通信電子電路課件-于洪珍(第7章)

1、 本章內容7.1 概述7.2 變頻器的基本原理7.3 變頻器的主要技術指標7.4 晶體三極管混頻電路7.5 超外差接收機的統(tǒng)調與跟蹤7.6 用模擬乘法器構成的混頻電路7.7 變頻干擾本章重點和難點(一) 本章重點1. 為什么要進行變頻；2. 變頻器的基本原理及數(shù)學分析；3. 晶體三極管混頻電路基本原理、工作狀態(tài)選擇及應用舉例；4. 變頻干擾。(二) 本章難點1. 三點統(tǒng)調；2. 變頻干擾。 7.1 概述 變頻器的定義： 在通信技術中，經(jīng)常需要將信號自某一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的是把一個已調的高頻信號變成另一個較低頻率的同類已調信號。完成這種頻率變換的電路稱變頻器。例如： 在超外差接收

2、機中，常將天線接收到的高頻信號通過變頻，變換成465KHz的中頻信號。 一、什么是變頻器頻率變換電路采用變頻器后，接收機的性能將得到提高。這是由于：變頻器將高頻信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定；經(jīng)中頻放大后，輸入到檢波器的信號可以達到伏特數(shù)量級，有助于提高接收機的靈敏度。 （有利于放大）二、為什么要進行變頻在專用接收機中，接收的頻率是固定的，而作 為超外差接收機頻率是變的，但由于變頻后所得 的中頻頻率是固定的，這樣可使電路結構簡化。要求接收機在頻率很寬的范圍內選擇性好有困 難，而對于某一 固定頻率選擇性可以做得很好。三、信號載波頻率變換成中頻頻

3、率波形圖 與 載波振幅的包絡形狀完全相同，惟一的差別是 信號載波頻率 變換成中頻頻率 ,混頻器輸入輸出波形圖如圖示。四、變頻器的組成 1. 變頻電路框圖 它是將輸入調幅信號與本振信號（高頻等幅信號），同時加到混頻器，經(jīng)頻率變換后通過濾波器，輸出中頻調幅信號。 與 載波振幅的包絡形狀完全相同，惟一的差別是信號載波頻率 變換成中頻頻率 。本地振蕩器本振信號- 下標為L輸入調幅信號-下標為S中頻調幅信號-下標為I2. 變頻電路的組成一個變頻器由三部分組成： 1）非線性元件： 如二極管、三極管和場效應管和模擬乘法器等； 2）產(chǎn)生uL(t) 的振蕩器。 通常稱為本地振蕩，振蕩頻率為 L ； 3）中頻濾波

4、器。注意： 振蕩信號可以由完成變頻作用的非線性器件 （如三極管）產(chǎn)生，這種電路叫變頻器（或稱 自激式變頻器）。振蕩信號也可以由單設振蕩 器產(chǎn)生，這種電路叫混頻器（或稱為他激式變 頻器）。兩種電路中，前一種簡單，但統(tǒng)調困 難。因此一般工作頻率較高的接收機采用混頻 器。 7.2 變頻器的基本原理 變頻的作用： 是將信號頻率自高頻搬移到中頻，也是信號搬移過程。 一、 變頻前后的頻譜圖分析：高頻調幅信號的上邊頻 中頻調幅信號的下邊頻，高頻調幅信號的下邊頻 中頻調幅信號的上邊頻 分析結論: 經(jīng)過變頻后將原來輸入的高頻調幅信號，在輸出端變換為中頻 調幅信號，兩者相比較只是把調幅信號的頻率從高頻位置移到了中

5、頻位置，而各頻譜分量的相對大小和相互間距離保持一致。注意： 高頻調幅信號的上邊頻變成中頻調幅信號的下邊頻，而高頻調幅信號的下邊頻變成中頻調幅信號的上邊頻。二、變頻原理的數(shù)學分析：冪級數(shù)如果在非線性元件上同時加上輸入信號電壓和等幅的高頻信號電壓，則就會產(chǎn)生具有新頻率的電流成分。由于變頻管工作于輸入特性曲線的彎曲段，其電流可采用冪級數(shù)來表示，即對上式近似取前三項，其中則對(7-1)式近似取前三項(7-1)差頻分量中頻成分 和頻分量諧波分量總結：由于電路元件的伏安特性包含有平方項1.在 uS ，uL 同時作用下，電流便產(chǎn)生了新的頻率成分，它包含：差頻分量： 和頻分量： 諧波分量： 其中差頻分量 就是

