成頻譜的搬移，主要用來(lái)改變已調(diào)波信號(hào)的中心載頻，但不改變邊頻分量分布結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)信號(hào)的中心載頻，但不改變邊頻分量分布結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)

42、代廣播通信發(fā)射和接收機(jī)中，混頻電路是決定整機(jī)性代廣播通信發(fā)射和接收機(jī)中，混頻電路是決定整機(jī)性能的至關(guān)重要的組成部分?；祛l也稱為變頻。能的至關(guān)重要的組成部分?；祛l也稱為變頻。例如，超外差式接收機(jī)例如，超外差式接收機(jī)cfLfIf信號(hào)載頻信號(hào)載頻本振頻率本振頻率中頻頻率中頻頻率cLIfff固定中頻放大固定中頻放大一般地有一般地有cLIfffcLIfffLcIfffcLIfff和頻和頻差頻差頻外差外差)(cLff )(Lcff 內(nèi)差內(nèi)差外差加中頻放大稱為超外差。外差加中頻放大稱為超外差。不能產(chǎn)生固定中頻不能產(chǎn)生固定中頻上變頻（上混頻）（上變頻（上混頻）（Up-ConvertorUp-Convertor

43、）：）：下變頻（下混頻）（下變頻（下混頻）（Down-ConvertorDown-Convertor）：）：cIff cIff 超外差式接收機(jī)性能優(yōu)良，但存在特有的混頻失真。超外差式接收機(jī)性能優(yōu)良，但存在特有的混頻失真。高質(zhì)量接收機(jī)（通信）：二極管環(huán)形混頻器高質(zhì)量接收機(jī)（通信）：二極管環(huán)形混頻器雙差分對(duì)平衡調(diào)制器雙差分對(duì)平衡調(diào)制器普通接收機(jī)（收音機(jī)）：三極管、場(chǎng)效應(yīng)管混頻器普通接收機(jī)（收音機(jī)）：三極管、場(chǎng)效應(yīng)管混頻器4.3.1 通信接收機(jī)中的混頻電路通信接收機(jī)中的混頻電路一一. .主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)1. 1. 混頻增益混頻增益/ /混頻損耗混頻損耗定義：混頻器的輸出中頻信號(hào)與輸入信號(hào)的比

44、值，稱定義：混頻器的輸出中頻信號(hào)與輸入信號(hào)的比值，稱為混頻增益，用分貝數(shù)表示為混頻增益，用分貝數(shù)表示sicVVAlg20SIcPPGlg10OROR2.2.噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)定義：輸入信號(hào)噪聲功率比與輸出中頻信號(hào)噪聲功率定義：輸入信號(hào)噪聲功率比與輸出中頻信號(hào)噪聲功率比的比值，稱為混頻器噪聲系數(shù)，用分貝數(shù)表示比的比值，稱為混頻器噪聲系數(shù)，用分貝數(shù)表示onIinSPPPPNF)()(lg103.（1dB）壓縮電平）壓縮電平定義：當(dāng)輸入信號(hào)功率較大時(shí)，輸出中頻功率由于非定義：當(dāng)輸入信號(hào)功率較大時(shí)，輸出中頻功率由于非線性與理想線性輸出相差線性與理想線性輸出相差1dB 1dB 時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出中頻功時(shí)所對(duì)應(yīng)

45、的輸出中頻功率電平，用率電平，用 P PI1dB I1dB 表示。表示。功率電平：高于功率電平：高于 1mW 1mW 的功率分貝數(shù)。的功率分貝數(shù)。)(lg10)(mWPdBmP例如：例如：0dBm=1mW,3dBm=2mW,10dBm=10mW,20dBm=100mWdBmPI/dB1dBIP1dBmPS/O)1 ( mW 1dB 1dB壓縮電平是混頻器動(dòng)態(tài)范壓縮電平是混頻器動(dòng)態(tài)范圍上限電平，噪聲系數(shù)確定下圍上限電平，噪聲系數(shù)確定下限電平（最小輸入信號(hào)功率）限電平（最小輸入信號(hào)功率）4.4.混頻失真混頻失真 疊加在輸入信號(hào)上的各種干擾與輸入信號(hào)同時(shí)進(jìn)疊加在輸入信號(hào)上的各種干擾與輸入信號(hào)同時(shí)進(jìn)入

