通信电子电路 第七章

1、 本章内容本章内容7.1 7.1 概述概述7.27.2 变频器的基本原理变频器的基本原理7.3 7.3 变频器的主要技术指标变频器的主要技术指标7.4 7.4 晶体三极管混频电路晶体三极管混频电路7.5 7.5 超外差接收机的统调与跟踪超外差接收机的统调与跟踪7.6 7.6 用模拟乘法用模拟乘法器器构成的混频电路构成的混频电路7.7 7.7 变频干扰变频干扰返回总目录返回总目录本章重点和难点本章重点和难点 (一一) 本章重点本章重点 1. 为什么要进行变频为什么要进行变频 2. 变频器的基本原理及数学分析变频器的基本原理及数学分析 3. 晶体三极管混频电路基本原理、工晶体三极管混频电路基本原理

2、、工 作状态选择及应用举例作状态选择及应用举例 4. 变频干扰变频干扰 (二二) 本章难点本章难点 1. 三点统调三点统调 2. 变频干扰变频干扰7.1 7.1 概述概述一、什么是变频器一、什么是变频器二、为什么要进行变频二、为什么要进行变频三、信号载波频率变换成中频频率波形图三、信号载波频率变换成中频频率波形图四、变频器的组成四、变频器的组成 7.1 7.1 概述概述 一、什么是变频器一、什么是变频器 在通信技术中，经常需要将信号自某一频率在通信技术中，经常需要将信号自某一频率变换为另一频率，一般用得较多的是变换为另一频率，一般用得较多的是: :n把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类

3、把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号已调信号。例如：在超外差接收机中，常将。例如：在超外差接收机中，常将天线接天线接收到的高频信号收到的高频信号( (载频位于载频位于535 kHz1605kHz中波中波波段各电台的普通调幅信号波段各电台的普通调幅信号) )通过变频，通过变频，变换成变换成465kHz的中频信号，的中频信号，完成这种频率变换的电路称完成这种频率变换的电路称变频器。变频器。超外差收音机接收系统及各点波形超外差收音机接收系统及各点波形n 在超外差式调频广播接收机中在超外差式调频广播接收机中, , 把载频位把载频位于于8888 MHzMHz108MHz108MHz的各调

4、频台信号变换为的各调频台信号变换为中中频为频为10.7MHz10.7MHz的调频信号的调频信号; ;n又如又如: : 把载频位于四十几兆赫至把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频近千兆赫频段内段内各电视台信号变换为各电视台信号变换为中频为中频为38 MHz38 MHz的视的视频信号频信号。变频器：变频器： 保持调制类型（调频、调相、调幅）和调保持调制类型（调频、调相、调幅）和调制参数（制参数（mf 、mp 、ma)不变，不变，将高频载波变将高频载波变为较低频率载波为较低频率载波本质：频谱的搬移本质：频谱的搬移二、为什么要进行变频二、为什么要进行变频1. 变频器将信号频率变换成中频，在中频上变频器将信

5、号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大信号，放大器的增益可做得很高而不自放大器的增益可做得很高而不自激，电路工作稳定激，电路工作稳定（有利于放大）（有利于放大）；2. 接收机在频率很宽的范围内选择性好有困接收机在频率很宽的范围内选择性好有困难，而难，而对于某一固定频率选择性可以做得很对于某一固定频率选择性可以做得很好好（有利于选频）（有利于选频） ；3. 在专用接收机中，频率是固定的，而作为超在专用接收机中，频率是固定的，而作为超外差接收机频率是变的，但由于变频后所得外差接收机频率是变的，但由于变频后所得的中频频率是固定的，这样可以的中频频率是固定的，这样可以使电路结构使电路结构简化简化。n

6、由于设计和制作工作频率较原载频低的固定由于设计和制作工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易，增益高，选择性好，中频放大器比较容易，增益高，选择性好，所以所以采用变频器后，接收机的性能将得到提采用变频器后，接收机的性能将得到提高。高。三、信号载波频率变换成中频频率波形图三、信号载波频率变换成中频频率波形图n 与与 载波振幅的包络形状完全相同，唯一载波振幅的包络形状完全相同，唯一的差别是的差别是 信号载波频率信号载波频率 变换成中频频率变换成中频频率 IuSuSfIf四、变频器的组成四、变频器的组成n 1. 1. 变频电路框图变频电路框图l它是将输入调幅信号与本振信号（高频等幅信号），它是将输

