非线性电路时变参量电路和变频器

1、1第四章非线性电路、时变参量电路和变频器机械与电子工程学院汪志成2第4章非线性电路、时变参量电路和变频器 4.1 概述 4.2 非线性元件的特性 4.3 非线性电路分析法 4.4 线性时变参量电路分析法 4.5 变频器的工作原理 4.6 晶体管混频器4.7 二极管混频器 4.8 差分对模拟乘法器混频电路 4.9 混频器的干扰 4.10 外部干扰 Next高频电子线路High Frequency Circuit思考题与习题思考题与习题4.1 概述 无线电元 件线性元件时变参量元件非线性元件元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关。元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压有关。元件参数按照一定

2、规律随时间变化。严格地讲，一切实际的元件都是非线性的，但在一定条件下，元件的非线性特性可以忽略不计，则可将该元件近似地看成是线性元件。 在无线电工程技术中，较多的场合并不用解非线性微分方程的方法来分析非线性电路，而是采用工程上适用的一些近似分析方法。这些方法大致分为图解法和解析法两类。u图解法，就是根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电路中的电流和电压波形。u解析法，就是借助于非线性元件特性曲线的数学表示式列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压。 4.2 非线性元件的特性 与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是直线。（1）非线性器件的工作特性Q1RQ1r00QIVR

3、ivrddQ+- -vi+- -vi（2）非线性元件的频率变换作用 输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。可知，电流中包含电压中没有的频率成分。线性电阻上的电压线性电阻上的电压与电流波形与电流波形正弦电压作用于二极管正弦电压作用于二极管产生非正弦周期电流产生非正弦周期电流+- -vi+- -vitVtVvvv22m11m21sinsin 直流分量； 谐波分量：212,2组合频率分量：结论：“非线性”具有频率变换作用。 设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线形状，即设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线形状，即i=kv2 ,当该元件上加有两个正弦电压当该元件上加有两个正弦电压v1和和v2时时

4、21,21tVktVktVkVtVkVVVki222m121m212m1m212m1m22m21m2cos22cos2coscos2频率成分（3）非线性电路不满足叠加原理结论：非线性电路不满足叠加原理。设：tVtV22m11m2sinsin1v上式电压作用于线性电阻时，可得tRVtRVRRi22m11m21sinsin对于非线性电路来说有tVtkVkk2221222221sinsin2m1mittVkVtVtkVmm2121222122sinsin2sinsin2m1mi根据叠加原理得)(vfi 若21vvv )()(21vfvfi而4.3 非线性电路分析法 （1）幂级数分析法(power s

5、eries method)常用的非线性元件的特性曲线可表示为式中a0，a1， a2， 为各次方项的系数，它们由下列通式表示)(vfi i = a0+a1v +a2v2 + a3v3 + )(!1d)(d!1)(nQQnVnnVfnfnavvv上述特性曲线可用幂级数表示为也可将 在静态工作点V0 附近展开为幂级数)(vfi i = b0+b1(v-V0) +b2(v-V0)2 + b3(v-V0)3 + 式中b0，b1，b2， 为各次方项的系数，它们由下列通式表示)(!1d)(d!10)(n0VfnfnanVnnvvv实际运用中常常只取级数的若干项就够了。tVtVvvv22m11m21sinsi

6、ni = b0+b1(v-V0) +b2(v-V0)2 + b3(v-V0)3 + 所加电压为tVVbtVVbtVVbtVVbtVVbtVVbtVbtVbtVbtVbtVVbVbVbtVVbVbVbVbVbbi2122m1m32122m1m3212m21m3212m21m3212m1m2212m1m2232m3131m3222m2121m222m21m332m32m1122m1m331m31m122m221m102cos432cos432cos432cos43coscos3cos413cos412cos212cos21cos2343cos23432121基波基波分量分量谐波谐波分量分量tVVb

