混频电路原理与分析

1、6.5混频器原理与电路混频器原理与电路6.5.1概述概述 t f fo 非线性器件 滤波器 混频器 vs v0 t f f0 t vi f fi 本机 振荡器 1. 混频器的作用与组成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固定的频率上(常称为中频常称为中频)，而保持原信号的特征，而保持原信号的特征(如调如调幅规律幅规律)不变。不变。混频器的电路组成如图所示混频器的电路组成如图所示ov oo-So+SvIvSS混频前后的频谱关系混频前后的频谱关系2. 为什么要变频？为什么要变频？变频的优点：变频的优点：1)变频可提高

2、接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性3)工作稳定性好工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好变频的缺点：变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰3. 变频器的分类变频器的分类平衡混频、平衡混频、按器件分：按器件分： 二极管混频器、二极管混频器、三极管混频器三极管混频器、三极管变频器、三极管变频器、场效应管混频器、场效应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、模拟乘法器混频器、按工作特点分：按工作特点分： 单管混频单管混频、环型混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程

3、看：从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、叠加型混频器、乘积型混频器乘积型混频器4. 混频器的性能指标混频器的性能指标1)1)变频变频( (混频混频) )增益增益：混频器输出中频电压混频器输出中频电压Vim与输入信号电压与输入信号电压Vsm的的 幅值之比。幅值之比。2)2)噪声系数：噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。3)3)选择性：选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。抑制中频信号以外的干扰的能力。4)4)非线性干扰：非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。上

4、述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工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。指标相互兼顾，整机取得良好的效果。5)5)工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度 vs(t)v非线性器件vI(t)ivo(t)带通叠加型混频器实现模型332210)(fvavavaavi图示中的非线图示中的非线性器件具有性器件具有如下特性：如下特性：对其对其2 2次方进行分析：次方进行分析：os22o22s22os2222)

5、(vvavavavvava在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到( ( 0 0+ + s s) )和和( ( 0 0- - s s) )。若用带通滤波器取出所需的中频成分。若用带通滤波器取出所需的中频成分( (和频或差和频或差频频) )，可达到混频的目的。，可达到混频的目的。5. 5. 混频器电路类型混频器电路类型1)1)叠加型混频器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：所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：1. 晶体三极管混频器晶体三极管混频器它有一定的混频增益它有一定的混频增益2. 场效应管混频器场效应管混频器它交调

6、、互调干扰少它交调、互调干扰少3. 二极管平衡混频器和环形混频器二极管平衡混频器和环形混频器 它们具有动态范围大它们具有动态范围大组合频率干扰少的优点组合频率干扰少的优点 vs(t)带通vI(t)vL(t)vo(t)乘积型混频器实现模型乘积型混频器由模拟乘法器乘积型混频器由模拟乘法器和带通滤波器组成和带通滤波器组成其实现模型如图所示其实现模型如图所示设输入信号为普通调幅波设输入信号为普通调幅波tcos) tcosm1 (V) t (vsasmstcosV) t (oomov)cos()cos(cos1 (2)()(0000tttmVVKtktssaomsmsvvV采用中心频率不同的带通滤波器采

7、用中心频率不同的带通滤波器( 0 s)或或( 0+ s)则可则可完成低中频混频或高中频混频。完成低中频混频或高中频混频。2)2)乘积型混频器乘积型混频器6.5.2 晶体三极管混频器晶体三极管混频器1. 基本电路和工作原理基本电路和工作原理 vi v0 VCC VBB L1 C1 C2 v ce ic vbe T vs + + L2 + + + + 上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，VBB为基为基极偏置电压，极偏置电压，VCC为集电极直流电压，为集电极直流电压，L1C1组成输入回路，组成输入回路，它谐振于输入信号频率它谐振于输入信号频率 s。L2C2

8、组成输出中频回路，它谐振组成输出中频回路，它谐振于中频于中频 i= o s。 设输入信号设输入信号 ，本振电压，本振电压) t (cosVssmsvtcosVooovsoBBbeVvvv实际上，发射结上作用有三个电压实际上，发射结上作用有三个电压晶体管混频原理电路，其电路组态可归为晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4 4种电路形式种电路形式 fi+vsvofi+vsvofi+vsvofi+vsvo(a)(b)(c)(d) 图图(a)(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

