混频电路原理与分析

1、6.5,混频器原理与电路,6.5.1,概述,6.5.2,晶体三极管混频器,6.5.3,混频器的干扰,6.5.1,概,述,t,f,f,o,非线性器件,滤波器,混频器,v,s,v,0,t,f,f,0,t,v,i,f,f,i,本机,振荡器,1.,混频器的作用与组成,混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一,固定的频率上,(,常称为中频,),，而保持原信号的特征,(,如调,幅规律,),不变。,混频器的电路组成如图所示,o,v,o,o,-,S,o,+,S,v,I,v,S,S,混频前后的频谱关系,2.,为什么要变频？,变频的优点：,1),变频可提高接收机的灵敏度,2),提高接收机的选择性,3),工作稳

2、定性好,4),波段工作时其质量指标一致性好,变频的缺点：,容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰,3.,变频器的分类,平衡混频、,按器件分：,二极管混频器、,三极管混频器,、,三极管变频器、,场效应管混频器、,场效应管变频器,模拟乘法器混频器、,按工作特点分：,单管混频,、,环型混频,从两个输入信号在时域上的处理过程看：,叠加型混频器、,乘积型混频器,4.,混频器的性能指标,1),变频,(,混频,),增益,：,混频器输出中频电压,V,im,与输入信号电压,V,sm,的,幅值之比。,2),噪声系数：,高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。,3),选择性：,抑制中频信号以外的干扰的能力。,4),非线

3、性干扰：,抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。,上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工,作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量,指标相互兼顾，整机取得良好的效果。,5),工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度,v,s,(,t,),v,非线性,器件,v,I,(,t,),i,v,o,(,t,),带通,叠加型混频器实现模型,?,?,?,?,?,?,?,3,3,2,2,1,0,),(,f,v,a,v,a,v,a,a,v,i,图示中的非线,性器件具有,如下特性：,对其,2,次方进行分析：,o,s,2,2,o,2,2,s,2,2,o,s,2,2,2,2,),(,v,v,

4、a,v,a,v,a,v,v,a,v,a,?,?,?,?,?,在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到,(,?,0,+,?,s,),和,(,?,0,-,?,s,),。若用带通滤波器取出所需的中频成分,(,和频或差,频,),，可达到混频的目的。,5.,混频器电路类型,1),叠加型混频器,所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：,1.,晶体三极管混频器,它有一定的混频增益,2.,场效应管混频器,它交调、互调干扰少,3.,二极管平衡混频器和环形混频器,它们具有动态范围大,组合频率干扰少的优点,v,s,(,t,),带通,v,I,(,t,),v,L,(,t,),v,o,(,t,),乘积型混频器实现

5、模型,乘积型混频器由模拟乘法器,和带通滤波器组成,其实现模型如图所示,设输入信号为普通调幅波,t,cos,),t,cos,m,1,(,V,),t,(,v,s,a,sm,s,?,?,?,?,t,cos,V,),t,(,o,om,o,?,?,v,),cos(,),)cos(,cos,1,(,2,),(,),(,0,0,0,0,t,t,t,m,V,V,K,t,k,t,s,s,a,om,sm,s,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,v,v,V,采用中心频率不同的带通滤波器,(,?,0,?,s,),或,(,?,0,+,?,s,),则可,完成低中频混频或高中频混频。,2),乘积型混频器,6.5.2

6、,晶体三极管混频器,1.,基本电路和工作原理,v,i,v,0,V,CC,V,BB,L,1,C,1,C,2,v,ce,i,c,v,be,T,v,s,+,+,L,2,+,+,+,+,上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，,V,BB,为基,极偏置电压，,V,CC,为集电极直流电压，,L,1,C,1,组成输入回路，,它谐振于输入信号频率,?,s,。,L,2,C,2,组成输出中频回路，它谐振,于中频,?,i,=,?,o,?,s,。,设输入信号,，本振电压,),t,(,cos,V,s,sm,s,?,?,v,t,cos,V,o,o,o,?,?,v,s,o,BB,be,V,v,v,v,?,?,?,实际上，发

7、射结上作用有三个电压,晶体管混频原理电路，其电路组态可归为,4,种电路形式,f,i,+,+,v,s,v,o,f,i,+,+,v,s,v,o,f,i,+,+,v,s,v,o,f,i,+,+,v,s,v,o,(a),(b),(c),(d),图,(a),电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振,荡注入功率较小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。,图,(b),电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相,互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入,阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。,图,(c),

