第六章调幅、检波及混频

1、音频放大音频放大调制器调制器激励放大激励放大输出功输出功率放大率放大话话筒筒载波载波振荡器振荡器音频放大音频放大解调解调器器中频放大中频放大滤波滤波混频器混频器天线开关天线开关扬扬声声器器高频放大高频放大本地本地振荡器振荡器知识点：知识点： 1.1.调幅（调幅（AMAM、DSBDSB、SSBSSB）信号分析信号分析 振幅调制及解调振幅调制及解调电路电路 2.2.混频混频原理与电路原理与电路 混频器中的混频器中的干扰干扰 第第5章章 振幅调制及其解调、混频振幅调制及其解调、混频 分类：分类：调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制调幅调幅调相调相脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编

2、码调制调频调频脉位调制脉位调制调制调制：用：用调制信号调制信号（ ）去控制）去控制载波载波（ 或或 ）某个参数的）某个参数的 过程。得到的信号称为过程。得到的信号称为已调波已调波. . ( )uf t或cUci振幅调制（振幅调制（AM）：由调制信号去控制载波的振幅：由调制信号去控制载波的振幅 ，使已调，使已调 信号的幅度随调制信号线性变化。信号的幅度随调制信号线性变化。( (频率、相位不变频率、相位不变) ):DSBSCSSBSAMC普通调幅抑制载波的双边带调制抑制载波的单边带调制1. AM波的数学表示式、波形波的数学表示式、波形设：载波信号设：载波信号调制信号调制信号 则根据则根据AM信号定

3、义，有：信号定义，有： AMm( )( )cosctUttu其中：其中： 反映了调幅的强弱，反映了调幅的强弱，常用百分数表示。常用百分数表示。coscccuUtcosuUt( )cos(1cos)mcacUtUk UtUmt称为AM信号的。反映调制包络信号的变化。 调制灵度敏调制灵度敏。一般由调制电路确定。一般由调制电路确定。ak ：调幅度调幅度（调制度）（调制度）caccUUkUUm5.1 AM、DSB、SSB信号分析，实现模型信号分析，实现模型 一、一、AM波信号分析波信号分析(3个方面个方面)1mt01mt01mt00tut0cu过调幅(失真)maxminmaxminammcmmk VU

4、UmUUU1m 必须保证：图图6.1 AM波的波形波的波形2、AM波的频谱波的频谱 2AMB 单频调制时单频调制时AMAM波的带宽波的带宽: :AM( )(1cos)c()(oscoscos)cos22cccccccctUmttmmUtUtUtuucuAMu 调制信号载波调幅波上边频下边频cc c上边频、下边频关于载频对称,相对于载波的位置仅取决于调制信号的频率；两个边频的幅度上边频、下边频都含完相等，且与调制信号的整的调制信息：幅度成正比。单频调幅时单频调幅时:AM0nnnnn( )1cos1cos11cosc( )cos(os()cos(22)aacccccccnnncncnnnkktUt

5、UtUUUtmtftUmt t u信号信号带宽：带宽：max2B 一般信号的调幅一般信号的调幅:c maxc调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波c+max上边带c-max下边带上、下边带的频谱结构与调制信号的各频率分量的没有改变。上边带、下边带关于载频对称。载波的幅度不变。 边带的幅度随调制信号幅度变化。边带频谱结构相同：相的相对位置随调制对幅度及相对信号频位置率变化。 将将AM波输送至电阻波输送至电阻RL，则得出，则得出如下功率：如下功率：0c c 2cmU2cmUccUAM( )(1cos)coscctUmttu载波功率载波功率:单边频功率单边频功率: :AM信号的功率信号的功率：2

6、2122cCccLLuUPdtRR（）221()224ccLmUmPPR单边频212(1)22avccmPPdtPPP单边频（）边频功率与载波功率的比值边频功率与载波功率的比值：22m边频功率载波功率调幅波的最大功率、最小功率：调幅波的最大功率、最小功率： 22maxmin11ccPPmPPm3、AM波的功率波的功率1/2/3cavmPP功率利时：用率低。例例5.1 有一调幅波，幅度最大值为有一调幅波，幅度最大值为16V，最小值为，最小值为4V，载波频，载波频率为率为2MHz，调制信号频率为，调制信号频率为400Hz。求：求： 调幅度；写出数学表示式；调幅度；写出数学表示式； 画出调幅波的频谱

7、图；画出调幅波的频谱图； 各频率分量的功率（负载电阻为各频率分量的功率（负载电阻为10欧姆）。欧姆）。二、二、DSB信号信号 ( )1coscos2DSBacacccutk u uk U Utt双边带信号：将双边带信号：将AM波中的载波抑波中的载波抑 制掉得到的信号。制掉得到的信号。双边带信号的带宽双边带信号的带宽：2B ut00tcu0)(tuDSBtUtucos)(00180ucuAMu 调制信号载波调幅波上边频下边频cccDSBDSB信号的特点：信号的特点：1.DSB1.DSB信号的包络与不再反映信号的包络与不再反映调制信号的形状调制信号的形状, ,原因是原因是包络正比于包络正比于调制信