7、tVVbtVVbtVVbtVVbtVVbtVbtVbtVbtVbtVVbVbVbtVVbVbVbVbVbbi2122m1m32122m1m3212m21m3212m21m3212m1m2212m1m2232m3131m3222m2121m222m21m332m32m1122m1m331m31m122m221m102cos432cos432cos432cos43coscos3cos413cos412cos212cos21cos2343cos23432121直流直流分量分量组合频率组合频率分分 量量设幂多项式最高次数等于n，则电流谐波次数不超过n，若组合频率分量表示为 p 1 q 2 ，返回1返回

8、2返回3则有 p+q n上式说明了电流 i 中所包含的全部频谱成份。根据这个结果，可以看出如下规律：由于特性曲线的非线性，输出电流中产生了输入电压中不曾有的新的频率成份：输入频率的谐波 和 ， 输入频率及其谐波所形成的各种组合频率：1222；和21332121212121212 ,2 ,2,2,由于表示特性曲线的幂多项式最高次数等于三，所以，电流中最高谐波次数不超过三，各组合频率系数之和最高也不超过三。一般情况下，设幂多项式最高次数等于 n，则电流中最高谐波次数不超过 n ；若组合频率表示为：21qp则有：nqp表示式电流中的直流成分，偶次谐波以及系数之和（即电流中的直流成分，偶次谐波以及系数

9、之和（即p+q）为偶数）为偶数的各种组合频率成分，其振幅均只与幂级数的偶次项系数（包的各种组合频率成分，其振幅均只与幂级数的偶次项系数（包括常数项）有关，而与奇次项系数无关；类似地，奇次谐波以括常数项）有关，而与奇次项系数无关；类似地，奇次谐波以及系数之和为奇数的各种组合频率成分，其振幅均只与幂级数及系数之和为奇数的各种组合频率成分，其振幅均只与幂级数的奇次项系数有关，而与偶次项系数无关。如在上式中，的奇次项系数有关，而与偶次项系数无关。如在上式中，基波基波振幅均与振幅均与 有关，而与有关，而与 无关，无关，三次谐波及组合频率三次谐波及组合频率，的振幅均只与的振幅均只与 有关，而与有关，而与

10、无关；而无关；而直流成分直流成分均只与均只与 有关，而与有关，而与 无关；无关；二次谐波以及组合频率二次谐波以及组合频率 的振幅均只与的振幅均只与 有关，而与有关，而与 无关。无关。212121212 ,2 ,2,22121,表示式表示式3b2b20bb、31bb、31bb、31bb、20bb、20bb、0)(22m221m20VVbb222m222Vb212m22m1343VVb212m22m1343VVb233m234Vb22m1m233m23m212343VVbVbVb1221m2m12VVbm2m12VVb1222m1m2343VVb1222m1m2343VVb122m122Vb133

11、m1341Vb1m12m233m13m112343VVbVbVbn最高次数为最高次数为3的多项式的频谱结构图的多项式的频谱结构图直流直流分量分量实际工作中非线性元件总是要与一定的线性网络相互配合起来使用的。非线性元件的主要作用在于进行频率变换，线性网络的主要作用在于选频或滤波。（2）折线分析法(broken line method)晶体三极管的转移特性曲线用折线来近似 信号较大时，所有实际的非线性元件几乎都会进入饱和或截止状态。此时，元件的非线性特性的突出表现是截止、导通、饱和等几种不同状态之间的转换。折线分析法的适用场合：输入信号足够大（使非线性元件进入饱和和截止状态）使用折线分析法的优点：

12、可简化分析、计算过程4.4 线性时变参量电路分析法 （1） 时变跨导电路分析（2） 模拟乘法器电路分析（3） 模拟乘法器电路举例（4） 开关函数分析法只要设法使器件跨导按某一频率随时间作周期性变化，就可实现频率变换。线性时变电路(linear time-varying circuit)：指电路元件的参数不是恒定不变的，而是按一定规律随时间变化，且这种变化与元件的电流或电压无关。 时变参量线性电路的正常工作状态具有两个输入信号，一个是控制信号v0，通常为强信号；一个是被处理信号vs，通常是弱信号。（1） 时变跨导电路分析法smmVV0VBBVCCCL0vsv设信号电压为tVvmssscos控制电