8、和,(d),两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，,输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时,(,几,十,MHz),，因为共基电路的截止频率,f,?,比共发电路的,f,?,要大很多，所以变频增益,较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。,晶体管混频器的分析方法,1.,幂级数分析法,2.,变跨导分析法,在混频时，混频管可看着一个参数,(,跨导,),在改变的线,性元件，即变跨导线件元件。,在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件,函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法,来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定,量分析。,i

9、,=,a,0,+,a,1,v,+,a,2,v,2,+,a,3,v,3,+,由于信号电压,V,sm,很小，无论,它工作在特性曲线的哪个区域，都,可以认为特性曲线是线性的,(,如图上,a,b,、,a,?,b,?,和,a,?,b,?,三段的斜率是不同,的,),。因此，在晶体管混频器的分析,中，我们,将晶体管视为一个跨导随,本振信号变化的线性参变元件,。,变跨导分析法,因,V,o,V,sm,使晶体管工作在线,性时变状态，所以晶体管集电极静,态电流,i,c,(t),和跨导,g,m,(t),均随,作周,期性变化。,o,v,V,BB,0,0,i,C,t,v,BE,v,BE,a,b,a,b,a,b,加电压后的

10、晶体管转移特性曲线,时变电导,v,0,v,s,由于信号,v,s,远小于,v,0,，可以近似认为对器件的工作状态,变化没有影响。此时流过器件的电流为,i,(t),=,f(,v,)=,f(,v,0,+,v,s,+,v,BB,),可将,v,0,+,v,BB,看成器件的交变工作点，则,i,(t),可在其工作点,(,v,0,+,v,BB,),处展开为泰勒级数,由于,v,s,的值很小，可以忽略二次方及其以上各项，则,i,(t),近,似为,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,n,s,BB,(,n),s,BB,s,BB,BB,)v,V,(v,f,n!,)v,V,(v,f,!,)

11、v,V,(v,f,),V,f(v,i(t),0,2,0,0,0,1,2,1,s,BB,BB,)v,v,f(V,),v,f(V,i(t),0,0,?,?,?,?,其中,f,(,v,0,+,v,BB,),是,v,s,=0,时仅随,v,0,变化的电流，称为,时变静态电流，,f,?,(,v,0,+,v,BB,),随,v,0,+,v,BB,而变化，称为,时变电导,g,(t),，电流可以写为,i,(t),?,I,o,(t)+g(t),?,v,s,(t),将,v,BB,+,v,0,=V,BB,+,V,0,m,cos,?,0,t,v,s,=,V,s,m,cos,?,s,t,代入式展开并整理，得,t,V,t,g

12、,t,g,g,t,I,t,I,I,s,sm,o,cm,cm,c,c,?,?,?,?,?,cos,),2,cos,cos,(,),2,cos,cos,(,0,2,0,1,0,2,0,1,0,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,i,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,t,g,t,g,t,g,t,g,t,g,V,t,I,t,I,I,t,V,t,g,t,g,g,t,I,t,I,I,s,o,s,o,s,o,s,o,s,o,s,o,c,o,cl,co,s,s,o,o,o,c,o,cl,co,c,),2,

13、cos(,2,),2,cos(,2,),cos(,2,),cos(,2,cos,2,cos,cos,cos,),2,cos,cos,(,),2,cos,cos,(,2,2,1,1,2,2,1,0,2,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,i,若中频频率取差频,，,则混频后输出的中频电流为,其振幅为,s,o,i,?,?,?,?,?,t,),cos(,V,2,g,s,o,sm,1,i,?,?,?,?,i,sm,1,i,V,2,g,I,?,由上式引出变频跨导,g,c,的概念，它的定义为,1,2,1,g,V,I,g,Sm,i,c,?,?,输入高频电压振幅,输出中频电流振幅,输

14、出的中频电流振幅,I,i,与输入高频信号电压的振幅,V,s,成正比。若高频信号电压振幅,V,sm,按一定规律变化，,则中频电流振幅,I,i,也按相同的规律变化。,sm,1,i,V,2,g,I,?,混频器除混频跨导外，还有输入导纳、输出导纳、混,频增益等参数。前述已知在晶体管混频器的分析中，把晶,体管看成一个线性参变元件，因此可采用分析小信号线性,放大器时所用的等效电路来分析混频器的参数。,b,v,s,v,i,?,s,g,ce,?,bb,?,b,?,c,b,?,c,c,(a),C,b,?,e,g,c,v,b,?,e,g,b,?,e,+,?,s,v,s,g,b,?,e,+,C,b,?,e,?,bb

