哈爾濱工業(yè)大學2009.12

高頻電子線路第九章變頻電路哈爾濱工業(yè)大學高頻電子線路第九章變頻電路1無線電發(fā)送與接收設(shè)備組成無線通信系統(tǒng)的基本組成無線電發(fā)送與接收設(shè)備組成無線通信系統(tǒng)的基本組成第九章變頻電路

主要內(nèi)容概述晶體三極管混頻二極管混頻器模擬乘法器混頻器混頻器的干擾與失真第九章變頻電路主要內(nèi)容第一節(jié)概述1、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的中頻頻率，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。時域表示法頻域表示法

一、變頻電路的功能第一節(jié)概述1、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的2、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。本地振蕩信號

一個中頻輸出信號：uc(fc)uL(fL)uI(fI)混頻器tuc(t)tuI(t)tuL(t)有兩個輸入信號：

高頻調(diào)制波

fcfc+Ffc+Ffuc的頻譜fcfLfuL的頻譜fIfI+FfI+FfuI的頻譜輸入信號uc與輸出信號ui的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是中心頻率不同：

2、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。本

②非線性器件用于頻率變換混頻器變頻器是由混頻器和本機振蕩器兩部分組成。二、變頻器的組成①混頻器是由輸入回路、非線性器件和帶通濾波器組成常用的非線性器件晶體三極管二極管場效應(yīng)管差分對管模擬乘法器……②非線性器件用于頻率變換混頻器變頻器是由混頻器和本機振蕩③輸入信號us與本振信號uL通過非線性器件后會產(chǎn)生很多新的頻率分量。其通過帶通濾波器可選出其中之一，稱其為中頻頻率。若帶通濾波器取fI=fL+fs稱高中頻。若帶通濾波器取fI=fL-fs稱低中頻。

混頻器③輸入信號us與本振信號uL通過非線性器件后會產(chǎn)生很多新的混頻器是頻譜的線性搬移電路，實現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。

2Ωmax

ωI=ωL-ωc乘法器帶通濾波器輸入已調(diào)波：兩信號的乘積項：

三、混頻器的基本工作原理ωLuLωL-ωcωL+ωcuI本振信號:ucωc如果帶通濾波器的中心頻率為

,帶寬

則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：uIucuLuLuc非線性元件帶通濾波器混頻器是頻譜的線性搬移電路，實現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。2

uΩ乘法器帶通濾波器uDSBuo2Ωmax

ωo

uDSB乘法器低通濾波器uouΩ

Ωmax四、振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系

(DSB為例)

uDSB=uc乘法器uL帶通濾波器uIωI=ωL-ωc

ωL

ωc

ωI=ωL-ωC2Ωmax調(diào)幅檢波

混頻

uΩ乘法器帶通濾波器uDSBuo2ΩmaxωouD因為混頻器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級，對接收機整機的噪聲系數(shù)影響大。所以希望混頻級的Fn

越小越好。

1、變頻增益：

變頻電壓增益:

變頻功率增益

:2、噪聲系數(shù):

3、失真與干擾變頻器的失真主要有:頻率失真非線性失真4、選擇性

在混頻器中，由于各種原因總會混入很多與中頻頻率接近的干擾信號，為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩形系數(shù)趨近于1。

五、變頻器的技術(shù)指標因為混頻器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級，對接收機整機的噪聲系數(shù)第二節(jié)晶體三極管混頻器

一、晶體三極管混頻器的工作原理

Vbb為直流偏置電壓，us為輸入信號，uL為本振信號。集電極回路調(diào)諧于中頻ωI。晶體三極管混頻器的原理電路第二節(jié)晶體三極管混頻器一、晶體三極管混頻器的工作原理

一個大信號和一個小信號同時作用于非線性元件晶體三極管在

Vbb，uL和us的作用下工作于非線性狀態(tài)。由于

us很小，可以認為晶體管的工作點在Vbb+uL的作用下發(fā)生變化在每一個工作點，對us來說都是工作于線性狀態(tài)，只不過不同的工作點其線性參量不同。這種隨時間變化的參量稱為時變參量。電路的輸入條件是：us