46、混頻器，輸出電流中將包含相互間更多組合頻率入混頻器，輸出電流中將包含相互間更多組合頻率分量，除有用中頻分量外，其它組合頻率分量也可分量，除有用中頻分量外，其它組合頻率分量也可能變成中頻或接近中頻，無(wú)法用中頻濾波器將其濾能變成中頻或接近中頻，無(wú)法用中頻濾波器將其濾除，從而引起信號(hào)失真。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是由于混頻除，從而引起信號(hào)失真。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是由于混頻作用引起的失真，統(tǒng)稱為混頻失真。作用引起的失真，統(tǒng)稱為混頻失真。5.5.隔離度隔離度混頻器三個(gè)端口信號(hào)竄通的程度?；祛l器三個(gè)端口信號(hào)竄通的程度。定義：本端口功率與其竄通到另一定義：本端口功率與其竄通到另一端口的功率之比，用分貝數(shù)表示。端口的功率之比，

47、用分貝數(shù)表示。本振泄漏干擾本振泄漏干擾RLI二二. .二極管環(huán)形混頻器和雙差分對(duì)混頻器二極管環(huán)形混頻器和雙差分對(duì)混頻器 1. 二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器 a. 功率功率分類：分類： （按保證二極管開(kāi)關(guān)工作所需本振功率電平）（按保證二極管開(kāi)關(guān)工作所需本振功率電平） 1）Level 7 7dBm (5mW) 2）Level 1717dB (50mW) 3）Level 2323dBm (200mW) 其其1dB1dB壓縮電平所對(duì)應(yīng)的最大輸入信號(hào)功率分別為：壓縮電平所對(duì)應(yīng)的最大輸入信號(hào)功率分別為： 1dBm(1.25mW) 10dBm(10mW) 15dBm(32mW) b.b.使用特點(diǎn)：使用特

48、點(diǎn)：c.AD831c.AD831雙差分對(duì)集成混頻器雙差分對(duì)集成混頻器4.3.2 4.3.2 普通接收機(jī)混頻電路普通接收機(jī)混頻電路一一.BJT.BJT混頻電路混頻電路1.1.工作原理工作原理LvLBBBBvVtv0)(時(shí)變基極偏壓時(shí)變基極偏壓, ,滿足線性時(shí)變條件時(shí)滿足線性時(shí)變條件時(shí)sBBsLBBBEvtvvvVv)(0CisLmBECvvgtIvfi)()(0當(dāng)當(dāng)tVvcsmScos很小時(shí)，很小時(shí)，令本振電壓為令本振電壓為tVvLLmLcos則則 tgtggtgvgLmLmmLm2coscos)()(210與與 基波分量相乘得基波分量相乘得)cos()cos(21coscos11ttVgtVt

49、gcLcLsmmcsmLm)(tgm取取cLI為中頻頻率，則中頻電流分量為為中頻頻率，則中頻電流分量為tVgtVgtIiIsmmcIsmmImIcoscos21cos11混頻跨導(dǎo)混頻跨導(dǎo)1Im21msmmcgVIg（平均跨導(dǎo)）（平均跨導(dǎo)）輸出中頻電流幅值與輸入信號(hào)電壓幅值之比。輸出中頻電流幅值與輸入信號(hào)電壓幅值之比。若若L L2 2C C2 2諧振電阻為諧振電阻為Re,Re,則中頻輸出電壓為則中頻輸出電壓為eIIRiv相應(yīng)有混頻增益相應(yīng)有混頻增益emcsmCRgVVAIm討論：討論：A.A.三極管混頻電路具有放大能力；三極管混頻電路具有放大能力；mcg)(tgm1mgmLV2. 2. 與與 和

