第8章变频电路

1、高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第8章变频电路教学基本要求 1.掌握变频电路的功能及组成。 2.掌握典型混频电路的电路组成、工作原理和性能特点。 3.了解变频干扰的来源和抑制方法。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 本章教学内容 8.1 概述 8.2 晶体管混频器 8.3 场效应管混频器 8.4 二极管混频电路 8.5 模拟乘法器混频器 8.6 混频器的干扰与失真 8.7 集成接收机电路高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.1概述 8.1.1 变频电路的功能 1.变频电路的功能是将已调波

2、的载波频率变换成固定的中频载波频率，而保持其调制规律不变。 2.变频电路是线性频谱搬移电路，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。 3.功能的时域和频域表示法 (1)时域表示法高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2)频域表示法 变频器有上变频和下变频之分。 当输出信号载波频率为I=L+s时，称其为上变频, 对应的中频称为高中频。 当输出信号载波频率为I=L-s或I=s-L时，称其为下变频, 对应的中频称为低中频。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.1.2 变频器的组成、分类与用途 1.变频器的

3、组成 变频器由输入回路、非线性器件、带通滤波器和本机振荡器组成。 图8.1.2变频器的组成 通常将输入回路、非线性器件(晶体三极管、二极管、场效应管、差分对管和模拟乘法器等)与带通滤波器三部分称为混频器。 变频器可认为是混频器和本机振荡器两部分组成。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.分类 二极管混频器 混频器按使用 三极管混频器 非线性器件分 场效应管混频器 集成模拟乘法器混频器 3.用途 在超外差式接收机中，将高频载频信号变成固定中频载频信号，然后通过中频放大器进行放大，使整个接收机灵敏度和选择性大大提高。 在频率合成器中常用变频器完成频率加减运算，

4、从而得到各种不同的频率，这些频率的稳定度可以与主振器的高稳定度相同。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 应用与展望 高性能通信接收机中应用最广泛的是二极管环形混频器和双差分对集成模拟乘法器混频器。 目前由于集成技术提高，双差分对模拟乘法器的性能不断改进与提高，在几百兆赫的工作频段内，二极管环形混频器已逐渐被双差分对集成模拟乘法器混频器取代，特別是在单片集成接收机中已广泛应用这种混频器。而在微波频段仍广泛使用二极管环形混频器。 三极管或场效应管混频器由于电路简单、造价低，在普通接收机中也有较多使用。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工

5、程大学 8.1.3 变频器的主要技术指标 1.变频增益 (1)变频电压增益 中频输出电压振幅UIm与高频输入信号电压振幅Usm之比,即 (2)变频功率增益 输出中频信号功率PI与高频输入信号功率PS之比,即 一般要求变频增益大些，这样有利于提高接收机的灵敏度。 smImucUUAsIpcPPA高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.选择性 变频器的输出电流中包含很多频率分量，但其中只有中频分量是有用的,要求输出端的带通滤波器有较好的选择性。通常用矩形系数来衡量选择性的质量。 3.噪声系数 变频器在接收机的最前端，其噪声决定接收机的噪声系数。为了提高接收机的灵敏

6、度，必须降低变频器噪声，即变频器噪声系数应尽可能小。 4.失真和干扰 变频器有频率失真和非线性失真，还会产生各种非线性干扰。 对变频器不仅要求频率特性好，而且还要求非线性器件尽可能少产生一些不需要的频率分量，以减小造成干扰的可能。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.2晶体三极管混频器 8.2.1 晶体三极管混频器工作原理 1.电路概述 为了减小非线性器件产生的不需要分量，选用本振电压振幅ULmUsm,也就是本振电压为大信号,输入信号电压为小信号。 问题：一个大信号uL和一个小信号us同时作用于非线性器件时,应该怎样分析?在发射结作用在发射结作用有三个电压有

7、三个电压本振电压为大信号本振电压为大信号smLmUU 调谐于调谐于中频频率中频频率高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在一个大信号uL和一个小信号us同时作用于非线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的时变参数的线性元件，如图8.2.2所示。 在偏压VBB和本振电压uL的共同 作用下，它的工作点在B点、A点和 C点之间变化，工作点隨本振电压的 变化是非线性的。 因为us是小信号, 在每一个工作 点, 对us而言，晶体管可以被近似看 成工作于线性状态。但是不同的工作 点其线性参数是不一样的。 晶体管的线性参量是随时间变化 称为时变参量。 高

8、频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.晶体三极管混频器的时变参量方法分析 晶体管的正向传输特性为 因为uCE对ic的影响远小于uBE对ic的影响,忽略uCE对ic的影响 将函数ic=f(uBE)在时变偏压VBB+uL(t)上对us(t)展成泰勒级数，则 对于小信号的us,可忽略第三项及以后的各项，可取)()(sLBBBEtutuVutUtUVssmLLmBBcoscos),(CEBEcuufi )(BEcufi )()(21)()()(2sLBBsLBBLBBctutuVftutuVftuVfi高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大

