射頻模擬電路電子教案：5-14 混頻

1、上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。從頻譜搬移的角度看，解調(diào)是頻譜從高頻端搬到基帶的過(guò)程，普通振幅波的解調(diào)常常稱為檢波。 檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：1、調(diào)幅波解調(diào)有幾種方法？非線性 電路低通濾 波器輸入 AM信號(hào)檢出包絡(luò)信息檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展 同步檢波器用于對(duì)載波被抑制的雙邊帶或單邊帶信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。它的特點(diǎn)是必須外加一個(gè)頻率和相位都與被抑制的載波相同的信號(hào)。同步檢波的名稱即由此而來(lái)。 同步檢波電路同步檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器 輸入雙邊帶信號(hào)時(shí)乘積檢波器的有關(guān)波形和頻譜同步檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展提取載波的方法一般分為兩類：一類

2、是不專門(mén)發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類方法稱為直接法，也稱為自同步法；另一類是在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個(gè)（或多個(gè)）稱作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就利用導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法，也稱為外同步法。上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展同步檢波電路-載波提取乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展同步檢波電路-載波提取乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器直接法（自同步法） 有些信號(hào)（如抑制載波的雙邊帶信號(hào)等）雖然本身不包含載波分量，但對(duì)該信號(hào)進(jìn)行某些非線性變換以后，就可以直接從中提取出載波分量來(lái)，這就是直接法提取同步載波的基本原理

3、。1、平方變換法和平方環(huán)法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展同步檢波電路-載波提取乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器利用鎖相環(huán)提取載波的常用方法如圖所示。加于兩個(gè)相乘器的本地信號(hào)分別為壓控振蕩器的輸出信號(hào) 和它的正交信號(hào) ，因此，通常稱這種環(huán)路為同相正交環(huán)，有時(shí)也被稱為科斯塔斯（Costas）環(huán)。 上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展同步檢波電路-載波提取乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器插入導(dǎo)頻法 對(duì)于抑制載波的雙邊帶調(diào)制而言，在載頻處，已調(diào)信號(hào)的頻譜分量為零，同時(shí)對(duì)調(diào)制信號(hào) 進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，就可以使已調(diào)信號(hào)在載頻附近的頻譜分量很小，這樣就可以插入導(dǎo)頻，這時(shí)插入的導(dǎo)頻對(duì)信號(hào)的影響最小。但插入的導(dǎo)頻

4、并不是加在調(diào)制器的那個(gè)載波，而是將該載波移相90后的所謂“正交載波”。 檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：2、為什么包絡(luò)檢波不能解調(diào)DSB波？從已調(diào)波中檢出包絡(luò)信息，只適用于AM信號(hào)。普通調(diào)幅波的波形 檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展DSB波的波形二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：3、二極管包絡(luò)檢波器的電路構(gòu)成？4、D的名稱？特點(diǎn)？5、RL特點(diǎn)？C+vWRL+充電放電iDviD:檢波二極管，結(jié)電容小，反向電流小。可選擇點(diǎn)接觸二極管，肖特基二極管。RL:負(fù)載電阻，數(shù)值較大，低頻電流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生低頻電壓。二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：6、7、其中，是二極管電流通角，L為檢波器負(fù)載電阻，d

5、為二極管導(dǎo)通電阻。二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：8、檢波效率和輸入阻抗？二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：9、二極管包絡(luò)檢波器有哪些失真？1、惰性失真。2、負(fù)峰切割失真3、非線性失真。4、頻率失真。V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R非線性失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。頻率失真由容抗對(duì)不同頻率的信號(hào)的傳輸不同而引起的失真。二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展問(wèn)題：10、如何避免惰性失真和負(fù)峰切割失真？1、避免惰性失真的條件。2、避免負(fù)峰切割失真的條件。例1：包絡(luò)檢波電路如圖：試確定C2的取值條件。為了提高頻濾波能力要求：不產(chǎn)生

6、惰性失真要求：二極管包絡(luò)檢波器例題1二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展例2：某收音機(jī)檢波電路如圖，若輸入信號(hào)為：1、定性畫(huà)出vs(t)的波形；2、是否會(huì)產(chǎn)生負(fù)峰切割失真？3、為避免惰性失真，C值應(yīng)選多大？解：由輸入信號(hào)知：ma=0.3，=8103 ，c =930 103所以不會(huì)產(chǎn)生負(fù)峰切割失真。為避免惰性失真應(yīng)滿足：二極管包絡(luò)檢波器例題2二極管包絡(luò)檢波電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展 變頻或混頻就是把兩個(gè)不同的信號(hào)加到非線性器件上進(jìn)行頻率組合后取出和頻或差頻 的過(guò)程。 它的的基本功能均是將輸入頻帶信號(hào)的頻譜位移到新的頻率范圍內(nèi)，即頻譜的線性般移，這類似于調(diào)制信號(hào)經(jīng)調(diào)幅變換前后的頻譜變換關(guān)系。第五章：混