15、,?,I,s,(b),晶体管混频器的主要参数,?,i,(1),混频输入导纳,混频输入导纳为输入信号电流与输入信号电压之比，在,计算混频器的输入导纳时，可将图所示的等效电路作进一,步的简化。混频器的输入回路调谐于,?,s,，输出回路调谐于,?,1,。对频率,?,s,而言，输出可视为短路，同时考虑到,C,b,?,e,C,b,?,c,，由此得到输入等效电路如图所示，并可以算出,混频输入导纳为,输入导纳的电导部分为,而电纳部分（电容）一般总是折算到输入端调谐回路的,电容中去。,b,b,e,b,s,e,b,s,b,b,e,b,s,b,b,e,b,s,e,b,ic,ic,sm,sm,ic,C,C,j,C,

16、C,g,jb,g,V,I,Y,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,2,2,2,2,2,2,1,1,2,b,b,2,e,b,2,s,b,b,2,c,b,2,s,e,b,ic,C,1,C,g,g,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,混频输出导纳为输出中频电,流与输出电压之比，输出导,纳是对中频,?,i,而言在输出端,呈现的导纳。因此，调谐于,?,s,的输入回路可视为短路，,得到输出等效电路如图所示，,并可算出混频输出导纳为,2,2,2,3,2,1,),(,1,),(,1,),(,b,b,e,b,i,c,b,i,b,b,c,b,

17、b,e,b,i,c,b,b,b,b,i,c,ce,oc,oc,i,i,i,OC,C,C,g,j,C,cC,C,g,g,jb,g,V,I,I,I,V,I,Y,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,C,b,?,c,I,i,I,1,v,b,?,e,g,ce,C,b,?,e,g,c,v,b,?,e,g,b,?,e,+,I,3,I,2,v,i,?,bb,?,输出等效电路,输出导纳中的电导为,2,2,),(,1,),(,b,b,e,b,i,c,b,e,b,b,b,i,c,ce,oc,C,C,C,g,g,g,?,?,?,?,?,?,?

18、,?,?,?,?,?,(2),混频输出导纳,在混频中，由于输入是高频信,号，而输出是中频信号，二者频,率相差较远，所以输出中频信号,通常不会在输入端造成反馈，电,容,C,b,?,c,的作用可忽略。另外，,g,ce,一,般远小于负载电导,G,L,?,，,其作用也,可以忽略。由此可得到晶体管混,频器的转移等效电路如图所示,v,s,G,L,C,b,?,e,g,c,v,b,?,e,g,b,?,e,+,?,bb,?,b,?,+,v,b,?,e,C,e,?,?,?,?,?,?,?,?,t,2,cos,g,t,cos,g,g,),t,(,g,o,2,o,1,0,(3),混频跨导,gc,晶体管混频器的转移等效

19、电路,1,2,1,g,V,I,g,Sm,i,c,?,?,输入高频电压振幅,输出中频电流振幅,1,s,i,c,g,2,1,V,I,g,?,?,由于,g(t),是一个很复杂的函数，因此要从上式来求,g,1,是比较困难的。从工程实际出发，采用图解法，并,作适当的近似，混频跨导可计为：,2,b,b,e,T,S,e,c,),26,I,f,f,(,1,26,I,2,1,g,?,?,?,?,?,?,?,tdt,t,g,T,g,o,T,T,?,cos,),(,2,2,2,1,g,1,是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波分量,混频管跨导随本振电压,V,变化,(4),混频器的增益,将混频输入电纳和输出电纳归并

20、在输入、输出端的调谐回,路的电容中去，则得到晶体三极管的等效电路如图所示，图,中负载电导,g,L,是输出回路的谐振电导。,故混频电压增益,L,oc,s,c,L,oc,i,i,g,g,V,g,g,g,I,V,?,?,?,?,L,oc,c,s,i,vc,g,g,g,V,V,A,?,?,?,b,v,s,g,L,g,c,v,s,+,?,bb,?,i,I,+,g,ie,g,oc,+,V,i,晶体三极管混频器等效电路,由图可以算出,ie,L,vc,ic,L,L,oc,c,ic,s,L,i,s,i,PC,g,g,A,g,g,g,g,g,g,V,g,V,P,P,A,2,2,2,2,2,),(,?,?,?,?,