8、号的调制信号的绝对值绝对值。2.DSB2.DSB信号的相位在调制信号信号的相位在调制信号过过0 0时要突变时要突变180180度。度。3.3.载波被抑制掉了。带宽和载波被抑制掉了。带宽和AMAM相同。上、下边频都相同。上、下边频都含调制信号的完整信息含调制信号的完整信息. .三三. SSB ( )cos()( )cos()SSBcSSBcutUtutUt或 SSB信号：将信号：将DSB信号中一个边带抑制掉而得到的信号。信号中一个边带抑制掉而得到的信号。SSBSSB信号波形的包络与调制信号完全不同。信号波形的包络与调制信号完全不同。带宽：带宽：2B 调制信号cuAMu 载波调幅波上边频下边频cc

9、cSSBSSB信号的特点：信号的特点：1. SSB1. SSB信号的振幅与调制信号的振幅成线性关系信号的振幅与调制信号的振幅成线性关系, ,包络与调制包络与调制信号的包络相同。信号的包络相同。2. 2. 带宽只是带宽只是AMAM和和DSBDSB信号带宽的一半。信号带宽的一半。3. SSB3. SSB信号的频率随调制信号频率的变化而变化。信号的频率随调制信号频率的变化而变化。uSSB(t)0tfc FU 单音调制时单音调制时SSB信号的波形信号的波形双音调制时双音调制时SSB信号波形及频谱见图信号波形及频谱见图6.9.四、实现模型四、实现模型 1.AM信号实现模型信号实现模型AM( )(cos)

10、coscctUkUttu2.DSB信号实现模型：信号实现模型：3.SSB信号实现模型：信号实现模型：滤波法：滤波法：coscossinsincos()cccttttt相移法：相移法：ucu90相移90相移SSBu 实现所有实现所有f分量都相移分量都相移90o很难。很难。 1.1.在频域，振幅调制是将调制信号的频谱不失真地从低频搬移在频域，振幅调制是将调制信号的频谱不失真地从低频搬移到载波频率的两侧（到载波频率的两侧（DSBDSB）或一侧（）或一侧（SSBSSB）。）。 2.2.从功率上讲，从功率上讲，AMAM的功率利用是不充分的；的功率利用是不充分的；DSBDSB载波分量被抑制，载波分量被抑制

11、，功率利用较充分；功率利用较充分；SSBSSB不但功率利用率高且它所占用频带比不但功率利用率高且它所占用频带比AM AM 、 DSBDSB减小了一半。频带利用充分。减小了一半。频带利用充分。小结：小结： 6.2 振幅调制及解调电路振幅调制及解调电路 调制分类调制分类( (按功率电平按功率电平) )：高电平调制、低电平调制。高电平调制、低电平调制。 低电平调制：低电平调制：将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，将调制和功放分开，调制后的信号电平较低， 还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。 DSBDSB、SSBSSB以及调频（以及调频（FM

12、FM）信号均采用这种方式。）信号均采用这种方式。 调制效率高调制效率高调制线性范围大调制线性范围大失真要小失真要小 高电平调制：高电平调制：将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再 放大就可直接发送出去。这种调制主要用于形成放大就可直接发送出去。这种调制主要用于形成 AM信号。信号。对调制器的主要要求：对调制器的主要要求：下面讲述下面讲述AMAM、DSBDSB、SSBSSB的调制电路。的调制电路。重点讨论重点讨论低电平调制电路低电平调制电路低电平调制电路低电平调制电路二极管调制器二极管调制器晶体管调制器晶体管调制器集成模拟调制器集成模拟调制器一一.高电平

13、高电平AM调制电路调制电路 AM信号一般用于无线广播，多采用高电平调制方式。信号一般用于无线广播，多采用高电平调制方式。 (1)(1)集电极调幅集电极调幅ucT1EcT2Ec0uuAMT3图图6-12 集电极调幅集电极调幅电路电路载波调制信号过压状态(a)t(b)ttttuCEc0 uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区过压区 cE （2）基极调幅基极调幅cuu1C2C3C4C5C6CBCBL1BLLR1RcEbEbubcrEmaxbE0bEminbE1cI1cI00t欠压区过压区图图6-14 基极调幅基极调幅电路电路t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic

14、1ub00ttEb0EbmaxEbcr 集电极调幅：效率高、线性好，所需调制信号的功率大。集电极调幅：效率高、线性好，所需调制信号的功率大。 适合于较大功率调幅发射机中。适合于较大功率调幅发射机中。 基极调幅：所需调制信号的功率小，但效率低、线性较差。基极调幅：所需调制信号的功率小，但效率低、线性较差。高电平调幅小结：高电平调幅小结：根据前面AM、DSB、SSB信号的分析可知： 这3种信号都是将调制信号的频谱搬移到载频上去（允许取一部分），搬移前后的频谱结构不变，是频谱的线性搬移。可见：频谱线性搬移电路能完成调制的功能。二二. . 低电平调制电路（低电平调制电路（ AM、DSB ） 知识点：知

15、识点：二极管调制二极管调制( (单二极管电路、平衡二极管电路单二极管电路、平衡二极管电路); ); 模拟乘法器调制模拟乘法器调制. . 1.单二极管调制电路单二极管调制电路（只能产生（只能产生AM信号）信号）电路结构：电路结构：12:cosDccccVpuuuuUtUUU二极管导通电压二极管端电压输入信号为小信号控制信号且:、0.5v(大信号),Di图5.5 二极管等效电路 大信号大信号 使二极管工作于截止区和导通区，其非线性可使二极管工作于截止区和导通区，其非线性可忽略，将忽略，将二极管等效为：二极管等效为：导通电阻导通电阻rD与开关与开关S串联。串联。2u222000pppDDdUVVVg

16、 uuiu通常有，（或加一固定偏压抵消），这时可令=0，故：（二极管伏安特性）1/DDgrDgDiDupVDu二极管等效电路二极管等效电路工作原理：工作原理：频谱搬移如何实现？22222202222DDDg untnintn2()( )DDDDiug Ktg t u上式可用单向开关函数 （周期与u2相同)表示：即：12( ):()Dog tuuuu其中时变电导； 忽略输出电压 的反作用2()Kt2222212222()302222untnKtuntn正半周负半周2t02t012t)u22222121222()coscos3cos52352( 1)cos(21)(21)nKttttntn 级数展

17、开：则：则：2112222211121121122221112112coscoscos222322cos4cos152cos22cos(3)cos(3)3322cos(5)cos()()555DDDDDDDDDDDDgggiUUtUtg Utg Utg Utg Utg Utg Utg Utg Ut2222()1222coscos3cos5235coscosDDDDDccDig Kt ugtttuUtUtu 由上式可知，流过二极管的电流由上式可知，流过二极管的电流iD中的频率分量中的频率分量有有:图图6.16 单二极管调制电路频谱单二极管调制电路频谱122211.2.23.(21)0,1,2,3

18、,.nnn、（1）、电路结构等效电路可进一步减少单二极管电路中不需要的频率成分。可进一步减少单二极管电路中不需要的频率成分。a.T1二次与二次与T2一次绕组具有中心抽头，并上下严格对称；一次绕组具有中心抽头，并上下严格对称；b.D1、D2为近似理想开关二极管为近似理想开关二极管.电路特点： 2.二极管平衡调制电路二极管平衡调制电路(AM、DSB): （2）、原理分析 二极管大信号工作，等效导通电阻等效导通电阻rD与开关与开关S串联。串联。122121uuuuuuDD两个管的导通、截止时间相同，故开关函数相同：11212222()()DDDDDDiig Kt uiig Kt u负载电流（T2次级

19、电流）：11111222221212212112()2()cosLLLLLDDNNiiiiiiNNiiiiig Ktug Kt Ut忽略输出电压的反作用，忽略输出电压的反作用，二极管的端电压为：1N2N1N结论：1）可以频率变换（n=0）. 2）频率成分比单二极管电路大大减少. 输出电流的频率成分： 1212121111211212coscoscos2()(2cos(3)cos(3).33)DgDLDDDgig UtUtUtggUtUt1211.2.(21)0,1,2,nn122211.2.23.(21)0,1,2,3,.nnn、1201201.( )2.( )ccuuuuu tAMuuuuu

20、 tDSB、时：为信号；、时：为结果讨论：信号； 图图6-20 二极管平衡调制器产生二极管平衡调制器产生DSB3、改进型平衡电路 -二极管桥式电路 特点：21()oABuuKt u2200uu时，4个二极管同时截止，A、B开路；时，4个二极管同时导通，A、B短路。a) u2正半周时b) U2负半周时 （1）、电路结构3.二极管二极管双平衡调制双平衡调制电路（环形电路）电路（环形电路）214212342123400uDDuD DD DuD DD D大信号使工作于开关状态：（正半周）时：导通，截止；（负半周）时：截止，导通；图图5.9 双平衡双平衡（2）、工作原理分析121234()()LLLDD

21、DDiiiiiii2212121222122()()2()2)(LDTLDDuig Ktuuigg KtKuut （正半周：分析见二极管平衡电路负）半周：则负载总电流：21212()()22()DDgugKtKtKtu222221222210()()()104444coscos3cos5.( 1)cos(21).35(21)nuKtKtKtutttntn 图5.10 双向开关函数2()KttnntKnn2112) 12cos() 12(4) 1()(21411121122114coscos44cos(3)cos(3).3(3)()LDDDDig Utg Utg Utg Ut输出的频率成分：21