6、我們所要求的中頻成分 。2.通過中頻濾波器就可將差頻分量取出。 而將其他頻率成分濾除。這種變頻器稱為下變頻器。 若用選擇性電路將和頻分量選擇出來，則這種變頻器稱為上變頻器。7.3 變頻器的主要技術指標1變頻器增益要大2選擇性 要求輸出回路具有良好的選擇性?？刹捎?品質因數(shù)Q高的選頻網(wǎng)絡或濾波器。3工作穩(wěn)定性要好 要求本振信號頻率穩(wěn)定度高，則應采用穩(wěn) 頻等措施。4非線性失真要小5噪聲系數(shù)要小噪聲系數(shù)要小的分析噪聲系數(shù)的定義為 由于變頻器位于接收機的前端，它產(chǎn)生的噪聲對整機影響最大，故要求變頻器本身噪聲系數(shù)越小越好。7.4 晶體三極管混頻電路 工作原理 :設輸入信號為： us = Usm ( 1

7、+ ma cost) cosct= Usm(t) cosct uL= ULm cosLt則基極回路電壓為: ube = Eb + ULmcosLt + us 其中ULm Usm根據(jù)三極管的特性可知，集電極電流 ic 是ube、uce的函數(shù) 忽略uce的反作用， ic 可近似表示為： 在時變工作點Eb(t)處，將上式對us 展開成泰勒級數(shù)：7.4.1 三極管混頻電路的幾種形式 三極管混頻器按本振信號接入的不同，一般有四種電路形式。圖（a，b）是共發(fā)射極電路的形式，圖（c，d）是共基極電路的兩種形式。共發(fā)射極電路多用于頻率較低的情況：圖（a）：信號與本振分別由基極和發(fā)射極注入，相互影響小，但 本振

8、需要功率大。圖（b）: 信號與本振都由基極注入，相互影響大，但本振需要功 率小。 共基極電路多用于頻率較高的情況，當工作頻率不高時，變頻增益比發(fā)射極電路低。圖（d）比圖（c）相互影響小 。7.4.2 變頻器工作狀態(tài)選擇 略。7.4.3 晶體管變頻電路應用舉例 圖7-6 （a）晶體管他激式變頻器圖7-6 （b）晶體管自激式變頻器7.5 超外差接收機的統(tǒng)調與跟蹤統(tǒng)調: 在超外差接收中，為了調諧方便，希望高頻調諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，實行統(tǒng)一調諧。采用的方式： 通常采用的每波段中最低到最高頻率的調諧，由同軸可變電容器進行，而改變波段則采用改變固定電感的方法。 優(yōu)點： 方便缺點： 直接

9、產(chǎn)生中頻 fI 困難。跟蹤： fs 與 fL 為固定 fI 而進行的統(tǒng)調。統(tǒng)調產(chǎn)生的問題： 相應的 fL 回路（fmin fmax）理想情況： fI = fL fs實際：注意：中頻fI465解決辦法： 三點跟蹤電路中有三點： fI = fL fs 465 KHz其它各點： fI 465 KHz具體步驟：在本振頻率高頻端， C = Cmin ，由于Ct 與Cmin 相近，使總的電容增大，所以使高頻本振頻率降低。在本振頻率低頻端， C = Cmax , Ct 的并聯(lián)作用可忽略。串聯(lián) Cp 后，使總的電容減少，所以使低端本振頻率提高。這樣就達到了三點統(tǒng)調的目的。7.6 環(huán)形混頻電路 環(huán)形混頻電路:

10、在實際的工作頻率達到幾十兆赫以上的混頻器中，廣泛采用一 種由二極管構成的二極管雙平衡混頻電路，也稱環(huán)形混頻電路.工作原理： 略結論： 在環(huán)形混頻電路中，只要電路對稱，則輸出電流中僅有沒有L 項出現(xiàn)。也就是它的輸出中僅包含的組合分量，而抵消了L 以及等眾多分量。7.8 變頻干擾及其抑制方法一、組合頻率干抗由于變頻器使用的是非線性器件，而且工作在非線性狀態(tài)。流經(jīng)變頻管的電流不僅含有直流分量、信號頻率 fS 、本振頻率 fL 成分，還含有信號、本振頻率的各次諧波，以及它們的和、差頻等組合頻率分量，如 等，即含有mfL nfS 分量。當這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻時，就能進入中頻放大器，