21、?,?,混频功率增益,b,v,s,g,L,g,c,v,s,+,?,bb,?,i,I,+,g,ie,g,oc,+,V,i,如果电路匹配，使,g,oc,=g,L,，则可得到最大混频功率增益,oc,ic,2,c,m,ax,pc,g,g,4,g,A,?,(1),混频电路,下图是电视机中的混频器电路。由高频放大器输入的,信号，经双调谐电路耦合加到混频管的基极，本振电压通,过耦合电容,C,1,也加到基极上。本振信号的频率要比信号的,图像载频高,38MHz,，为了减小两个信号之间的相互影响，,耦合电容,C,1,的值取得很小。,接,高,放,V,0,C,1,2.2pF,8.2pF,10pF,2,k,?,1,5,

22、k,?,1,5,0,0,p,F,R,1.2k,?,C,3,120pF,510,?,75,?,接中放,12V,27pF,C,2,39pF,电视机的混频电路,3.,晶体三极管混频器的实际电路,为使输出电路在保证带宽下具有良好的选,择性，常采用双调谐耦合回路，并在初级回路,中并联电阻,R,，用以降低回路,Q,值，满足通带的,要求。次级回路用,C,2,，,C,3,分压，目的是与,75,?,电缆特性阻抗相匹配。,下图为晶体管混频器实用电路的交流通路。应用在日立,CTP-236D,型彩色电视机,ET-533,型,VHF,高频头内。图中的,V,1,管用作混频器，输入信号,(,即来自高放的高频电视信号，频率,

23、为,f,s,),由电容,C,1,耦合到基极；本振信号由电容,C,2,也耦合到基极，,构成共射混频方式，其特点是所需要的信号功率小，功率增,益较大。混频器的负载是共基式中频放大器,(V,2,构成,),的输入,阻抗。,f,s,高频电视,信号,f,L,C,0,C,1,本振信号,V,1,V,2,C,183,C,187,C,M,C,1,8,7,C,189,L,181,L,182,C,190,R,190,R,189,中频电视信号,f,PIF,、,f,SLF,C,2,晶体管混频器实用电路,(2),变频电路,下图是晶体管中波调幅收音机常用的变频电路，其中本地,振荡和混频都由三极管,3AG1D,完成。,C,1A

24、,5/15pF,C,2,?,s,R,1,22k,?,R,2,82k,?,C,3,3AG1D,0,.,0,5,?,F,R,3,5100pF,C,7,?,0,C,1B,C,6,5/15pF,C,4,300pF,?,1,V,CC,C,5,200pF,L,2,2,.,2,k,?,L,3,L,5,L,6,L,1,L,4,调谐于,s,调谐于,0,调谐于,i,图中，,R,1,，,R,2,，,R,3,是偏置电阻，,L,4,，,C,4,，,C,1B,，,C,6,组成振荡回路，,L,3,是反馈线圈。中频回路,L,5,C,5,的并联阻抗,对本振频率而言可视为短路，因此，,3AG1D,构成共基极变,压器耦合振荡器。由

25、磁性天线接收到的无线电信号经过,L,1,，,C,1A,，,C,2,组成的输入回路，选出所需频率的目标信号，再,经,L,1,与,L,2,的变压器耦合，送到晶体管的基极。本振信号经,C,7,注入晶体管的发射极，混频后由集电极输出。,L,3,对中频,可视为短路，,C,5,，,L,5,调谐于中频，以便抑制混频输出电流,中的无用频率分量,(,如,f,s,f,0,f,0,+,f,s,2,f,0,?,f,s,等,),。输出中频分,量,f,i,=,f,0,-,f,s,，经,L,6,耦合至后级中频放大器,。,混频器的,A,pc,、噪声系数,N,F,等都与工作点电流,I,e,及本振,电压,V,0,的大小有关，具体

26、数学关系比较复杂，这里只介绍一,些实验结果。在中波广播收音机中，最典型的曲线如图所示，,这是锗三极管的情况；若为硅管，,A,pc,的最大点所对应的电,流,I,e,要略大一点。,0.1,A,pc,A,pc,V,0,(mV),I,e,(mV),0.2,0.5,1,2,50,100,200,300,4.,晶体管混频器工作状态的实际选择,I,c,(mA),N,f,(dB),N,f,(dB,),10,8,6,50,100,200,300,8,6,4,2,0.1,1,2,V,0,(mA,),0.1,A,pc,A,pc,V,0,(mV),I,e,(mV),0.2,0.5,1,2,50,100,200,300