22、2()LDigKtu111cosuUt21(21)0,1,2,nn1211.2.(21)0,1,2,nn结论：1.能实现频谱搬移； 2.频率成分比单平衡电路更少，幅度是单平衡的2倍。0( )cuuu tDSB双平衡电路中，交换 和的注位置，依然是意：信号。图 MC1596的内部电路 4.集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路 集成模拟乘法器的核心是双差分电路。集成模拟乘法器的核心是双差分电路。反馈电阻21120210122102126262226tanh()2226260()2oTToTToTUmVUmVvviIVVUmVUIvivVVUmVUmVIiv KtV、时：、任意：线性时变状态

23、、：开关工作状态扩展动扩展动态范围态范围调整调整调制调制度度调整调整调制调制度度补偿失补偿失调电压调电压调整静调整静态电流态电流扩展线扩展线性范围性范围可单端或可单端或双端输出双端输出差分对电路 相乘器相乘器是频谱搬移的核心。是频谱搬移的核心。 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器是以差动放大电路为基础，采是以差动放大电路为基础，采用变换跨导的方法实现乘法。用变换跨导的方法实现乘法。一、差动电路的传输特性一、差动电路的传输特性 1.1.电路电路( (差动输入双端输出差动输入双端输出) )0:uI差动输入电压；恒流源；12000120/ 2()()22eeccIIIIIiiIIILR2.传输特性

24、()oi负载电流 与输入信号的关系122122126(1)/ 1/ 1bebeTTTTuquVKTcessTuVocccbebeuVcouVcoiiI eI eVmVIiiieuuuiIeiIe根据因此：其中即：（）同理：（）112tanhtanh22222211tanh22222112TTToouVoooocuuTVooccTTVIIIIIIIuuiIeuVeeViiV即：同理因此：（）120tanh2ocTcuiIiVi212112()()ccccLooccLccLLLuuEi REi RuiiiRRR1101121111111tanhtanh(221.tanh( )2222.tanh()

25、23.th( )cos(21)262602626:/20TToTTTTnTnTUuVVuuUmVUmVmVuiI tUVVVuKtVuxntxUVmVV1时：（线性关系）时=cost)的特点：，则（限幅、：时开关状态）0( )tanh2oTuiI tV二单差分对管相乘器二单差分对管相乘器 电路电路 工作原理工作原理 22203112110021200Re( )(1( )(1)(1)Retanhtanh2226()12eeeeoToeeTeTuEuuI tiEEuuiVVuuUmViIEVEIuI tEuIu （）因为故：当时：通过乘积项实现频（谱式5.70）线性搬移。二单差分对管相乘器二单差分

26、对管相乘器 实现调制实现调制112200101220201135(1)tanh2( )cos( )cos3( )cos5.tanh2(1)(1cos)( )(1cos) cos(1oTcoeoLcceTcoeccuIEuVxtxtxtuiVuuuuuiIEImtuRx ImttuuAMuuuiIE （式5.70）1.令、则：经滤波后的输出电压为： 、则：信号2.令11010350)(1cos)( )tanh2( )cos( )ccosos3( )cos5.coscoscos.oLcTccuVxtxtxImtuRx I mttUttt 经滤波后的输出电压为： 信号 DSB 6.2 调幅信号的解调

27、调幅信号的解调 解调：解调：从已调信号中恢复调制信号的过程。又称从已调信号中恢复调制信号的过程。又称检波检波。解调实质：解调实质：解调是调制的逆过程。从频谱看，实质是解调是调制的逆过程。从频谱看，实质是频谱线性搬频谱线性搬移移（将高频端搬至低频端，与调制中的搬移刚好相反）。因此，（将高频端搬至低频端，与调制中的搬移刚好相反）。因此，频谱线性搬移电路均有解调功能。频谱线性搬移电路均有解调功能。调幅信号的解调方法：调幅信号的解调方法：二极管检波器（串联、并联）二极管检波器（串联、并联）模拟乘法器模拟乘法器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小工作特点工作特点同步检波器同步检波器（

28、乘积、叠加）（乘积、叠加）小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器包络检波器包络检波器（峰值、平均（峰值、平均包络包络）一一.包络检波器（原理、性能指标）包络检波器（原理、性能指标） 定义定义:检波检波输出电压输出电压与输入已调波的与输入已调波的包络包络成正比成正比.(只用于只用于AM)图图6.30 包络检波原理及框图包络检波原理及框图电路组成：电路组成：1.输入回路（即中放末级输出电路）；输入回路（即中放末级输出电路）； 2.检波二极管（导通电压小、检波二极管（导通电压小、rD小的锗管）；小的锗管）； 3.负载电路（即低通滤波器，负载电路（即低通滤波器， C:C:高频短路、低频开路高