=Usmcosωst為小信號uL

=ULmcosωLt為大信號ULm>>Usm三級管的集電極電流

ic是在Vbb，uL和us的共同作用下產(chǎn)生的。一個大信號和一個小信號同時作用于非線性元件晶體三極管在V二、晶體三極管混頻器的時變參量分析因為：因為us的值很小，在us的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以，可以將函數(shù)ic=f(ube)

在時變偏壓Vbb+uL(t)上展開成泰勒級數(shù)，則因為uce對ic的影響遠小于ube對ic的影響，于是：正向傳輸特性1、混頻器的時變參量表示式二、晶體三極管混頻器的時變參量分析因為：因為us的值很小對于小信號us，其高階導數(shù)很小，可近似為：

式中：

f[Vbb+uL(t)]為

ube=

Vbb+uL(t)時集電極電流；為

ube=

Vbb+uL(t)時晶體三極管的跨導。

由于本振電壓為大信號，工作于非線性狀態(tài)，

f[Vbb+uL(t)]和g均隨

uL(t)變化呈非線性，則：式中，Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分別為ube=Vbb+uL(t)時集電極電流中的直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。對于小信號us，其高階導數(shù)很小，可近似為：式中：f[2、輸入us后產(chǎn)生的混頻電流

在輸入信號

us(t)=Usmcosωst作用下，集電極電流為：2、輸入us后產(chǎn)生的混頻電流在輸入信號us(t)=Usm3、通過帶通濾波器取出中頻若中頻頻率取差頻ωI=ωL-ωS，則混頻后通過帶通濾波器輸出中頻電流為：

其振幅為I1m=g1Usm/2

。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號振幅Usm成正比。

若輸入信號為調(diào)幅波，Usm(1+macosΩt)cosωst，則輸出中頻電流為：3、通過帶通濾波器取出中頻若中頻頻率取差頻ωI=ωL-ωS4、混頻器的變頻跨導gc變頻跨導是輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號振幅

Usm之比，即：

在數(shù)值上變頻跨導是時變跨導g(t)的基波分量的一半，可以通過

g(t)的基波分量g1來求變頻跨導：4、混頻器的變頻跨導gc變頻跨導是輸出中頻電流振幅IIm與混頻器等效電路三、晶體三極管混頻器的等效電路

◆由于本振電壓為大信號，對于輸入信號us為小信號來說可以等效為時變參量的線性電路?！糨斎牖芈氛{(diào)諧于ωs，輸出回路調(diào)諧于ωI，等效電路各參量可根據(jù)定義和混合π等效電路求出。變頻電壓增益變頻功率增益

當gL=goc時，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。

混頻器等效電路三、晶體三極管混頻器的等效電路◆由于本四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇

根據(jù)輸入信號us可構(gòu)成共射和共基兩組態(tài)。而對本振電壓的注入可分從基極注入和發(fā)射極注入兩種組態(tài)，因此有四種組態(tài)?；祛l器的四種組態(tài)

1、晶體三極管混頻器的四種組態(tài)us為共射組態(tài)(uL基極注入)us為共射組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL基極注入)四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇根據(jù)輸入信號us可構(gòu)成共射和共混頻器的四種組態(tài)

(a)us為共射組態(tài)，輸入阻抗高，變頻增益大。uL是基極注入，輸入電抗大，易于起振。但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生頻率牽引。（b）對uL相當于共基，起振不易，但兩者相互影響小。

（c）、（d）us為共基組態(tài)輸入阻抗小，變頻增益小；但高頻特性好，上限頻率高。us為共射組態(tài)(uL基極注入)us為共射組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL基極注入)混頻器的四種組態(tài)(a)us為共射組態(tài)，輸入阻抗高，變頻增2、具體電路