13、压为tVvm000cos VBB O O ic t ebe ebe a 2 b2 a b a 1 b1 BEv因为 iC = f (vBE)= f (VBB + v0+ vs )(SBBCBBSvVfiVv即的偏置电压把此项看作是那么在任意一个时刻工作区的小信号可以看作在近似线性的SvSBBBBCvVfVfi)()(于是有幅度一般很大由于0vVVBBBB)(BBBBVfV点展开所以必须用泰勒级数在0vVVBBBB.)()()(2210BBBBBBBBBBVVbVVbbVf VBB O O ic t ebe ebe a 2 b2 a b a 1 b1 BEv较小黑色信号较大红色信号Svv0 VB

14、B O O ic t ebe ebe a 2 b2 a b a 1 b1 .)(303202010vbvbvbbVfBB.coscos cos)(300320020010tVbtVbtVbbVfBB则tVv000cos设02积化和差后产生03积化和差后产生.432)(0000、中只有直流、可以发现BBVf.2coscos)(02010tItIIVfcmcmcBB可以表示成CBBBBiVfVf都代入上页中的与将)()(.)(342321vbvbvbbvf由于的形式也可写成.2coscos)()(02010tgtggVfVfBBBBBEv三极管混频器中ic的表达式.)2coscos(02010tI

15、tIIicmcmcCSvtgtgg.)2coscos(02010tVvSSScos设)(BBVf)(BBVf.)2coscos(02010tItIIicmcmcCtVtgtggSScos.)2coscos(02010)cos(22,01SSgV分量项积化和差，产生差频此展开后（2） 模拟乘法器电路分析vov1v2i0TBETBEV/scEV/scEveiiiveiii212211)e1(i)ii1(iiiiT1V/v1E1E2E1E2E1Eo 为为差差模模输输入入信信号号电电压压。则：差分输出电流为：)2tanh(1021TccodVviiii)e1(i)ii1(iiiiT1V/v1E1E2E

16、1E2E1Eo 当当vi2VT时，时，TTVv)Vvtanh(2211TodVvii2 10 EbeRvviee320V 而：而：31211ee32222VVvRVRvvRVRVvRvvRRiuETCETCTEbeCCodo ic1ic2ioo1Cii o2Cii 可可以以 看看出出当当1 Z的的范范 围围内内1Ci , 2Ci与与Z近近似似成成线线性性关关系系在在常常温温下下（T=300K） mV26qKTVT ，所所以以当当mVv261 差差动动放放大大器器工工作作 在在放放大大区区域域内内，这这时时有有： 1mo2C1mo1CvgivgiT1VvZ 式式中中：12C11Cmovivig

17、为为放放大大器器T1，T2的的跨跨导导一一般般当当Z很很能能小小时时：1 ZZeeKT4qiV4igoTomo 有有ZZOi又又由由于于oi是是受受交交流流信信号号2v控控制制的的，式式中中oI表表示示静静态态 直直流流分分量量， 而而g为为3T的的跨跨导导，一一般般若若eR足足够够大大时时，在在eRg1 1121221122)(viRKTqRvgiiRRiRivoCCmoCCCCCCCoiovo1211211222)(2vKvvKvgvRKTqvIRKTqvgvIRKTqvoCoCoCo可见，该电路实现了乘法功能，即具有频率变换作用。其缺点是输出端存在非相乘项，因此它不是理想的乘法器。采用双