9、频率牵引现象，这是它的缺点。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。 图图(b)(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，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。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。 图图(c)(c)和和(d)(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增两种电路都是共基

10、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时( (几十几十MHz)MHz)，因为共基电路的截止频率，因为共基电路的截止频率f f 比共发电路的比共发电路的f f 要大很多，所以变频要大很多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。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晶体管混频器的分析方法1.1.幂级数分析法幂级数分析法2.2.变跨导分析法变跨导分析法在混频时，混频管可看着一个参数在混频时，混频管可看着一个参数(跨导

11、跨导)在改变的线在改变的线性元件，即变跨导线件元件。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。量分析。i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ 由于信号电压由于信号电压Vsm很小，无论很小，无论它工作在特性曲线的哪个区域，都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可以认为特性曲线是线性的(如图上如图

12、上ab、a b 和和a b 三段的斜率是不同三段的斜率是不同的的)。因此，在晶体管混频器的分析。因此，在晶体管混频器的分析中，我们中，我们将晶体管视为一个跨导随将晶体管视为一个跨导随本振信号变化的线性参变元件本振信号变化的线性参变元件。变跨导分析法变跨导分析法因因VoVsm使晶体管工作在线使晶体管工作在线性时变状态，所以晶体管集电极静性时变状态，所以晶体管集电极静态电流态电流ic(t)和跨导和跨导gm(t)均随均随 作周作周期性变化。期性变化。ov VBB 0 0 iC t vBE vBE a b a b a b 加加电电压压后后的的晶晶体体管管转转移移特特性性曲曲线线 时变电导时变电导v0v

13、s 由于信号由于信号vs远小于远小于v0，可以近似认为对器件的工作状态，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变化没有影响。此时流过器件的电流为 i(t) = f(v)= f(v0+ vs+ vBB) 可将可将v0+ vBB看成器件的交变工作点，则看成器件的交变工作点，则i(t)可在其工作可在其工作点点(v0+ vBB)处展开为泰勒级数处展开为泰勒级数 由于由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各项，则的值很小，可以忽略二次方及其以上各项，则i(t)近似为近似为 nsBB(n)sBBsBBBB)vV(vfn!)vV(vf!)vV(vf)Vf(vi(t)02000121

14、sBBBB)vvf(V)vf(Vi(t)00 其中其中f(v0+vBB)是是vs=0时仅随时仅随v0变化的电流，称变化的电流，称为时变静态电流，为时变静态电流，f (v0+ vBB)随随v0+vBB而变化，称而变化，称为时变电导为时变电导g(t)，电流可以写为电流可以写为 i(t) Io(t)+g(t) vs(t) 将将 vBB+v0=VBB+V0mcos0t vs= Vsmcosst 代入式展开并整理，得代入式展开并整理，得tVtgtggtItIIssmocmcmcccos)2coscos()2coscos(020102010itgtgtgtgtgVtItIItVtgtggtItIIsoso

15、sosososococlcossooococlcoc)2cos(2)2cos(2)cos(2)cos(2cos2coscoscos)2coscos()2coscos(221122102i若中频频率取差频若中频频率取差频 ，则混频后输出的中频电流为则混频后输出的中频电流为其振幅为其振幅为 soit )cos(V2gsosm1iism1iV2gI 由上式引出变频跨导由上式引出变频跨导gc的概念，它的定义为的概念，它的定义为 121gVIgSmic 输输入入高高频频电电压压振振幅幅 输输出出中中频频电电流流振振幅幅输出的中频电流振幅输出的中频电流振幅Ii与输入高频信号电压的振幅与输入高频信号电压的振

16、幅Vs成正比。若高频信号电压振幅成正比。若高频信号电压振幅Vsm按一定规律变化，按一定规律变化，则中频电流振幅则中频电流振幅Ii也按相同的规律变化。也按相同的规律变化。 sm1iV2gI 混频器除混频跨导外，还有输入导纳、输出导纳、混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。放大器时所用的等效电路来分析混频器的参数。 bvsvisgcebbbcbcc(