7、頻器上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展1.變頻損耗（增益） frequency conversion loss 在接收機(jī)中變頻損耗是輸入射頻信號(hào)功率與輸出中頻信號(hào)功率之比值，一般以dB表示。在發(fā)射機(jī)的上變頻器中，變頻損耗是輸入中頻信號(hào)功率與輸出射頻信號(hào)功率之比值。 2.噪聲系數(shù)3.動(dòng)態(tài)范圍 ：1dB壓縮點(diǎn)（Pin-1dB）4.雙音三階交調(diào)(P3)與線性度混頻器的三階交調(diào)系數(shù)M3為一項(xiàng)重要的指標(biāo)。隔離度 本振端口到其他端口的隔離度的定義有兩個(gè)，一個(gè)是本振功率與其泄露到信號(hào)端口的功率之比；另外一個(gè)是本振功率與其泄露到中頻輸出端口的功率之比，兩者都用分貝數(shù)來(lái)表示。6、本振功率：原則上本振功率愈大，混頻器的動(dòng)態(tài)范圍增

8、大，線性度改善，1dB壓縮點(diǎn)上升，三階交調(diào)系數(shù)改善?；祛l器的主要性能指標(biāo)上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展Pout（2w1+/-w2）混頻器的模型及頻譜上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展1.用乘法器實(shí)現(xiàn)混頻是最好的方法之一由模擬乘法器（有源混頻） 實(shí)現(xiàn)乘積型混頻器由雙極晶體管（有源混頻）、場(chǎng)效應(yīng)管（有源混頻） 、二極管（無(wú)源混頻） 實(shí)現(xiàn)疊加型混頻器兩種電路都含有許多組合頻率分量?；祛l器的模型及頻譜上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展 第五章 混頻器5.1 混頻器的性能指標(biāo)5.2 混頻器的實(shí)現(xiàn)模型5.3.1 雙級(jí)晶體管混頻器5.4.4單二極管開(kāi)關(guān)混頻器的折線近似分析5.4.5 二極管平衡混頻器5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真5.3.1

9、 晶體管混頻器 5.3 有源混頻器電路（P332）1.主要器件石英晶體：17.73MHz 三極管： 9018 中周： 6.5MHz 電阻電容：若干2.技術(shù)指標(biāo)要求：1） 接收頻率（點(diǎn)頻）11.23MHz 2） 本振頻率： 17.73MHz3） 混頻輸出（中頻）：6.5MHz由于晶體管工作在非線性狀態(tài)。轉(zhuǎn)移特性的非線性函數(shù)用解析式表達(dá)極為困難，但由于信號(hào)電壓來(lái)源于空中信號(hào)或遠(yuǎn)距離送來(lái)的微弱信號(hào)，而本地振蕩器電壓是本身振蕩器產(chǎn)生的，振幅很大。當(dāng)晶體管混頻器工作在特定的狀態(tài)，即本振電壓的振幅值遠(yuǎn)大于信號(hào)電壓的振幅值時(shí)，可采用近似分析方法-5.3.1 晶體管混頻器線性時(shí)變分析方法直流偏置電壓 本振電壓

10、 信號(hào)電壓 可把本振電壓看成是晶體管偏置電壓的一部分，但這種偏置是時(shí)變偏置 5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法在本振電壓作用下，工作點(diǎn)隨時(shí)間而移動(dòng)。由于信號(hào)電壓振幅值很小，在任何時(shí)刻的工作點(diǎn)上，對(duì)信號(hào)而言都可以看成是線性的。這種分析問(wèn)題的方法稱為線性時(shí)變分析法。 5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法在時(shí)變工作點(diǎn)上的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式為：很小時(shí)變電導(dǎo) 是轉(zhuǎn)移持性上隨本振電壓變化的時(shí)變工作點(diǎn) 切線的斜率。 時(shí)變的工作點(diǎn)5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法時(shí)變電導(dǎo) 時(shí)變電導(dǎo)是轉(zhuǎn)移持性上隨本振電壓變化的時(shí)變工作點(diǎn)切線的斜率。 時(shí)變工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 變化規(guī)