18、模拟乘法器可解决此问题。vov1v2i0令 Kv2=K ，则vo又可表示为 K 可视为 v1的电压放大系数（时变电压放大系数也是时变参量的一种） 。因此，模拟乘法器电路可看作是时变参量电路的一种。 ov0KK21vv1vov0KK 1v1v双差分对模拟乘法器1T2T3T4T5T6T7T8TXvYvOv1CR2CR3R2R1R1Ci2Ci3Ci4Ci5Ci6Ci7Ci8Ci1CI2CICCVEEV1CV2CVYXTCOvvVIRv204两个输入均为小信号时常见的集成模拟乘法器MC1496、MC1596MC1495、MC1595ovsvLRiDsvLRiovrd开关频率 o原理电路等效电路电路工作

19、在开关状态很大 0v）（）（表示则有：用开关函数0001)(S)(S00vvtt)(S10svvtRriLd）（）（000000svvRrvviLd（3） 开关函数分析法svLRiovrd开关频率开关频率 o o）（）（0001)(S00vvttttt000cos552cos332cos221)(S)(S10svvtRriLdtVtVRri0omssmLdcoscos1ttt000cos552cos332cos221假设的信号电压假设的控制电压tVtVRri0omssmLdcoscos1ttt000cos552cos332cos221中频（ o s）分量电流 i 中还包括其它频率成分v1和v2

20、的频率成分 s 和 ov1和v2的各奇次谐波频率的和频与差频 (2n-1) o s v2的偶次谐波频率 2n o通过调谐于 o s或 o+ s的带通滤波器则可取出差频或和频信号，这就是混频过程。与晶体管混频时所含有的频率分量作比较高频放大中频放大解调器混频器本地振荡器低频放大自动增益控制输入回路 4.5 变频器的工作原理 作用：将高频信号变换为固定的中频信号。具有这种作用的电路称为混频器（mixer）或变频器(convertor)。混频器是如何实现频谱搬移的会产生差频。输入到非线性电路中，后不同频率的余弦波叠加我们在前面学过，两个余弦波分别是：如果这两个不同频率的),(cos这里是为了分析简便

21、能是一个单一余弦波要注意实际的语音不可低频语音信号tVvSSS)t(cosV000通常由振荡器产生高频载波信号v假设非线性电路的表达式为20)(vvkiS代入上式可得与则将0vvS200)coscos(tVtVkiSStVtkVtVktVk2211222211coscos2coscos)(21202VVkStkVtkVSS02022cos212cos21直流分量倍频分量tVkVtVkVSSSS)cos()cos(0000和频分量差频分量)(见下页分别画出其频谱语音输入信号频谱)(SFS)(SV载波输入信号频谱)(0F0)(0V输出信号频谱S2)(outF020S0S0设计一个选频网络S2S20

22、从低频搬移到了高频要注意若采用差频，搬移后频谱要左右翻转作用：将高频信号变换为固定的中频信号。具有这种作用的电路称为混频器（mixer）或变频器(convertor)。特点：必须保持调制规律不变。AGC输入回路本地振荡器混频器中频放大解调器高频放大低频放大波形描述u 从波形和频谱两个角度进一步解释混频的作用与特点u 从波形和频谱两个角度进一步解释混频的作用与特点特点：必须保持调制规律不变。混频器波形描述Ff iFf iifFf sFf ssf0f0相对幅度f中频调幅波高频调幅波本振信号总结：混频是频谱的线性搬移过程，即混频前后的频谱结构相同，亦即保持了调制规律不变的特点。频谱搬移频谱描述例子混

23、频器高频已调波中频已调波本振信号高频已调波中频已调波本地振荡器本振信号非线性器件带通滤波器soiffffi大于fs的混频称为上混频， fi小于fs的混频称为下混频。soifffMHz)67 . 1 (MHz)465. 6165. 2(MHz465. 0u 混频器的主要质量指标混频增益 减少非线性失真的各种组合频率干扰（选择器件特性接近平方律或近似理想相乘器） 工作稳定性：主要是本振频率稳定，才能保证中频频率稳定混频噪声系数尽量小 中频输出回路有良好的选择性（理想为矩形滤波）混频功率增益（输入高频电压振幅）（中频电压振幅）smimvcVVA （输入高频信号功率）（中频信号功率）sPPAipc4.