9、学 式中， 为uBE= VBB +uL(t)时的集电极电流； 为uBE= VBB +uL(t)时晶体三极管的跨导。 在本振电压uL(t)=ULmcosLt为大信号的条件下，可得 式中，IC0、Ic1m、Ic2m、g0、 g1、 g2分别为只加本振电压时，集电极电流中的直流、基波和二次谐波分量的幅值以及跨导的平均分量、基波和二次谐波分量的幅值。 将输入信号电压us(t)=Usmcosst代入上式，可得)(LBBtuVfguituVfBECLBB/)(tItIItuVfLc2mLc1mC0LBB2coscos)(tgtggtgtuVfL2L10LBB2coscos)()()()()(sLBBLBB

10、ctutuVftuVfitUtgtggtItIIssmL2L10Lc2mLc1mC0cos)2coscos()2coscos()()()(sLBBLBBctutuVftuVfi高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 若中频频率取差频 ，则混频后通过带通滤器输出的中频电流为 其振幅为 上式表明，输出的中频电流振幅IIm与输入高频信号电压的振幅Usm成正比。 tgtgtgU)cos(2)cos(2cossL1sL1s0smtgtg)2cos(2)2cos(2sL2sL2tItIIiLc2mLc1mC0C2coscossLItgUi)cos(2sL1smI2/1smIm

11、gUI高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 同理,当输入高频调幅信号时，其振幅为Usm(1+macost)，则混频器所输出的中频电流也是调幅波 3.变频跨导gc 变频跨导定义为输出中频电流振幅IIm与输入高频信号电压振幅之比，可得 变频跨导gc表示混频器把输入信号电压转换为中频电流的能 力，等于时变跨导g(t)的傅里叶展开式中基波振幅g1的一半。 实际应用时,先计算g1,可得gc，然后根据Usm计算IIm。ttmUgiIasm1Icos)cos1 (221smImcgUIg高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在数值上，变频跨导是

12、时变跨导g(t)的基波分量的一半，可以通过求g(t)的基波分量g1来求得变频跨导。 在实际工作中经常采用经验公式近似计算 式中， 为直流静态工作点的发射极电流，单位为mA。LL1)(dcos)(1tttggLL1c)(dcos)(2121tttggg261)5 . 04 . 0(EQbbTSEQcIrIgEQI高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例8.2.1 已知混频晶体三极管的正向传输特性为 而 ,其中 为静态偏压， 为本振电压， 为输入电压， ，中频频率 ，试求变频跨导 。 解：时变跨导 变频跨导3BE2BEccubuai)()(sLQBEtutuUuQU

13、tUuLLmLcostUussmscossmLmUUsLIcg)(cLQdd)(tuUuuitg2LLmQLLmQ)cos(3)cos(2)(tUUctUUbtgtUcUcUtbUbULLmQ2QLLmQcos63cos22tcUcUL2Lm2Lm2cos23231c21gg LmQLmc3UcUbUg高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.2.2 晶体三极管混频器等效电路 由于本振电压为大信号，对输入信号为小信号来说，非线性器件被看成时变网络，这样就可采用小信号分析法。 图8.2.3 混频器等效电路 从图中可得混频器的变频电压增益和变频功率增益为 输出回路匹

14、配 时，变频功率增益最大。 调谐于调谐于中频频率中频频率调谐于输入调谐于输入 信号频率信号频率LoccsmImucgggUUAicL2LoccsIpcgggggPPAocic2cpcmax4gggALocgg高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.2.3 具体电路和工作状态的选择 1.四种电路组态 电路(a)对信号电压而言是共射组态，它具有输入阻抗高，变频增益大的优点，对本振电压而言是基极注入(共射组态)，它对本地振荡器呈现较大阻抗，使本振的负载较轻，容易起振。因为电路中的信号电压和本振电压均由基极注入，所以信号回路和本振荡回路相互影响较大，可能产生频率牵引现

15、象。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 电路(b)对信号电压而言和电路(a)一样是共射组态，只是将本振电压由发射极注入，对本振电压而言，晶体管是共基组态，它的输入阻抗小，使本振的负载较重，不易起振。但是它的信号电压和本振电压加在两个不同电极上，相互影响较小，实际电路应用较多。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 电路(c)(d)对信号电压而言均是共基组态，因此它们的输入阻抗小，变频电压增益小，在频率较低时，一般不用这两种组态。但当频率较高时，因为ff，这时它们的变频电压增益可能比共射组态大，可采用这两种组态。也就是说，它们的

