第13講混頻電路與倍頻器

第十三講混頻電路與倍頻器13.1概述13.2混頻電路13.3倍頻器混頻電路與倍頻器1．混頻器的功能混頻器是頻譜線性搬移電路,是一個(gè)六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個(gè)輸入電壓,輸入信號(hào)us和本地振蕩信號(hào)uL,其工作頻率分別為fc和fL輸出信號(hào)為uI,稱為中頻信號(hào),其頻率是fc和fL的差頻或和頻,稱為中頻fI,fI=fL±fc(同時(shí)也可采用諧波的差頻或和頻)。13.1概述混頻電路與倍頻器圖13-1混頻器的功能示意圖圖13-2三種頻譜線性搬移功能(a)調(diào)制(b)解調(diào)(c)混頻2．混頻器的工作原理設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號(hào)us和本振電壓uL分別為

us=UscosΩtcosωct

uL=ULcosωLt這兩個(gè)信號(hào)的乘積為混頻電路與倍頻器圖13-3混頻器的組成框圖混頻電路與倍頻器圖13―4混頻過(guò)程中的頻譜變換(a)本振頻譜(b)信號(hào)頻譜(c)輸出頻譜

3．混頻器的主要性能指標(biāo)1)變頻增益變頻電壓增益定義為變頻器中頻輸出電壓振幅UI與高頻輸入信號(hào)電壓振幅Us之比,即

同樣可定義變頻功率增益為輸出中頻信號(hào)功率PI與輸入高頻信號(hào)功率Ps之比,即混頻電路與倍頻器2)噪聲系數(shù)混頻器的噪聲系數(shù)NF定義為

通常用分貝數(shù)表示變頻增益,有輸入信噪比(信號(hào)頻率)輸出信噪比(中頻頻率)混頻電路與倍頻器3)失真與干擾變頻器的失真有頻率失真和非線性失真。除此之外，還會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾，如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)制、阻塞和倒易混頻等干擾。所以，對(duì)混頻器不僅要求頻率特性好，而且還要求變頻器工作在非線性不太嚴(yán)重的區(qū)域，使之既能完成頻率變換,又能抑制各種干擾?；祛l電路與倍頻器4)變頻壓縮(抑制)在混頻器中，輸出與輸入信號(hào)幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實(shí)際上，由于非線性器件的限制，當(dāng)輸入信號(hào)增加到一定程度時(shí)，中頻輸出信號(hào)的幅度與輸入不再成線性關(guān)系，如圖11―5所示?；祛l電路與倍頻器圖11―5混頻器輸入、輸出電平的關(guān)系曲線混頻電路與倍頻器5)選擇性混頻器的中頻輸出應(yīng)該只有所要接收的有用信號(hào)(反映為中頻,即fI=fL-fc)，而不應(yīng)該有其它不需要的干擾信號(hào)。但在混頻器的輸出中，由于各種原因，總會(huì)混雜很多與中頻頻率接近的干擾信號(hào)。混頻電路與倍頻器13.2混頻電路1．晶體三極管混頻器圖13-6晶體三極管混頻器原理電路混頻電路與倍頻器經(jīng)集電極諧振回路濾波后,得到中頻電流iI混頻電路與倍頻器變頻跨導(dǎo)gC=gm1／2,gm1只與晶體管特性、直流工作點(diǎn)及本振電壓UL有關(guān),與Us無(wú)關(guān),故變頻跨導(dǎo)gC亦有上述性質(zhì)。輸出中頻電流振幅輸入高頻電壓振幅混頻電路與倍頻器圖13-7混頻器本振注入方式混頻電路與倍頻器2．二極管混頻電路輸入信號(hào)us為已調(diào)信號(hào)；本振電壓為uL,有UL>>Us,大信號(hào)工作。圖13-8二極管平衡混頻器混頻電路與倍頻器圖13-9中波AM收音機(jī)的變頻電路圖13-10FM收音機(jī)變頻電路二極管環(huán)形混頻器圖13-13環(huán)型混頻器的原理電路混頻電路與倍頻器13.3倍頻器

13.3.1倍頻原理及用途倍頻電路輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍,即倍頻電路可以成倍數(shù)地把信號(hào)頻譜搬移到更高的頻段。所以,倍頻電路也是一種線性頻率變換電路。混頻電路與倍頻器實(shí)現(xiàn)倍頻的原理有以下幾種：①利用晶體管等非線性器件產(chǎn)生輸入信號(hào)頻率的各次諧波分量,然后用調(diào)諧于n次諧波的帶通濾波器取出n倍頻信號(hào)。②將輸入信號(hào)同時(shí)輸入模擬乘法器的兩個(gè)輸入端進(jìn)行自身線性相乘,則乘法器輸出交流分量就是輸入的二倍頻信號(hào)。③利用鎖相倍頻方式進(jìn)行倍頻。混頻電路與倍頻器倍頻電路在通信系統(tǒng)及其它電子系統(tǒng)里均有廣泛的應(yīng)用。①對(duì)振蕩器輸出進(jìn)行倍頻,得到更高的所需振蕩頻率。這樣,一則可以降低主振的振蕩頻率,有利于提高頻率穩(wěn)定度;二則可以大大提高晶振的實(shí)際輸出頻率,因?yàn)榫w受條件的限制不可能做到很高頻率。混頻電路與倍頻器

②在調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)里使用倍頻電路和混頻電路可以擴(kuò)展調(diào)頻信號(hào)的最大線性頻偏。③采用幾個(gè)不同的倍頻電路對(duì)同一個(gè)振蕩器輸出進(jìn)行倍頻,可以得到幾個(gè)不同頻率的輸出信號(hào)。④在頻率合成器里,倍頻電路是不可缺少的組成部分。混頻電路與倍頻器

13.3.2晶體管倍頻器晶體管倍頻器的電路結(jié)構(gòu)與晶體管丙類諧振功率放大器基本相同,區(qū)別在于后者諧振回路的中心頻率與輸入信號(hào)中心頻率相同,而前者諧振回路的中心頻率調(diào)諧為輸入信號(hào)頻率或中心頻率的n倍,n為正整數(shù)。

混頻電路與倍頻器晶體管倍頻器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)倍頻數(shù)n一般不超過(guò)3～4,且應(yīng)根據(jù)倍頻數(shù)選擇最佳的導(dǎo)通角。如需要更高次倍頻,可以采用多個(gè)倍頻器級(jí)聯(lián)的方式。2)必須采取良好的輸出濾波措施。晶體管丙類工作時(shí),輸出集電極電流中基波分量的振幅最大,諧波次數(shù)越高,對(duì)應(yīng)的振幅越小。因此,n倍頻器要濾除低于n的各次諧波分量比較困難?；祛l電路與倍頻器可以采取以下兩個(gè)方法:①提高輸出回路的有載品質(zhì)因數(shù)Qe。一般應(yīng)滿足Qe＞1