通信电子电路课件-于洪珍(第7章)

1、 本章内容7.1 概述7.2 变频器的基本原理7.3 变频器的主要技术指标7.4 晶体三极管混频电路7.5 超外差接收机的统调与跟踪7.6 用模拟乘法器构成的混频电路7.7 变频干扰本章重点和难点(一) 本章重点1. 为什么要进行变频；2. 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、工作状态选择及应用举例；4. 变频干扰。(二) 本章难点1. 三点统调；2. 变频干扰。 7.1 概述 变频器的定义： 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。完成这种频率变换的电路称变频器。例如： 在超外差接收

2、机中，常将天线接收到的高频信号通过变频，变换成465KHz的中频信号。 一、什么是变频器频率变换电路采用变频器后，接收机的性能将得到提高。这是由于：变频器将高频信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可做得很高而不自激，电路工作稳定；经中频放大后，输入到检波器的信号可以达到伏特数量级，有助于提高接收机的灵敏度。 （有利于放大）二、为什么要进行变频在专用接收机中，接收的频率是固定的，而作 为超外差接收机频率是变的，但由于变频后所得 的中频频率是固定的，这样可使电路结构简化。要求接收机在频率很宽的范围内选择性好有困 难，而对于某一 固定频率选择性可以做得很好。三、信号载波频率变换成中频频

3、率波形图 与 载波振幅的包络形状完全相同，惟一的差别是 信号载波频率 变换成中频频率 ,混频器输入输出波形图如图示。四、变频器的组成 1. 变频电路框图 它是将输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，输出中频调幅信号。 与 载波振幅的包络形状完全相同，惟一的差别是信号载波频率 变换成中频频率 。本地振荡器本振信号- 下标为L输入调幅信号-下标为S中频调幅信号-下标为I2. 变频电路的组成一个变频器由三部分组成： 1）非线性元件： 如二极管、三极管和场效应管和模拟乘法器等； 2）产生uL(t) 的振荡器。 通常称为本地振荡，振荡频率为 L ； 3）中频滤波

4、器。注意： 振荡信号可以由完成变频作用的非线性器件 （如三极管）产生，这种电路叫变频器（或称 自激式变频器）。振荡信号也可以由单设振荡 器产生，这种电路叫混频器（或称为他激式变 频器）。两种电路中，前一种简单，但统调困 难。因此一般工作频率较高的接收机采用混频 器。 7.2 变频器的基本原理 变频的作用： 是将信号频率自高频搬移到中频，也是信号搬移过程。 一、 变频前后的频谱图分析：高频调幅信号的上边频 中频调幅信号的下边频，高频调幅信号的下边频 中频调幅信号的上边频 分析结论: 经过变频后将原来输入的高频调幅信号，在输出端变换为中频 调幅信号，两者相比较只是把调幅信号的频率从高频位置移到了中

5、频位置，而各频谱分量的相对大小和相互间距离保持一致。注意： 高频调幅信号的上边频变成中频调幅信号的下边频，而高频调幅信号的下边频变成中频调幅信号的上边频。二、变频原理的数学分析：幂级数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，则就会产生具有新频率的电流成分。由于变频管工作于输入特性曲线的弯曲段，其电流可采用幂级数来表示，即对上式近似取前三项，其中则对(7-1)式近似取前三项(7-1)差频分量中频成分 和频分量谐波分量总结：由于电路元件的伏安特性包含有平方项1.在 uS ，uL 同时作用下，电流便产生了新的频率成分，它包含：差频分量： 和频分量： 谐波分量： 其中差频分量 就是

6、我们所要求的中频成分 。2.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。这种变频器称为下变频器。 若用选择性电路将和频分量选择出来，则这种变频器称为上变频器。7.3 变频器的主要技术指标1变频器增益要大2选择性 要求输出回路具有良好的选择性。可采用 品质因数Q高的选频网络或滤波器。3工作稳定性要好 要求本振信号频率稳定度高，则应采用稳 频等措施。4非线性失真要小5噪声系数要小噪声系数要小的分析噪声系数的定义为 由于变频器位于接收机的前端，它产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。7.4 晶体三极管混频电路 工作原理 :设输入信号为： us = Usm ( 1

7、+ ma cost) cosct= Usm(t) cosct uL= ULm cosLt则基极回路电压为: ube = Eb + ULmcosLt + us 其中ULm Usm根据三极管的特性可知，集电极电流 ic 是ube、uce的函数 忽略uce的反作用， ic 可近似表示为： 在时变工作点Eb(t)处，将上式对us 展开成泰勒级数：7.4.1 三极管混频电路的几种形式 三极管混频器按本振信号接入的不同，一般有四种电路形式。图（a，b）是共发射极电路的形式，图（c，d）是共基极电路的两种形式。共发射极电路多用于频率较低的情况：图（a）：信号与本振分别由基极和发射极注入，相互影响小，但 本振