17、a)Cbegcvbegbe+svsgbe+CbebbIs(b)晶体管混频器的主要参数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 混频输入导纳为输入信号电流与输入信号电压之比，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一步的简化。混频器的输入回路调谐于 s，输出回路调谐，输出回路调谐于于 1。对频率。对频率 s而言，输出可视为短路，同时考虑到而言，输出可视为短路，同时考虑到Cb eCb c，由此得到输入等效电路如图所示，并可以算出，由此得到输入等

18、效电路如图所示，并可以算出混频输入导纳为混频输入导纳为输入导纳的电导部分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。的电容中去。bbebsebsbbebsbbebsebicicsmsmicCCjCCgjbgVIY2222222112bb2eb2sbb2cb2sebicC1Cgg混频输出导纳为输出中频电混频输出导纳为输出中频电流与输出电压之比，输出导流与输出电压之比，输出导纳是对中频纳是对中频 i而言在输出端而言在输出端呈现的导纳。因此，调谐于呈现的导纳。因此，调谐于 s的输入回路可视为短路，的输入回路可视为短路

19、，得到输出等效电路如图所示，得到输出等效电路如图所示，并可算出混频输出导纳为并可算出混频输出导纳为222321)(1)(1)(bbebicbibbcbbebicbbbbicceocociiiOCCCgjCcCCggjbgVIIIVIYCbc Ii I1 vbe gce Cbe gcvbe gbe + I3 I2 vi bb 输出等效电路输出等效电路输出导纳中的电导为输出导纳中的电导为 22)(1)(bbebicbebbbicceocCCCggg(2) 混混频输出导纳频输出导纳 在混频中，由于输入是高频在混频中，由于输入是高频信号，而输出是中频信号，二者信号，而输出是中频信号，二者频率相差较远，

20、所以输出中频信频率相差较远，所以输出中频信号通常不会在输入端造成反馈，号通常不会在输入端造成反馈，电容电容Cb c的作用可忽略。另外，的作用可忽略。另外，gce一般远小于负载电导一般远小于负载电导GL ，其作用其作用也可以忽略。由此可得到晶体管也可以忽略。由此可得到晶体管混频器的转移等效电路如图所示混频器的转移等效电路如图所示vsGLCbegcvbegbe+bbb+vbeCet2cosgtcosgg) t (go2o10(3) 混频跨导混频跨导 gc晶体管混频器的转移等效电路晶体管混频器的转移等效电路121gVIgSmic 输输入入高高频频电电压压振振幅幅 输输出出中中频频电电流流振振幅幅1s

21、icg21VIg 由于由于g(t)是一个很复杂的函数，因此要从上式来是一个很复杂的函数，因此要从上式来求求g1是比较困难的。从工程实际出发，采用图解法，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：并作适当的近似，混频跨导可计为： 2bbeTSec)26Iff(126I21gtdttgTgoTTcos)(2221 g1是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波分量是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波分量(4) 混频器的增益混频器的增益 将混频输入电纳和输出电纳归并在输入、输出端的调谐将混频输入电纳和输出电纳归并在输入、输出端的调谐回路的电容中去，则得到晶体三极管的

22、等效电路如图所示，回路的电容中去，则得到晶体三极管的等效电路如图所示，图中负载电导图中负载电导gL是输出回路的谐振电导。是输出回路的谐振电导。故混频电压增益故混频电压增益LocscLociiggVgggIVLoccsivcgggVVAb vs gL gcvs + bb iI + gie goc + Vi 晶体三极管混频器等效电路晶体三极管混频器等效电路 由图可以算出由图可以算出ieLvcicLLoccicsLisiPCggAggggggVgVPPA22222)( 混频功率增益混频功率增益b vs gL gcvs + bb iI + gie goc + Vi 如果电路匹配，使如果电路匹配，使go

23、c=gL，则可得到最大混频功率增益，则可得到最大混频功率增益ocic2cmaxpcgg4gA(1) 混频电路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合电容C1也加到基极上。本振信号的频率要比信号的图像载也加到基极上。本振信号的频率要比信号的图像载频高频高38MHz，为了减小两个信号之间的相互影响，耦合电，为了减小两个信号之间的相互影响，耦合电容容C1的值取得很小。的值取得很小。 接高放 V0 C1 2.2pF 8.2pF