27、,三极管混频器,优点：有变频增益,缺点：,1,、动态范围较小,2,、组合频率干扰严重,3,、噪声较大,4,、存在本地辐射,二极管混频器,优点：,1,、动态范围较大,2,、组合频率干扰少,3,、噪声较小,4,、不存在本地辐射,缺点：无变频增益,二极管可以工作在小信号非线性状态，也可以工作在受大,信号,v,0,控制的开关状态。小信号时平衡混频器的分析采用幂级,数分析法，混频时输入信号,，输出回路则谐振在中,频,?,i,上。,D1,v,s,i,1,i,2,v,s,(,?,s,),v,s,/2,v,s,/2,V,c,v,i,V,c,/2,V,c,/2,D2,v,0,(,?,0,),二极管平衡混频器和环

28、型混频器,平衡混频器原理电路,二极管的伏安特性可用幂级数,表示：,为简化分析，忽略输出电压对,二极管的反作用，则,?,?,?,?,?,?,3,D,3,2,D,2,D,1,0,v,a,v,a,v,a,a,i,t,V,t,V,s,s,s,D,?,?,cos,cos,0,0,0,1,?,?,?,?,v,v,v,0,V,V,V,S,D,?,?,1.,平衡混频器,3,0,0,3,2,0,0,2,0,0,1,0,),cos,cos,(,),cos,cos,(,),cos,cos,(,t,Vs,t,V,t,Vs,t,V,t,V,t,V,s,s,s,s,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,a,

29、a,a,a,i,1,利用三角公式展开，并分类整理，可得,当,很小时，级数可只取前四项，得,D,v,cos,cos,0,0,1,0,t,Vs,t,V,s,?,?,?,?,?,a,a,i,1i,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,cos,2,1,2,cos,2,1,cos,2,3,2,cos,2,1,2,cos,2,1,cos,2,3,3,cos,cos,3,4,1,2,cos,1,2,1,cos,cos,2,cos,1,2,1,0,0,0,2,2,0,0,0,0,2,0,0,3,0,3,2,0,0,0,0,2,0,2,t,t,t,V,V,t,t,t

30、,V,V,t,t,V,t,V,t,t,Vs,V,t,V,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,a,a,?,?,?,?,?,?,?,t,t,V,s,s,s,?,?,3,cos,cos,3,4,1,3,由上式可见，经过二极管非线性变换后，出现了许多新频,率，但其中只有,才是我们所需要的。这是由平方项,产生的。其它频率分量都是无用,的产物，必须将它们抑制掉。,s,?,?,?,0,2,2,v,a,t,V,V,a

31、,s,o,s,i,),cos(,0,2,?,?,?,?,1,i,t,V,t,V,s,s,D,?,?,cos,cos,0,0,0,2,?,?,?,?,s,v,v,v,3,0,0,3,2,0,0,2,0,0,1,0,),cos,cos,(,),cos,cos,(,),cos,cos,(,t,Vs,t,V,t,Vs,t,V,t,V,t,V,s,s,s,s,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,a,a,a,a,i,2,t,V,V,a,s,o,s,i,),cos(,0,2,?,?,?,?,?,2,i,i,1,、,i,2,以相反方向流过输出端变压器初级，使变压器次级,负载电流,i,l1,=,

32、i,1i,i,2i,t,V,V,a,R,i,i,vi,s,o,s,),cos(,2,),(,0,2,2,1,1,?,?,?,?,?,?,D1,v,s,i,1,i,2,v,s,(,?,s,),v,s,/2,v,s,/2,V,c,v,i,V,c,/2,V,c,/2,D2,v,0,(,?,0,),由于元器件的非线性作用，单管输出电流中产生了输,入电压中不曾有的新频率成分，如输入频率的谐波,2,?,0,和,2,?,s,、,3,?,0,和,3,?,s,；输入频率及其谐波所形成的各种组合频,率,?,0,+,?,s,、,?,0,?,s,、,?,0,+2,?,s,、,?,0,2,?,s,、,2,?,0,+,?

