高频电子线路9-1

1、第九章第九章 变频电路变频电路第一节第一节 概述概述一，变频电路的功能一，变频电路的功能（一）变频电路的功能是将已调波的（一）变频电路的功能是将已调波的载频载频变换成变换成固定的固定的中频频率中频频率，而保持其调制规律不变。，而保持其调制规律不变。（二）对于调幅波、调频波或调相波，通过变频（二）对于调幅波、调频波或调相波，通过变频电路后，仍然是调幅波、调频波或调相波。电路后，仍然是调幅波、调频波或调相波。1,当输入为调幅波当输入为调幅波 时，时，输出电压仍为调幅波输出电压仍为调幅波ttmUtusasmssinsin1 )(ttmUtuIaIsinsin1 )(Im2,当输入为调角波当输入为调角

2、波 时，时，输出电压仍为调角波输出电压仍为调角波sincos)(tmtUtufssmssincos)(ImtmtUtufII（三）变频电路的时域、频域表示法：（三）变频电路的时域、频域表示法：以调幅波为例：以调幅波为例：从频域可知，变频电路是线性频谱搬移电路。从频域可知，变频电路是线性频谱搬移电路。二，变频电路的组成二，变频电路的组成 2,非线性器件：产生新的频率分量。常用三极管、非线性器件：产生新的频率分量。常用三极管、二极管、场效应管、差分对管和模拟乘法器等。二极管、场效应管、差分对管和模拟乘法器等。 3, 滤波器：选取中心频率为中频滤波器：选取中心频率为中频fI (低中频低中频fI =f

3、L - fs ，高中频，高中频fI =fL + fs )的信号，的信号，fI 是固定的。是固定的。 4,本机振荡器本机振荡器：产生产生fL 分量分量. 因为因为fI 是固定的是固定的,所以所以 fL要随要随fs变化而变化变化而变化,必须满足必须满足fL =fI + fs或或fL =fI fs. 1,输入回路：输入回路：选取中心频选取中心频率为率为fs的调的调幅波或调角幅波或调角波。波。三，变频器的技术指标三，变频器的技术指标（二）（二） 选择性选择性：滤波器选取中频滤波器选取中频fI滤除不需要频率滤除不需要频率的能力的能力（三）噪声系数（三）噪声系数：作为接受机的最前端，变频器的作为接受机的最

4、前端，变频器的噪声系数必须很小。噪声系数必须很小。 （一）变频增益（一）变频增益 2,变频功率增益变频功率增益Apc ： 1，变频电压增益，变频电压增益Auc：)()(Im输入高频电压振幅输出中频电压振幅smucUUA)()(输入高频信号功率输出中频信号功率sIpcPPA（四）失真和干扰（四）失真和干扰：要求非线性器件尽可能少产生要求非线性器件尽可能少产生不需要的频率分量。不需要的频率分量。第二节第二节 三极管混频器三极管混频器一、一、 工作原理工作原理VBB , VCC：直流偏置直流偏置电压；电压；us ：输入信号；输入信号；uL ：本振信号；本振信号；LC回路：调谐于中频回路：调谐于中频f

5、I 。（一）电路：（一）电路：)()(tutuVuLsBBBE（二）电路的输入条件：（二）电路的输入条件：1,输入条件：输入条件： us为小信为小信号，号， uL为大信号。为大信号。 2,为分析简单，设为分析简单，设:LmsmLLmLssmsUUtUutUu且,cos,cos.),(, 3看成输入小信号即工作点成直流偏压看可将很小由于态作用下工作于非线性状共同、晶体管在sLBBssLBBuuVuuuV。化的参量称为时变参量量不同。这种随时间变点其线性参态，只不过不同的工作来说都是工作于线性状在每一个工作点，对所以工作点在变化。而是变化的因为sLuu,（三（三）晶体三极管混频器的时变参量分析：晶

6、体三极管混频器的时变参量分析：晶体三极管的：晶体三极管的：)()(tutuVuLsBBBE正向传输特性为：正向传输特性为：)(BEcufi 因为因为us很小，在很小，在us的变化范围内正向传输特性为的变化范围内正向传输特性为线性。所以可以将函数线性。所以可以将函数iC = f（ uBE ）在时变偏压）在时变偏压VBB + uL (t)上展开成泰勒级数。则：上展开成泰勒级数。则：.)()(21)()()(2 tutuVftutuVftuVfisLBBsLBBLBBC因为因为us很小，可以忽略高次项，所以：很小，可以忽略高次项，所以：)()()(tutuVftuVfisLBBLBBC时的晶体管的跨

7、导：时的集电极电流：其中：)()()()(tuVutuVftuVutuVfLBBBELBBLBBBELBB1，混频器的时变参量表达式：，混频器的时变参量表达式：变化，有：，呈非线性是变化而变化，变化频率随和于非线性，所以是大信号，晶体管工作因为LLLBBLBBLtutuVftuVftu)()()()(.2coscos)(.2coscos)(210210tgtggtuVftItIItuVfLLLBBLmcLmcCLBB值。量的幅值。它们是固定量、基波、二次谐波分跨导的平均分次谐波分量的幅值以及流中的直流、基波、二电极电是只加振荡信号时的集、其中210210gggIIImCmCC2，输入，输入us