16、上限工作频率高。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.具体电路图8.2.5收音机变频电路 图8.2.5是晶体管收音机中常用的变频电路。晶体管除了完成混频任务外，还兼作本机振荡器的振荡管，此振荡器接成互感耦合的自激振荡器，对本振电压而言，是由电容耦合到晶体管的发射极。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 图8.2.6电视机混频器 在电视机中，由于工作频率较高，经常采用图8.2.6所示的共基电路。为了减小输入信号电压与本振电压的相互影响，本振电压由电容值小的电容耦合到混频管的发射极。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工

17、程大学哈尔滨工程大学 3.晶体三极管混频器工作状态的选取原则 选取原则是变频功率增益大和噪声系数小。 图8.2.7APC和NF与ULm、IEQ的关系 变频功率增益APC和噪声系数NF与IEQ和ULm的关系的实验结果如图8.2.7所示。 从图(a)可知，本振电压幅度在100mV左右时,APC可获得最大值而噪声系数NF又达最小值。 从图(b)可知，当IEQ在0.30.7mA范围内，变频功率增益大且噪声系数小。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.3场效应管混频器 8.3.1 结型场效应管混频器 结型场效应管工作在饱和区时，其漏 极电流iD与栅源间电压uGS的关

18、系可近似为 平方律特性，即 式中，IDSS为uGS=0时的iD，UP为夹断电压。 图8.3.1结型场效应管混频器 设输入信号 本振信号 其中UGSQ为场效应管静态工作点的UGS值。2pGSDSSD1UuIitUussmscostUuLLmLcosLsGSQGSuuUU高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 代入us和uL，经数学运算可知iD中含有直流、s 、 2s 、L 、2L 、等频率分量，其中L s为高中频和低中频分量。若选用低中频的带通滤波器，则可获得的低中频电流分量是2usuL的一部分。即 式中，gc为变频跨导，其值为IDSSULm/ 。2PLsGSQDS

19、SD1UuuUIi)222222(LsLGSQsGSQLpspGSQp2L2s2GSQ2p2pDSSuuuUuUuUuUUUuuUUUItUUUIi)cos(sLLmsm2pDSSItUgtUUUIIsmcIsmLm2pDSScoscos2PU高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 若中频选频带通滤波器调谐于I，且谐振电阻为RL，则混频器输出电压为 对于输入信号为us=Usm(1+macost)cosst的调幅波来说，只要带通滤波器的通带宽度不小于2，再则I，故混频器输出电压为tURguIsmLcIcosttmURguIasmLcIcos)cos1 (高频电子线路

20、高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.3.2 双栅绝缘栅场效应管混频器 双栅绝缘栅场效应管具有 栅漏极间电容很小，正向传输 导纳较大，且iD受到双重控制 的特点，很适合于作为超高频 段混频器。 双栅绝缘栅场效应管由于 受两个栅极的双重控制且两个 栅极彼此独立，用于混频时， 高频输入信号由G1输入，本振信号由G2输入，互不影响。 直流偏置应使管子工作于放大区。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在放大区，漏极电流可表示为 式中 , 。 其中a0、a1、 a2、b0、 b1、 b2是由直流偏置及管子本身所决定的常数。则 设输入信号 本振信号

21、 其中 根据不同中频的需求,可选不同的带通滤波器,若取上变频的高中频, 。若取下变频的低中频, 。Lm2sm1DugugiL2s10m1uauaagL2s10m2ububbg2L22s1Ls12L0s0D)(ubuauubaubuaitUussmscostUuLLmLcostUUbauuba)cos()(21)(sLLmsm12Ls12tUUba)cos()(21sLLmsm12sLIsLI高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.4二极管混频器 8.4.1 二极管平衡混频器 图8.4.1为平衡混频器的原理电路。为了减少混频产生的组合频率分量，选取本振电压uL足

22、够大，使晶体二极管工作在受uL控制的开关状态。流过上、下两个晶体二极管的电流分别为2)(IsLLd1uuutKgi2)(IsLLd2uuutKgi高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在无滤波的条件下，通过输出回路的电流为 设 , , ,则)(IsLd21uutKgiiitUussmscostUuLLmLcostUuIImIcos)(IsLd21uutKgiiitUtUttgIImssmLLdcoscos3cos32cos221tUgtUgtUg)cos(1cos21cos21sLsmdIImdssmdtUgtUgtUg)cos(1)cos(1)cos(1ILI

23、mdILImdsLsmdtUgtUgtUgtUg)3cos(31)3cos(31)3cos(31)3cos(31ILImdILImdsLsmdsLsmd高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在有带通滤波时,对于输出回路由于调谐于中频频率I =L s，则经滤波后，选出中频电流iI为 输出中频电流是由高频输入信号电压与本振电压的正向混频产生的中频电流和中频输出电压反作用产生的中频电流之差。 对于输入回路来说，无滤波条件下通过输入回路的电流仍是i1-i2,在有调谐于信号频率s的带通滤波时,则输入回路通过选频作用产生的输入电流is为 tUgtUgi)cos(1cos21