50、靜態(tài)偏置的關(guān)系和靜態(tài)偏置的關(guān)系mLVmcg B. B.在滿足線性時(shí)變條件下，混頻增益與混頻跨導(dǎo)和在滿足線性時(shí)變條件下，混頻增益與混頻跨導(dǎo)和 中頻諧振回路的諧振電阻成正比；中頻諧振回路的諧振電阻成正比； C. C.混頻跨導(dǎo)混頻跨導(dǎo) 為為 中基波分量幅度中基波分量幅度 的一半，的一半， 即與本振信號(hào)幅值即與本振信號(hào)幅值 和靜態(tài)偏置有關(guān)。和靜態(tài)偏置有關(guān)。 實(shí)際就是時(shí)變靜態(tài)偏置對(duì)混頻跨導(dǎo)的影響，實(shí)際就是時(shí)變靜態(tài)偏置對(duì)混頻跨導(dǎo)的影響，分別討論時(shí)變因素分別討論時(shí)變因素 和靜態(tài)偏置的影響，如何和靜態(tài)偏置的影響，如何獲得最大的混頻跨導(dǎo)從而獲得最大混頻增益。獲得最大的混頻跨導(dǎo)從而獲得最大混頻增益。mLV頻率變換

51、要求非線性作頻率變換要求非線性作 用，所以靜態(tài)偏置應(yīng)設(shè)用，所以靜態(tài)偏置應(yīng)設(shè) 置在近似指數(shù)特性區(qū)域。置在近似指數(shù)特性區(qū)域?？鐚?dǎo)為特性的導(dǎo)數(shù)即斜率，跨導(dǎo)為特性的導(dǎo)數(shù)即斜率，隨結(jié)電壓變化。當(dāng)隨結(jié)電壓變化。當(dāng) 結(jié)電壓進(jìn)入近似線性區(qū)域，結(jié)電壓進(jìn)入近似線性區(qū)域，斜率不變，跨導(dǎo)也斜率不變，跨導(dǎo)也 不變。不變。隨隨 增大，增大， 增大，增大， 基波分量幅值基波分量幅值 增大，增大， 即混頻跨導(dǎo)即混頻跨導(dǎo) 增大。增大。 mLV)(tgm1mgmcg當(dāng)當(dāng) 進(jìn)入線性區(qū)域，進(jìn)入線性區(qū)域， 幾乎不再繼續(xù)增大。幾乎不再繼續(xù)增大。mcgmLV為電路工作穩(wěn)定，通常都為電路工作穩(wěn)定，通常都采用自偏置電路。采用自偏置電路。mcB

52、BmLgVV0因而存在一個(gè)最佳的因而存在一個(gè)最佳的 值，使混頻跨導(dǎo)值，使混頻跨導(dǎo) 最大最大mLVmcg例如，中波廣播收音機(jī)中例如，中波廣播收音機(jī)中)20020()(mVVoptmL也可以保持也可以保持 一定，通過(guò)改變靜態(tài)偏置，如一定，通過(guò)改變靜態(tài)偏置，如I IEQEQ來(lái)改來(lái)改變混頻跨導(dǎo)，使之接近最大值。通常變混頻跨導(dǎo)，使之接近最大值。通常)12 . 0(mAIEQmLV3.3.實(shí)際電路舉例：中波廣播收音機(jī)混頻電路實(shí)際電路舉例：中波廣播收音機(jī)混頻電路二二. .雙柵雙柵MOSMOS場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路 （Dual-Gate MOSFET Mixer)Dual-Gate MOSFET M

53、ixer)21DDDiii通常通常T TB B工作在可變電阻區(qū)，則工作在可變電阻區(qū)，則SGSvv2LGSvv1)(222222)(22DSDSthGSGSoxnDvvVvlWCi22220)()(GSDSmDSvvgvI若若22222DSoxnvGSDmvlWCvigDS實(shí)現(xiàn)混頻功能實(shí)現(xiàn)混頻功能GSALDSvvv2與與BJTBJT混頻器比較，雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器混頻失真小、混頻器比較，雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器混頻失真小、動(dòng)態(tài)范圍大、工作頻率高，噪聲系數(shù)較低。動(dòng)態(tài)范圍大、工作頻率高，噪聲系數(shù)較低。4.3.3 4.3.3 混頻失真混頻失真 由于混頻器處于接收機(jī)的前端，混頻失真對(duì)接收由于混頻器處于接收機(jī)的前