29、频短路、低频开路） 要求输入信号要求输入信号0.5V,0.5V,故称大信号检波器故称大信号检波器 1.二极管二极管峰值包络峰值包络检波原理（检波原理（二极管串联大信号检波器二极管串联大信号检波器）iuDVouRCouCRiuouCRiu00cu通断通断DittA.检波过程暂态稳态 （C的充电量与C的放电量达到动态平衡）。0maxDiouDuDuDiDiiuDVouRC0diuuu0avavuUuU cDavavavuiII RU 1.检波器过程是C的充、放电过程； 2.稳态时，二极管电流为窄脉冲序列（即：通角很小）。 值略小于信号峰值，二极管只在峰值附近导通 3.（直检波过程的几点结论：有用输

30、流分量） 高频交流量出电压为：分t0t)(tuc0( )oUt图图6-36 AM信号检波的信号检波的 输出电压波形输出电压波形图图6-37 AM信号检波时二极管信号检波时二极管 的电压、电流波形的电压、电流波形0( )( )iUtu t的波形与的包络相同。( )dcUut0Di0Du( )oUtDuDi0( )( )DAMuutU tB.AM信号检波的输出电压：0( )U tCRu(a)RgCgCRUdc(b)CRdcuU（、）C.检波器的输出电路udcU传输系数传输系数 ：描述解调能力：描述解调能力2.2.性能指标：电压性能指标：电压传输系数、输入阻抗、非线性失真传输系数、输入阻抗、非线性失

31、真dK:mocUUmU载波幅度；：输出的直流电压已调波包络的振幅。cosodmcUUKUmU000( )cos0coscosDimccmuu tUUtUUtU通角 ：3d3 ()g R常数00DmD0max0maxmaxm003costan/()(sincos )( )()(1 cos )( )(sincos )/ (1 cos )tan/3(50)mmDDDDDDmdUI Rg RUUU gIiig ugUUg Ug R ddKg R线性检波 关系输入电阻输入电阻 ： iR1D1(sincos)2mimURRIg1:mmDUIi载波电压振幅： 的基频电流振幅图图 中频放大器与检波器级联中频放

32、大器与检波器级联mD1mmax1(sin cos )( )U gIi 3250sin/6cos1/ 2Dg R 时： 3d3g R（3）检波器的失真）检波器的失真 2maxmaxmax1 mRCm 惰性失真惰性失真 现象：现象： 不失真条件：不失真条件： 0uCtui 原因：原因：RCRC太大，放电速度小于包络太大，放电速度小于包络 下降的速度，下降的速度，使二极管在若干个载波周期内不导通所致。使二极管在若干个载波周期内不导通所致。11111(1cos)t tRCcccmCuu etuUmt放电的方程： （从 时刻开始）(1cos)mUmt1(1)(1cos)ttcRCRCsmuUeettUm

33、tt放电速度：包络变化速度：（负斜率包络处负斜率包络处）( )/1cuU tttRRRRRmgg 底部切削失真底部切削失真 不失真条件：不失真条件： usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC现象：图现象：图c原因：原因：输出隔直电容使交流输出隔直电容使交流负载与直流负载不相等引起负载与直流负载不相等引起的。的。0max0max(1)gRcgCcRcguUUmuRCUUUURR检波二极管正常充放电条件：调幅波的最小幅度：较大减小底部切削失真的电路 ：C1(a)C2R2RgCgR1(b)射随器RRg1212/ /gRRRRRRRC3放 大20R382 k 6 V10 k R4

34、Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k 5 100 pF5 100 pFCg10C2检波器检波器音量调节音量调节R4R4、C3C3自自动增动增益控益控制制AGCAGC（4）设计中应该考虑的问题设计中应该考虑的问题图图6.45 6.45 峰值检波典型电路峰值检波典型电路121max1222/0.10.2:;/0.10.2(2)1211dDDidiigdgdcKCRRRRmRRRRRkmmRRmKRRCCRCTmR要求r 和小。可选系列。2.R、C:主要考虑对R、K 、失真的影响。要求：，且 （ 大，则其分压也大，会使K 过小）避免负1.二极管：2AP(1)R峰切削失真，要求：和高频滤波要求

35、避免惰性失真，：要求：:取几maxma2x10.01/ 2CFCCmC：一般取；检波器元件的选择检波器元件的选择Us0.01uF10uF2AP94.7K10KBCA例：检波电路如图所示，其中例：检波电路如图所示，其中 ，要求：，要求：0.8(10.5cos)cos,5,scuttV FkHz465,125DcfkHz r1.画出画出A,B,C三点波形（定性）；三点波形（定性）；2.检波器的电压传输系数；检波器的电压传输系数；3.输入电阻；输入电阻；4.是否产生惰性失真；是否产生惰性失真；5.是否产生底部切割失真。是否产生底部切割失真。（5 5）同步检波）同步检波 1.1.乘积型乘积型 LPFr