8、后产生的电流：后产生的电流：tUtgtggtItIItutuVftuVfitUtussmLLLmcLmcCsLBBLBBCssmscos.2coscos.2coscos)()()(,cos)(210210集电极电流为作用下在输入信号.)2cos(2)2cos(2)cos(2)cos(2cos.2coscos22110210tgtgtgtgtgUtItIIsLsLsLsLssmLmcLmcC3，通过带通滤波器取出中频（设取中低频），则：，通过带通滤波器取出中频（设取中低频），则：tgUtgUiIsmsLsmIcos2)cos(211tgUitUtuIsmIssmscos2,cos)(1输出比较：

9、输入4，推导：，推导：tgUitUtuIsmIssmscos2cos)(1则已知ttmgUittmUtuIasmIsasmscos)cos1 (2cos)cos1 ()(1则当输入调幅波)coscos(2)coscos()(1tmtgUitmtUtuIsmIssms则当输入调角波5， 混频器的变频跨导：混频器的变频跨导：22)()(11ImgUUgUIgsmsmsmc输入高频电压振幅输出中频电流振幅定义：的基波分量即是时变跨导)()(1tuVftggLBB二，晶体三极管混频器的等效电路二，晶体三极管混频器的等效电路 2, 输入回路调谐于输入回路调谐于fs ，输出回路调谐于，输出回路调谐于fI

10、1,由于本振电压为大由于本振电压为大信号，对输入小信号信号，对输入小信号us来说可以等效为时来说可以等效为时变参量的线性电路。变参量的线性电路。所以等效电路如图所以等效电路如图9-5,其中其中gc是时变跨导是时变跨导。3, 技术指标技术指标LoccsLocscsIsmucgggUggUgUUUUA)/(Im变频电压增益：icLLoccicsLIsIpcggggggUgUPPA222)(变频功率增益：ociccpcpcocLicLLoccpcgggAAgggggggA4)(2max2最大：时，输出电路匹配，当由三，具体电路和工作状态的选择三，具体电路和工作状态的选择 （一）根据输入信号（一）根据

11、输入信号us可构成共射和共基两种可构成共射和共基两种组态，又根据本振信号组态，又根据本振信号的注入可分为基极注入的注入可分为基极注入和射极注入两种组态，和射极注入两种组态，因此有四种组态。因此有四种组态。电路组态：电路组态：a.基极输入基极输入,基极注入基极注入b.基极输入基极输入,射极注入射极注入c.射极输入射极输入,射极注入射极注入d.射极输入射极输入,基极注入基极注入 （二（二）具体电路具体电路图图9-7是收音机中是收音机中常用的变频电路，常用的变频电路，晶体管除了完成晶体管除了完成混频任务外，还混频任务外，还兼作本机振荡器兼作本机振荡器的振荡管，为互的振荡管，为互感耦合的自激振感耦合的

12、自激振荡器。本振电压荡器。本振电压由电容耦合到晶由电容耦合到晶体管的发射极。体管的发射极。+-sU+-LU例例 已知混频晶体三极管的正向传输特性为已知混频晶体三极管的正向传输特性为33220uauaai，smLmLLmssmUUtUtUu,coscos式中，式中，混频器的中频取混频器的中频取sLI，试求混频器的，试求混频器的变频跨导变频跨导gc题意分析：题意分析：的基波。是而变频跨导从而有可先求出时变跨导来说是线性时变关系，对于变化，号可以看成工作点随大信本题)(,21,)(),(coscos,11tggggugiutgitgtUtUUUcscIscssmLLmsmLm解：解：时变跨导：时变跨

13、导：23232)(uauaduditgctUatUaUatUatUauauatguLLmLLmLmLLmLLmLLL2cos23cos223)cos(3)cos(232)(23223232232作用下产生的时变跨导是在LmUag212LmcUagg212例例 已知混频晶体三极管的正向传输特性为已知混频晶体三极管的正向传输特性为32bebecubuai，smLmLLmssmQbeUUtUtUUu,coscos式中，式中，混频器的中频取混频器的中频取sLI，试求混频器的，试求混频器的变频跨导变频跨导gc题意分析：题意分析：。中下产生时变跨导。上题作用区别是在本题与上题类似，根本0cosQLLmQU

14、tUU解：解：时变跨导：时变跨导：232)(bebebeccubududitgtcUcUtUcUcUtbUbUtUUctUUbtgtUULLmLmLLmQQLLmQLLmQLLmQLLmQ2cos2323cos63cos22)cos(3)cos(2)(cos2222作用下产生的：时变跨导是在LmQLmcUcUbUgg321LmQLmUcUbUg621例例晶体三极管混频电路如图，三极管的正向传输特性晶体三极管混频电路如图，三极管的正向传输特性为为44332210bebebebecuauauauaaicsmLmLLmLBBgUUtUtuV器的变频跨导求混频满足线性时变条件，试信号，为本振是直流偏压，图中，cos)(题意分析：题意分析：的关系、与导含有高次项时，变频跨性本题是分析正向传输特)(tuVgLBBc解：解： 时变跨导：时变跨导：342321432)(bebebebecuauauaaduditgtUatUatUVaUVatUVaVatUaUatUVaVa