收音機變頻電路晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機振蕩器的振蕩管，為互感耦合的自激振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。

2、具體電路收音機變頻電路晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀態(tài)是由直流偏壓和本振電壓的幅值來決定。選擇晶體三極管混頻器的原則：變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。變頻功率增益

Apc和噪聲系數(shù)

NF與ULm和IEQ的關(guān)系的實驗結(jié)果如圖所示。ULm在100mV左右，IEQ在0.3~0.7mA為宜。

3、工作狀態(tài)的選擇EApc和NF與ULm、IEQ的關(guān)系

晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀態(tài)第四節(jié)二極管混頻電路一、概述二極管混頻器的優(yōu)點電路結(jié)構(gòu)簡單噪聲低動態(tài)范圍大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。二極管混頻器的分類平衡型混頻器環(huán)形混頻器第四節(jié)二極管混頻電路一、概述二、二極管平衡混頻器電路條件

(1)本振電壓uL足夠大，晶體二極管工作在受uL控制的開關(guān)狀態(tài)。(2)輸入回路的次級調(diào)諧于ωs；輸出回路的初級調(diào)諧于ωI。相當于兩個帶通濾波器。平衡混頻器原理電路二、二極管平衡混頻器電路條件(1)本振電壓uL足夠大，原理分析1．開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管D1、D2的電流

2．在無帶通濾波的條件下，流過輸出回路的電流為

設(shè)

，則原理分析1．開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管D1、D2的電流2．3．當輸出回路調(diào)諧于

ωI=ωL-ωs時，則輸出中頻電流為是us和uL正向混頻產(chǎn)生的中頻電流和中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生的中頻電流之差。4．當輸入回路調(diào)諧于ωs時，流過輸入回路初級的電流是：

是由us在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流和

us與uL經(jīng)反向混頻產(chǎn)生輸入電流之差。3．當輸出回路調(diào)諧于ωI=ωL-ωs時，則輸出中頻電流為是混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路由is和iI的關(guān)系式得出，其中：isiI混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路由is和iI的關(guān)系式二極管開關(guān)混頻器等效電路

由于混頻器等效電路是對稱的π型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導g0的定義是在輸出端接入gL=g0時，從輸入端看輸入電導為g0

。同樣，當在輸入端接入

gs=g0時，從輸出端向里看的輸出電導為g0

。因而全匹配條件

gL=g0

且

gs=g0，此時能獲得最大的功率傳輸。全匹配條件F的變頻功率增益

混頻器工作于全匹配的條件isiI二極管開關(guān)混頻器等效電路由于混頻器等效電

三、二極管環(huán)形混頻器本振電壓uL足夠大，使

D1、D2、D3、D4處于開關(guān)工作狀態(tài)。本振電壓正半周，D1、D2導通，D3、D4截止，開關(guān)函數(shù)為k(ωLt)。本振電壓負半周，D1、D2截止，D3、D4導通，開關(guān)函數(shù)為

k(ωLt-π)。輸入回路的次級調(diào)諧于

ωs輸出回路的初級調(diào)諧于

ωI

相當于兩個帶通濾波器三、二極管環(huán)形混頻器本振電壓uL足夠大，使D1、D2、原理分析

(1)在本振信號正半周，D1和D2組成平衡混頻器(2)在本振信號負半周，D3和D4組成平衡混頻器

(3)無帶通濾波條件下，輸出電流

(4)有帶通濾波器時，選出中頻電流

原理分析(1)在本振信號正半周，D1和D2組成平衡混頻器(5)無帶通濾波條件下，輸入電流

(6)有帶通濾波器時，選出輸入電流結(jié)論：環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個二極管，其輸出中頻電流和輸入電流都增大二倍。同時在輸出電流中進一步抵消了ωs、ωL±ωI、3ωL±ωI等分量。因而其應(yīng)用較為廣泛。(5)無帶通濾波條件下，輸入電流(6)有帶通濾波器時，第五節(jié)模擬乘法器混頻器