36、usuoucoscoscos()1coscos() cos()2srscrsrrcrcu uUtttUUtttttuuusrocoscos21恢复载波与发射载波同频同相时：恢复载波与发射载波同频同相时： tUuoocos恢复载波与发射载频有一定的频差：恢复载波与发射载频有一定的频差： cos cosoocuUtt恢复载波与发射载频有一定的相差：恢复载波与发射载频有一定的相差：cos cosoouUt讨论：讨论：2.2.叠加型叠加型 222( )(cos)sinsin( )arctancosmrsssrsUtUUtUtUttUUtttUttUtUucscscsssinsincoscos)cos(

37、tUtUucrrrrcoscos)(cos)(sinsincos)cos(tttUttUtUtUuucmcscrsrs2222( )2cos1 ()2cos12cos1cosssmrsrsrrrrrUUUtUUU UtUtUUUmmtUmt )cos1 ()(tmUKtUKurdmdosuou包检包检ru1m（时）():()()scLLIIufufuf已调波信号：本振信号：中频信号。ffLfcf)(csfu)(LLfuIf)(IIfu000混频器1.定义定义：将输入已调波的载频变换成中频，而保持其频谱结构不变。：将输入已调波的载频变换成中频，而保持其频谱结构不变。 也称也称“变频变频”.2.功

38、能功能：频谱线性搬移，为一六端网络。频谱线性搬移，为一六端网络。常用的中频数值：常用的中频数值：465kHz，500kHz，1MHz，1.5MHz， 4.3MHz， 5MHz， 10.7MHz，21.4MHz，38MHz，70MHz，140MHz第第6.3节节 混频原理与电路混频原理与电路(ILcILcffffff或）图图6-51 混频器功能混频器功能一、概述一、概述0000fffcfc00ff(a)(b)ff00(c)ffffcfcfLfI已调信号已调信号本振电压本振电压乘积：乘积： ttUucSScoscosttUuIIIcoscostUuLLLcos经带通滤波器取出中频电压为经带通滤波器

39、取出中频电压为 IuBPFLuousu非线性器件BPFIuLuou3.混频器的基本原理混频器的基本原理 混频器实现频谱的线性搬移，关键是混频器实现频谱的线性搬移，关键是乘法器乘法器。coscoscos1coscos()cos() 2LcLSSLcLSLLcu uU UtttU Uttt1）变频增益变频增益 20lg()IIvcvcssUUKKdBUU电压增益电压增益：功率增益：功率增益： 10lg()IIpcpcssPPKKdBPP2）噪声系数：噪声系数：描述混频器对传输信号信噪比的影响程度。描述混频器对传输信号信噪比的影响程度。 )926 ()()(中频频率输出信噪比信号频率输入信噪比FN4

40、.主要指标主要指标 变频增益大，有利于提高接收机的灵敏度变频增益大，有利于提高接收机的灵敏度。3）失真与干扰失真与干扰 失真：频率失真、非线性失真失真：频率失真、非线性失真 。干扰：输入的干扰信号因混频器的非线性产生接近中频的组合频干扰：输入的干扰信号因混频器的非线性产生接近中频的组合频率，对中频信号形成干扰。率，对中频信号形成干扰。 FN混频器输入信号的下限取决于电平。4）1dB压缩电平压缩电平 原因是混频器的非线性。原因是混频器的非线性。 5）选择性选择性 要求中频输出回路有良好的选择性。要求中频输出回路有良好的选择性。3dB3dB压缩 电平输入电平/dB输出电平/dB输出电平实际值低于理

41、想值输出电平实际值低于理想值1dB1dB时对应的输入信号电平。时对应的输入信号电平。是混频器输入信号的上限电平。抑制中频以外的信号干扰的能力。抑制中频以外的信号干扰的能力。二二.混频电路混频电路111( )cos11( )cos22mmLLCmmLLggtdtgggtdt其中：1.三极管混频器三极管混频器 111cos()21cos2coscos(6 94)ImsLcmsIcsIIIig Utg UtgUtIt ciIff 0sucEbELu( )bbLsLILcE tEuUUfff时变偏置电压：输出回路调谐于中频A.A.工作原理工作原理ciIff 0sucEbELu021000()()( )

42、( )()( )( )( )( )( )c( )os2(693coscos)cbessbbssLcmscmcmLmLbbmLscif uf ufuf E tf E tuUUItgtuItgtItggtuEE tgtUt泰勒级数展开，时取前两项（：时变工作点电流；：时变电导）( )( )( )bebcbuEtmbedif E tgtdu其中分析分析: :则中频电流：则中频电流： 1111cos()cos22coscos(694)ImsLcmsIcsIIIig Utg Utg UtIt变频跨导：变频跨导：描述混频器将输入电压转换为中频电流的能力。描述混频器将输入电压转换为中频电流的能力。 1111