7、入调幅信号与本振信号（高频等幅信号），同时加到混频器，经频率变换后通过滤波器，同时加到混频器，经频率变换后通过滤波器，输出中输出中频调幅信号频调幅信号。非线性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器本机振荡器本机振荡器信号端信号端混频器混频器中频调幅信号中频调幅信号uLuIuS 频谱搬移n 与与 载波振幅的包络形状完全相载波振幅的包络形状完全相同同，唯一的差别是唯一的差别是 信号载波频率信号载波频率 变换成中频频率变换成中频频率 。n本地振荡器本地振荡器本振信号本振信号- 下标为下标为L Ln输入调幅信号输入调幅信号-下标为下标为S Sn中频调幅信号中频调幅信号-下标为下标为I IIuSuSfIf2

8、.2.变频电路的组成变频电路的组成 1) 1) 非线性元件，非线性元件，如二极管、三极管和场效应管和如二极管、三极管和场效应管和 模拟乘法模拟乘法器等；器等； 2 2）中频滤波器；中频滤波器； 3 3）产生产生uL的振荡器的振荡器。通常称为。通常称为本地振荡器本地振荡器，振荡振荡 角频率为角频率为 。 L 本机振荡器本机振荡器可以可以由变频晶体管兼（叫自激式变激由变频晶体管兼（叫自激式变激器）。器）。也可以由也可以由另一晶体管组成（称为他激式变另一晶体管组成（称为他激式变频器，也叫混频频器，也叫混频器器）。）。两种电路中，前一种简单，两种电路中，前一种简单，但统调困难。因此一般但统调困难。因此

9、一般工作频率较高的接收机采工作频率较高的接收机采用混频器。用混频器。7.2 7.2 变频器的基本原理变频器的基本原理一、混频前后的频谱图一、混频前后的频谱图变频的作用是将信号频率自高频搬移到中频，变频的作用是将信号频率自高频搬移到中频，也号频率也号频率搬移过程。搬移过程。值得注意的是值得注意的是高频调幅信号的上边频变成高频调幅信号的上边频变成中频调幅信号的下边频，中频调幅信号的下边频，而高频调幅信号而高频调幅信号的下边频变成中频调幅信号的上边频。的下边频变成中频调幅信号的上边频。fxffs-Ffs+FfxffI+FfI-FfI高 频 调 幅 信 号本 振 信 号电压幅值电压幅值中 频 调 幅

10、信 号(b) 变 频 后(a) 变 频 前一、一、 混频前后的频谱图混频前后的频谱图高频调幅信号的上高频调幅信号的上边频变成中频调幅边频变成中频调幅信号的下边频，信号的下边频， 高频调幅信号的下高频调幅信号的下边频变成中频调幅边频变成中频调幅信号的上边频。信号的上边频。二、变频原理的数学分析：幂级数二、变频原理的数学分析：幂级数n 幂级数幂级数n如果在非线性元件上同时加上输入信号电压如果在非线性元件上同时加上输入信号电压和等幅的高频信号电压，则就会产生具有新和等幅的高频信号电压，则就会产生具有新频率的电流成分。频率的电流成分。由于变频管工作于输入特由于变频管工作于输入特性曲线的弯曲段，其电流可

11、采用幂级数来表性曲线的弯曲段，其电流可采用幂级数来表示，示，即即2210)()(LsLsuuauuaaitUuSSmscostUuLLmLcos对上式近似取前三项，对上式近似取前三项，n则则22102210)coscos()coscos( )()(tUtUatUtUaauuauuaaiLLmSSmLLmSSmLSLSttUUatUtUatUtUaUUaaiLSLSLmSmLLmSSmLLmSSmLmSm)cos()cos()2cos2cos(2)coscos()(2 222212220直流项由于电路元件的伏安特性包含有平方项由于电路元件的伏安特性包含有平方项1 .1 .在在 uS ，uL 同时