MC1596構(gòu)成混頻器

外來輸入信號本振信號第五節(jié)模擬乘法器混頻器MC1596構(gòu)成混頻

MC1596構(gòu)成混頻器

輸入信號Usm約為1.5mV，本振電壓ULm

約為100mV。

6、9端分別接100uH

電感到電源，對于工作頻率fI=9MHz

等效為5.6K歐姆電阻。

混頻器的中頻濾波器的中心頻率為9MHz。

MC1596構(gòu)成混頻器輸入信號Usm約為1

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

,(p,q=0,1,2,3,….)uc(fc)uL(fL)uI(fI)un(f

n)非線形元件中頻濾波器uo(

)如果設(shè)輸入信號為

,本振頻率信號為

則通過

非線性元件的信號

，其中

而這些組合頻率的信號中只要和中頻頻率fI=fL-fc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)輸出而引起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號的正常工作。

BfI第六節(jié)混頻器的干擾與失真

由于混頻器是依靠非線性元件來實現(xiàn)變頻，而通過非線性元如果設(shè)輸入信號為

,本振頻率信號為

一般混頻器存在下列干擾：

(1)干擾哨聲：接收的射頻信號

與本振信號

的自身組合干擾，即

(2)副波道干擾：外來干擾信號

與本振信號

的組合頻率產(chǎn)生的干擾

(3)交叉調(diào)制干擾：有用信號

與干擾信號

混頻產(chǎn)生的干擾。

(4)互調(diào)干擾：指兩個或多個信號同時作用在混頻器輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。

(5)阻塞干擾(6)倒易混頻

如果設(shè)輸入信號為,本振頻率信號為一般混頻器存在下列干擾：一、信號與本振信號的自身組合干擾（干擾哨聲）如果中頻

，則除

的中頻被選出外，還有可能選出其它的組合頻率：即

所以有

其中

稱為變頻比。

顯然當變頻比一定時，并能找到對應(yīng)的整數(shù)p,q時，就會形成自身組合干擾。設(shè)輸入高頻信號的載頻為

，本振信號

，則

經(jīng)過混頻器后產(chǎn)生的頻率為

，其中

p,q=0,1,2,…一、信號與本振信號的自身組合干擾（干擾哨聲）如果中頻，例：調(diào)幅廣播接收機的中頻fI=465KHz，某電臺發(fā)射頻率fc=931KHz，當接收該電臺廣播時接收機的本振頻率

，由于變頻比

fc/fI=931/465≈2，可推算出：由于組合頻率與中頻差

1KHz，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生1KHz的哨聲.（三階干擾）.另外，當

p=3,q=5時，可得：

,也可以通過中頻通道而形成干擾。（8階干擾）。

注意點:(1)自身組合干擾與外來干擾無關(guān)，不能靠提高前級電路的選擇性來抑制。

(2)減少這種干擾的方法：

正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾

正確選擇混頻器的工作點，減少組合頻率分量

采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻率，如平衡電路，環(huán)形電路，乘法器當p=1，q=2,fL=fI+fc=1396KHz。例：調(diào)幅廣播接收機的中頻fI=465KHz，某電臺發(fā)射頻率設(shè)串臺干擾信號為

，它與本振信號的組合頻率為：

其中

p,q=0,1,2,3….。如果選頻器所選擇的正常中頻信號為:二、外干擾信號與本振的組合頻率干擾（副波道干擾）則可能形成的副波道干擾為：凡是能滿足上式的串臺信號都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：中頻干擾鏡頻干擾其它副波道干擾

設(shè)串臺干擾信號為，它與本振信號的組合頻率為：其中p,1、中頻干擾當

p=0,q=1時，

即表明當一種接近中頻的干擾信號一旦進入混頻器，可以直接通過混頻器進入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾。抑制中頻干擾的方法：

