二极管混频器课件

封面4.7二极管混频器返回封面4.7二极管混频器返回引言本页完引言返回晶体管混频器的主要优点是变频增益高，但它有如下一些缺点：动态范围较小，一般只有几十毫伏；组合频率较多，干扰严重；噪声较大；在无高频功率放大器的接收机中，本振电压可以通过混频管极间电容从天线辐射能量，形成干扰，称为反向幅射。二极管混频器组成的平衡混频器和环形混频器的优缺点正好与上述情况相反。它有组合频率小，动态范围大、噪声小、本振无反向幅射等优点。但变频增益小于1。引言本页完引言返回晶体管混频器的主要优点是变频增益高主页二极管混频器主页1、二极管平衡混频器2、二极管环形混频器(双平衡混频器)返回本节学习要点和要求主页二极管混频器主页1、二极管平衡混频器2、二极管环形混频器

因为V0m>Vsm，如图所示，当V0>0时，D1、D2均导通，产生电流i1和i2。一、二极管平衡混频器

原理性电路

等效电路一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完原理性电路

由等效图可以看出，信号vs加在两个二极上的极性总是一个正向，一个反向。

信号电压vs=Vsmcosωst+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2等效电路

本振电压v0=V0mcosω0t其中的条件为V0m>Vsmvs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd++--因为V0m>Vsm，如图所示，当V0>0时，D1、D

所以本振信号相当于一个开关信号，令两个二极管工作在开关状态。开关频率为本振信号的频率ω0/2π。

因为V0m>Vsm，当V0<0时，D1、D2均截止，电路不产生电流。一、二极管平衡混频器

原理性电路

等效电路一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完等效电路vs/2D1D2v0++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd+---++原理性电路+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2

信号电压vs=Vsmcosωst

本振电压v0=V0mcosω0t

其中的条件为V0m>Vsm所以本振信号相当于一个开关信号，令两个二极管工作在开

分析两个二极管产生的电流一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完原理性电路

信号电压vs=Vsmcosωst+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2等效电路

本振电压v0=V0mcosω0t

其中的条件为V0m>Vsmvs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd

产生的电流分别为

开关频率ω0/2πi1=

———(—vs+v0)rd+RL112(v0>0)0(v0<0)

———(v0-—vs)rd+RL1120i2=(v0>0)(v0<0)

引入开关函数S(t)=1(v0>0)0(v0<0)

引入开关函数后，可以简化两个电流表达式。分析两个二极管产生的电流一、二极管平衡混频器二极管混

引入开关函数S(t)一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完原理性电路

信号电压vs=Vsmcosωst+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2等效电路

本振电压v0=V0mcosω0t

其中的条件为V0m>Vsmvs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd

产生的电流分别为

开关频率ω0/2πi1=

———(—vs+v0)rd+RL112(v0>0)0(v0<0)

———(v0-—vs)rd+RL1120i2=(v0>0)(v0<0)

引入开关函数S(t)=1(v0>0)0(v0<0)S(t)S(t)引入开关函数S(t)一、二极管平衡混频器二极管混频器

分析开关函数S(t)的意义一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完

信号电压vs=Vsmcosωst等效电路

本振电压v0=V0mcosω0t

其中的条件为V0m>Vsmvs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd

开关频率ω0/2π

开关函数S(t)=1(v0>0)0(v0<0)i1=

———(—vs+v0)rd+RL112S(t)

———(v0-—vs)rd+RL112i2=S(t)S(t)是一个周期性变化的矩形波，变化的频率为ω0/2π。f=ω0/2πS(t)1tO

利用傅立叶级数把S(t)展开得：

开关函数其实是由本机振荡产生的，其频率与本振频率相同。S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t

-

(2/3π)cos3ω0t+(2/5π)cos5ω0t+……分析开关函数S(t)的意义一、二极管平衡混频器二极管一、二极管平衡混频器二极管混频器继续

信号电压vs=Vsmcosωst等效电路

本振电压v0=V0mcosω0t

其中的条件为V0m>Vsmvs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrdi1=

———(—vs+v0)rd+RL112S(t)

———(v0-—vs)rd+RL112i2=S(t)S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t

-

(2/3π)cos3ω0t

+(2/5π)cos5ω0t+……一、二极管平衡混频器二极管混频器继续信号电压

二极管平衡混频器输出总电流一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完

信号电压vs=Vsmcosωst等效电路

本振电压v0=V0mcosω0t

其中的条件为V0m>Vsmvs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrdi1=

———(—vs+v0)rd+RL112S(t)

———(v0-—vs)rd+RL112i2=S(t)

i=i1-i2=———vsS(t)1rd+RL+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2i1i2i

i应与(i1-i2)成比例，为简化运算，设比例系数为1。

i1和i2经变压器Tr2相互感应后输出的总电流i为S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t

-

(2/3π)cos3ω0t

+(2/5π)cos5ω0t+……二极管平衡混频器输出总电流一、二极管平衡混频器二极管等效电路vs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd

二极管平衡混频器生成的新频率成分一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完

信号电压vs=Vsmcosωst

本振电压v0=V0mcosω0t(1/2)+(2/π)cosω0t-(2/3π)cos3ω0t+(2/5π)cos5ω0t+…

i1和i2经变压器Tr2相互感应后输出的总电流i为

i=i1-i2=———vsS(t)1rd+RLi=——————————————————————·rd+RLS(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t