24、6 晶体管混频器 （1）晶体管混频器原理VBB：混频管的基极静态偏置电压VCC：混频管的集电极电源电压LC：构成输出中频回路，谐振于中频 fi 。分析思想：把振幅较大的本振电压看作是时变工作电压(叠加在VBB上)，这个电压使混频管的工作点（动态）沿转移特性曲线上下移动，这样晶体管的跨导则随之变化，这就是所谓的时变跨导的概念。：大信号即为本振电压信号；小信号即为高频已调波信号。属于叠加属于叠加型混频器型混频器smmVV0VBBVCCCL0vsv fiBEvCiOovsvOtBEv同时，由于信号电压vs很小，无论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，而跨导是时变的，故称为线性时变

25、跨导电路。smmVV0VBBVCCCL0vsv fi)2coscos(02010tItIIiCmCmCCtVtgtggssmcos)2coscos(02010由前面所述的线性时变参量电路的理论可知混频管中的集电极电流 ic为：若中频频率取差值 i= 0 s，则中频电流分量为tgVtgVii1sms01smicos2cos2smmVV0VBBVCCCL0vsv0vsvCLBBVCCV i= 0 stgVtgVii1sms01smicos2cos2其振幅为21smimgVI变频跨导定义为121smimcgVIg输入的高频电压振幅输出的中频电流振幅还可求得相应的混频电压增益和功率增益（推导略）Loc

26、csmimvcGggVVAicLvcsgGAPPA2ipc(conversion transconductance)（2）三极管混频器的几种电路组态0vsvif(a)(b)(c)(d)0v0v0vsvsvsvififif0vsvif(a)(b)0vsvif 优点：对本振信号是共发电路，输入阻抗较大，使本振负载较轻，容易起振，需要的本振注入功率也较小。 缺点：相互间影响较大，可能产生频率牵引现象（pull-in phenomena）。 优点：牵引现象可能性小；对本振信号是共基电路，输入阻抗小，不易过激励。 缺点：需较大的本振注入功率。0vsvif(a)(b)(c)(d)0v0v0vsvsvsvi

27、fifif均为共基混频电路，多用于频率较高的情况，但变频增益低。组态(a)、(d)有共同的优点：本振易起振。组态(a)、(c)共同缺点：易产生牵引现象。组态(b)、(c)有共同的缺点：需较大的本振注入功率。（3）晶体管混频应用电路（调幅收音机）自激式混频电路f0fifsvsviv0三极管、L3、L4、C6、C7、C8等构成互感耦合振荡器，为混频器提供本振信号。同步调节，确保固定的中频输出输入、输出均采用部分接入。这种混频管组态的优缺点是什么？f0fifsvsviv0（4）晶体管混频应用电路（电视接收机）输入、输出均采用部分接入本振源由外部引入4.7 二极管混频器 （1）二极管平衡混频器（由两个

28、特性相同的二极管构成）1Tr2Tr1Dovsvsvsv2iiiLR1i2Dovsv2isv1i1Dv2DvLRLRiviv原理性电路（叠加型）等效电路tttt000cos552cos332cos221)(S输入信号电压：tVvoomocos本振电压：tVvssmscosu 电路分析ovsv2isv1i1Dv2DvLRLRiviv)(S1s01vvtRriLd)(S1s02vvtRriLdsLd21)(1vtSRriiitVtttRrissm000Ldcoscos552cos332cos2211正半周两个二极管均导通负半周两个二极管均截止ovsv2isv1i1Dv2DvLRLRivivtVttt

29、Rrissm000Ldcoscos552cos332cos2211 s、 o s、 (2n-1) o s。可见，平衡混频器输出的频率成分有：由单个二极管构成的混频器的情况 s、 o 、 o s、(2n-1) o s、2n o将以上两种情况以及和晶体管混频器作比较。无n o分量（2）二极管环形混频器（双平衡混频器）Tr1RLD4i1v0D2D3D1i2i4i3Tr2Tr3vs+vi+i4i2Tr2Tr1Tr3vs+D4D2v0+vi+RLRLvi+vs+D1D3i1i3Tr2Tr1v0+Tr3正半周正半周负半周负半周原理性电路（叠加型）i4i2Tr2Tr1Tr3vs+D4D2v0+vi+RLRL

