通信電子電路第七章

通信電子電路第七章第一頁(yè)，共61頁(yè)。本章內(nèi)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(shù)指標(biāo)7.4晶體三極管混頻電路7.5超外差接收機(jī)的統(tǒng)調(diào)與跟蹤7.6用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路7.7變頻干擾返回總目錄第二頁(yè)，共61頁(yè)。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)

(一)本章重點(diǎn)1.為什么要進(jìn)行變頻2.變頻器的基本原理及數(shù)學(xué)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(yīng)用舉例4.變頻干擾(二)本章難點(diǎn)1.三點(diǎn)統(tǒng)調(diào)2.變頻干擾第三頁(yè)，共61頁(yè)。7.1概述一、什么是變頻器二、為什么要進(jìn)行變頻三、信號(hào)載波頻率變換成中頻頻率波形圖四、變頻器的組成第四頁(yè)，共61頁(yè)。

7.1概述

一、什么是變頻器在通信技術(shù)中，經(jīng)常需要將信號(hào)自某一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的是:把一個(gè)已調(diào)的高頻信號(hào)變成另一個(gè)較低頻率的同類已調(diào)信號(hào)。例如：在超外差接收機(jī)中，常將天線接收到的高頻信號(hào)(載頻位于535kHz～1605kHz中波波段各電臺(tái)的普通調(diào)幅信號(hào))通過(guò)變頻，變換成465kHz的中頻信號(hào)，完成這種頻率變換的電路稱變頻器。第五頁(yè)，共61頁(yè)。超外差收音機(jī)接收系統(tǒng)及各點(diǎn)波形第六頁(yè)，共61頁(yè)。在超外差式調(diào)頻廣播接收機(jī)中,把載頻位于88

MHz～108MHz的各調(diào)頻臺(tái)信號(hào)變換為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號(hào);又如:把載頻位于四十幾兆赫至近千兆赫頻段內(nèi)各電視臺(tái)信號(hào)變換為中頻為38MHz的視頻信號(hào)。第七頁(yè)，共61頁(yè)。變頻器：

保持調(diào)制類型（調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅）和調(diào)制參數(shù)（mf、mp、ma)不變，將高頻載波變?yōu)檩^低頻率載波本質(zhì)：頻譜的搬移第八頁(yè)，共61頁(yè)。第九頁(yè)，共61頁(yè)。二、為什么要進(jìn)行變頻1.變頻器將信號(hào)頻率變換成中頻，在中頻上放大信號(hào)，放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定（有利于放大）；2.接收機(jī)在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好有困難，而對(duì)于某一固定頻率選擇性可以做得很好（有利于選頻）；第十頁(yè)，共61頁(yè)。3.在專用接收機(jī)中，頻率是固定的，而作為超外差接收機(jī)頻率是變的，但由于變頻后所得的中頻頻率是固定的，這樣可以使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。由于設(shè)計(jì)和制作工作頻率較原載頻低的固定中頻放大器比較容易，增益高，選擇性好，所以采用變頻器后，接收機(jī)的性能將得到提高。第十一頁(yè)，共61頁(yè)。三、信號(hào)載波頻率變換成中頻頻率波形圖

與載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一的差別是信號(hào)載波頻率變換成中頻頻率第十二頁(yè)，共61頁(yè)。第十三頁(yè)，共61頁(yè)。四、變頻器的組成

1.變頻電路框圖它是將輸入調(diào)幅信號(hào)與本振信號(hào)（高頻等幅信號(hào)），同時(shí)加到混頻器，經(jīng)頻率變換后通過(guò)濾波器，輸出中頻調(diào)幅信號(hào)。非線性元件中頻濾波器本機(jī)振蕩器信號(hào)端混頻器中頻調(diào)幅信號(hào)uLuIuS第十四頁(yè)，共61頁(yè)。頻譜搬移第十五頁(yè)，共61頁(yè)。第十六頁(yè)，共61頁(yè)。

與載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一的差別是

信號(hào)載波頻率變換成中頻頻率。本地振蕩器本振信號(hào)------下標(biāo)為L(zhǎng)輸入調(diào)幅信號(hào)-------------下標(biāo)為S中頻調(diào)幅信號(hào)-------------下標(biāo)為I第十七頁(yè)，共61頁(yè)。2.變頻電路的組成

1)非線性元件，如二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管和模擬乘法器等；2）中頻濾波器；3）產(chǎn)生uL的振蕩器。通常稱為本地振蕩器，振蕩角頻率為

