1、4.7 二極管混頻器l有了三極管混頻器為什么還要設(shè)計二極管混頻器？l原因：當輸入信號振幅比較大時，三極管混頻器轉(zhuǎn)移函數(shù)轉(zhuǎn)移函數(shù)用泰勒級數(shù)展開后，必須取很多項，導(dǎo)致混頻后輸出信號的頻率成分太多，干擾嚴重。.)()()()(404303202010VvbVvbVvbVvbbi12l電路結(jié)構(gòu)簡單l噪聲低l動態(tài)范圍大l組合頻率分量少如果采用肖特基表面勢壘二極管，工作頻率可高達微波頻段，因而應(yīng)用廣泛。二極管混頻器的優(yōu)點二極管混頻器的種類l二極管平衡混頻器l利用對稱的電路抵消掉一部分無用頻率分量l二極管環(huán)形混頻器（雙平衡混頻器）l是對二極管平衡混頻器的改進34.7.1二極管平衡混頻器l電路原理圖vssv攜

2、帶信息的有用信號 經(jīng)互感耦合輸入到電路中。1D1L2D2L 0v個對稱的回路。形成的中點和跨接在本振信號2,210LLvvout經(jīng)互感耦合輸出?；祛l后的差頻信號outv4二極管平衡混頻器原理分析vs1D1L2D2L 0vvout2sv2sv設(shè)輸入互感線圈的電壓感應(yīng)系數(shù)為設(shè)輸入互感線圈的電壓感應(yīng)系數(shù)為10,svv一般情況下的振幅遠遠大于 的振幅決定的導(dǎo)通和截止完全由和所以可以認為021vDD截止和負半周期時導(dǎo)通和正半周期時即210210;DDvDDv5二極管平衡混頻器原理分析vs1D1L2D2L 0v2sv2sv)(,21tSii我們引入一個開關(guān)函數(shù)的表達式和為了寫出電流i1i21( )0S t

3、0cos,00tv即正半周期當0cos,00tv即負半周期當1210201( )()21( )()2dsdsiiig S tvvig S t vv則 和 可分別表示為6二極管平衡混頻器原理分析tt0cost)(tS展開所以可以用付立葉級數(shù)為一周期函數(shù),)(tS0001222( )coscos3cos5235S tttt7二極管平衡混頻器原理分析vs1D1L2D2L 0vvout2sv2svi1i21212,-i ii i經(jīng)輸出互感線圈感應(yīng)后輸出總電流與成比例12iii則 0011( )()( )()22dsdsg S tvvg S t vv8i( )dsg S t v二極管平衡混頻器原理分析(

4、 )dsig S t v0001222(coscos3cos5)cos235dsmsgtttVt0s03s05s比三極管混頻器產(chǎn)生的頻率成分要少很多比三極管混頻器產(chǎn)生的頻率成分要少很多s94.7.2 二極管環(huán)形混頻器l原理電路 Vs i2 D31 D24 D12 D43 + i1 i3 vi iL1-3+ iL4-2 RL B1 B2 + v s/2 + v s/2 + v 0 + v 0 i4 10二極管環(huán)形混頻器原理分析與平衡混頻器完全一樣截止導(dǎo)通正半周期時,42310DDDDv的平衡混頻器正半周期輸出極性反向成為一個與截止導(dǎo)通負半周期時031420,vDDDDv1( )1S t正半周期當

5、0v負半周期當0v11 vs i2 D31 D24 D12 D43 + i1 i3 vi iL1-3+ iL4-2 RL B1 B2 + v s/2 + v s/2 + v 0 + v 0 i4 ,( )dsig S t v這樣的結(jié)果 導(dǎo)致二極管環(huán)形混頻器原理分析tt0cost*( )( )( )S tS tS t*000444( )( )( )coscos3cos535S tS tS tttt12t)(tSt*( )()2TS tS t*0001222( )coscos3cos5235S tttt二極管環(huán)形混頻器原理分析000444(coscos3cos5)cos35dsmsigtttVt0

6、s03s05s,s與二極管平衡混頻器相比 又減少了分量0,s除了其他分量都是 垃圾 分量 減少這些 垃圾有利于降低噪聲，提高信噪比。13 目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個用于環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個用于0.5500MHz的的典型環(huán)形混頻器的外形及電路示于下圖。典型環(huán)形混頻器的外形及電路示于下圖。 使用時，使用時，8，9端外接信號電壓端外接信號電壓 s，3、4端相連，端相連，5、6端相連，然后在端相連，然后在3，5端間加本振電壓端間加本振電壓 0，中頻信號中頻信號由由1，2端輸出。此電路除用作混頻器外，還可以