-

(2/3π)cos3ω0t

+(2/5π)cos5ω0t+……Vsmcosωst

把上式中的cosωst与cosω0t、cos3ω0t、cos5ω0t…各项相乘后再展开整理，可得出总电流中生成了新的频率分量，分别为

ωs，ω0

ωs，3ω0

ωs，5ω0

ωs，……=———S(t)Vsmcosωst1rd+RL

由结果知，二极管混频器亦能生成差频，再通过滤波电路可将其取出。等效电路vs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi

二极管平衡混频器的好处一、二极管平衡混频器二极管混频器继续本页完等效电路vs/2D1D2v0-+++--vs/2RLRLvi/2vi/2++--i1i2rdrd+vs--+v0vi晶体管混频器二极管平衡混频器产生的频率：晶体管混频器产生的频率：ω0、2ω0、3ω0、…、ωs、ω0

ωs、2ω0

ωs、3ω0

ωs…ωs、ω0

ωs、3ω0

ωs、5ω0

ωs…

二者相比较可知，二极管平衡混频器输出电流中频率的组合分量大为减少。同时可以看出，二极管平衡混频器输出电流中没有了ω0，说明本振器无反向辐射。二极管平衡混频器的好处一、二极管平衡混频器二极管混频二、二极管环形混频器

二极管环形混频器原理图

两种二极管混频器的区别二、二极管环形混频器二极管混频器继续本页完

二极管环形混频器就是在二极管平衡混频器的基础上增加了两个反向连接的二极管。在分析过程中可以利用二极管平衡混频器的结论。

在二极管平衡混频器输出的信号中，仍包含有ωs这个频率，ωs与(ω0-ωs)比较接近，容易对(ω0-ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使用二极管环形混频器。+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2D3D4vs/2vs/2vi—2vi—2++++----

环形混频器电原理图

二极管环形混频器与二极管平衡混频器的区别为：v0>0时，D1、D3导通，D2、D4截止；二、二极管环形混频器

二极管环形混频器原理图

vo>0时D1D3导通，D2D4截止分析二、二极管环形混频器二极管混频器继续本页完

二极管环形混频器就是在二极管平衡混频器的基础上增加了两个反向连接的二极管。在分析过程中可以利用二极管平衡混频器的结论。+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2D3D4

环形混频器电原理图

二极管环形混频器与二极管平衡混频器的区别为：v0>0时，D1、D3导通，D2、D4截止；++----++--

在二极管平衡混频器的输出信号中，仍包含有ωs这个频率，ωs与(ω0-ωs)比较接近，容易对(ω0-ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使用二极管环形混频器。++vo>0时D1D3导通，D2D4截止分析二、二极管

vo<0时D1D3截止，D2D4导通分析二、二极管环形混频器二极管混频器继续本页完

二极管环形混频器就是在二极管平衡混频器的基础上增加了两个反向连接的二极管。在分析过程中可以利用二极管平衡混频器的结论。+vs-Tr1D1D2v0+-Tr2D3D4

环形混频器电原理图

二极管环形混频器与二极管平衡混频器的区别为：v0>0时，D1、D3导通，D2、D4截止；v0<0时，D1、D3截止，D2、D4导通。

区别：即在本振电压v0的正、负半周中，都有二极管导通，都产生电流。----+++--++

在二极管平衡混频器的输出信号中，仍包含有ωs这个频率，ωs与(ω0-ωs)比较接近，容易对(ω0-ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使用二极管环形混频器。+vo<0时D1D3截止，D2D4导通分析二、二极管(1)vo>0时二极管环形混频器的电流二、二极管环形混频器二极管混频器继续本页完+vs-Tr1D1D2v0-+Tr2D3D4vs/2vs/2vi—2vi—2++++----

(1)v0>0时，D1、D3导通，D2、D4截止时。

电路即前面所述的二极管平衡混频器，输出电流i’为

i’=i1-i3=———vsS(t)1rd+RLi1i3(1)vo>0时二极管环形混频器的电流二、二极管环形混频器二(2)vo<0时二极管环形混频器的电流二、二极管环形混频器二极管混频器继续本页完

(1)v0>0时，D1、D3导通，D2、D4截止时。+vs-Tr1D2v0Tr2D4vs/2vs/2vi—2vi—2++++-----i2i4+

(2)v0<0时，D2、D4导通，D1、D3截止时。

电路本质上仍是前面所述的二极管平衡混频器，只是v0反相时开关函数的导通时间移相了半个周期(T/2)，令其为S*(t)

。输出电流i”为

i”=i4-i2=———vsS*(t)-1rd+RL

电路即前面所述的二极管平衡混频器，输出电流i’为

i’=i1-i3=———vsS(t)1rd+RL其中开关函数

S*(t)=S(t+T/2)同样利用傅立叶级数展开得S*(t)=(1/2)-(2/π)cosω0t

+(2/3π)cos3ω0t+……

总电流i为i’和i”之和(与全波整流相似)

i=i’+i”

=———vs[S(t)-S*(t)]1rd+RL开关函数S*(t)=1(v0<0)0(v0>0)(2)vo<0时二极管环形混频器的电流二、二极管环形混频器二二极管环形混频器电流频率分析二、二极管环形混频器二极管混频器继续本页完+vs-Tr1D2v0Tr2D4vs/2vs/2vi—2vi—2++++-----i2i