24、10pF 2k 15k 1500pF R 1.2k C3 120pF 510 75 接中放 12V 27pF C2 39pF 电视机的混频电路电视机的混频电路3. 晶体三极管混频器的实际电路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，并在初级回路择性，常采用双调谐耦合回路，并在初级回路中并联电阻中并联电阻R，用以降低回路，用以降低回路Q值，满足通带的值，满足通带的要求。次级回路用要求。次级回路用C2，C3分压，目的是与分压，目的是与75 电缆特性阻抗相匹配。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

25、。应用在日立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型彩色电视机型彩色电视机ET-533型型VHF高频头内。图中的高频头内。图中的V1管用作混频器，输入信号管用作混频器，输入信号(即来自高放的高频电视信号，频率即来自高放的高频电视信号，频率为为fs)由电容由电容C1耦合到基极；本振信号由电容耦合到基极；本振信号由电容C2也耦合到基极，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益较大。混频器的负载是共基式中频放大器(V2构成构成)的输入的输入阻抗。阻抗。 fs

26、 高频电视 信号 fL C0 C1 本振信号 V1 V2 C183 C187 CM C187 C189 L181 L182 C190 R190 R189 中频电视信号 fPIF、fSLF C2 晶体管混频器实用电路晶体管混频器实用电路(2) 变频电路变频电路 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地振荡和混频都由三极管3AG1D完成。完成。 C1A 5/15pF C2 s R1 22k R2 82k C3 3AG1D 0.05F R3 5100pF C7 0 C1B C6 5/15pF C4 300pF 1 VCC

27、 C5 200pF L2 2.2k L3 L5 L6 L1 L4调谐于调谐于s调谐于调谐于0 调谐于调谐于i 图中，图中，R R1 1，R R2 2，R R3 3是偏置电阻，是偏置电阻，L L4 4，C C4 4，C C1B1B，C C6 6组成组成振荡回路，振荡回路，L L3 3是反馈线圈。中频回路是反馈线圈。中频回路L L5 5C C5 5的并联阻抗对本振的并联阻抗对本振频率而言可视为短路，因此，频率而言可视为短路，因此，3AG1D3AG1D构成共基极变压器耦构成共基极变压器耦合振荡器。由磁性天线接收到的无线电信号经过合振荡器。由磁性天线接收到的无线电信号经过L L1 1，C C1A1A，

28、C C2 2组成的输入回路，选出所需频率的目标信号，再经组成的输入回路，选出所需频率的目标信号，再经L L1 1与与L L2 2的变压器耦合，送到晶体管的基极。本振信号经的变压器耦合，送到晶体管的基极。本振信号经C C7 7注入晶注入晶体管的发射极，混频后由集电极输出。体管的发射极，混频后由集电极输出。L L3 3对中频可视为短对中频可视为短路，路，C C5 5，L L5 5调谐于中频，以便抑制混频输出电流中的无用调谐于中频，以便抑制混频输出电流中的无用频率分量频率分量( (如如f fs s, , f f0 0, , f f0 0+ +f fs s, 2, 2f f0 0 f fs s 等等)

29、 )。输出中频分量。输出中频分量f fi i= =f f0 0- -f fs s，经，经L L6 6耦合至后级中频放大器耦合至后级中频放大器。混频器的混频器的A Apcpc、噪声系数、噪声系数N NF F等都与工作点电流等都与工作点电流I Ie e及本振电及本振电压压V V0 0的大小有关，具体数学关系比较复杂，这里只介绍一些的大小有关，具体数学关系比较复杂，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，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，这是锗三极管的情况；若为硅管，A Apcpc的最大点所对应的电流的最大点所对应的电流I I

30、e e要略大一点。要略大一点。 0.1 Apc Apc V0(mV) Ie(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晶体管混频器工作状态的实际选择Ic(mA)Nf(dB)Nf(dB)108650100 200 30086420.112V0(mA) 0.1 Apc Apc V0(mV) Ie(mV) 0.2 0.5 1 2 50 100 200 300 三极管混频器三极管混频器 优点：有变频增益优点：有变频增益 缺点：缺点：1、动态范围较小动态范围较小 2、组合频率干扰严重组合频率干扰严重 3、噪声较大噪声较大 4、存在本地辐射存在本地辐