24、ILImdssmdstUgtUgsImdssmdcos1cos21tUgtUgtUgtUgiIImdIsmdIImdsLsmdIcos21cos1cos21)cos(1高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 输入电流是由高频输入信号电压在输入回路产生的输入电流和输出中频电压与本振电压经反向混频产生的输入电流之差。 注意：二极管混频器是一个能实现双向混频的电路。 输入信号频率s与本振信号频率L经过正向混频在输出端得到中频频率I ，而输出中频电压频率I与本振信号频率L经过反向混频，在输入端能产生输入信号频率s。 二极管平衡混频器的中频输出电压是中频电流与输出回路谐振电

25、阻的乘积。 二极管开关平衡混频器的等效电路 由 和 ,可得二极管开关平衡混频器的等效电路。它是对称型双口网络 。 tRUgtRUgRiuILImdILsmdLIIcos21cos1),(Issuufi ),(IsIuufi 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 图8.4.2二极管开关混频器等效电路 等效电路中的g1和g2与二极管特性有关,其中 根据双口网络的理论，该网络的特性电导g0的定义是在输出端接入gL=g0时，从输入端向里看输入电导为g0，同样，当在输入端接入gs=g0时，从输出端向里看的输出电导为g0。因而特性电导 通常混频器应工作于全匹配状态，即gL=

26、g0、gs=g0，此时能获得最大的功率传输。d2gg d1121gg212102gggg高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 其变频功率增益为 式中，Auc为变频电压增益，由等效电路可得 所以 2ucs2sL2IsIpcAgUgUPPA0212ucggggA20212pcggggA高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.4.2 二极管双平衡混频器与环形混频器 1.二极管双平衡混频器 为了进一步抑制混频器中一些非线性产物，广泛采用双平衡混频器。本振电压从输入变压器Tr1的二次侧和输出变压器Tr2的一次侧的中心抽头之间加入。四个二极

27、管均按开关状态工作。各电流、电压的极性如图中所示。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在本振电压的正半周，二极管D1、D2导通，D3、D4截止。此时混频器为平衡混频器。则 在本振电压的负半周，二极管D3、D4导通，D1、D2截止。此时，混频器为另一平衡混频器。则 (1) 在无滤波条件下，通过输出中频回路的电流为 因为)(IsLd21uutKgiii)(IsLd43uutKgiii ILLdsLLdo)()()()(utKtKgutKtKgiii tttKtKLLLL3cos34cos4)()(1)()(LLtKtK高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔

28、滨工程大学哈尔滨工程大学 可得 与平衡混频电路比较，双平衡混频电路的输出电流中，进一步抵消了s及LI、3LI等分量。 经过输出回路的滤波作用，选出中频电流 双平衡混频电路滤波后输出中频电流为平衡混频器的2倍。 ttUgi)cos(21)cos(214sLsLsmdottUg)3cos(21)3cos(2134sLsLsmdtUgIImdcostUgtUgiIImdsLsmdIcos)cos(2tUgtUgIImdIsmdcoscos2高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2) 无滤波条件下，通过输入信号回路的电流为 经过输入回路的滤波作用，选出s分量电流 双平

29、衡混频电路滤波后输入信号电流为平衡混频器的2倍。 ILLdsLLdi)()()()(utKtKgutKtKgiii tUgssmdcostttUgLLIImd3cos34cos4costUgtUgi)cos(2cosILImdssmdstUgtUgsImdssmdcos2cos高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例8.4.1 将双平衡混频器的输入的本振电压和输岀的中频电压的位置互换，如图8.4.4所示。试分析该电路能否实现混频？ 图8.4.4 环形混频电路 解：设本振电压 ，其振幅足够大，使二极管工作于开关状态。输入信号电压 ，为小信号。 由电路图可知，4个二

30、极管以两个正向串联(D3、D2)和两个反向串联(D1、D4) ，并接到输入本振信号电压的高频变压器的二次侧。在本振电压控制下，处于开关工作状态。 tUuLLmLcostUussmscos本振频率本振频率输入回路输入回路中频输出中频输出回路回路 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在本振电压的正半周，二极管D3 、D2导通,D1、D4截止，则D3 、D2的开关函数为 。 在无滤波条件下，流过中频输岀电路的电流为 。其中 在本振电压的负半周，二极管D1、D4导通,D3、D2截止，则D1、D4的开关函数为 。 在无滤波条件下，流过中频输岀电路的电流为 。其中)(Lt

31、K231oiiiIsLd231oIsLLd2IsLLd32)(22)(22)(uutKgiiiuuutKgiuuutKgi)(LtK412oiii高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在无滤波条件下，通过输出中频回路的电流为 因为 )2)(22)(22)(IsLd412oIsLLd4IsLLd1uutKgiiiuuutKgiuuutKgi)()(2)()(LLIdLLsd2o1ootKtKugtKtKugiiitttKtKLLLL3cos34cos4)()(1)()(LLtKtK高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 可得 中频输岀