43、1( )cos( )cos22mmLLCmmLLggtdtgggtdt 1mmmcLmcLmcL在g 线性区，g 与U 成正比；在g 弯曲区，g 随U 缓慢增大；在g 下降区，g (t)出现凹陷，使g减小，故g 随U 的增大而减小。LUgmgm(t)ube00tgcEb011bmbbbmmEEEEccmcmcL较小时，g也小，故g 小；增大时，g 线性增大；较大时，进入g 弯曲区，g 随缓慢增大；在g 下降区，g (t)出现凹陷，使g减小，故g 随U 的增大而减小。usuL(a)usuL(b)CLusuL(c)B.混频器本振注入方式：混频器本振注入方式： sLuu本振注入的注意事项：1.应避免

44、 、之间相互影响（频率牵引、本振辐射）；2.确保中频电流畅通。基极注入射极注入C.C.实际电路举例实际电路举例D.D.三极管混频特点三极管混频特点优点：有变频增益优点：有变频增益 缺点：缺点：1 1）动态范围较小）动态范围较小 2 2）组合频率干扰严重）组合频率干扰严重 3 3）噪声较大）噪声较大 4 4）存在本地辐射）存在本地辐射2cos2()112(cos3)cos223LoDLsDLscig KtugtUtt 输出端接中频滤波器，则输出中频电压输出端接中频滤波器，则输出中频电压uI为为22cos()cosIL IL ILDsLsIIuR iR iR g UtUt2.二极管混频电路二极管混

45、频电路usUIfsfIuL:0.5 ()sLLsLuuUUUV已调信号：本振信号，且大信号工作图图6.61二极管平衡混频器二极管平衡混频器2()442(coscos3)3oDLsDLLscig Kt ugttUt经中频滤波后，得输出中频电压经中频滤波后，得输出中频电压: :usuLi2iii1i3i4iiUI图图6.61二极管环形混频器二极管环形混频器4cos()2cosL ILIDDLcIIuR iR g UtUt是二极管平衡混频输出的是二极管平衡混频输出的2倍。倍。干扰：干扰：有用信号之外的其它信号统称为干扰。有用信号之外的其它信号统称为干扰。 主通道主通道:有用输入信号与本振信号混频有用

46、输入信号与本振信号混频得出中频信号的途径。得出中频信号的途径。寄生通道：寄生通道：其它信号其它信号（高放非线性产生的、混频器本身产生的、本振产生的谐波等）（高放非线性产生的、混频器本身产生的、本振产生的谐波等）通过通过混频器的非线性混频器的非线性产生产生另外一些中频分量另外一些中频分量的途径。的途径。混频器存在的干扰混频器存在的干扰：（通过混频器的非线性作用）：（通过混频器的非线性作用） 1.干扰哨声：干扰哨声： 有用信号（或其谐波）与本振的谐波产生的组合频率。有用信号（或其谐波）与本振的谐波产生的组合频率。 2.副波道干扰：干扰信号与本振混频产生的副波道干扰：干扰信号与本振混频产生的组合干扰

47、组合干扰 （也叫寄生通道干扰）（也叫寄生通道干扰） 3.互调干扰：互调干扰：两干扰信号和本振产生的互相调制。两干扰信号和本振产生的互相调制。 4.交调干扰：干扰对有用信号的交叉调制形成。交调干扰：干扰对有用信号的交叉调制形成。 5.阻塞、倒易混频干扰等阻塞、倒易混频干扰等.第第6.4节节 混频器中的干扰混频器中的干扰 非线性器件的伏安特性： ( )Qif uuEv其中在在EQ点泰勒级数展开：点泰勒级数展开：20120nnnnniaa va va va v( )121( )!Qnnv Eafvvuun其中：()1200!()!nn mmnnmniauum nm再根据二项式定理 即 ，得：1212

48、122()()()()0,1,2,pqpqpq输入信号频率的组合:可见：个输入电压时，器件输出电流的频率成分包括1.基频、2.输入信号的各次谐波、3.、12()nuu展开有用频率成分为：12()器件非线性会产生输入频率的组合：器件非线性会产生输入频率的组合：1.干扰哨声干扰哨声 有用信号及本振有用信号及本振,它们的谐波形成的组合频率接近它们的谐波形成的组合频率接近fI,形成干扰形成干扰. Lcfpfqf （6.102） 混频器产生的组合频率分量：混频器产生的组合频率分量： IILcLcIcLffpfqfpfqffqfpf 即：形成干扰的组合为：形成干扰的组合为：111cILcIcIcLcLII