54、端，混頻失真對(duì)接收機(jī)性能的影響很大。主要包括機(jī)性能的影響很大。主要包括干擾哨聲干擾哨聲、寄生通道干寄生通道干擾擾、交叉調(diào)制失真交叉調(diào)制失真、互相調(diào)制失真互相調(diào)制失真等。等。一一. .干擾哨聲和寄生通道干擾干擾哨聲和寄生通道干擾1.1.干擾哨聲干擾哨聲混頻器輸入：接收信號(hào)，頻率混頻器輸入：接收信號(hào)，頻率本振信號(hào)，頻率本振信號(hào)，頻率輸出：中頻信號(hào)，頻率輸出：中頻信號(hào)，頻率cfLfIf 由于混頻器的非線性作用，輸出電流中將出現(xiàn)眾多由于混頻器的非線性作用，輸出電流中將出現(xiàn)眾多組合頻率分量，用通式表示組合頻率分量，用通式表示cLqpqfpff,特點(diǎn)：特點(diǎn)：A.A.組合頻率分量的振幅隨組合頻率分量的振幅隨

55、(p+q)增大而迅速減??；增大而迅速減小；B.B.每個(gè)組合頻率分量對(duì)應(yīng)一個(gè)變換通道；每個(gè)組合頻率分量對(duì)應(yīng)一個(gè)變換通道；C.C.存在無(wú)數(shù)個(gè)變換通道。存在無(wú)數(shù)個(gè)變換通道。D.D.只有一個(gè)中頻有用通道，只有一個(gè)中頻有用通道，cLIffff1 , 1如果除如果除p=1p=1、q=1q=1之外，其它組合頻率分量也能進(jìn)入有用之外，其它組合頻率分量也能進(jìn)入有用通道，即其值等于或接近中頻頻率通道，即其值等于或接近中頻頻率)(IfF那么，滿足這個(gè)條件的組合頻率分量都將與有用中頻信那么，滿足這個(gè)條件的組合頻率分量都將與有用中頻信號(hào)一起通過(guò)中頻有用通道，無(wú)法濾除掉。通過(guò)中頻放大號(hào)一起通過(guò)中頻有用通道，無(wú)法濾除掉。通

56、過(guò)中頻放大FfqfpfIcL（音頻頻率）（音頻頻率）在解調(diào)器中將產(chǎn)生低頻差拍信號(hào)在解調(diào)器中將產(chǎn)生低頻差拍信號(hào), ,頻率為頻率為FfFfII)()(可以聽(tīng)見(jiàn)的音頻，類似哨叫聲。在聽(tīng)到有用信號(hào)的同可以聽(tīng)見(jiàn)的音頻，類似哨叫聲。在聽(tīng)到有用信號(hào)的同時(shí)聽(tīng)到差拍哨叫，故稱為時(shí)聽(tīng)到差拍哨叫，故稱為干擾哨聲干擾哨聲。分解滿足干擾哨聲的頻率關(guān)系式，且令分解滿足干擾哨聲的頻率關(guān)系式，且令I(lǐng)cLfffccIqfffp)()(IccffpqfFfpfqfILcFfqfpfIcLFfqfpfIcLFfqfpfIcL 可見(jiàn)，干擾哨聲是有用信號(hào)可見(jiàn)，干擾哨聲是有用信號(hào) 自身的組合頻率分量自身的組合頻率分量對(duì)自身的干擾，即對(duì)自