30、vi+vs+D1D3i1i3Tr2Tr1v0+Tr3正半周正半周负半周负半周sLd31)(1vtSRriiis*Ld24)(1vtSRriii 2)(*TtStSs00Lds*Ldcos334cos41)()(1vttRrvtStSRriii tt00cos332cos221正半周正半周负半周负半周tVttRrissm00Ldcoscos334cos41二极管平衡混频器的情况： s、 o s、 (2n-1) o s可见，二极管环形混频器输出的频率成分有： o s、 (2n-1) o s由单个二极管构成的混频器情况： s、 o 、 o s、(2n-1) o s、2n o将以上三种情况以及和晶体管

31、混频器作比较。四种混频器中的频率分量比较本振及谐波信号及谐波组合频率晶体管混频器0 20 30 40s 2s 3s 4s | p0 qs| (p=q=1,2,3, )单二极管混频器0 20 40 60s | p0 s | (p=1,2,3, )二极管平衡混频器Nones0 s 30 s 50 s 二极管环形混频器NoneNoneAs above结论 说明：二极管混频器中的频率分量数目是在二极管下分析得到的。l 晶体管混频器中的各种无用频率分量数目最多，二极管环形混频器的各种无用频率分量数目比较少，其中二极管环形混频器中的各种无用频率分量数目最少。l 混频后，可以得到所需的中频频率分量： i=

32、0 s（差频）或 i= 0 +s（和频） 4.8 模拟乘法器混频电路 v0vivsMC1496v0vivsMC1596组合频率少，混频增益高，输入频率可高达200MHz补充：场效应管混频电路2)(1offGSGSDSSDVvIi0)(GSoffGSvV设栅源的直流偏置电压为VGSQ ，得 vGS = VGSQ+vSv0 ， 代入上式得20)(2)(vvVVVIisGSQoffGSoffGSDSSDm02smimVVIVIgoffGSDSSc可得中频电流幅值：场效应管混频器的变频跨导vSv0vivSviv0m0sm2)(imVVVIIoffGSDSS输出的iD频率成分： o s、 o 、2 o

33、、 s 、2 s4.9 混频器的干扰 干扰哨声寄生通道干扰分类组合频率干扰（混频器特有)非线性失真混频器的各种非线性干扰是很严重的问题，常把非线性产物的多少作为衡量混频器质量标准之一。交调失真互调失真包络失真强信号阻塞 产生的原因：由混频器的非线性所引起。 产生的原因： 由于混频器的非线性特性，使得在其输出电流中，除了有需要的中频（ f0 fs ）外，还有一些组合频率 pf0 qfs (p=q=1,2,3, ) 如果 p f0 q fs f i 则此中频 f i 一定是伪中频(或叫赝频)。这样的中频经检波后必然产生干扰哨声（interfere squealing）。（1）组合频率干扰(comb

34、ined frequency interference)有用信号和本振产生的组合频率干扰说明： p f0 q fs f i 包括以下四种情况： p f0 q fs f i () p f0 q f s f i () p f0 q f s f i () p f0 q f s f i () 若取： f i = f 0 f s （真正的中频），则第、种情况可写成：isfpqpf1该式便是可能产生干扰哨声的输入信号频率表示式。u减小干扰哨声的措施采用平方律器件 工作点设计应接近平方律部分 电路采用平衡推挽的形式 采用相乘器实现混频 将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频段之外。如，中频接收机，f i 规