33、,s,、,2,?,0,?,s,。,平衡混频器输出电流的频率成份为：,?,s,、,?,0,+,?,s,、,?,0,?,s,、,2,?,0,+,?,s,、,2,?,0,?,s,、,3,?,s,环形混频器由两个平衡混,频器构成，其主要优点是输出,中频信号是平衡混频器的两倍，,而且抵消了输出电流中的某些,组合频率分量，从而减小混频,器中所特有的组合频率干扰。,V,s,i,2,D,1,D,4,D,2,D,3,+,i,1,i,3,v,i,i,L1.2,+,i,L3.4,R,L,B,1,B,2,+,v,s,+,v,s,+,v,0,+,v,0,V,s,+,i,2,D,2,D,1,+,v,i,i,L1.2,R,

34、+,v,s,v,0,+,D,4,D,3,+,i,3,v,i,i,L3.4,R,L,i,1,v,0,v,0,0000000,v,0,(b),(a),v,s,s s,+,v,s,i,1,+,v,s,v,s,+,2.,环形混频器,t,V,t,V,s,s,D,?,?,cos,cos,0,0,0,4,?,?,?,?,?,?,s,v,v,v,),cos,cos,(,(,0,0,0,3,t,V,t,V,s,s,D,?,?,?,?,?,?,?,?,),v,v,v,s,t,V,t,V,s,s,D,?,?,cos,cos,0,0,0,2,?,?,?,?,s,v,v,v,t,V,t,V,D,s,s,0,0,s,0,

35、1,cos,cos,?,?,?,?,?,?,v,v,v,由平衡混频器得：,t,V,V,a,R,i,i,vi,s,o,s,),cos(,2,),(,0,2,4,3,2,?,?,?,?,?,?,t,V,V,a,R,i,i,R,i,i,vi,vi,vi,s,o,s,),cos(,4,),(,),(,0,2,4,3,2,1,2,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,环型混频器输出电流的频率成份为：,?,0,+,?,s,、,?,0,?,s,t,V,V,a,R,i,i,vi,s,o,s,),cos(,2,),(,0,2,2,1,1,?,?,?,?,?,?,目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环

36、形混,频器已作为系列产品，一个用于,0.5500MHz,的典型环形混,频器,(SRA-1,双平衡混频器,),的外形及电路示于下图。,使用时，,8,，,9,端外接信号电压,?,s,，,3,，,4,端相连，,5,，,6,端,相连，然后在,3,，,5,端间加本振电压,?,L,，中频信号由,1,，,2,端输,出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调,衰减器、调制器等。,(a),8,9,1,2,3,4,5,6,(b),封装环形混频器的外形与电路,两信号相乘可以得到其和、差频分量，因此两信号相乘,实现混频是最直观的方法，利用模拟相乘器可构成乘积型混,频器。,1k,?,1k,?,0.01,+8V

37、,0.001,4.5,?,H,0.001,0.001,51,?,1,0,k,?,5,1,?,6.8k,?,8V,50k,?,调零,v,0,v,s,v,i,2,3,7,8,1,4,10,5,9,6,MCI596,580pF,9480pF,1,0,0,?,H,1,0,0,?,H,MCI596,构成的集成混频电路,模拟相乘器混频电路,MCI596,是集,成化模拟乘法器,芯片，由它构成,的混频电路，可,大大减小由组合,频率分量产生的,各种干扰，另外,还具有体积小、,重量轻、调整容,易、稳定可靠等,优点。,被混频的信号电,压由端子输入，最,大值约,15mV,；本振,电压由端子输入，,振幅约,100mV,

38、；相,乘后的信号由第端,子输出经带通滤波后，,即可获得中频信号输,出。输入端不接调谐,回路时,为宽频带应用,。,本电路可对高频或甚高频信号进行混频，如,?,s,的频率为,200MHz,时，电路的混频增益约为,9dB,，灵敏度为,14,?,V,，当,输入端接有阻抗匹配的调谐回路时，可获得更高的混频增益。,输出带通滤波器的中心频率约,9MHz,，其,3dB,带宽为,450kHz,。,1k,?,1k,?,0.01,+8V,0.001,4.5,?,H,0.001,0.001,51,?,1,0,k,?,5,1,?,6.8k,?,8V,50k,?,调零,v,0,v,s,v,i,2,3,7,8,1,4,10

39、,5,9,6,MCI596,580pF,9480pF,1,0,0,?,H,1,0,0,?,H,MCI596,构成的集成混频电路,1.,有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰,-,组合频率干扰,(,干扰哨声,),混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：,s,o,k,qf,pf,f,?,?,?,p,，,q,为任意正整数，分别代表本振频率和,信号频率的谐波次数。,只有,p=q=1,对应的频率为,f,0,-,f,s,的分量是所需要的中频信号。,如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组合,频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波器，,并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机的输,出端