7、用作端輸出。此電路除用作混頻器外，還可以用作相位檢波器、調(diào)制器等。相位檢波器、調(diào)制器等。(a)89123456(b)14二極管混頻器與三極管混頻器的比較三極管混頻器三極管混頻器 優(yōu)點：變頻增益大于優(yōu)點：變頻增益大于1 缺點：缺點：1、動態(tài)范圍較小動態(tài)范圍較小 2、組合頻率干擾嚴重組合頻率干擾嚴重 3、噪聲較大噪聲較大 4、存在本地輻射存在本地輻射二極管混頻器二極管混頻器 優(yōu)點：優(yōu)點：1、動態(tài)范圍較大動態(tài)范圍較大 2、組合頻率干擾少組合頻率干擾少 3、噪聲較小噪聲較小 4、不存在本地輻射不存在本地輻射 缺點：變頻增益小于缺點：變頻增益小于1 1154.8 差分對模擬乘法器混頻電路l模擬乘法器混頻

8、原理cosstt0cos0coscosstt001cos()cos() 2sstt只有和頻、差頻分量，只有和頻、差頻分量，“垃圾垃圾”分量最少分量最少16XYZ電路符號結(jié)合教材P158/P189圖4.8.2/5.8.2理解乘法器原理于電流源差動放大器的跨導(dǎo)正比根據(jù)模擬電子的知識,coscosssvt設(shè)輸入信號記為)(),(cos76176011176工作點電流為的取的取集電極電流可寫成TTITTIkITTQQcoscos0111IkIQcos0111IkIQsv高頻信號輸入6T01I7TC2組成的放大器同時也輸入到組成的放大器輸入到后形成兩個反相的信號本振信號經(jīng)過543213,TTTTT2T3

9、Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQ圖所示，并將參考方向標為如將此信號記為cos13TCCV0vcoscosC7C66T01I7T),(cos)cos(),(cos)cos(45011122543201112232的取的取集電極電流為的取的取集電極電流為則TTIkIkITTTTIkIkITTQQQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQ2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQcoscosC7C6)(522的工作點電流為TTIQ集

10、電極電流之和集電極電流與的電流為經(jīng)過424TTR2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCV4Rcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcoscos22 cos)cos( cos)cos( 01212011122011122IkkIIkIkIIkIkIQQQQQ即分量得到加強分量抵消注意：coscos,coscoscos2201212IkkIQcoscos22 ,01212535IkkITTRQ該電流等于集電極電流之和集電極電流與的電流為同理經(jīng)過2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCVcoscos220

11、1212IkkIQ5Rcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQ)(549843RRRTTCC圖中組成的放大器中并輸入到去直流號經(jīng)形成一對反相的乘積信2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCV4Rcoscos2201212IkkIQ5Rcoscos2201212IkkIQ至T8)coscos22(01212IkkIRVQCC)coscos22(01212IkkIRVQCCcoscos20121IkRk至T9C3C4coscos20121IkRk模擬乘法器混頻器的優(yōu)缺點l優(yōu)點：l頻率分量最“干凈”（無用頻率分量少）l缺點：l輸入信

12、號只能是mV級00011coscoscos()cos()22ssstttt23差分對模擬乘法器混頻電路實用電路 1k 1k 0.01 +8V 0.001 4.5H 0.001 0.001 51 10k 51 6.8k 8V 50k 調(diào)零 v0 vs vi 2 3 7 8 1 4 10 5 9 6 MC1596 580pF 9480pF 100H 100H 信號電壓由端子輸入信號電壓由端子輸入最大值約最大值約15mV本振電壓由端子輸入本振電壓由端子輸入振幅約振幅約100mV相乘后的信號由第端子輸出經(jīng)帶通濾波后，即可獲得中頻信號輸出。相乘后的信號由第端子輸出經(jīng)帶通濾波后，即可獲得中頻信號輸出。24

13、254.9 混頻器中的干擾干擾產(chǎn)生的原因：0isff大量數(shù)值接近f的無用頻率分量l干擾的主要種類l組合頻率干擾和副波道干擾l交叉調(diào)制干擾l互相調(diào)制干擾l阻塞現(xiàn)象和相互混頻混頻器可產(chǎn)生、前端混頻器可產(chǎn)生、前端高放也可產(chǎn)生。高放也可產(chǎn)生。了解即可了解即可混頻器本身特性產(chǎn)生混頻器本身特性產(chǎn)生 重點掌握重點掌握形成干擾的條件 由于混頻器是依靠非線性元件來實現(xiàn)變頻，而通過非線性元件由于混頻器是依靠非線性元件來實現(xiàn)變頻，而通過非線性元件的信號將含有許多頻率成份的信號將含有許多頻率成份 Sqfpf 0, (p , q=0,1, 2,3,.)有用信號有用信號vs(f s)v0(f 0)v中頻中頻(f i)非線

