Ch05 混频器幻灯片

5非线性电路、时变参量电路和变频器5.2

非线性元件的特性

5.3

非线性电路分析法

5.4

线性时变参量电路分析法

5.5

变频器的工作原理5.1

概述

Ch05混频器End5.7

二极管混频器

5.8

差分对模拟乘法器混频电路5.9

混频器中的干扰

5.10

外部干扰5.6

晶体管混频器

5非线性电路、时变参量电路和变频器Ch05混频器5.5变频器的工作原理

在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频。（以调幅为例）在接收机中，fi称为中频。一般其值为其中fo是本地振荡频率。

超外差式接收机1.定义其中，fi大于fs的混频称为上混频，fi小于fs的混频称为下混频。Ch05混频器举例

经过混频器变频后，输出频率为

混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形状不变。5.5变频器的工作原理Ch05混频器2Ωmax

ωI=ω0-ωs乘法器

带通滤波器混频器的一般结构框图设输入已调波信号：那么两信号的乘积项为：

ω0v0ω0-ωsω0+ωsuI

本振信号:vsωs如果带通滤波器的中心频率为

,带宽

vIvsv0v0vs

非线形元件

带通滤波器5.5变频器的工作原理Ch05混频器图5.4.2变频前后的频谱图2.混频的实质线性频率变换频谱搬移5.5变频器的工作原理Ch05混频器End3.混频器的性能指标A.变频(混频)增益：混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的幅值之比。B.噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。C.选择性：抑制中频以外的信号的干扰的能力。D.非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。5.5变频器的工作原理Ch05混频器vs+-+-v0VBBVCCVTCLvB(t)ic5.6晶体管混频器1.工作原理Ch05混频器5.6晶体管混频器1.工作原理时变电导v0vs非线性电子器件工作于线性时变状态要求：V0m>>Vsm。

对于振幅很小的信号电压vs来说，在其变化的动态范围内，近似认为器件参量为常数。

信号电压作用的同时，器件参量（跨导）随简谐振荡电压v0周期性改变，所以称该电路为线性时变参量电路。Ch05混频器若函数f(x)

在点的某一邻域内具有直到（n+1）阶导数，则在该邻域内f(x)的n阶泰勒公式为：以上函数展开式称为泰勒级数。在泰勒公式中，取a=0，得到的级数称为麦克劳林级数5.6晶体管混频器泰勒级数Ch05混频器vs+-+-v0VBBVCCVTCLvB(t)ic5.6晶体管混频器

线性时变电路：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。其中：v=v1+v2v1相对于v2很小i＝f(v)在(VQ+v2)关于v1的泰勒级数展开式，即若v1足够小，可以忽略上式中v1的二次方及其以上各次方项，则该式可简化为i=f(VQ+v2)

+f’(VQ+v2)

v1Ch05混频器vs+-+-v0VBBVCCVTCLvB(t)ic5.6晶体管混频器

前面分析表明，要进行混频，可以用非线性电子器件工作于线性时变状态来实现,即V0m>>Vsm。iC=f(VBB+v0)

+f’(VBB+v0)

vs其中f’(VBB+v0)是时变跨导。已知振荡电压

v0=V0cosω0tCh05混频器iC=f(VBB+v0)

+f’(VBB+v0)

vs已知输入电压vs=V(t)cosωst中频输出电流变频跨导5.6晶体管混频器Ch05混频器图5.6.1晶体管混频器的电路组态2.电路组态5.6晶体管混频器iC=f(vBE)

=f(VBB+v0+vs)Ch05混频器图5.6.3混频管跨导随本振电压V０变化5.6晶体管混频器Ch05混频器End4.混频特点优点：有变频增益

缺点：1）动态范围较小2）组合频率干扰严重3）噪声较大4）存在本地辐射5.6晶体管混频器Ch05混频器5.7二极管混频器5.7.1二极管平衡混频器5.7.2二极管环形混频器

（双平衡混频器）Ch05混频器5.7.1二极管平衡混频器图5.7.1二极管平衡混频器如果V0m>Vsm,D1和D2工作于开关状态，Ch05混频器图5.7.1二极管平衡混频器5.7.1二极管平衡混频器Ch05混频器

二极管平衡混频器的输出频率的组合分量大为减少。同时，在输出端没有本振角频率ω0及其谐波分量的电压。End5.7.1二极管平衡混频器Ch05混频器5.7.2二极管环形混频器图5.7.2二极管环形混频器Ch05混频器图5.7.3在本振电压正半周的环形混频器5.7.2二极管环形混频器Ch05混频器图5.7.4在本振电压负半周的环形混频器5.7.2二极管环形混频器Ch05混频器5.7.2二极管环形混频器Ch05混频器