12、作用下，电流便产生了同时作用下，电流便产生了新的频率成分，新的频率成分，它包含：它包含：差频分量：差频分量： 和频分量：和频分量： 谐波分量：谐波分量： 其中其中差频分量差频分量 就是我们所要求的就是我们所要求的中频成分中频成分 。LSLSS2L2LSI2.2.通过中频滤波器就可将差频分量取出。通过中频滤波器就可将差频分量取出。 而将其他频率成分滤除。这种变频器而将其他频率成分滤除。这种变频器称称为下变频器为下变频器。 若用选择性电路将若用选择性电路将和频分量和频分量选择出来，选择出来，则这种变频器称为则这种变频器称为上变频器上变频器。二、变频原理的数学分析二、变频原理的数学分析n频谱搬移频谱

13、搬移-时域相乘时域相乘 7.3 7.3 变频器的主要技术指标变频器的主要技术指标1 1变频器增益要大变频器增益要大2 2选择性选择性 要求输出回路具有良好的选择性。可采用品要求输出回路具有良好的选择性。可采用品质因数质因数Q高的选频网络或滤波器。高的选频网络或滤波器。3 3工作稳定性要好工作稳定性要好 要求本振信号频率稳定度高，则应采用稳频要求本振信号频率稳定度高，则应采用稳频等措施。等措施。4 4非线性失真要小非线性失真要小5 5噪声系数要小噪声系数要小噪声系数要小的分析噪声系数要小的分析噪声系数的定义为噪声系数的定义为 由于变频器位于接收机的前端，它产由于变频器位于接收机的前端，它产生的噪

14、声对整机影响最大，故要求变频器生的噪声对整机影响最大，故要求变频器本身噪声系数越小越好。本身噪声系数越小越好。率比率比输出端中频信号噪声功输出端中频信号噪声功率比率比输入端载频信号噪声功输入端载频信号噪声功N NF F7.4 7.4 晶体三极管混频电路晶体三极管混频电路三、晶体管变频电路应用举例三、晶体管变频电路应用举例1.1.收音机他激式混频器收音机他激式混频器 本振电压由电感三点式振荡器产生，本振电压由电感三点式振荡器产生，通过耦合线通过耦合线圈圈Le 加到混频管的发射极。输入信号电压由接收加到混频管的发射极。输入信号电压由接收天线感应产生，通过耦合线圈天线感应产生，通过耦合线圈La 加到

15、输入信号回加到输入信号回路，而后通过耦合线圈路，而后通过耦合线圈Lb 加到混频管基极。加到混频管基极。输入输入信号频率的选择和相应的本振频率用调节联动的信号频率的选择和相应的本振频率用调节联动的可变电容获得，输出中频可变电容获得，输出中频 465465kHz信号。信号。图图7-6 7-6 （a a）晶体管他激式变频器）晶体管他激式变频器 1 1）本地振荡器本地振荡器由三极管、振荡回路由三极管、振荡回路（ Lc 、C5、C6 、 C7 ）和反馈线圈等构成的变压器耦合反馈振荡器。和反馈线圈等构成的变压器耦合反馈振荡器。本振电压由本振电压由Lc 的抽头取出加到三极管发射极和加到的抽头取出加到三极管发

16、射极和加到基极的输入信号混频。基极的输入信号混频。 2 2）自激式变频电路本振和混频由一只三极管承担自激式变频电路本振和混频由一只三极管承担, ,可节省管子。但由于中频电流通过反馈线圈会引起可节省管子。但由于中频电流通过反馈线圈会引起中频负反馈，如设计不当，就会使变频增益降低。中频负反馈，如设计不当，就会使变频增益降低。2 .2 .收音机自激式变频器用于中波段收音机自激式变频器用于中波段图图7-6 7-6 （b b）晶体管自激式变频器）晶体管自激式变频器30MHz无线调频接收机机7.5 7.5 超外差接收机的统调与跟踪超外差接收机的统调与跟踪 1.1.理想特性是：在接收机的整个范围理想特性是：