。

第十八頁(yè)，共61頁(yè)。

本機(jī)振蕩器可以由變頻晶體管兼（叫自激式變激器）。也可以由另一晶體管組成（稱為他激式變頻器，也叫混頻器）。兩種電路中，前一種簡(jiǎn)單，但統(tǒng)調(diào)困難。因此一般工作頻率較高的接收機(jī)采用混頻器。第十九頁(yè)，共61頁(yè)。7.2變頻器的基本原理一、混頻前后的頻譜圖變頻的作用是將信號(hào)頻率自高頻搬移到中頻，也號(hào)頻率搬移過(guò)程。值得注意的是高頻調(diào)幅信號(hào)的上邊頻變成中頻調(diào)幅信號(hào)的下邊頻，而高頻調(diào)幅信號(hào)的下邊頻變成中頻調(diào)幅信號(hào)的上邊頻。第二十頁(yè)，共61頁(yè)。一、混頻前后的頻譜圖高頻調(diào)幅信號(hào)的上邊頻變成中頻調(diào)幅信號(hào)的下邊頻，

高頻調(diào)幅信號(hào)的下邊頻變成中頻調(diào)幅信號(hào)的上邊頻。第二十一頁(yè)，共61頁(yè)。二、變頻原理的數(shù)學(xué)分析：冪級(jí)數(shù)

第二十二頁(yè)，共61頁(yè)。

冪級(jí)數(shù)如果在非線性元件上同時(shí)加上輸入信號(hào)電壓和等幅的高頻信號(hào)電壓，則就會(huì)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(jí)數(shù)來(lái)表示，即

對(duì)上式近似取前三項(xiàng)，第二十三頁(yè)，共61頁(yè)。則第二十四頁(yè)，共61頁(yè)。由于電路元件的伏安特性包含有平方項(xiàng)1.在uS，uL同時(shí)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

就是我們所要求的中頻成分。第二十五頁(yè)，共61頁(yè)。2.通過(guò)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(lái)，則這種變頻器稱為上變頻器。第二十六頁(yè)，共61頁(yè)。二、變頻原理的數(shù)學(xué)分析頻譜搬移------時(shí)域相乘第二十七頁(yè)，共61頁(yè)。7.3變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)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?？刹捎闷焚|(zhì)因數(shù)Q高的選頻網(wǎng)絡(luò)或?yàn)V波器。3．工作穩(wěn)定性要好要求本振信號(hào)頻率穩(wěn)定度高，則應(yīng)采用穩(wěn)頻等措施。4．非線性失真要小5．噪聲系數(shù)要小第二十八頁(yè)，共61頁(yè)。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(jī)的前端，它產(chǎn)生的噪聲對(duì)整機(jī)影響最大，故要求變頻器本身噪聲系數(shù)越小越好。第二十九頁(yè)，共61頁(yè)。7.4晶體三極管混頻電路第三十頁(yè)，共61頁(yè)。三、晶體管變頻電路應(yīng)用舉例1.收音機(jī)他激式混頻器

本振電壓由電感三點(diǎn)式振蕩器產(chǎn)生，通過(guò)耦合線圈Le加到混頻管的發(fā)射極。輸入信號(hào)電壓由接收天線感應(yīng)產(chǎn)生，通過(guò)耦合線圈La

加到輸入信號(hào)回路，而后通過(guò)耦合線圈Lb加到混頻管基極。輸入信號(hào)頻率的選擇和相應(yīng)的本振頻率用調(diào)節(jié)聯(lián)動(dòng)的可變電容獲得，輸出中頻465kHz信號(hào)。第三十一頁(yè)，共61頁(yè)。第三十二頁(yè)，共61頁(yè)。圖7-6（a）晶體管他激式變頻器第三十三頁(yè)，共61頁(yè)。

1）本地振蕩器由三極管、振蕩回路（Lc、C5、C6、C7）和反饋線圈等構(gòu)成的變壓器耦合反饋振蕩器。本振電壓由Lc

的抽頭取出加到三極管發(fā)射極和加到基極的輸入信號(hào)混頻。2）自激式變頻電路本振和混頻由一只三極管承擔(dān),可節(jié)省管子。但由于中頻電流通過(guò)反饋線圈會(huì)引起中頻負(fù)反饋，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)使變頻增益降低。2.收音機(jī)自激式變頻器用于中波段

第三十四頁(yè)，共61頁(yè)。第三十五頁(yè)，共61頁(yè)。圖7-6（b）晶體管自激式變頻器第三十六頁(yè)，共61頁(yè)。30MHz無(wú)線調(diào)頻接收機(jī)機(jī)第三十七頁(yè)，共61頁(yè)。7.5超外差接收機(jī)的統(tǒng)調(diào)與跟蹤

1.理想特性是：在接收機(jī)的整個(gè)范圍內(nèi)，本振頻率高于接收頻率一個(gè)中頻---465KHz可調(diào)電容角度第三十八頁(yè)，共61頁(yè)。在超外差接收中，為了調(diào)諧方便，希望高頻調(diào)諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)諧。