11、律都與的變化規(guī)律一致。也是周期的。和和量綱是電導(dǎo)量綱是電流5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法取下混頻 變頻跨導(dǎo) ：中頻電流振幅值 與信號(hào)電壓振幅制之比5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法若輸入為調(diào)幅波：或 5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法例題已知混頻晶體三極管的近似特性如下圖：VBB0=？g(t)=？VBB0=0Vgc=？中頻電流由集電極中頻諧振回路取出，混頻器的電壓增益為：不能混頻!5.3.1 晶體管混頻器近似分析方法-線性時(shí)變分析方法例題已知混頻晶體三極管的近似特性如下圖：二極管混頻 晶體三極管混頻動(dòng)態(tài)范圍小(信號(hào)電平范圍僅為幾十

12、毫伏)，組合頻率干擾大，本振泄漏嚴(yán)重。二極管混頻則動(dòng)態(tài)范圍大，組合頻率分量少，本振泄漏小，無(wú)變頻增益。5.4 無(wú)源混頻器電路（P353）5.4 無(wú)源混頻器電路（P353）5.4.4 單二極管開(kāi)關(guān)混頻器的折線近似分析 二極管混頻分小信號(hào)混頻及開(kāi)關(guān)混頻。小信號(hào)混頻，工作在二極管特性曲線的彎曲部分。開(kāi)關(guān)混頻，本振電壓的幅度較大( )，可認(rèn)為在本振電壓的正半周，二極管導(dǎo)通；在本振電壓的負(fù)半周，二極管截止。開(kāi)關(guān)混頻具有更好的性能。1.小信號(hào)二極管平衡混頻器的工作原理 （P357）小信號(hào)狀態(tài)下，工作在二極管特性的彎曲部分，二極管特性 可用級(jí)數(shù)展開(kāi)：抵消部分非線性分量，可采用平衡混頻器，上下完全對(duì)稱。5.4

13、 無(wú)源混頻器電路5.4 無(wú)源混頻器電路抵消了許多組合頻率分量，仍包含較豐富的頻率分量。 平衡混頻器小信號(hào)工作可實(shí)現(xiàn)混頻包含( ) 分量 2二極管開(kāi)關(guān)混頻工作原理 二極管開(kāi)關(guān)混頻時(shí)可忽略二極管特性曲線的彎曲部分，用折線來(lái)代替二極管。 5.4 無(wú)源混頻器電路開(kāi)關(guān)函數(shù) 5.4 無(wú)源混頻器電路2、二極管開(kāi)關(guān)混頻器工作原理包含的頻率成分少了很多組合頻率分量 相比與5.4 無(wú)源混頻器電路2、二極管開(kāi)關(guān)混頻器工作原理 采用四只二極管組成的環(huán)形混頻器可以進(jìn)一步減少組合頻率干擾。電路中二極管同樣工作于受本振電壓控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 輸出電流中的組合頻率成分少了很多。此外，中頻分量的振幅值是平衡混頻器的兩倍。因此，環(huán)

14、形混頻器的靈敏度和抑制干擾的能力都更優(yōu)于平衡混頻器。5.4 無(wú)源混頻器電路3、二極管環(huán)形混頻器四個(gè)二極管組成一個(gè)環(huán)環(huán)形混頻器 環(huán)形混頻器本振與信號(hào)端口具有良好的隔離，對(duì)本振而言，AB點(diǎn)是等電位，信號(hào)口無(wú)本振輸出，對(duì)信號(hào)而言，CD點(diǎn)是等電位，本振口無(wú)信號(hào)輸出。信號(hào)源端口的電流 ： 信號(hào)口的輸入阻抗： 中頻電流 二極管環(huán)形混頻器5.4 無(wú)源混頻器電路開(kāi)關(guān)函數(shù) 第五章 混頻器5.1 混頻器的性能指標(biāo)5.2 混頻器的實(shí)現(xiàn)模型5.3.1 雙級(jí)晶體管混頻器5.4.4單二極管開(kāi)關(guān)混頻器的折線近似分析5.4.5 二極管平衡混頻器5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失

15、真1.組合頻率干擾 組合頻率干擾是混頻器中的特有現(xiàn)象組合頻率分量 混頻器由非線性器件組成是形成干擾的源泉 中頻信號(hào) 增大組合頻率分量的振幅迅速減小 通過(guò)中頻放大通道送入檢波電路無(wú)用的組合頻率分量與 接近組合頻率分量 F為音頻 在檢波電路中再次“混頻”，差拍出頻率為F的哨叫聲，這種干擾稱為干擾哨聲 。組合頻率分量 5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真在不同的 處產(chǎn)生干擾哨聲要形成干擾哨聲取不同的正整數(shù)干擾信號(hào)干擾信號(hào)進(jìn)入中頻通道后被放大最強(qiáng)的干擾 中頻干擾5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真組合頻率分量 鏡像干擾 鏡像干擾本振信號(hào)有用信號(hào)例：有一超外差式廣播收音機(jī)，其中頻試說(shuō)明下面兩