11、經(jīng)檢波器輸出產(chǎn)生對有用信號的干擾。當組合頻率符合式（7-9）關系時，就可以在輸出端形成干擾甚至產(chǎn)生哨叫，這種干擾就叫組合頻率干擾。例如： 本振頻率1396kHz， 有用信號頻率931kHz， 兩者的差拍頻率是中頻465kHz。（7-9）信號頻率的二倍頻 1862kHz與本振頻率的差拍頻率為：Hz，結論： 顯然這個差頻能被中頻放大器放大，并與標準中頻同時加入到檢波器，由于檢波器也是非線性元件，故有 4664651kHz 低頻通過低放產(chǎn)生哨叫，干擾正常通信。減弱組合頻率干擾的方法有三種 適當選擇變頻電路的工作點，尤其是不要過大； 輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波幅值也大

12、，使干擾增強； 選擇中頻時應考慮組合頻率的影響，使其遠離在變頻過程中可能產(chǎn)生的組合頻率。 二、副波道干擾副波道干擾是一種其頻率為fn的外來干擾，如果頻率為fn的干擾信號作用到混頻器的輸入端，它與本振信號頻率如滿足下面關系： 式中，m 為本振信號頻率的諧波次數(shù)，n為干擾信號頻率的諧波次數(shù)。 這時，干擾信號就會進入中頻放大器，經(jīng)解調器輸出將產(chǎn)生干擾和哨叫。 可能產(chǎn)生的干擾頻率可由下式確定 (7-10)分類： 中頻干擾、鏡頻干擾和組合副波道干擾。1中頻干擾 解決措施： 主要是提高變頻器前面電路的選擇性，增強對中頻信號的抑制 或設置中頻陷波器。 當干擾信號頻率 時（即m=0，n1），如果接收機輸入 回

13、路選擇性不好，該信號進入變頻器，并被放大，從而產(chǎn)生干擾。2.鏡頻干擾 問題： 當 fS =1000kHz， fL=1465kHz，調諧于中頻465kHz，干擾信號頻率 fn=1930kHz，能不能抑制？ 19301465 = 465kHz 當 fn = fL + fI ，相應的干擾電臺頻率等于本振頻率 fL 與中頻 fI 之和。如果將 fL 所在的位置比作一面鏡子，則 fs 與 fn 分別位于fL的兩側，且距離相等，互為鏡像，故稱為鏡頻干擾，又稱為鏡像干擾。抑制它的主要方法是提高變頻級前電路的選擇性。（即 m=n=1） 3組合副波道干擾 除上述兩種情況外，在式（7-10）中， 當 （例如，m=

14、 n =2，則對應 ）均稱為組合副波道干擾。例如，fs=660kHz，fL=1125kHz時，（fI=465kHz）對應的二次組合干擾頻率代入式（7-11）中，可算出fn1=892.5 kHz，fn2=1357.5 kHz。m= n =27.8.3 交調和互調干擾 有些干擾信號頻率不滿足式（710）的關系，不能和本振及其諧波產(chǎn)生等于中頻的和、差頻。但由于器件的非線性，仍有可能產(chǎn)生干擾作用。分類（干擾形成原因不同） ： 交叉調制（簡稱交調）干擾和互相調制（簡稱互調）干擾。危害： 由于晶體管的動態(tài)線性區(qū)域小，比電子管、場效應管更易呈現(xiàn) 非線性，所以這類干擾更嚴重。 1. 交調干擾 形成原因： 非線性器件的 i = f (t) 展開成泰勒級數(shù),其四階項為a4u4。設 u = uJ + us + uL , 這里 uJ = UJ (1+mJcosJt) cosJ t干擾信號 us= Us cosct uL = ULcosLt 將這三個信號帶入四階項，可分解為6a4uJ2uSuL，其中有 3UJ2USUL(1+mJCOSJt)2cosIt/2， 可以通過混頻器后面的通道，對有用信號