提高混頻器前級的選擇性在混頻器前級增加中頻吸收電路

合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外1、中頻干擾當p=0,q=1時，即表明當一種接近中頻當

p=1,q=1時，則有：

f

c

f

L

f

nfI雖然這種干擾信號頻率

與輸入信號頻率

以本振頻率

為對稱軸形成鏡像對稱的關(guān)系。2、鏡像頻率干擾fI抑制鏡像干擾的方法：

提高混頻前級的選擇性

提高中頻頻率，使鏡像干擾頻率

遠離

例：中央臺第一套節(jié)目的載波為

,那么收音機在接收此節(jié)目時的本振頻率

,如果有一外來

電臺的頻率

,在混頻級之前沒有被抑制，則這個電臺進入混頻器后，混頻可得

的中頻將被選出進入后級輸出而形成鏡像干擾，產(chǎn)生串臺及嘯叫。當p=1,q=1時，則有：fcf當

,時形，成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為：

f

c

fn1

f

L

fn2可見與

對稱分布在本振頻率

的兩邊，其中

離

最近,經(jīng)混頻器前的濾波后進入混頻器的可能性最大。

3、組合頻率干擾的情況，則有：

抑制這類干擾的方法：

提高混頻器前級的選擇性提高中頻

選擇合適的混頻電路，合理選擇混頻器的工作點f

I當,時形，成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為：f交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)。它是有用信號與干擾信號一起作用于混頻器時，由于混頻器的非線性作用，將干擾的調(diào)制信號調(diào)制到了中頻載波上，即將干擾的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到有用信號的載波上而形成的一種干擾。例：由非線性元件：

其中四階項為

若設(shè)

而

則

展開后其中可分解出

項

三、交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）將信號代入此項，并經(jīng)中頻濾波后可得：其中

可以看出干擾信號中的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到中頻載波上，與有用信號一同輸出而形成干擾。

交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)。它是有用信號與干擾信號一起作用交調(diào)干擾的特點：

(2)干擾與載頻無關(guān)，任何頻率的強干擾都可能形成交調(diào)干擾，所以交調(diào)干擾是危害較大的一種干擾。只有當fn和fc

相差很大，受前級電路的抑制很徹底時，形成的干擾較小。交調(diào)干擾與有用信號并存，通過有用信號而作用，一旦有用信號uc=0，交調(diào)干擾也消失。

(3)混頻器中，除了非線性特性的4次方項以外，更高的偶次方項也可以產(chǎn)生交調(diào)干擾，但一般由于幅值較小，可以不考慮。

抑制交調(diào)干擾的措施：

①提高前級電路的選擇性②選擇合適的器件，合適的工作點，使不需要的非線性項（4次方項）盡可能小，以減少組合分量。交調(diào)干擾的特點：(2)干擾與載頻無關(guān)，任何頻率的強干擾都互調(diào)干擾是指兩個或多個干擾信號同時作用于混頻器的輸入端，由混頻器的非線性作用，兩個干擾信號之間產(chǎn)生混頻，當混頻后，產(chǎn)生的信號接近于有用信號的頻率時，將與有用信號一起進入后級電路輸出而產(chǎn)生干擾。

四、互調(diào)干擾互調(diào)干擾的特點：而本振信號

設(shè)混頻器輸入的兩個干擾為：互調(diào)干擾是指兩個或多個干擾信號同時作用于混頻器非線形元件中頻濾波器un1（fn1）uL（fo）i

ouI（fI）un2（fn2）則三個信號同時作用于非線元件上，混頻輸出的電流為:

由4次方項

中展開可得

項，

即：

其中有：

其組合頻率為：

非線形中頻濾un1（fn1）uL（fo）io如果當

形成互調(diào)干擾.