32、端的电流中不含有本振信号频率L和输入信号 频率s。表明输岀端对L和s的隔离性好。 経过中频输岀回路的滤波作用，选岀中频电流 电路可以实现混频。 将例题电路改画成图8.4.7所示电路，图中4个二极管组成一个各个二极管串联极性一致的环路，又称为二极管环形混频器。 tUgttUgttUgiIImdsLsLsmdsLsLsmdocos2)3cos(21)3cos(2134)cos(21)cos(214tUgtUgiIImdIsmdIcos2cos)/2(高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.二极管环形混频器 如果各二极管的特性一致，变压器中心抽头上、下完全对称，则环

33、形混频器的本振端口、输入信号端口和输岀中频信号端口之间有良好的隔离。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 二极管环形混频器的特点 由例题的分析可知，中频输岀端的电流中不含有本振信号频率和输入信号频率s。 本振端的电压通过D3、D2和D1、D4流过输入信号端変压器二次侧的电流是相互抵消的，不含有本振信号频率L分量。 本振电压通过D3和D2的分压在B点产生的电压与通过D1和D4的分压在A点产生的电压相等，也可以说明本振电压不会在输入信号端的高频变压器二次侧产生本振频率L的电流。也表明本振端口对输入信号端口是隔离的。 同理，输入信号电压通过D1和D2的分压在C点产生

34、的电压与通过D3和D4的分压在D点产生电压相等，因而输入信号电压不会在本振信号端口的高频变压器的二次侧产生输入信号频率s的电流。表明输入信号端口对本振端口是隔离的。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 二极管环形混频器的分析 电路中本振电压为大信号, 使二极管处于开关工作状态, 输入信号电压为小信号。 本振电压的正半周D3、D2导通, 开关函数为 ,而D4 、 D1截止,在无滤波条件下,流过中频输出电路的电流为io1=i3-i2 。 )(LtKIsLLd322)(uuutKgiIsLLd222)(uuutKgi)2)(IsLd23o1uutKgiii高频电子线路

35、高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在本振电压的负半周D1、D4导通，开关函数为 ,而D3、D2截止,在无滤波条件下,流过中频输岀电路的电流为 io2=i1-i4 在无滤波条件下，通过输出中频回路的电流为) (LtK)2)(22)(22)(ISLd412oISLLd4ISLLd1uutKgiiiuuutKgiuuutKgi)()(2)()(LLIdLLSd2o1ootKtKugtKtKugiii高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 可得 中频输岀回路中无 和 ,说明中频输岀端与信号端、本振端隔离良好。 経过中频输岀回路的滤波作用，选岀中频电

36、流1)()(LLtKtKtUgttUgttUgiIImdSLSLsmdSLSLsmdocos2)3cos(21)3cos(2134)cos(21)cos(214sLtUgtUgiIImdIsmdIcos2cos)/2(tttKtKLLLL3cos34cos4)()(高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 无滤波条件下, 流过输入信号端的高频变压器Tr1的二次侧的电流为i =io1 +io2,即 输入信号电流中无 和 ,说明输入端与本振端、中频端隔离良好。)2)()2)(IsLdIsLduutKguutKgiILLdsLLd)()(2)()(utKtKgutKtKg

37、tUttgtUgIImLLdssmdcos3cos34cos42cosLI高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 无滤波条件下, 流过输入本振信号端的高频变压器Tr2的二次侧的电流为 ,即)()(4123iiiiiIsLLd322)(uuutKgiIsLLd222)(uuutKgiISLLd122)(uuutKgiISLLd422)(uuutKgi高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 输入本振电流中无 和 ,说明本振端与输入端、中频端隔离良好。IsLLdIsLLd2322)(22)(uuutKguuutKgiiLLd)(utKgIs

38、LLdIsLLd4122)(22)(uuutKguuutKgiiLLd)(utKg)()(4123iiiiitUgutKtKgLcos)()(LmdLLLdsI高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 图8.4.8 环形混频器模块的外形与电路图 国內研制的环形混频器模块, 工作频率从短波到微波波段已成系列产品。环型混频器模块是由精密配对的肖特基二极管和传输线变压器组装, 内部元件用硅胶粘接, 外部用小型金属壳屏蔽。由于产品经过严格的筛选, 其性能良好, 能承受强烈的振动、冲击。环形混频器模块有三个端口，即本振（LO）、射频（RF）和中频（IF）三个端口。本振和射频均

39、为单端（不平衡）输入，而中频输岀是单端（不平衡）输出。本振和射频信号通过传输线变压器Tr1和Tr2将不平衡输入信号变换成平衡输入信号加给环形二极管的对应端实现混频, 中频信号从IF端输岀。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.5模拟乘法器混频器 8.5.1 MC1596模拟乘法器混频器图8.5.1MC1596构成混频器中频带通中频带通滤波器滤波器 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.5.2 SA602A集成变频器 集成模拟乘法器的功能是实现两输入信号相乘。应用其相乘的功能，在通信电路中可构成混频、调幅与解调等功能电路，