49、pfffqfpfffffpqffpffpqq 若，则称为若（6.104则），变频比cIffpqpq 、 确定后，总能找到满足以上两式的整数 、 ，就是说有确定的干扰点。（）很大时，表示是高阶分量的组合，因幅度小，故注：影响小。()LIcfpfqf 465,931,1396.2()(1 2)4664661,1(3 5)38:467IcLcIcILcILcfkHzfkHzfffkHzffpqpfqfkHzkHzfkHzkHzpfqfkHz 例题调幅接收机的电台的发射频率则接收机的本振分析：、：，检波后出现的哨声阶干扰阶干扰。、，1.5/1.33206.1230.5/460IIcIcIIcIffMH

50、zffffMHzfMHzff1.选择合适频率作为 ，可大大减少干扰点数，且可排除低阶干扰点。 例：短波接收机波段范围230MHz 取时：查表知：干扰点为2、4、6、7、10、11、14、15 影响最大的是2号（3阶）；受干扰频率为抑制干扰哨声方取时：法：查表6.14270/0.0290.436.1422.cIIcIcIffMHzfMHzffffMHz知：干扰点为7、11 影响最大的是7号（7阶）；受干扰频率为取时：查表知：干扰点为12、16、19 影响最大的是12号（7阶）；受干扰频率为正确选择混频器工作状态使电路接近乘法器，可减少组合频率。3.采用合适的混频电路。如：平衡电路、环形电路、乘法

51、器。2.寄生通道干扰寄生通道干扰: 外来干扰与本振形成的组合频率接近中频外来干扰与本振形成的组合频率接近中频, ,形成干扰形成干扰. .01()(0 1)1(1)( )LIJLILcIJImmIJcIJJpfpfqfffffffqqpqffgtgffppffffqq 外来干扰的频率满足，因，得：（一阶干扰）、时，这时，混频器中的项，使混频器对 放大，且 能顺利通过后面各级电路（，6.107在输出端产）中频干扰生干扰。抑制方法：抑制方法： 1.1.提高前端电路的选择性提高前端电路的选择性 （加中频陷波电路（加中频陷波电路L1L1、C1C1）；）；2.2.中频选在工作波段之外。中频选在工作波段之外

52、。 (采用高中频)IJfffcff 0 此干扰信号能够通过寄生通道形成干扰。此干扰信号能够通过寄生通道形成干扰。5801510,2ccJJLLcIILccLIJLIIcLcLIJLIJcLJcfkHzfkHzfffffffffffffffffffffffffffff、 的一般关系例：接收信号时，另一电台信号也进入了混频器，则：可同时收到这 个电台的声音，且还可能出现哨叫。若取，则、见上图 若取，则、 的位置关于 镜像对称。故称为镜：可见：像干扰。Lfcff 0JffIfIf抑制方法：抑制方法：1.1.提高前端电路的选择性；提高前端电路的选择性； 2.提高中频频率。提高中频频率。 1)(1JLI

53、JLIJLJLIJLIppqfffqqfffffffffff（串台、还可能夹杂哨叫）（2阶干扰） ( 、1）时，就是说（2）镜像干： 与 通过混频器产生差频满足（），即时，接收机同时收到其他电台（干扰扰电台）。116.7212JLIJLIJLLIcpfffpqfffqqqfffff ，当时： 可见：干扰对称分布于 两侧，频率分布如图。其中()最靠近 ,故干扰最严重。其它组合副波道干扰其它组合副波道干扰(p、q取其他值取其他值) 抑制方法：抑制方法：提高前端电路的选择性；提高前端电路的选择性； 采用高中频；采用高中频； 选择合适的混频电路。选择合适的混频电路。 fILff31LcIfff 14L

54、Iff ILff21ILff31ILff41ILff210Lf3.3.交叉调制干扰（交调干扰）交叉调制干扰（交调干扰） （有用信号消失，干扰也消失有用信号消失，干扰也消失） 含义：含义：已调的强干扰信号与有用信号经混频器的非线性作用，已调的强干扰信号与有用信号经混频器的非线性作用，干扰信号上的调制信号被转移到有用信号的载波上，故混频输出干扰信号上的调制信号被转移到有用信号的载波上，故混频输出中出现干扰。中出现干扰。 实质：实质：将干扰信号上的调制信号解调，再调制到中频上，使将干扰信号上的调制信号解调，再调制到中频上，使两个调制信号交叉在一起，形成干扰。两个调制信号交叉在一起，形成干扰。 特点：

55、特点：与本振频率无关；同时听到有用电台和干扰电台的声与本振频率无关；同时听到有用电台和干扰电台的声音，但有用信号消失时，干扰台也随之消失。音，但有用信号消失时，干扰台也随之消失。 4442442222( )1coscoscoscos31coscos231coscos23JsLJJJJJsscLLLJsLJsLJJJsLJJJLcIif ua uuuuuuumttuutuuta ua u u uU U UmttU U UmttU 混频器的泰勒级数展开，其中产生交调干扰的主要是四阶项为设：代入展开后的项6，该项再展开，出现以下项： ） （ 2coscossLJJIU Umtt 抑制方法：抑制方法： 1.1.提高前端电路的选择性使提