（注意：

）

討論：(1)當

時，

或

必有一個遠離

容易被濾除，可能產(chǎn)生的干擾不嚴重。(2)當

時，

或

均可能離

較近,濾除比較困難，可能會產(chǎn)生比較嚴重的干擾。即由于可見，兩個干擾頻率都小于（或大于）工作信號頻率，且三者等距時，就可形成互調(diào)干擾。

ωn2ωn1

ωc（3）互調(diào)干擾的大小主要決定于：

減少互調(diào)干擾的方法：提高前級電路的選擇性

選擇合適的電路和工作狀態(tài)

如果當形成互調(diào)干擾.（注意：）討論：(1)當時，哈爾濱工業(yè)大學2009.12

高頻電子線路第九章變頻電路哈爾濱工業(yè)大學高頻電子線路第九章變頻電路47無線電發(fā)送與接收設(shè)備組成無線通信系統(tǒng)的基本組成無線電發(fā)送與接收設(shè)備組成無線通信系統(tǒng)的基本組成第九章變頻電路

主要內(nèi)容概述晶體三極管混頻二極管混頻器模擬乘法器混頻器混頻器的干擾與失真第九章變頻電路主要內(nèi)容第一節(jié)概述1、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的中頻頻率，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。時域表示法頻域表示法

一、變頻電路的功能第一節(jié)概述1、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的2、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。本地振蕩信號

一個中頻輸出信號：uc(fc)uL(fL)uI(fI)混頻器tuc(t)tuI(t)tuL(t)有兩個輸入信號：

高頻調(diào)制波

fcfc+Ffc+Ffuc的頻譜fcfLfuL的頻譜fIfI+FfI+FfuI的頻譜輸入信號uc與輸出信號ui的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是中心頻率不同：

2、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。本

②非線性器件用于頻率變換混頻器變頻器是由混頻器和本機振蕩器兩部分組成。二、變頻器的組成①混頻器是由輸入回路、非線性器件和帶通濾波器組成常用的非線性器件晶體三極管二極管場效應(yīng)管差分對管模擬乘法器……②非線性器件用于頻率變換混頻器變頻器是由混頻器和本機振蕩③輸入信號us與本振信號uL通過非線性器件后會產(chǎn)生很多新的頻率分量。其通過帶通濾波器可選出其中之一，稱其為中頻頻率。若帶通濾波器取fI=fL+fs稱高中頻。若帶通濾波器取fI=fL-fs稱低中頻。

混頻器③輸入信號us與本振信號uL通過非線性器件后會產(chǎn)生很多新的混頻器是頻譜的線性搬移電路，實現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。

2Ωmax

ωI=ωL-ωc乘法器帶通濾波器輸入已調(diào)波：兩信號的乘積項：

三、混頻器的基本工作原理ωLuLωL-ωcωL+ωcuI本振信號:ucωc如果帶通濾波器的中心頻率為

,帶寬

則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：uIucuLuLuc非線性元件帶通濾波器混頻器是頻譜的線性搬移電路，實現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。2

uΩ乘法器帶通濾波器uDSBuo2Ωmax

ωo

uDSB乘法器低通濾波器uouΩ

Ωmax四、振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系

(DSB為例)

uDSB=uc乘法器uL帶通濾波器uIωI=ωL-ωc

ωL

ωc

ωI=ωL-ωC2Ωmax調(diào)幅檢波

混頻

uΩ乘法器帶通濾波器uDSBuo2ΩmaxωouD因為混頻器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級，對接收機整機的噪聲系數(shù)影響大。所以希望混頻級的Fn

越小越好。

1、變頻增益：

變頻電壓增益:

變頻功率增益

:2、噪聲系數(shù):

3、失真與干擾變頻器的失真主要有:頻率失真非線性失真4、選擇性

在混頻器中，由于各種原因總會混入很多與中頻頻率接近的干擾信號，為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩形系數(shù)趨近于1。

五、變頻器的技術(shù)指標因為混頻器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級，對接收機整機的噪聲系數(shù)第二節(jié)晶體三極管混頻器

一、晶體三極管混頻器的工作原理

Vbb為直流偏置電壓，us為輸入信號，uL為本振信號。集電極回路調(diào)諧于中頻ωI。晶體三極管混頻器的原理電路第二節(jié)晶體三極管混頻器一、晶體三極管混頻器的工作原理