35、定为 465 kHz。(中波：535 1605 kHz) 例题1：某超外差接收机中波段为 5311603kHz，f i = f 0 - f s =465kHz，问：在该波段内哪些频率能产生较大的干扰哨声(设非线性特性为6次方项及其以下项)？解： f s= 5311603kHz f s/ f i =1.143.45据题意，p+q6当p=1, q=2 时， ，此值在1.143.45范围内。21pqp则 f s 2 f i=930kHz，即 2f s f 0 f i 。上式说明 f s 为930kHz 时，将产生组合频率干扰。例题2：某电台发射频率 f s =931kHz，中频频率f i = f0

36、f s =465kHz，试判断 p=1, q=2 时，能否产生组合频率干扰。解： f s =931kHz ，f i = f0 f s =465kHz f 0 = f i + f s =1396kHz 当p=1, q=2 时， 2f s f0 =466kHz f i 由此可知会产生组合频率干扰，而且要产生1kHz的干扰哨声（通过检波）。（2）组合副波道干扰(combined subchannel interference)混频器输入回路选择性不好，外来强干扰信号进入了混频器，然后与本振信号及其谐波进行混频，而形成接近中频频率的干扰。产生条件：p f0 q fn f i 或 p f0 q fn f

37、 i fs =f0 f i , 上式又可写为：infpfqf01外来干扰与本振的组合频率干扰或infppfqf11s 产生的原因：重点讨论以下两种情况 p=0，q=1-中频干扰 (intermedite frequence interference)此时， fn =f i 。该干扰信号直接在混频器中放大输出，产生干扰。产生机理：由混频器非线性特性的一次方项产生。infpfqf01 p=1，q=2-镜像频率干扰 (image frequence interference)此时， fn = f s+2 f i 。f sf 0 fn f if i 产生机理：由混频器非线性特性的二次方项产生。 f i

38、 取值大小的影响： f i 越小， fn 越接近 fs，则越易进入混频器，而形成干扰。例题3：一部普通87108 MHz调频收音机，当频率指针调到106.2MHz附近时，在飞机场附近居然接收到了127.6MHz的机场地面气象报告内容。请解释其原因。（已知收音机fi=10.7MHz） 答：产生了镜频干扰。 因为符合关系式：fn fs+2 fi 其中： fs =106.2MHz， fi =10.7MHz要消除副波道干扰，就必须加大寄生通道干扰信号与有用输入信号之间的频率间隔，以便混频器前滤波器将副波道干扰信号滤除。不让它们加到混频器输入端。中频干扰是最强的寄生通道干扰，为消除它，与干扰哨声一样，中

39、频应选在接收频段以外，且远离接收频段。 减小副波道干扰的措施镜像频率干扰是另一个副波道干扰，鉴于它与有用信号之间的频率间隔为中频的二倍，可以采用两种措施来消除它：一是高中频方案，二是二次混频结构。（3）交叉调制干扰(crossed modulation interference)交叉调制干扰的现象* 如果接收机对欲接收信号频率调谐，则可清楚地收到干扰信号电台的声音。* 接收机对接收信号频率失谐，则干扰电台的声音减弱。* 如果欲接收电台的信号消失，则干扰电台的声音也消失。交叉调制干扰是由于变频电路和高频放大器的非线性输出输入特性产生的。特点与干扰信号频率无关。产生的原因 数学分析* 从晶体管正向

40、转移特性 icvBE 关系入手，将 ic 展开成泰勒幂级数，得： 32)(61)(21)()()(vVfvVfvVfVfvVfiBBBBBc 326121)(vgvgvgVfiBc* 设作用在输入端（基极发射极间）的电压有：信号电压：ttmVvssmscos)cos1 (11干扰电压：ttmVvnnmncos)cos1 (22则合成电压：ttmVttmVvnnmssmcos)cos1 (cos)cos1 (2211* 将 v 代入 ic 式，得：32211222112211cos)cos1 (cos)cos1 (61cos)cos1 (cos)cos1 (21cos)cos1 (cos)cos