31、射二极管混频器二极管混频器 优点：优点：1、动态范围较大动态范围较大 2、组合频率干扰少组合频率干扰少 3、噪声较小噪声较小 4、不存在本地辐射不存在本地辐射 缺点：无变频增益缺点：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信号v0控制的开关状态。小信号时平衡混频器的分析采用幂级控制的开关状态。小信号时平衡混频器的分析采用幂级数分析法，数分析法，混频时混频时输入信号输入信号 ，输出回路则谐振在中，输出回路则谐振在中频频 i上。上。D1 vs i1 i2 vs( s) vs/2 vs/2 Vc vi Vc/2 Vc/2 D2

32、 v0( 0) 二极管平衡混频器和环型混频器二极管平衡混频器和环型混频器平衡混频器原理电路平衡混频器原理电路 二极管的伏安特性可用幂级数二极管的伏安特性可用幂级数表示：表示： 为简化分析，忽略输出电压为简化分析，忽略输出电压对二极管的反作用，则对二极管的反作用，则 3D32D2D10vavavaaitVtVsssDcoscos0001vvv0VVVSD 1. 平衡混频器平衡混频器300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai1利用三角公式展开，并分类整理，可得利用三角公式展开，并分类整理，可得当当 很小时，级数可只取前四项

33、，得很小时，级数可只取前四项，得Dvcoscos0010tVstVsaai1i2cos212cos21cos232cos212cos21cos233coscos3412cos121coscos2cos12100022000020030320000202tttVVtttVVttVtVttVsVtVsssssssssssaattVsss3coscos3413 由上式可见，经过二极管非线性变换后，出现了许多新由上式可见，经过二极管非线性变换后，出现了许多新频率，但其中只有频率，但其中只有 才是我们所需要的。这是由平方项才是我们所需要的。这是由平方项 产生的。其它频率分量都是无用产生的。其它频率分量都

34、是无用的产物，必须将它们抑制掉。的产物，必须将它们抑制掉。 s022vatVVasosi)cos(021itVtVssDcoscos0002svvv300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai2tVVasosi)cos(022i i1、i2以相反方向流过输出端变压器初级，使变压器次级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负载电流il1, = i1ii2i tVVaRiivisos)cos(2)(02211D1 vs i1 i2 vs( s) vs/2 vs/2 Vc vi Vc/2 Vc/2 D2 v0(

35、0) 由于元器件的非线性作用，单管输出电流中产生了输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，如输入频率的谐波入电压中不曾有的新频率成分，如输入频率的谐波2 0和和2 s、3 0和和3 s；输入频率及其谐波所形成的各种组合频；输入频率及其谐波所形成的各种组合频率率 0+ s、 0 s、 0+2 s、 02 s、2 0+ s 、2 0 s。平衡混频器输出电流的频率成份为：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环形混频器由两个平衡混频器构成，其主要优点是输出频器构成，其主要优点是输出中

36、频信号是平衡混频器的两倍，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，从而减小混频组合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。器中所特有的组合频率干扰。 Vs i2 D1 D4 D2 D3 + i1 i3 vi iL1.2+ iL3.4 RL B1 B2 + v s + v s + v 0 + v 0 Vs + i2 D2 D1 + vi iL1.2 R + v s v 0 + D4 D3 + i3 vi iL3.4 RL i1 v 0 v 0 0000000 v 0 (b) (a) v s s s + v s i1 + v s v s

37、 + 2. 环形混频器环形混频器tVtVssDcoscos0004svvv)coscos(0003tVtVssD)vvvstVtVssDcoscos0002svvvtVtVDss00s01coscosvvv由平衡混频器得：由平衡混频器得：tVVaRiivisos)cos(2)(02432tVVaRiiRiivivivisos)cos(4 )()(02432121环型混频器输出电流的频率成份为：环型混频器输出电流的频率成份为： 0+ s、 0 stVVaRiivisos)cos(2)(02211目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混频器已