一個大信號和一個小信號同時作用于非線性元件晶體三極管在

Vbb，uL和us的作用下工作于非線性狀態(tài)。由于

us很小，可以認為晶體管的工作點在Vbb+uL的作用下發(fā)生變化在每一個工作點，對us來說都是工作于線性狀態(tài)，只不過不同的工作點其線性參量不同。這種隨時間變化的參量稱為時變參量。電路的輸入條件是：us

=Usmcosωst為小信號uL

=ULmcosωLt為大信號ULm>>Usm三級管的集電極電流

ic是在Vbb，uL和us的共同作用下產(chǎn)生的。一個大信號和一個小信號同時作用于非線性元件晶體三極管在V二、晶體三極管混頻器的時變參量分析因為：因為us的值很小，在us的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以，可以將函數(shù)ic=f(ube)

在時變偏壓Vbb+uL(t)上展開成泰勒級數(shù)，則因為uce對ic的影響遠小于ube對ic的影響，于是：正向傳輸特性1、混頻器的時變參量表示式二、晶體三極管混頻器的時變參量分析因為：因為us的值很小對于小信號us，其高階導數(shù)很小，可近似為：

式中：

f[Vbb+uL(t)]為

ube=

Vbb+uL(t)時集電極電流；為

ube=

Vbb+uL(t)時晶體三極管的跨導。

由于本振電壓為大信號，工作于非線性狀態(tài)，

f[Vbb+uL(t)]和g均隨

uL(t)變化呈非線性，則：式中，Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分別為ube=Vbb+uL(t)時集電極電流中的直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。對于小信號us，其高階導數(shù)很小，可近似為：式中：f[2、輸入us后產(chǎn)生的混頻電流

在輸入信號

us(t)=Usmcosωst作用下，集電極電流為：2、輸入us后產(chǎn)生的混頻電流在輸入信號us(t)=Usm3、通過帶通濾波器取出中頻若中頻頻率取差頻ωI=ωL-ωS，則混頻后通過帶通濾波器輸出中頻電流為：

其振幅為I1m=g1Usm/2

。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號振幅Usm成正比。

若輸入信號為調(diào)幅波，Usm(1+macosΩt)cosωst，則輸出中頻電流為：3、通過帶通濾波器取出中頻若中頻頻率取差頻ωI=ωL-ωS4、混頻器的變頻跨導gc變頻跨導是輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號振幅

Usm之比，即：

在數(shù)值上變頻跨導是時變跨導g(t)的基波分量的一半，可以通過

g(t)的基波分量g1來求變頻跨導：4、混頻器的變頻跨導gc變頻跨導是輸出中頻電流振幅IIm與混頻器等效電路三、晶體三極管混頻器的等效電路

◆由于本振電壓為大信號，對于輸入信號us為小信號來說可以等效為時變參量的線性電路?！糨斎牖芈氛{(diào)諧于ωs，輸出回路調(diào)諧于ωI，等效電路各參量可根據(jù)定義和混合π等效電路求出。變頻電壓增益變頻功率增益

當gL=goc時，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。

混頻器等效電路三、晶體三極管混頻器的等效電路◆由于本四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇

根據(jù)輸入信號us可構(gòu)成共射和共基兩組態(tài)。而對本振電壓的注入可分從基極注入和發(fā)射極注入兩種組態(tài)，因此有四種組態(tài)?；祛l器的四種組態(tài)

1、晶體三極管混頻器的四種組態(tài)us為共射組態(tài)(uL基極注入)us為共射組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL基極注入)四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇根據(jù)輸入信號us可構(gòu)成共射和共混頻器的四種組態(tài)

(a)us為共射組態(tài)，輸入阻抗高，變頻增益大。uL是基極注入，輸入電抗大，易于起振。但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生頻率牽引。（b）對uL相當于共基，起振不易，但兩者相互影響小。