某分段波的最低頻率fmin

=535kHz，而最高頻率fmax

=1605kHz，則高頻回路的波段覆蓋系數(shù)為第三十九頁(yè)，共61頁(yè)。

當(dāng)中頻選用時(shí)，如用容量相同的可變電容，則本振波段將從最低頻率變化到最高頻率而要求的最高頻率應(yīng)這說(shuō)明除最低頻率處滿足中頻外，在波段其它頻率處均不是,第四十頁(yè)，共61頁(yè)。也就是只有一點(diǎn)跟蹤。第四十一頁(yè)，共61頁(yè)。為使統(tǒng)調(diào)要求能基本滿足，而又不使電路太復(fù)雜，目前都在本振回路上采取措施，這種方法稱為三點(diǎn)統(tǒng)調(diào)或稱三點(diǎn)跟蹤第四十二頁(yè)，共61頁(yè)。第四十三頁(yè)，共61頁(yè)。為了滿足三點(diǎn)統(tǒng)調(diào)，在本振回路上必須附加電容通常，本振回路附加串聯(lián)電容Cp

，Cp稱為墊整電容，其容量較大，與Cmax的容量相近，還附加并聯(lián)電容Ct，Ct稱為墊補(bǔ)電容，其容量較小，與Cmin的容量相近。第四十四頁(yè)，共61頁(yè)。圖7-6（b）晶體管自激式變頻器第四十五頁(yè)，共61頁(yè)。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(dá)到了三點(diǎn)統(tǒng)調(diào)的目的。第四十六頁(yè)，共61頁(yè)。7.6用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路

圖7-12是用MC1596G構(gòu)成的雙平衡混頻器。

具有寬帶輸入，其輸出調(diào)諧在9MHz，回路帶寬450kHz，本振輸入電平100mV，對(duì)于30MHz信號(hào)和39MHz本振輸入，混頻器變頻增益為13dB。當(dāng)輸出信噪比為10dB時(shí)，輸入信號(hào)靈敏度為7.5μV。

第四十七頁(yè)，共61頁(yè)。第四十八頁(yè)，共61頁(yè)。7.7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(hào)頻率fS、本振頻率fL成分，還含有信號(hào)、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±m(xù)fL±nfS分量。當(dāng)這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻時(shí)，就能進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)檢波器輸出產(chǎn)生對(duì)有用信號(hào)的干擾。第四十九頁(yè)，共61頁(yè)。當(dāng)組合頻率符合關(guān)系時(shí)，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(hào)頻率＝931kHz，兩者的差拍頻率是中頻＝465kHz。但信號(hào)頻率的二倍頻＝1862kHz與本振頻率的差拍頻率為1862－1396＝466kHz，顯然這個(gè)差頻能被中頻放大器放大，并與標(biāo)準(zhǔn)中頻同時(shí)加入到檢波器，由于檢波器也是非線性元件，故有466－465＝1kHz低頻通過(guò)低放產(chǎn)生哨叫，干擾正常通信。第五十頁(yè)，共61頁(yè)。減弱組合頻率干擾的方法有三種①適當(dāng)選擇變頻電路的工作點(diǎn)，尤其是不要過(guò)大；②輸入信號(hào)電壓幅值不能過(guò)大，否則諧波幅值也大，使干擾增強(qiáng)；③選擇中頻時(shí)應(yīng)考慮組合頻率的影響，使其遠(yuǎn)離在變頻過(guò)程中可能產(chǎn)生的組合頻率。第五十一頁(yè)，共61頁(yè)。

二、副波道干擾副波道干擾是一種其頻率為的fn外來(lái)干擾，如果頻率為fn的干擾信號(hào)作用到混頻器的輸入端，它與本振信號(hào)頻率如滿足下面關(guān)系：

式中，m為本振信號(hào)頻率的諧波次數(shù)，n為干擾信號(hào)頻率的諧波次數(shù)。這時(shí)，干擾信號(hào)就會(huì)進(jìn)入中頻放大器經(jīng)解調(diào)器輸出將產(chǎn)生干擾和哨叫。第五十二頁(yè)，共61頁(yè)。可能產(chǎn)生的干擾頻率可由下式確定

(7-10)這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合副波道干擾。

第五十三頁(yè)，共61頁(yè)。

1．中頻干擾

當(dāng)干擾信號(hào)頻率

時(shí)（即m=0，

n＝1），如果接收機(jī)輸入回路選擇性不好，該信號(hào)進(jìn)入變頻器，并被放大，從而產(chǎn)生干擾。

對(duì)中頻干擾的抑制方法-----主要是提高變頻器前面電路的選擇性，增強(qiáng)對(duì)中頻信號(hào)的抑制或設(shè)置中頻陷波器。第五十四頁(yè)，共61頁(yè)。2.鏡頻干擾問(wèn)題：

當(dāng)fS

=1000kHz，fL=1465kHz，調(diào)諧于中頻465kHz，干擾信號(hào)頻率

fn=1930kHz，能不能抑制？1930–1465=465kHz當(dāng)fn=fL+fI，相應(yīng)的干擾電臺(tái)頻率等于本振頻率fL與中頻fI