16、種干擾現(xiàn)象各屬于何種干擾？（1）當(dāng)收聽(tīng)到 的電臺(tái)播音時(shí)，還能聽(tīng)到強(qiáng)電臺(tái)播音的干擾；（2）當(dāng)收聽(tīng)頻率 的電臺(tái)播音時(shí)，還能聽(tīng)到強(qiáng)電臺(tái)播音的干擾和嘯叫聲。5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真鏡像干擾要形成干擾哨聲組合頻率干擾分析：（1）本振頻率 鏡像干擾干擾信號(hào)與本振的差頻（2）本振頻率 組合頻率干擾干擾信號(hào)與外來(lái)信號(hào)的組合頻率5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真四次項(xiàng)或更高的偶次項(xiàng)會(huì)產(chǎn)生中頻電流調(diào)幅波 不能正確反映包絡(luò)的變化規(guī)律 2非線性失真混頻器輸入端作用強(qiáng)的有用信號(hào)混頻器工作在“強(qiáng)”線性狀態(tài)5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真非線性與干擾阻塞產(chǎn)生交叉調(diào)制 偏置直流電壓 信號(hào)基

17、波電流 混頻器輸入端同時(shí)輸入有用信號(hào) 及干擾信號(hào)5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真調(diào)幅信號(hào) 干擾信號(hào)轉(zhuǎn)移的部分有用分量5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真信號(hào)基波電流 交叉調(diào)制交叉調(diào)制系數(shù) (2) ，提高前端電路的選擇性可克服交調(diào)。 (1)交叉調(diào)制是由非線性器件中的三次項(xiàng)或更高次非線性項(xiàng)產(chǎn)生的，與 成正比結(jié)論：(3)干擾信號(hào)的幅度與有用信號(hào) 的大小有關(guān)交叉干擾消失5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真混頻器的三階互調(diào) 5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真三階互調(diào)兩個(gè)干擾信號(hào)結(jié)論：（1）平方項(xiàng)(或更高偶次項(xiàng))產(chǎn)生 分量，稱為二階互調(diào)。在窄帶通信系統(tǒng)中， ， 是較靠近的兩個(gè)

18、頻率。不會(huì)落在頻帶內(nèi)。這種干擾可以不予考慮。（2）三次方項(xiàng)或更高奇次項(xiàng)產(chǎn)生 或分量，稱為三階互調(diào)。易落在帶內(nèi)很靠近時(shí)影響最嚴(yán)重，必須消除。5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真(3)選用平方律特性器件或采用平衡或雙平衡電路可改善三階互調(diào)特性。 倒易混頻（噪聲調(diào)制） 與 相隔的噪聲混頻，把噪聲搬移到中頻的帶內(nèi)使信噪比惡化當(dāng)本振譜不純，存在雜散和邊帶噪聲時(shí)(或存在干擾信號(hào) 時(shí))5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真（2）高頻放大增益不易做得很高，一般為15dB一20dB左右，以減小干擾信號(hào)與有用信號(hào)進(jìn)入混頻器。3克服干擾的措施減小加到混頻器輸入端干擾信號(hào)的強(qiáng)度，有用信號(hào)的幅度也不能太小；減

19、小混頻器無(wú)用的非線性項(xiàng)（1）接收機(jī)輸入端加人選頻網(wǎng)絡(luò)與高頻放大，必須提高選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻能力，阻止干擾信號(hào)進(jìn)入高頻放大后進(jìn)入混頻級(jí)。5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真（3）選用平方律特性器件。（6）晶體管用做混頻時(shí)，需選擇合適的工作點(diǎn)電流。（4）使用場(chǎng)效應(yīng)管平衡混頻器或雙平衡混頻器，可以抵消一些組合頻率干擾。（5）合理選擇中頻能大大減少組合頻率干擾和副通道干擾，對(duì)交調(diào)、互調(diào)也有一定的抑制作用。 5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真3克服干擾的措施4.4 角度調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻波的指標(biāo)寄生調(diào)幅頻譜寬度抗干擾能力w0Dwmw0+DwmAMFM4.4 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻是使高頻載波的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)制方式；調(diào)相是使高頻載波的瞬時(shí)相位按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)制方式。因?yàn)檫@兩種調(diào)制都表現(xiàn)為高頻振蕩波的總瞬時(shí)相角受到調(diào)變，故將它們統(tǒng)稱為角度調(diào)制(簡(jiǎn)稱調(diào)角) 。瞬時(shí)頻率瞬時(shí)相位0實(shí)軸4.5 調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)頻設(shè)調(diào)制信號(hào)為v (t)，載波信號(hào) 0是未