40、是一种应用范围较广的单片集成电路。 为了兼顾多种用途，其电路的偏置电流是要根据用途不同而在片外设置不同的偏置电路，集成电路内部没有设定偏置。 对于功能专一的集成混频器，通常会根据混频的技术要求在集成电路内部设置好偏置，减少片外电路。考虑到变频功能，集成电路中还集成了本机振荡器的放大和缓冲电路，使集成混频器利用片内的振荡器构成本机振荡器, 而組成了变频器。 SA602A就是这种集成混频器中的一个型号,图8.5.2所示是SA602A的方框原理与引脚图，图8.5.3所示是SA602A的内部等效电路图。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 1脚、2脚是混频器的差动输入端

41、；3脚是接地端；4脚、5脚为双端输岀端，电路既可以双端输出，也可以采用单端输岀；6脚和7脚分別是构成正弦波振荡器的内部集成的晶体管的基极和发射极；8脚为电源输入端。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 SA602A的最高工作频率可达500MHz, 内部本机振荡电路是一个截止频率高的NPN晶体三极管, 其基极和发射极与集成电路引脚相连，可通过外接电路构成振荡器，其振荡频率可达200MHz。也可以通过基极直接输入外部本振信号源，経内部缓冲级送给混频器，其频率不受内部晶体管的限制。 SA602A属于低电压、低电流设计，其正常供电范围是4.58.0V之间, 耗电电流通常

42、低于3mA。其混频灵敏度高, 可低达V级, 更重要的是抑制本振频率反辐射能力强, 且噪声系数低(在工作频率45MHz时4.5dB)。 SA602A的射频输入电阻为1.5k, 输出电阻为1.5k, 输出电容约为3pF, 应用时需注意阻抗匹配。 SA602A适用于HF/VHF频率变换、移动通信和VHF无线发射、接收机等设备中。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 6脚和7脚的外接电路与内部放大器构成并联型晶体电容三点式振荡电路。晶体的基频为14.515MHz, 选用三次泛音振荡, 要求7脚对地的支路的等效电抗在振荡频率34.545MHz为容抗, 而在基频与二次泛音频

43、率为感抗来保证。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 通常采用电容和电感并联电路实现，例如图中的22pF电容和1.3H电感并联。接入1nF电容与1.3H电感串联是隔直，保证7脚不因1.3H电感的接入直流电位接地。在电容取值上，容抗值比感抗值小很多，可近似用感抗值代替。1.3H电感与22pF电容并联的谐振频率为29.76MHz, 即并联等效电抗在三次泛音频率为容抗, 在基频、二次泛音频为感抗, 确保振荡频率为34.545MHz。 1脚和2脚的外接电路是一个并联LC选频回路, 谐振于输入信号频率35.000MHz。100nF电容为旁路电容, 保证2脚交流接地, 输

44、入信号为单端输入,47pF和220pF的分压接入是实现信源50和输入阻抗1.5k的阻抗匹配。 4脚接中心频率为455kHz输入阻抗为1.5k的陶瓷滤波器， 为单端输出方式，满足阻抗匹配。8脚为电源输入端，采用了型去耦滤波电路。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.6混频器的干扰与失真 混频器的各种非线性干扰是很严重的问题，在讨论各种混频器时，常把非线性产物的多少作为衡量混频器质量标准之一。 非线性干扰中很重要的一类就是组合频率干扰和副波道干扰。这类干扰是混频器特有的。 混频器存在下列干扰： 信号与本振的组合频率干扰(也称干扰哨声)； 外来干扰与本振的组合频率

45、干扰(也称副波道干扰)； 外来干扰互相形成的互调干扰； 外来干扰与信号形成的交叉调制干扰； 阻塞、倒易混频干扰等等。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.6.1 信号频率与本振频率的组合频率干扰(干扰哨声) 1.什么是干扰哨声? 当信号与本振信号同时输入给混频器时，由于混频器的非线性特性，在其输出电流中，除了有需要的正常中频(fLfs)外，还有一些谐波频率和组合频率。例如，2 fL, 2fs, 3fL, 3fs , 2fs- fL ， 3fs- fL ，2 fL- fs ，3fL- fs等。 如果在这些组合频率中有接近中频fI= fLfs的组合频率，它就会通

46、过中频放大器与正常的中频fI一道进行放大，并加到检波器上。通过检波器的非线性作用，这个近于中频的组合频率与中频 fI产生差拍检波，输出差频信号，这个差频信号是音频，通过终端扬声器以哨叫声的形式出现并形成干扰。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.干扰哨声产生的分析 一般情况下，信号与本振的组合频率为 式中p、q为正整数或零，它们分别代表本振频率和信号频率的谐波次数。 当满足 也就是 (其中F为音频) 组合频率f就以干扰信号的形式和正常混频的中频信号同时进入中频放大器放大，然后同时送给检波器产生差拍检波，输出F的音频信号在扬声器中产生哨叫声。 当混频器的输出

