第七章混频电路

1、 高频电子线路高频电子线路主要要求：主要要求： 掌握混频电路的作用和组成模型掌握混频电路的作用和组成模型理解常用混频电路的工作原理理解常用混频电路的工作原理第七章第七章 混频电路混频电路了解混频干扰现象及其原因、措施了解混频干扰现象及其原因、措施 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路时域时域频域频域7.1 混频基本原理混频基本原理一、混频电路的作用一、混频电路的作用(变频变频)：将已调信号的载频变成另一载频将已调信号的载频变成另一载频 高频电子线路高频电子线路变换后调制类型变换后调制类型和调制参数不变和调制参数不变fI fc：上混频：上混频fI fc：下混频：下混频 高频电子线路

2、高频电子线路二、混频电路的组成模型与基本原理二、混频电路的组成模型与基本原理设输入信号为普通调幅波设输入信号为普通调幅波本振信号为本振信号为tUtuLLmLcos)(相乘器输出信号为相乘器输出信号为设带通滤波器调谐在中频设带通滤波器调谐在中频fI =fc-fL上，上，则中频输出信号为则中频输出信号为)cos()()(cacmsttukUtutUttukUtuLLmcacmocos()cos()()()cos()cos(2LcLcacmLmtttukUU)cos()(2)(IacmLmttukUUtuo 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 三、变频器的技术指标三、变频器的技术指标

3、1 1、变频增益变频增益变频电压增益变频电压增益 Im()()ucsmUAU输出中频电压振幅输入高频信号电压振幅变频功率增益变频功率增益 ()()IpcSPAP输出中频信号功率输入高频信号功率2、噪声系数、噪声系数 )/()/(lg10FnInsPPPPN 高频电子线路高频电子线路7.2 混频器电路混频器电路二极管环形混频器二极管环形混频器双差分对混频器双差分对混频器三极管混频器三极管混频器 工作频带宽，可达几工作频带宽，可达几GHz，噪声系数低、混频失真，噪声系数低、混频失真小、动态范围大。但无混频增益，且要求本振信号大。小、动态范围大。但无混频增益，且要求本振信号大。 混频增益大，输出频谱

4、纯净，混频干扰小，对本振电混频增益大，输出频谱纯净，混频干扰小，对本振电压的大小无严格要求，端口间隔离度高。但噪声系数大。压的大小无严格要求，端口间隔离度高。但噪声系数大。 高频电子线路高频电子线路7.2.1 晶体二极管混频器晶体二极管混频器 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v v0 0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 上。上。 二极管的伏安特性可用幂级数表示：二

5、极管的伏安特性可用幂级数表示： 3D32D2D10vavavaai0VVVSD一、平衡混频器一、平衡混频器I 高频电子线路高频电子线路D1 vs i1 i2 vs( s) vs/2 vs/2 Vc vi Vc/2 Vc/2 D2 v0( 0) 平衡混频器原理电路平衡混频器原理电路 为简化分析，忽略输出电压对二极管的反作用，则为简化分析，忽略输出电压对二极管的反作用，则 tVtVsssDcoscos0001vvv一、平衡混频器一、平衡混频器 高频电子线路高频电子线路300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai1利用三角公式

6、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，得很小时，级数可只取前四项，得Dvcoscos0010tVstVsaai1i2cos212cos21cos232cos212cos21cos233coscos3412cos121coscos2cos12100022000020030320000202tttVVtttVVttVtVttVsVtVsssssssssssaattVsss3coscos3413 高频电子线路高频电子线路 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

7、才是我们所需要的。这是由平才是我们所需要的。这是由平方项方项 产生的。其它频率分量都是无用的产物，必须将产生的。其它频率分量都是无用的产物，必须将它们抑制掉。它们抑制掉。 s022vatVVasosi)cos(021itVtVssDcoscos0002svvv300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai2tVVasosi)cos(022i i1 1、i2 2以相反方向流过输出端变压器初级，使变压器次级负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载电流il1, = i1i2 tVVaRiivisos)cos(2)

8、(02211 高频电子线路高频电子线路 由于元器件的非线性作用，单管输出电流中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，如输入频率的谐波频率的谐波2 2 0 0和和2 2 s s、3 3 0 0和和3 3 s s；输入频率及其；输入频率及其谐波所形成的各种组合频率谐波所形成的各种组合频率 0 0+ + s s、 0 0 s s、 0 0+2+2 s s、 0 022 s s、2 2 0 0+ + s s、2 2 0 0 s 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 s、 0 0+ + s

9、 s、 0 0 s s、 2 2 0 0+ + s s、 2 2 0 0 s s、 3 3 s s 高频电子线路高频电子线路7.2.2 7.2.2 环形混频器环形混频器 环形混频器由两个平衡混频器构成，其主要优点是输出中环形混频器由两个平衡混频器构成，其主要优点是输出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组合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。组合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。VD1VD1VD2VD2VD3VD3VD4VD4要求本振信号为大信号，输入信号为小信号。要求本振信号为大信号，输入信号为小