38、作为系列产品，一个用于频器已作为系列产品，一个用于0.5500MHz的典型环形混的典型环形混频器频器(SRA-1双平衡混频器双平衡混频器)的外形及电路示于下图。的外形及电路示于下图。使用时，使用时，8，9端外接信号电压端外接信号电压 s，3，4端相连，端相连，5，6端端相连，然后在相连，然后在3，5端间加本振电压端间加本振电压 L，中频信号由，中频信号由1，2端输端输出。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。衰减器、调制器等。(a)89123456(b)封装环形混频器的外形与电路封装环形混频器的外形与电路两信号相乘

39、可以得到其和、差频分量，因此两信号相乘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。频器。1k1k0.01+8V0.0014.5H0.0010.0015110k516.8k8V50k调零v0vsvi23781410596MCI596580pF9480pF100H100H MCI596构成的集成混频电路构成的集成混频电路模拟相乘器混频电路模拟相乘器混频电路 MCI596是集是集成化模拟乘法器成化模拟乘法器芯片，由它构成芯片，由它构成的混频电路，可的混频电路，可大大减小由组合大大减小由组

40、合频率分量产生的频率分量产生的各种干扰，另外各种干扰，另外还具有体积小、还具有体积小、重量轻、调整容重量轻、调整容易、稳定可靠等易、稳定可靠等优点。优点。被混频的信号电被混频的信号电压由端子压由端子输入，最输入，最大值约大值约15mV15mV；本振电；本振电压由端子压由端子输入，振输入，振幅约幅约100mV100mV；相乘后；相乘后的信号由第的信号由第端子输端子输出经带通滤波后，即出经带通滤波后，即可获得中频信号输出。可获得中频信号输出。输入端不接调谐回路输入端不接调谐回路时时 为宽频带应用为宽频带应用。 本电路可对高频或甚高频信号进行混频，如本电路可对高频或甚高频信号进行混频，如 s s的频

41、率为的频率为200MHz200MHz时，电路的混频增益约为时，电路的混频增益约为9dB9dB，灵敏度为，灵敏度为1414 V V，当输入，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带通滤波器的中心频率约9MHz9MHz，其，其3dB3dB带宽为带宽为450kHz450kHz。1k1k0.01+8V0.0014.5H0.0010.0015110k516.8k8V50k调零v0vsvi23781410596MCI596580pF9480pF100H100H MCI596构成的集成混频电路构成的集成混频电路

42、 有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰 -组合频率干扰组合频率干扰(干扰哨声干扰哨声)混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：sokqfpffp，q为任意正整数，分别代表本振频率和为任意正整数，分别代表本振频率和信号频率的谐波次数。信号频率的谐波次数。只有只有p=q=1对应的频率为对应的频率为 f0 - fs 的分量是所需要的中频信号。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，通过中放进入检波合频率分量就

43、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将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干扰哨叫。为干扰哨叫。isfpq1pf即当即当时会产生干扰哨叫。时会产生干扰哨叫。6.5.3混频器的干扰混频器的干扰 减小这种干扰的措施减小这种干扰的措施: : 1. 1. 输入信号输入信号v vs s, ,本振电压本振电压v vo o都不易过大都不易过大。 2.2.适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生 有

44、用频率变换，而又不致产生无用的组合频率干扰。有用频率变换，而又不致产生无用的组合频率干扰。 3.3.选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外选择合适的中频，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例如，设加给混频器输入端的有用信号频率f fs s=931kHz=931kHz，本振频率，本振频率f fo o=1396kHz=1396kHz。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，s0qfpf 其中的其中的f fi i= =f fo o- -f fs s=465kHz=465kHz是有用的中频信号。而其它分量是无

45、用或有是有用的中频信号。而其它分量是无用或有害的。害的。 如当如当q=2q=2，p=-1p=-1时，时，f f i i =2f=2fs s f fo o=2=2 931-1396=466kHz=931-1396=466kHz=f fi i+F+F( (此处此处F=1kHz)F=1kHz)。若中频放大器的通频带。若中频放大器的通频带2 2 f f0.70.7=4kHz=4kHz，则频率，则频率f f i i =466kHz=466kHz的分量落在中放通带内，与的分量落在中放通带内，与465KHz465KHz的中频信号一起被中频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