47、中频fI =fL fs时，只有下列两式满足sLqfpffIsLfqfpffFfqfpffIsLFfqfpfIsLFfpfqfILs高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 将两个表示式合并，使得到可能产生干扰哨声的输入信号频率表示式为 一般情况下，fIF，因此，上式可简化为 若p和q取不同的正整数，则可能产生干扰哨声的输入有用信号频率就会有许多个，并且其值均接近于fI的整数倍或分数倍。 但是实际上，任何一部接收机的接收频段都是有限的，只有频段内的频率才可能产生干扰哨声。再则，因为混频管集电极电流中的组合频率分量的振幅总是随着(p+q)的增加而迅速减小。所以，其中只有

48、对应于较小p和q值的输入信号才会产生明显的干扰。pqFfpqpfIs1Is1fpqpf高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.举例 调幅广播接收机的中频频率为465kHz，当接收某电台发射频率 f s=931kHz时,能否产生干扰哨声?产生原因?。 正常的变频过程是fL = fI=465kHz ，这是主通道。 对于fs=931kHz时，其对应本振频率为1396kHz，在混频管的非线性特性有3次方项时，组合频率2fs- fL=466kHzfI ，可以通过中频选通回路与正常的fI=465kHz一道放大。再经检波器检波后，会产生1kHz差拍检波信号送给终端扬声器产生

49、干扰哨声。此时的干扰对应的p=1,q=2。 *中波的广播段范围为(5311602)kHz,变频比fs /fI =1.143.45。可得 设非线性特性为6次方项及其以下项,即 ,可计算出干扰哨声的频率点：45. 314. 11Ispqpff6pq高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (1)当p=1,q=2时, 由于 ，则在(9303.5) kHz范围内(不含930KHz)均可产生干扰哨声。 3.5kHz是中频放大器的通带宽为7kHz。超过此范围则在带宽外，不能形成干扰。 (2)当p=1,q=3时, 均在范围之外，不 会产生干扰哨声。 (3)当p=2,q=3时, 在

50、范围之外，不会产生干扰哨声。21IspqpffkHz9302IsffILs2fffkHz930sf11Ispqpff01Ispqpff11Ispqpff高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (3)当p=2,q=3时, 则在(13953.5)kHz可产生干扰哨声,不含1395kHz。 (4)当p=2,q=4时, 则在(697.53.5)kHz可产生干扰哨声,不含697.5kHz。31IspqpffkHz13953IsffILs23fff5 . 11IspqpffkHz5 .6975 . 1IsffILs24fff5 . 01Ispqpff在范围之外，不会产生干扰哨

51、声。 减少这种干扰的方法较多,采用理想2次方特性的场效应管作混频器；采用开关状态与平衡混频方式；晶体三极管混频器的本振信号选为大信号等都不会有干扰哨声的组合频率分量。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.6.2 外来干扰信号与本振信号的组合频率干扰(副波道干扰) 1.什么是副波道干扰? 在混频器输入回路选择性不好的条件下，外来强干扰信号进入了混频器。相当于进入混频器的除了正常输入信号us和本振信号uL外，还有一个干扰信号un。因为混频器具有非线性作用,un与uL的组合频率就可能产生干扰。这类干扰称副波道干扰。 若fL-fs=fI ，干扰信号频率为fn，且满

52、足 pfL - qfn=fI或qfn-pfL =fI 就能产生副波道干扰。 当接收机接收某一给定频率的电台时，输入回路要调谐于fs时，则对应的本振电压频率fL=fs+fI 。若某一干扰电台(包括无关的其他电台)的频率为fn也进入了混频器，满足 就会产生副波道干扰。qffqpfILn高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.副波道干扰的分析 (1)当p=0, q=1时, fn = fI,即干扰信号频率fn等于中频频率fI ，这样的副波道干扰称其为中频干扰。 实际上，当接收机在接收某一fs电台时，因为混频器的输入回路选择性不好，有一频率fn = fI 的强干扰信号通

53、过输入回路进入混频器。因为中频回路的谐振频率为fI ，对强干扰信号来说混频器相当于放大器，将中频干扰信号进行放大，对接收机产生干扰。它是由非线性特性的1次方项产生。 (2)当p=1, q=1时, fn-fL = fI ,即干扰信号频率fn等于fs+2 fI,这样的副波道干扰称其为镜像频率干扰。 实际上,这种干扰是因输入回路选择性不好，干扰为强信号和非线性特性2次方项产生。通常计算镜像频率干扰的频率用fn=fs+2 fI来计算。 以上是副波道干扰中两个需要特别注意的特殊干扰。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (3)对于p+q3的情况，例如2fL fn , 2