41、1 ()(ttmVttmVgttmVttmVgttmVttmVgVfinnmssmnnmssmnnmssmBc * 把信号基波电流取出，即得：ttmVVgtmgVgVisnmsmsmsmCcos)cos21cos(222111 注意信号电压是：ttmVvssmscos)cos1 (11ttmVVgtmgVgVisnmsmsmsmCcos)cos21cos(222111 括号内的项代表放大器或混频器的输出信号的包络变化，其中第二项为有用信号的调制，第三项为干扰信号所转移的调制。可见交叉调制是由晶体管特性中的三次或更高次非线性项产生的，它与 g成正比。 讨论 减小交叉调制干扰的主要方法 提高高频放

42、大器和变频器输入电路的选择性，尽可能使干扰信号不进入变频电路或高频放大器。 限制高频放大器输入信号幅度，以使高频放大器和变频器基本工作于线性状态。（交叉调制是由晶体管特性中的三次或更高次非线性项产生的）。(4)互相调制干扰(intermodulation interference)混频器输入回路选择性不好，多个外来干扰信号进入了混频器，彼此混频，产生一系列组合频率分量。如果某些分量的频率接近信号频率，则形成干扰。产生条件： mf1 nf2=f s 说明：m f1 n f2=f s 不存在，其它三种情况都存在。产生机理：由高放或混频器的二次、三次和更高次非线性项所产生。其中：满足2f1 - f2

43、 fs或2f2 - f1 fs的干扰最为严重，称为三阶互调干扰。 产生的原因：例题4：某混频器的中频为0.5MHz，在接收25MHz信号时，若同时有24.5MHz和24MHz的两个干扰信号，问是否产生互调干扰。例题5：某地区有调频广播频率： 87.6MHz、97.4MHz、103.9MHz、106.1MHz，若各种条件具备，可产生互调干扰，请列出三种影响航空甚高频频段的三阶互调频率组合。 答：2103.9-87.6=120.2MHz (二信号三阶互调)2106.1-97.4=114.8MHz(二信号三阶互调)103.9+97.4-87.6=113.7MHz(三信号三阶互调) 答：正好满足 2f

44、1 f2 (224.524)25MHz= fs 因而产生三阶互调干扰。(5)阻塞现象(blocking phenomena)与相互混频(mutual mixing) 阻塞的后果：破坏晶体管的工作状态；输出信噪比大大下降；可能使晶体管的PN结击穿。晶体管无法正常工作 阻塞现象 产生的原因：接收机输入回路选择性不好，外来强干扰信号进入后，放大器或混频器工作于严重的非线性区域，产生阻塞(堵死)现象。相互混频fifsf0fn1fn2f本振噪声本振噪声产生原因：本振频谱不纯且外来干扰信号进入引起。这时，干扰信号 fn (较强)作为本振(伪本振)，而本振源中的边带噪声(较弱)当作输入信号 fs (伪信号)

45、，正好与原来的混频位置颠倒，所以又称为倒易混频。应要求本振频谱尽量纯净。抑制干扰措施小结1提高混频器前端电路的选择性例如：对于中频干扰，加中频陷波器2合理选择中频频率 将中频选在接收频段之外 采用高中频方案，使镜像干扰频率远离有用信号频率 3合理选择混频器工作点将 Q 点设置在混频器件特性的二次方区域，尽量减少三次方项或更高次项所引起的交叉调制干扰4. 尽量采用组合频率分量少的混频电路与器件模拟相乘器、二极管平衡混频器、场效应管混频器等，具有输出组合频率分量数量少的特点思考题与习题5. 混频器的输入信号有 和 两种。 4.变频电路包含 和 两部分电路。 6. 频谱线性搬移电路的关键部件是 。A）相加器 B）乘法器 C）倍频器 D）减法器 2. 超外差接收机中混频的目的是（ ）。 1. 将信号 v= cost+ cost 加到 i = a0v +a2v2 的非线性器件上，则其电流中包含的频谱分量有（ ）。 3. 调频信号经混频后其信号的调制规律不变，且输出仍为已调波。（ ）思考题与习