17、在接收机的整个范围内，本振频率高于接收频率一个中频内，本振频率高于接收频率一个中频-465KHz-465KHz可调电容角度 在超外差接收中，为了调谐方便，希望在超外差接收中，为了调谐方便，希望高频调谐回路（输入回路、高放回路）与本振高频调谐回路（输入回路、高放回路）与本振回路，实行统一调谐。回路，实行统一调谐。 某分段波的最低频率某分段波的最低频率fmin = 535kHz，而最高而最高频率频率fmax = 1605 kHz，则高频回路的波段覆盖系则高频回路的波段覆盖系数为数为3CCffKminmaxminmaxd 当中频选用当中频选用 时时 ，如用容量相同的可变，如用容量相同的可变电容，则本

18、振波段将从最低频率电容，则本振波段将从最低频率 变化到最高频率变化到最高频率而要求的最高频率应而要求的最高频率应 这说明除最低频率处满足中频这说明除最低频率处满足中频 外，外，在波段其它频率处均不是在波段其它频率处均不是 , ,ZLKHf1000465535minKHz465KHzffLL30003minmaxKHz20704651605KHz465KHz4653CCffKminmaxminmaxdn也就是只有也就是只有一点跟踪一点跟踪n。 为使统调要求能基本满足，而又不使电路太为使统调要求能基本满足，而又不使电路太复杂，目前都在本振回路上采取措施，这种方复杂，目前都在本振回路上采取措施，这种

19、方法称为法称为三点统调或称三点跟踪三点统调或称三点跟踪n为了满足三点统调，为了满足三点统调，在本振回路上必须附加电容在本振回路上必须附加电容 n通常，通常，本振回路附加串联电容本振回路附加串联电容Cp ，Cp 称为垫整称为垫整电容，其容量较大，与电容，其容量较大，与 Cmax 的容量相近，的容量相近，还附还附加并联电容加并联电容Ct ，Ct 称为垫补电容，其容量较小，称为垫补电容，其容量较小，与与Cmin的容量相近。的容量相近。图图7-6 7-6 （b b）晶体管自激式变频器）晶体管自激式变频器n在本振频率高频端，在本振频率高频端， C = Cmin ，由于，由于Ct 与与Cmin 相近，相近

20、，使总的电容增大，所以使高频本使总的电容增大，所以使高频本振频率降低。振频率降低。n在本振频率低频端，在本振频率低频端， C = Cmax , , Ct 的并联的并联作用可忽略。作用可忽略。串联串联 Cp 后，使总的电容减少，后，使总的电容减少，所以使低端本振频率提高。所以使低端本振频率提高。这样就达到了三这样就达到了三点统调的目的。点统调的目的。7.6 7.6 用模拟乘法器构成的混频电路用模拟乘法器构成的混频电路 图图7-127-12是用是用MC1596G构成的双平衡混频器。构成的双平衡混频器。具有宽带输入，其输出调谐在具有宽带输入，其输出调谐在9MHz，回路带回路带宽宽450kHz，本振输

21、入电平，本振输入电平100mV，对于，对于30MHz信号和信号和3939MHz本振输入，混频器变频本振输入，混频器变频增益为增益为13dB。当输出信噪比为当输出信噪比为10dB时，输入时，输入信号灵敏度为信号灵敏度为7.5V。7.7 7.7 变频干扰及其抑制方法变频干扰及其抑制方法SLLSSLff、ff、f、f2233一、组合频率干抗一、组合频率干抗由于变频器使用的是非线性器件，而且工作由于变频器使用的是非线性器件，而且工作在非线性状态。在非线性状态。流经变频管的电流不仅含有直流分流经变频管的电流不仅含有直流分量、量、信号频率信号频率 f fS S 、本振频率本振频率 f fL L 成分成分，

22、还含有，还含有信号、本振频率的各次谐波，以及它们的和、差频信号、本振频率的各次谐波，以及它们的和、差频等组合频率分量，如等组合频率分量，如 等，即含有等，即含有m mf fL L n nf fS S 分量。分量。当这些组合频率分当这些组合频率分量中的某些分量等于或接近中频时，就能进入中频量中的某些分量等于或接近中频时，就能进入中频放大器，经检波器输出产生对有用信号的干扰。放大器，经检波器输出产生对有用信号的干扰。n当组合频率符合关系时，就可以在输出端形成干扰甚当组合频率符合关系时，就可以在输出端形成干扰甚至产生哨叫，这种干扰就叫组合频率干扰。至产生哨叫，这种干扰就叫组合频率干扰。例如本振例如本