10、信号。实际应用时，输入输出端口均需接实际应用时，输入输出端口均需接50滤波匹配网络。滤波匹配网络。 高频电子线路高频电子线路当本振信号为正半周时，二极管当本振信号为正半周时，二极管VD2VD2，VD3VD3导通，导通，VD1VD1、VD2VD2截止，电路相当于一个平衡混频器；截止，电路相当于一个平衡混频器；当本振信号为负半轴时，二极管当本振信号为负半轴时，二极管VD1VD1、VD4VD4导通，导通，VD2VD2、VD3VD3截止，电路也相当于一个平衡混频器，只是滞后前一截止，电路也相当于一个平衡混频器，只是滞后前一个混频器半个周期，所以环形混频器也叫双平衡混频器。个混频器半个周期，所以环形混频

11、器也叫双平衡混频器。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 0+ + s s、 0 0 s stVVavisos)cos(02相同条件下，环型混频器的性能优于平衡混频器。相同条件下，环型混频器的性能优于平衡混频器。可见，环型混频器输出中频电压是平衡混频器的两倍；可见，环型混频器输出中频电压是平衡混频器的两倍； 高频电子线路高频电子线路7.3 晶体三极管混频器晶体三极管混频器 高频电子线路高频电子线路 原理电路原理电路: :输入信号为小信号，本振信号为大信号，输入信号为小信号，本振信号为大信号，集电极回路调谐于中频。集电极回路调谐于中频。 7.3.1 晶体三极管混频

12、器的工作原理晶体三极管混频器的工作原理 高频电子线路高频电子线路3.时变跨导电路分析法时变跨导电路分析法 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 高频电子线路高频电子线路 晶体三极管混频器的四种组态晶体三极管混频器的四种组态 （a）基极输入，基极注入基极输入，基极注入（b）基极输入，射极注入基极输入，射极注入7.3.2 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 高频电子线路高频电子线路（c）射极输入，射极注入）射极输入，射极注入（d）射极输入，基极注入）射极输入，基极

13、注入 高频电子线路高频电子线路 实际电路实际电路 收音机变频电路收音机变频电路 高频电子线路高频电子线路电视机变频电路电视机变频电路 高频电子线路高频电子线路 一、一、信号与本振信号与本振的组合频率干扰的组合频率干扰 7.4 混频干扰（非线性器件产生）混频干扰（非线性器件产生）当满足当满足 时，组合频率将通过中频带通滤时，组合频率将通过中频带通滤波，波， 经中频放大器放大后送给检波器。经中频放大器放大后送给检波器。LsIfpfqff 干扰哨声干扰哨声举例：超外差接收机的中频频率举例：超外差接收机的中频频率 ，当，当某电台发射载频某电台发射载频 时，本振时，本振 fL=1396Hz ，正常，正常

14、的变频过程是：的变频过程是： 但是由于非线性特性：但是由于非线性特性：465kHzILsfff931kHzsf 1396931465(kHz)Lsff22 931 1396466(kHz)sLff 二者都可以通过中频带通滤波放大，扬声器产生干扰哨声。二者都可以通过中频带通滤波放大，扬声器产生干扰哨声。 措施：减小混频器的措施：减小混频器的非理想相乘非理想相乘特性。特性。 高频电子线路高频电子线路二、外来二、外来干扰与本振干扰与本振产生的组合频率干扰产生的组合频率干扰 在混频器的输入回路选择性不好的条件下，除正在混频器的输入回路选择性不好的条件下，除正常输入信号外，还有其它频率的强干扰信号常输入

15、信号外，还有其它频率的强干扰信号 进入进入混频器，通过非线性器件产生组合频率混频器，通过非线性器件产生组合频率 。若若 将会产生干扰，称为将会产生干扰，称为寄生通道干寄生通道干扰扰，其中最强的为，其中最强的为中频干扰中频干扰和和镜像干扰镜像干扰。 nLf f 与LnpfqfI L sfffLnpfqf 高频电子线路高频电子线路中频干扰中频干扰: :措施：措施： 提高输入回路的选择性；在混频器输入端提高输入回路的选择性；在混频器输入端增加一个中频增加一个中频LC串联陷波电路以减小中频干扰。串联陷波电路以减小中频干扰。 nIff镜象干扰：镜象干扰：措施：措施： 提高输入回路的选择性提高输入回路的选择性ILnfff 高频电子线路高频电子线路三、交调干扰和互调干扰三、交调干扰和互调干扰措施措施: : 提高输入回路的选择性，采用二极管平衡混频提高输入回路的选择性，采用二极管平衡