40、将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干,扰哨叫。,i,s,f,p,q,1,p,f,?,?,?,即当,时会产生干扰哨叫。,6.5.3,混频器的干扰,减小这种干扰的措施,:,1.,输入信号,v,s,本振电压,v,o,都不易过大,。,2.,适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生,有用频率变换，而又不致产生无用的组合频率干扰。,3.,选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外,例如，设加给混频器输入端的有用信号频率,f,s,=931kHz,，本振频率,f,o,=1396kHz,。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，,s,0,qf,pf,?,?,其中的,f,i,=,f,o,-,

41、f,s,=465kHz,是有用的中频信号。而其它分量是无用或,有害的。,如当,q=2,，,p=-1,时，,f,?,i,=2f,s,f,o,=2,?,931-,1396=466kHz=f,i,+F,(,此处,F=1kHz),。若中频放大器的通频带,2,?,f,0.7,=4kHz,，则频率,f,?,i,=466kHz,的分量落在中放通带内，与,465KHz,的中频信号一起被,中频放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，也有频,率变换作用，则会产生,f,?,i,f,i,=466-465=1kHz,的差拍信号送到接,收机终端，形成被人耳听到的哨叫。,2,、外来干扰信号和本振产生的干扰,(1),

42、组合副波道干扰,如果混频器之前的输入回路和高频放大器的选择性不够,好，除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。,当干扰频率,f,n,与本振频率,f,o,满足,会产生组合副波道干扰。,?,?,?,?,?,?,?,?,i,n,i,n,f,qf,pf,f,qf,pf,0,0,时，,(2),副波道干扰,在组合副波道干扰中，某些特定频率形成的干扰称为副波,道干扰。这种干扰主要有中频干扰和镜像干扰。,1),中频干扰,当干扰信号的频率等于或接近,f,i,时的干扰。,2),镜像频率干扰,当外来干扰信号的频率,f,n,=f,o,+f,i,=,s,f,?,时的干扰,f,n,=f,o,+f,i,=,i,s,

43、f,f,2,?,提高前端输入回路的选择性，将干扰抑制在通带外，可在混频器,的输入端加中频陷波电路，滤除外来的中频干扰。如图所示。,C,L,C,L,(a),串联,LC,陷波电路,(b),并联,LC,陷波电路,抑制中频干扰的主要方法,s,f,?,s,f,?,i,s,s,f,2,f,f,?,?,?,有用,信号,本振,信号,镜像,干扰,前端电路,选择性曲线,f,f,s,f,L,f,s,f,i,f,i,s,f,?,如果把,f,o,当作镜子，则,相当于,f,s,的象，,为镜像干扰频率，即,抑制镜频干扰的方法,:,1.,提高混频器前各级电路的选择性,2.,提高接收机的中频频率,f,i,，以使镜,像频率与信号

44、频率,fs,的频率间距,(2fi),加大，有利于选频回路对,3.,还可采用镜能抑制混频电路，将,镜像频率信号部分抵消。,镜像频率干扰,抑制。,所以称,例,某超外差收音机，其中频,fi=465kHz,。,(1),当收听,f,s1,=550kHz,电台节目时，还能听到,f,n1,=1480kHz,强电台的声音，分析产生干扰的原因。,(2),当收听,f,s2,=1480kHz,电台节目时，还能听到,fn2=740kHz,强电台的声音，分析产生干扰原因。,解,(1),因为,fn1=f,s1,+2f,i,=550+2,?,465=1480kHz,；根据上,述分析，,fn1,为镜频干扰。,(2),因为,f

45、s2=1480kHz fi=465kHz,所以,fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz,，而,fn2=740kHz,fo2,2fn2=1945,2,?,740=465kHz=fi,故这种干扰为组合,副波道干扰,3,、其他类型的干扰,1),交叉调制,(,交调,),干扰,产生的原因：,当所接收电台的信号和干扰电台同时进入接收机输,入端时，如果接收机调谐于信号频率，可以清楚地收,到干扰信号电台的声音，若接收机对接收信号频率失,谐，干扰台的声音也消失。,由混频器,3,次方以上的非线性传输特性产生的。,其现象为：,3,3,2,2,1,0,v,a,v,a,v,a,a,i,?,?,?,?,t