23、振频率频率1396kHz，有用信号频率，有用信号频率931kHz z，两者的差，两者的差拍频率是中频拍频率是中频465kHz。n 但信号频率的二倍频但信号频率的二倍频 1862kHz与本振频率的差拍与本振频率的差拍频率为频率为Hz，显然这个差频能被中显然这个差频能被中频放大器放大，并与标准中频同时加入到检波器，频放大器放大，并与标准中频同时加入到检波器，由由于于检波器也是非线性元件检波器也是非线性元件，故有，故有 4664651kHz 低低频通过低放产生哨叫，干扰正常通信频通过低放产生哨叫，干扰正常通信。IsLIsLfnfmffnfmf减弱组合频率干扰的方法有三种减弱

24、组合频率干扰的方法有三种 适当选择变频电路的工作点，尤其是适当选择变频电路的工作点，尤其是不要过大；不要过大； 输入信号电压幅值不能过大，否则谐输入信号电压幅值不能过大，否则谐波幅值也大，使干扰增强；波幅值也大，使干扰增强； 选择中频时应考虑组合频率的影响，选择中频时应考虑组合频率的影响，使其远离在变频过程中可能产生的组使其远离在变频过程中可能产生的组合频率。合频率。 二、副波道干扰副波道干扰n副波道干扰是一种其频率为的副波道干扰是一种其频率为的f fn n外来干扰，如外来干扰，如果频率为果频率为f fn n的干扰信号作用到混频器的输入端，的干扰信号作用到混频器的输入端，它与本振信号频率如满足

25、下面关系：它与本振信号频率如满足下面关系： 式中，式中，m m 为本振信号频率的谐波次数，为本振信号频率的谐波次数，n n 为干为干扰信号频率的谐波次数。扰信号频率的谐波次数。 这时，干扰信号就会进入中频放大器经解调器这时，干扰信号就会进入中频放大器经解调器输出将产生干扰和哨叫。输出将产生干扰和哨叫。 InLfnfmf可能产生的干扰频率可由下式确定可能产生的干扰频率可由下式确定 (7-10)(7-10)这类干扰主要有这类干扰主要有中频干扰中频干扰、镜频干扰镜频干扰和和组合组合副波道干扰。副波道干扰。 )(1ILnfmfnf 1 1中频干扰中频干扰 当干扰信号频率当干扰信号频率 时（即时（即m=

26、0 0， n1 1），如果接收机输入回路选择性不），如果接收机输入回路选择性不好，该信号进入变频器，并被放大，从好，该信号进入变频器，并被放大，从而产生干扰。而产生干扰。 对中频干扰的抑制方法对中频干扰的抑制方法-主要是提高主要是提高变频器前面电路的选择性，增强对中频变频器前面电路的选择性，增强对中频信号的抑制或设置中频陷波器。信号的抑制或设置中频陷波器。Inff )(1ILnfmfnf2.2.镜频干扰镜频干扰 问题问题： 当当 fS = =1000kHz， fL= =1465kHz，调谐于中调谐于中频频465kHz，干扰信号频率干扰信号频率 fn= =1930kHz，能不能不能抑制？能抑制？ 19301465 = 465kHz 当当 fn = = fL + + fI ，相应的干扰电台频率等，相应的干扰电台频率等于本振频率于本振频率 fL 与中频与中频 fI 之和。之和。)(1ILnfmfnfn如果如果将将 fL 所在的位置比作一面镜子所在的位置比作一面镜子，则则 fs 与与 fn 分别位于的两侧，且距离相等，互为镜像，分别位于的两侧，且距离相等，互为镜像，故称为镜频干扰，又称为镜像干扰。故称为镜频干扰，又称为镜像干扰。n抑制它的主要方法抑制它的主要方法是提高变频级前电路的选择是提高变频级前电路的选择性。性。ISILnfffff2（即即 m=n=1） 3 3组合副波道干扰