提供混频增益的同时，进一步减小输入信号频率成分。End5.7.2二极管环形混频器Ch05混频器5.8差分对模拟乘法器图5.8.1差分对混频器Ch05混频器End图5.8.2模拟乘法器混频器5.8差分对模拟乘法器Ch05混频器5.9混频器中的干扰

i＝f(v)在(VQ+v1)关于v2的泰勒级数展开式为：若v2足够小，可以忽略上式中v2的二次方及其以上各次方项，则该式可简化为i=f(VQ+v2)

+f’(VQ+v2)

v1回顾：Ch05混频器5.9.1组合频率干扰和副波道干扰1.有用信号和本振产生的组合频率干扰——哨叫干扰

当接收机接收某一电台音频信号时，除了能听到有用信号外，还同时能听到等音频的哨叫声。F为音频现象：p+q≤nCh05混频器1.有用信号和本振产生的组合频率干扰——哨叫干扰（以调幅为例）

它将与有用信号叠加，并同时被中频放大器放大，然后检波输出。

检波器除了输出有用信号的解调信号外，还伴有一个频率为F的音频信号，这就形成了哨叫干扰。5.9.1组合频率干扰和副波道干扰Ch05混频器1.有用信号和本振产生的组合频率干扰——哨叫干扰举例：5.9.1组合频率干扰和副波道干扰

调幅广播接收机的中频，某电台发射频率当接收该电台广播时，接收机的本振频率由于变频比可推算出：当，，可得Ch05混频器2.干扰信号和本振产生的副波道干扰

当混频器前级的天线和高频放大电路的选频特性不理想时，在通频带以外的电台信号也有可能进入混频器的输入端而形成干扰。原因：

这时，频率为fn的干扰信号便顺利进入中频放大器，经检波后使可听到这一干扰电台的信号。由于它是主波道以外的波道对有用信号形成的干扰，所以称为副波道干扰，又称寄生通道干扰。5.9.1组合频率干扰和副波道干扰Ch05混频器考虑到下混频，只有以下两式成立5.9.1组合频率干扰和副波道干扰Ch05混频器2.干扰信号和本振产生的副波道干扰1）中频干扰一次项：

由于混频器对中频信号具有良好的放大性能，传送至中频放大器的中频干扰信号有可能比有用信号更强。5.9.1组合频率干扰和副波道干扰Ch05混频器2.干扰信号和本振产生的副波道干扰2）镜像干扰二次项：

这种干扰对于混频器和中频放大器来说，其传输能力与有用信号完全相同，所以它将顺利地通过中频放大器经检波而造成严重的干扰。End5.9.1组合频率干扰和副波道干扰Ch05混频器5.9.2交叉调制(交调)干扰信号对有用信号调制产生的交叉调制干扰

当接收机调谐在有用信号的频率上时，干扰电台的调制信号听得清楚，而当接收机对有用信号频率失谐时，干扰电台调制信号的可听度减弱，并随着有用信号的消失而完全消失，换句话说，好象干扰电台的调制转移到了有用信号的载波上。现象：Ch05混频器干扰信号对有用信号调制产生的交叉调制干扰

若有用信号和干扰信号均为调幅波，混频器的非理想相乘特性会使有用信号的各频率分量的幅度受干扰信号的幅度影响，其包迹发生变化。成因：

分析表明，非理想相乘特性的四次项中所含的v0vsvn2项将产生寄生中频信号，End5.9.2交叉调制(交调)Ch05混频器5.9.3互相调制(互调)两干扰信号和本振信号产生的互相调制干扰

在输入有用信号的同时，有两个干扰信号vn1(t)和vn2(t)也作用于混频器输入端,使混频器的输入端同时作用了包括本机振荡共4个输入信号，这两个干扰信号与本机振荡信号的组合就有可能产生两个干扰信号间的互相调制，从而产生寄生中频分量。成因：Ch05混频器两干扰信号和本振信号产生的互相调制干扰

实际上，由于混频器前的高频放大器具有良好的滤波作用，往往只有频率比较接近输入信号频率的两个干扰信号才能有效地加到混频器的输入端。因此，假定两个干扰信号的频率fn1和fn2比较靠近fs，那么能够满足上式情况限于组合频率干扰End5.9.3互相调制(互调)Ch05混频器5.9.4阻塞现象与相互混频1.阻塞现象

当一个强干扰信号进入接收机输入端后，由于输入电路抑制不良，会使前端电路内的放大器或混频器工作于严重的非线性区域，甚至完全破坏晶体管的工作状态，使输出信噪比大大下降。这就是强信号阻塞现象。

信号过强时，甚至可能导致晶体管的ＰＮ结被击穿，晶体管的正常工作状态被破坏，产生了完全堵死的阻塞现象。Ch05混频器2