57、身的干擾，即自己干擾自己自己干擾自己。所以，選擇合適的。所以，選擇合適的發(fā)射信號(hào)載頻是值得重視的問(wèn)題。首先，要確定能夠發(fā)射信號(hào)載頻是值得重視的問(wèn)題。首先，要確定能夠產(chǎn)生干擾哨聲的頻率產(chǎn)生干擾哨聲的頻率 。cfcf實(shí)際后兩式無(wú)效，將前兩式合并得到能產(chǎn)生干擾哨聲實(shí)際后兩式無(wú)效，將前兩式合并得到能產(chǎn)生干擾哨聲的有用信號(hào)頻率為的有用信號(hào)頻率為pqFfpqpfIc1Ifpqp1)(IfF特點(diǎn)：特點(diǎn)：A.A.能產(chǎn)生干擾哨聲的有用信號(hào)頻率有無(wú)限多個(gè)；能產(chǎn)生干擾哨聲的有用信號(hào)頻率有無(wú)限多個(gè)；B.B.其頻率值均接近于中頻其頻率值均接近于中頻f fI I 的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍。的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍。 所幸的是，實(shí)際接收機(jī)

58、的接收頻段是有限的，只有所幸的是，實(shí)際接收機(jī)的接收頻段是有限的，只有 落入接收頻段內(nèi)的頻率才會(huì)產(chǎn)生干擾哨聲。例如，中落入接收頻段內(nèi)的頻率才會(huì)產(chǎn)生干擾哨聲。例如，中 波段廣播接收機(jī)的接收頻段為（波段廣播接收機(jī)的接收頻段為（53553516051605）kHzkHz。kHz535kHz1605 所以實(shí)際能產(chǎn)生較明顯干擾哨聲的信號(hào)頻率的數(shù)量所以實(shí)際能產(chǎn)生較明顯干擾哨聲的信號(hào)頻率的數(shù)量是有限的。只要將產(chǎn)生最強(qiáng)干擾哨聲的信號(hào)頻率排除是有限的。只要將產(chǎn)生最強(qiáng)干擾哨聲的信號(hào)頻率排除在接收頻段之外，就可大大減小干擾哨聲的有害影響。在接收頻段之外，就可大大減小干擾哨聲的有害影響。 另外，只有另外，只有(p+q)

59、(p+q)較小的組合頻率分量具有較大幅較小的組合頻率分量具有較大幅值，而值，而(p(pq)q)較大的干擾影響較小，一般可忽略。較大的干擾影響較小，一般可忽略。例如，對(duì)應(yīng)例如，對(duì)應(yīng)1, 0qp干擾哨聲最強(qiáng)，干擾哨聲最強(qiáng)，即即Icff 接近中頻頻率接近中頻頻率的有用信號(hào)。的有用信號(hào)。所以，必須將接收機(jī)中頻頻率選在接收頻段以外，如所以，必須將接收機(jī)中頻頻率選在接收頻段以外，如中波廣播收音機(jī)中頻為中波廣播收音機(jī)中頻為kHzfI465kHz535kHz1605kHz465kHz930kHz13952.2.寄生通道干擾寄生通道干擾條件：接收機(jī)調(diào)諧頻率為條件：接收機(jī)調(diào)諧頻率為cf本振信號(hào)頻率應(yīng)為本振信號(hào)頻率

60、應(yīng)為IcLfff實(shí)際輸入干擾信號(hào)頻率為實(shí)際輸入干擾信號(hào)頻率為Mf混頻輸出電流頻率：混頻輸出電流頻率：MLqpqfpff,同理，某些組合頻率滿足：同理，某些組合頻率滿足：IMLfqfpf寄生通道寄生通道實(shí)際關(guān)系成立實(shí)際關(guān)系成立IMLfqfpfILMfpfqf兩式合并得兩式合并得IcILMfqpfqpqffqpf1即為能形成寄生通道干擾的輸入干擾信號(hào)頻率。即為能形成寄生通道干擾的輸入干擾信號(hào)頻率。特點(diǎn)：特點(diǎn)：A.A.Mf對(duì)稱分布在對(duì)稱分布在qpfL左右，左右，并且與并且與qpfL均間隔均間隔qfIqffqpILqffqpILLfqpB.B.能形成寄生通道干擾的頻率無(wú)限多；能形成寄生通道干擾的頻率無(wú)