14、性元件非線性元件中頻濾波器中頻濾波器u( )Sqfpf 0如果設(shè)輸入信號為如果設(shè)輸入信號為 )(ssfv,本振頻率信號為本振頻率信號為 )(00fv而而這這 些組合頻率的信號中只要和中頻頻率些組合頻率的信號中只要和中頻頻率 0isfff相同或接近，相同或接近， 都會和有用信號一起被選出，并送到后級中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引都會和有用信號一起被選出，并送到后級中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號的正常工作。起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號的正常工作。 Bfi4.9.1 組合頻率干擾和副波道干擾組合頻率干擾和副波道干擾即當即當時會產(chǎn)生干擾哨叫。時會產(chǎn)生干擾哨叫

15、。isfpqpf1情況情況1. 有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾( (干擾哨聲干擾哨聲) )260sipfqff例子l反面例子l正面例子05,6651sifMHz fMHzfMHz若則中頻05425241sffMHz但，從而干擾真正的中頻信號00500,965465sisifkHz fkHzfkHzpfqff若則中頻此時就不會落到 附近了27選擇合適的中頻，使干擾點數(shù)少。情況情況2、外來干擾信號和本振產(chǎn)生的干擾外來干擾信號和本振產(chǎn)生的干擾(1) 組合副波道干擾組合副波道干擾 如果混頻器之前的輸入回路和高頻放大器的選擇性不夠如果混頻器之前的輸入回路和高頻放大器的選

16、擇性不夠好，除了要接收的有用信號外，干擾信號也會進入混頻器。好，除了要接收的有用信號外，干擾信號也會進入混頻器。會產(chǎn)生組合副波道干擾。會產(chǎn)生組合副波道干擾。時，時，ininfqfpffqfpf00v0(f 0)v中頻中頻(f i)噪聲噪聲vn(f n)非線形元件非線形元件中頻濾波器中頻濾波器u( )nqfpf 0Bfi0050096546514652465sinnfkHz, fkHz,fkHz,fkHz,ffkHz例如若中頻此時若有噪聲頻率則28產(chǎn)生原因：前端電路選擇性不好。產(chǎn)生原因：前端電路選擇性不好。(2) 副波道干擾副波道干擾（是組合副波道干擾的特例）（是組合副波道干擾的特例） 在組合副

17、波道干擾中，某些特定頻率形成的干擾稱為副在組合副波道干擾中，某些特定頻率形成的干擾稱為副波道干擾。這種干擾主要有波道干擾。這種干擾主要有中頻干擾和鏡像干擾中頻干擾和鏡像干擾。1)中頻干擾中頻干擾當干擾信號的頻率等于或接近當干擾信號的頻率等于或接近fi 時的干擾。時的干擾。2)鏡像鏡像頻率干擾頻率干擾當外來干擾信號的頻率當外來干擾信號的頻率fn=fs+2fi時的干擾時的干擾f S f 0 f nf i此時這種干此時這種干擾信號頻率擾信號頻率 nf與輸入信號頻率與輸入信號頻率 sf以本振頻率以本振頻率 0f為對稱軸形成鏡像對稱的關(guān)系。為對稱軸形成鏡像對稱的關(guān)系。f i0500,965,465,si

18、fkHz fkHzfkHz例如若中頻0500,965,465,465,sinfkHz fkHzfkHzfkHz例如若中頻此時若有噪聲頻率則形成中頻干擾29則形成鏡像干擾此時若有噪聲頻率,1430465965kHzfn一階干擾，干擾比較強。4.9.2 交叉調(diào)制干擾交叉調(diào)制干擾l產(chǎn)生的原因：l由混頻器3次方以上的非線性傳輸特性產(chǎn)生l現(xiàn)象：l當所接收電臺的信號和干擾電臺同時進入接收機輸入端時，如果接收機調(diào)諧于信號頻率，可以清楚地收到干擾信號電臺的聲音，若接收機對接收信號頻率失諧，干擾臺的聲音也消失。由于還沒有學調(diào)制,所以此處暫不細講30 有用信號和干擾信號一起作用產(chǎn)生的干擾。4.9.3 互相調(diào)制干擾互相調(diào)制干擾l產(chǎn)生的原因：l兩個或兩個以上的干擾進入到混頻器的輸入端時，由于器件的非線性作用，它們將產(chǎn)生一系列組合頻率分量。如果某些分量的頻率等于或接近于中頻時，就會形成干擾，稱為互調(diào)干擾。l現(xiàn)象：l接收機調(diào)諧于信號頻率，可以清楚地收到干擾信號電臺的聲音，若接收機對接收信號頻率失諧，