54、fn -fL , fL-2fn, fn-2fL, 2fL -2fn, 2fn-2fL ，它们是非线性特性3次方项以及3次方以上项产生的。 在输入回路选择性不好，干扰为强信号时,干扰信号(fn)也进入混 频器与本振(fL)产生上述组合频率,如果它们等于fI ，则会产生干扰，称其为副波道干扰。 减小副波道干扰的方法： 提高混频器和前端高频放大器的频率选择性； 对中频干扰来说，还可以在前端输入回路中接入中频陷波器或高通滤波器； 对镜象频率干扰来说，也可以提高中频频率,使镜频与信号频率相差很大，能起到抑制作用； 对高次副波道干扰,可减小混频器特性三次方以上项产生的组合频率，例如平衡混频、环形混频等。高

55、频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例8.6.1某一广播电台的载波频率fs=7.000MHz，采用超外差接收机接收， ，除接收机调到7.000MHz能正常收到这一广播电台的播音外，在调到fs =6.070MHz时也能收到这个载频为7.000MHz电台的播音，这是什么干扰?而在调到fs为6.7675MHz时也能收到这个载频为7.000MHz电台的播音，这是什么干扰?另外,fn=465kHz的强干扰信号对接收频段内都有干扰,这是什么干扰? 解：(1)当接收机调到fs=7.000MHz时，此电台就是正常接收的信号，不是干扰信号。 (2)当接收机调谐到fs=6.070M

56、Hz时，其本振频率为fL=6.535 MHz，而此电台的载波频率为7.000MHz，它就是干扰信号。当混频器的非线性特性具有二次方特性，且输入回路选择性不好时，7.000MHz的干扰信号与本振频率6.535MHz的组合为 fn-fL=7.000-6.535=0.465MHzkHz465sLIfff正好是产生的镜像频率干扰。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (3)当接收机调谐到6.7675MHz时，其本振频率=7.2325MHz，而此电台的载波频率为7.000MHz，它就是干扰信号，它满足 故是副波道干扰，p=2,q=2。产生的原因是混频器的输入回路选择性不好

57、，非线性特性具有四次方项。 (4)对于 fn=465kHz的强干扰信号对接收频段内都有干扰,它是中频干扰。因为fn=fI= 465kHz。InLkHz465. 00000. 722325. 7222fff高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.6.3 交叉调制干扰(交调失真) 1.什么是交叉调制干扰? 由于输入回路选择性不好，一个已调的强干扰信号进入混频器与有用信号(已调波或载波)同时作用于混频器，经非线性作用，将干扰的调制电压转换到有用信号的载波上，然后再与本振混频得到中频电压，从而形成干扰。 2.交叉调制干扰产生的分析 设晶体三极管的静态正向传输特性在静态

58、工作点上展开为幂级数 作用在输入端(基极-发射极)的电压有 信号电压 干扰电压 本振电压 4BE43BE32BE2BE10CuauauauaaitUttmUussms11smscoscos)cos1 (tUttmUunnmn22nmncoscos)cos1 (tUuLLmLcos高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 合成电压uBE=us+un+uL代入正向传输特性中，其中 中的四阶产物中的 项中的 项就是交调产物。则 表明传送的信息除正常信息1外，还有干扰信息2及其谐波22 。说明交叉调制干扰实质上是通过非线性作用将干扰信号的包络解调出来，而后调制到中频载频上去

59、。 由交调干扰的表示式看出，如果有用信号消失，即Usm=0，则交调产物为零。所以交调干扰与有用信号并存，它是通过有用信号而起作用的。 4BEuL2ns412uuuatUUUa)cos(3sLLmsm2nm4tUtmUtmUa)cos()cos1 ()cos1 (3sLLm11sm2222nm4tUUUa)cos(3sLLmsm2nm4ttmtmtmUUUaI11222222Lmsm2nm4cos)cos1)(coscos21 (3高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 同时也可以看出，它与干扰的载频n无关。任何频率的强干扰都可能形成交调，只是n与s相差越大，受前端

60、电路的抑制越大，形成的干扰越弱。 混频器的交调干扰是4次方项产生，其中本振电压占一阶，故常称为三阶交调。 除了4次方项以外，非线性特性的更高偶次方项也可产生交调干扰，但幅值较小，一般可不考虑。 减小交叉调制干扰的方法 主要是提高前端高频放大器和混频器输入回路的选择性； 选取合适的混频电路形式，减小混频器特性4次方以上项产生的影响。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 8.6.4 互调干扰(互调失真) 1.什么是互调干扰? 两个或多个干扰电压同时作用在混频器输入端，经混频器，产生近似中频的组合频率，进入中放通带内形成干扰。 2.互调干扰产生的分析 产生互调干扰应