8、需要功率大。图（b）: 信号与本振都由基极注入，相互影响大，但本振需要功 率小。 共基极电路多用于频率较高的情况，当工作频率不高时，变频增益比发射极电路低。图（d）比图（c）相互影响小 。7.4.2 变频器工作状态选择 略。7.4.3 晶体管变频电路应用举例 图7-6 （a）晶体管他激式变频器图7-6 （b）晶体管自激式变频器7.5 超外差接收机的统调与跟踪统调: 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）与本振回路，实行统一调谐。采用的方式： 通常采用的每波段中最低到最高频率的调谐，由同轴可变电容器进行，而改变波段则采用改变固定电感的方法。 优点： 方便缺点： 直接

9、产生中频 fI 困难。跟踪： fs 与 fL 为固定 fI 而进行的统调。统调产生的问题： 相应的 fL 回路（fmin fmax）理想情况： fI = fL fs实际：注意：中频fI465解决办法： 三点跟踪电路中有三点： fI = fL fs 465 KHz其它各点： fI 465 KHz具体步骤：在本振频率高频端， C = Cmin ，由于Ct 与Cmin 相近，使总的电容增大，所以使高频本振频率降低。在本振频率低频端， C = Cmax , Ct 的并联作用可忽略。串联 Cp 后，使总的电容减少，所以使低端本振频率提高。这样就达到了三点统调的目的。7.6 环形混频电路 环形混频电路:

10、在实际的工作频率达到几十兆赫以上的混频器中，广泛采用一 种由二极管构成的二极管双平衡混频电路，也称环形混频电路.工作原理： 略结论： 在环形混频电路中，只要电路对称，则输出电流中仅有没有L 项出现。也就是它的输出中仅包含的组合分量，而抵消了L 以及等众多分量。7.8 变频干扰及其抑制方法一、组合频率干抗由于变频器使用的是非线性器件，而且工作在非线性状态。流经变频管的电流不仅含有直流分量、信号频率 fS 、本振频率 fL 成分，还含有信号、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，即含有mfL nfS 分量。当这些组合频率分量中的某些分量等于或接近中频时，就能进入中频放大器，

11、经检波器输出产生对有用信号的干扰。当组合频率符合式（7-9）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。例如： 本振频率1396kHz， 有用信号频率931kHz， 两者的差拍频率是中频465kHz。（7-9）信号频率的二倍频 1862kHz与本振频率的差拍频率为：Hz，结论： 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，由于检波器也是非线性元件，故有 4664651kHz 低频通过低放产生哨叫，干扰正常通信。减弱组合频率干扰的方法有三种 适当选择变频电路的工作点，尤其是不要过大； 输入信号电压幅值不能过大，否则谐波幅值也大

12、，使干扰增强； 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合频率。 二、副波道干扰副波道干扰是一种其频率为fn的外来干扰，如果频率为fn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下面关系： 式中，m 为本振信号频率的谐波次数，n为干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，经解调器输出将产生干扰和哨叫。 可能产生的干扰频率可由下式确定 (7-10)分类： 中频干扰、镜频干扰和组合副波道干扰。1中频干扰 解决措施： 主要是提高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。 当干扰信号频率 时（即m=0，n1），如果接收机输入 回

13、路选择性不好，该信号进入变频器，并被放大，从而产生干扰。2.镜频干扰 问题： 当 fS =1000kHz， fL=1465kHz，调谐于中频465kHz，干扰信号频率 fn=1930kHz，能不能抑制？ 19301465 = 465kHz 当 fn = fL + fI ，相应的干扰电台频率等于本振频率 fL 与中频 fI 之和。如果将 fL 所在的位置比作一面镜子，则 fs 与 fn 分别位于fL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。抑制它的主要方法是提高变频级前电路的选择性。（即 m=n=1） 3组合副波道干扰 除上述两种情况外，在式（7-10）中， 当 （例如，m=

14、 n =2，则对应 ）均称为组合副波道干扰。例如，fs=660kHz，fL=1125kHz时，（fI=465kHz）对应的二次组合干扰频率代入式（7-11）中，可算出fn1=892.5 kHz，fn2=1357.5 kHz。m= n =27.8.3 交调和互调干扰 有些干扰信号频率不满足式（710）的关系，不能和本振及其谐波产生等于中频的和、差频。但由于器件的非线性，仍有可能产生干扰作用。分类（干扰形成原因不同） ： 交叉调制（简称交调）干扰和互相调制（简称互调）干扰。危害： 由于晶体管的动态线性区域小，比电子管、场效应管更易呈现 非线性，所以这类干扰更严重。 1. 交调干扰 形成原因： 非线性器件的 i = f (t) 展开成泰勒级数,其四阶项为a4u4。设 u = uJ + us + uL , 这里 uJ = UJ (1+mJcosJt) cosJ t干扰信号 us= Us cosct uL = ULcosLt 将这三个信号带入四阶项，可分解为6a4uJ2uSuL，其中有 3UJ2USUL(1+mJCOSJt)2cosIt/2， 可以通过混频器后面的通道，对有用信号