46、,cos,),t,(,V,),t,(,n,n,n,?,?,v,t,cos,),t,(,V,t,cos,),t,(,V,t,cos,V,V,n,n,s,s,0,0,B,B,?,?,?,?,?,?,?,v,t,cos,),t,(,V,),t,(,V,2,3,),t,(,V,4,3,V,2,3,V,3,V,2,s,s,2,n,3,2,s,3,2,0,3,2,BB,3,BB,2,1,s,?,?,?,?,?,?,?,?,?,a,a,a,a,a,a,i,),t,(,V,),V,2,3,V,3,V,2,s,2,0,3,2,BB,3,BB,2,1,a,a,a,a,?,?,?,),t,(,V,4,3,2,s,3

47、,a,设混频器的转移特性用幂级数表示,:,若干扰信号,作用在混频器上的,将此式代入上式三角变换后，可得,?,s,的电流成分,i,?,s,为,其中,为无失真包络项，,为失真包络项，,),t,(,V,),t,(,V,2,3,s,2,n,3,a,即为交调干扰项,0,3,?,a,),t,(,V,),t,(,V,s,2,n,0,),t,(,V,s,?,0,),t,(,V,s,?,显然，交调项由,也就是说交调是由转移特性曲线的三次方项产生，且与,成正比。,时，交调项起作用，,这在听觉上就表现为听到有用信号的声音同时，可以听到干,扰信号的声音，而一但有用信号停止播音，干扰台声音也随,之消失。,引起，,),t

48、,(,V,),t,(,V,2,3,s,2,n,3,a,因为,当,交调项不起作用,当,时，,以上分析表明，交调是由非线性特性中的三次或更高,次非线性项产生的，因此克服交调干扰的主要方法为,:,1.,提高混频电路前级的选择性抑制干扰；,2.,选择合适的器件和合适的工作状态，使混频器的非线,性高次方项尽可能小；,3.,采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟乘法器混频,电路。,2),互相调制,(,互调,),干扰,当两个或两个以上的干扰进入到混频器的输入端时，,它们与本振电压,v,0,一起加到混频管的发射结。由于器件,的非线性作用，它们将产生一系列组合频率分量。如果,某些分量的频率等于或接近于中频时，就会

49、形成干扰，,称为互调干扰。,接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号,电台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，干扰台的,声音仍然存在。,由非线性器件二次方以上的特性引起，因此存在,二阶互调和三阶互调及高阶互调。,现象：,产生的原因：,t,cos,V,t,cos,V,2,2,n,2,n,1,1,n,1,n,?,?,?,?,v,v,t,cos,V,t,cos,V,t,cos,V,2,2,n,1,1,n,0,0,be,?,?,?,?,?,?,v,|,nf,mf,pf,|,f,2,1,0,n,m,p,?,?,?,?,?,?,若有两个干扰信号进入到混频器，它们分别为,这时,所得的,i,c,中包含一系

50、列组合频率分量，其频率可用下列通式表示,|,|,2,1,nf,mf,?,?,i,2,1,0,f,|,nf,mf,|,f,?,?,?,?,若两干扰信号形成的新的组合频率,即组合频率与本振频率,f,0,之差落在中频范围,那么，它就会和接收信号所产生的中频一样通过中放、检波，,造成强烈干扰。,与信号频率,fs,相近，,例,:,当,fn1=1.5MHz,，,fn2=0.9MHz,，若接收机在,13.5MHz,波段工作，问在哪几个频率上会产生互调干扰？,解,若,m,，,n=1,则,fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHz,fn1,fn2=1.5,0.9=0.6MHz (,波段外,),m=1,，,

51、n=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHz,2fn2,fn1=1.8,1.5=0.3MHz (,波段外,),m=2,，,n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (,波段外,),2fn1,fn2=3,0.9=2.1MHz,m=3,，,n=0 3fn1 =3,?,1.5=4.5MHz (,波段外,),m=0,，,n=3 3fn2 =3,?,0.9=2.7MHz,因此，考虑三次以下谐波,fn1,和,fn2,在,13.5MHz,波段内对,2.4MHz,，,3.3MHz,，,2.1MHz,，,2.7MHz,等,4,个频率会产生干扰。,抑制互调的方法与抑制交调的方法相同，,除此外，,还可采用倍频程带通滤波器防止二阶互调干,扰的产生。,3),阻塞干扰,当