46、有频率变放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，也有频率变换作用，则会产生换作用，则会产生f f i i f fi i=466-465=1kHz=466-465=1kHz的差拍信号送到接收机终的差拍信号送到接收机终端，形成被人耳听到的哨叫。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、外来干扰信号和本振产生的干扰(1) 组合副波道干扰组合副波道干扰 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。好，除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。当干扰频率当干扰频率fn

47、与本振频率与本振频率fo满足满足会产生组合副波道干扰。会产生组合副波道干扰。ininfqfpffqfpf00时，时，(2) 副波道干扰副波道干扰 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。波道干扰。这种干扰主要有中频干扰和镜像干扰。1)中频干扰中频干扰当干扰信号的频率等于或接近当干扰信号的频率等于或接近fi 时的干扰。时的干扰。2)镜像镜像频率干扰频率干扰当外来干扰信号的频率当外来干扰信号的频率fn=fo+fi= =sf时的干扰时的干扰fn=fo+fi= =isff2 提高前端输入回路的选择性，将

48、干扰抑制在通带外，可在混频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。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。CLCL(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抑制中频干扰的主要方法sfsfissf2ff有用信号本振信号镜像干扰前端电路选择性曲线ffsfLfsfifisf如果把如果把f fo o当作镜子，则当作镜子，则相当于相当于f fs s的象，的象，为镜像干扰频率，即为镜像干扰频率，即抑制镜频干扰的方法抑制镜频干扰的方法: :1.1.提高混频器前各级电路的选择性提高混频器前各级电

49、路的选择性2.2.提高接收机的中频频率提高接收机的中频频率f fi i，以使，以使镜像频率与信号频率镜像频率与信号频率fsfs的频率间距的频率间距(2fi)(2fi)加大加大，有利于选频回路对，有利于选频回路对3.3.还可采用镜能抑制混频电路，将还可采用镜能抑制混频电路，将镜像频率信号部分抵消。镜像频率信号部分抵消。镜像频率干扰镜像频率干扰抑制。抑制。所以称所以称例例 某超外差收音机，其中频某超外差收音机，其中频fi=465kHzfi=465kHz。 (1) (1) 当收听当收听f fs1s1=550kHz=550kHz电台节目时，还能听到电台节目时，还能听到f fn1n1=1480kHz=1

50、480kHz强电台的声音，分析产生干扰的原因。强电台的声音，分析产生干扰的原因。 (2) (2) 当收听当收听f fs2s2=1480kHz=1480kHz电台节目时，还能听到电台节目时，还能听到fn2=740kHzfn2=740kHz强电台的声音，分析产生干扰原因。强电台的声音，分析产生干扰原因。解解 (1) (1) 因为因为fn1=ffn1=fs1s1+2f+2fi i=550+2=550+2 465=1480kHz465=1480kHz；根据上述分；根据上述分析，析，fn1fn1为镜频干扰。为镜频干扰。(2) (2) 因为因为fs2=1480kHz fi=465kHzfs2=1480kH

51、z fi=465kHz所以所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHzfo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而，而fn2=740kHz,fn2=740kHz,fo2fo22fn2=19452fn2=19452 2 740=465kHz=f740=465kHz=fi i故这种干扰为组合副波故这种干扰为组合副波道干扰道干扰3、其他类型的干扰、其他类型的干扰1) 交叉调制交叉调制( (交调交调) )干扰干扰产生的原因：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，可以清楚地输入端时

52、，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。失谐，干扰台的声音也消失。由混频器由混频器3次方以上的非线性传输特性产生的。次方以上的非线性传输特性产生的。其现象为：其现象为：332210vavavaaitcos) t (V) t (nnnvtcos) t (Vtcos) t (VtcosVVnnss00BBvtcos) t (V)t (V23) t (V43V23V3V2ss2n32s32032BB3BB21saaaaaai) t (V)V23V3V2s2032BB3BB21aaaa)

53、 t (V432s3a设混频器的转移特性用幂级数表示设混频器的转移特性用幂级数表示: : 若干扰信号若干扰信号作用在混频器上的作用在混频器上的 将此式代入上式三角变换后，可得将此式代入上式三角变换后，可得 s s的电流成分的电流成分i i s s为为 其中其中为无失真包络项，为无失真包络项，为失真包络项，为失真包络项，) t (V) t (V23s2n3a 即为交调干扰项即为交调干扰项03a) t (V) t (Vs2n0) t (Vs0) t (Vs显然，交调项由显然，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。成正比。时，

54、交调项起作用，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。之消失。引起，引起，) t (V) t (V23s2n3a因为因为当当交调项不起作用交调项不起作用当当时，时，以上分析表明，交调是由非线性特性中的三次或更高以上分析表明，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；提高混频电路前级的

55、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；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。频电路。2) 互相调制互相调制( (互调互调) )干扰干扰 当两个或两个以上的干扰进入到混频器的输入端时，当两个或两个以上的干扰进入到混频器的输入端时，它们与本振电压它们与本振电压v0一起加到混频管的发射结。由于器件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。如果的非线性作用，它们将产生一系列组合频率分量。如果某些

56、分量的频率等于或接近于中频时，就会形成干扰，某些分量的频率等于或接近于中频时，就会形成干扰，称为互调干扰。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。声音仍然存在。 由非线性器件二次方以上的特性引起，由非线性器件二次方以上的特性引起，因此存在因此存在二阶互调和三阶互调及高阶互调。二阶互调和三阶互调及高阶互调。现象：现象：产生的原因：产生的原因：tcosVtcosV22n2n11n1nvvtcosVtcosVtcosV22n11

57、n00bev|nfmfpf|f210nmp若有两个干扰信号进入到混频器，它们分别为若有两个干扰信号进入到混频器，它们分别为这时这时所得的所得的i ic c中包含一系列组合频率分量，其频率可用下列通式表示中包含一系列组合频率分量，其频率可用下列通式表示 |21nfmf i210f|nfmf|f若两干扰信号形成的新的组合频率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即组合频率与本振频率f f0 0之差落在中频范围之差落在中频范围 那么，它就会和接收信号所产生的中频一样通过中放、检波，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。造成强烈干扰。与信号频率与信号频率fsf

58、s相近，相近， 例例: : 当当fn1=1.5MHzfn1=1.5MHz，fn2=0.9MHzfn2=0.9MHz，若接收机在，若接收机在13.5MHz13.5MHz波段工波段工作，问在哪几个频率上会产生互调干扰？作，问在哪几个频率上会产生互调干扰？ 解解 若若m m，n=1n=1则则 fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHzfn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHz fn1 fn1 fn2=1.5 fn2=1.5 0.9=0.6MHz ( 0.9=0.6MHz (波段外波段外) )m=1m=1，n=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHzn=2 fn1+ fn2=1

59、.5+ 1.8=3.3MHz 2fn2 2fn2 fn1=1.8 fn1=1.8 1.5=0.3MHz ( 1.5=0.3MHz (波段外波段外) ) m=2 m=2，n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (波段外波段外) ) 2fn1 2fn1 fn2=3 fn2=3 0.9=2.1MHz 0.9=2.1MHz m=3 m=3，n=0 3fn1 =3n=0 3fn1 =3 1.5=4.5MHz (1.5=4.5MHz (波段外波段外) ) m=0 m=0，n=3 3fn2 =3n=3 3fn2 =3 0.9=2.7M

60、Hz0.9=2.7MHz因此，考虑三次以下谐波因此，考虑三次以下谐波fn1fn1和和fn2fn2在在13.5MHz13.5MHz波段内对波段内对2.4MHz2.4MHz，3.3MHz3.3MHz，2.1MHz2.1MHz，2.7MHz2.7MHz等等4 4个频率会产生干扰。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，抑制互调的方法与抑制交调的方法相同，除此外，除此外，还可采用倍频程带通滤波器防止二阶互调干还可采用倍频程带通滤波器防止二阶互调干扰的产生。扰的产生。 3) 阻塞阻塞干扰干扰 当一个强干扰信号进入接收机输入端后，由于输入电当一个强干扰信号进入接收机输入端后，由于输入电路抑