（c）、（d）us為共基組態(tài)輸入阻抗小，變頻增益小；但高頻特性好，上限頻率高。us為共射組態(tài)(uL基極注入)us為共射組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL射極注入)us為共基組態(tài)(uL基極注入)混頻器的四種組態(tài)(a)us為共射組態(tài)，輸入阻抗高，變頻增2、具體電路

收音機變頻電路晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機振蕩器的振蕩管，為互感耦合的自激振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。

2、具體電路收音機變頻電路晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀態(tài)是由直流偏壓和本振電壓的幅值來決定。選擇晶體三極管混頻器的原則：變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。變頻功率增益

Apc和噪聲系數(shù)

NF與ULm和IEQ的關(guān)系的實驗結(jié)果如圖所示。ULm在100mV左右，IEQ在0.3~0.7mA為宜。

3、工作狀態(tài)的選擇EApc和NF與ULm、IEQ的關(guān)系

晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀態(tài)第四節(jié)二極管混頻電路一、概述二極管混頻器的優(yōu)點電路結(jié)構(gòu)簡單噪聲低動態(tài)范圍大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。二極管混頻器的分類平衡型混頻器環(huán)形混頻器第四節(jié)二極管混頻電路一、概述二、二極管平衡混頻器電路條件

(1)本振電壓uL足夠大，晶體二極管工作在受uL控制的開關(guān)狀態(tài)。(2)輸入回路的次級調(diào)諧于ωs；輸出回路的初級調(diào)諧于ωI。相當于兩個帶通濾波器。平衡混頻器原理電路二、二極管平衡混頻器電路條件(1)本振電壓uL足夠大，原理分析1．開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管D1、D2的電流

2．在無帶通濾波的條件下，流過輸出回路的電流為

設(shè)

，則原理分析1．開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管D1、D2的電流2．3．當輸出回路調(diào)諧于

ωI=ωL-ωs時，則輸出中頻電流為是us和uL正向混頻產(chǎn)生的中頻電流和中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生的中頻電流之差。4．當輸入回路調(diào)諧于ωs時，流過輸入回路初級的電流是：

是由us在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流和

us與uL經(jīng)反向混頻產(chǎn)生輸入電流之差。3．當輸出回路調(diào)諧于ωI=ωL-ωs時，則輸出中頻電流為是混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路由is和iI的關(guān)系式得出，其中：isiI混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路由is和iI的關(guān)系式二極管開關(guān)混頻器等效電路

由于混頻器等效電路是對稱的π型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導g0的定義是在輸出端接入gL=g0時，從輸入端看輸入電導為g0

。同樣，當在輸入端接入

gs=g0時，從輸出端向里看的輸出電導為g0

。因而全匹配條件

gL=g0

且

gs=g0，此時能獲得最大的功率傳輸。全匹配條件F的變頻功率增益

混頻器工作于全匹配的條件isiI二極管開關(guān)混頻器等效電路由于混頻器等效電

三、二極管環(huán)形混頻器本振電壓uL足夠大，使

D1、D2、D3、D4處于開關(guān)工作狀態(tài)。本振電壓正半周，D1、D2導通，D3、D4截止，開關(guān)函數(shù)為k(ωLt)。本振電壓負半周，D1、D2截止，D3、D4導通，開關(guān)函數(shù)為

k(ωLt-π)。輸入回路的次級調(diào)諧于

ωs輸出回路的初級調(diào)諧于

ωI

相當于兩個帶通濾波器三、二極管環(huán)形混頻器本振電壓uL足夠大，使D1、D2、原理分析

(1)在本振信號正半周，D1和D2組成平衡混頻器(2)在本振信號負半周，D3和D4組成平衡混頻器

(3)無帶通濾波條件下，輸出電流

(4)有帶通濾波器時，選出中頻電流

原理分析(1)在本振信號正半周，D1和D2組成平衡混頻器(5)無帶通濾波條件下，輸入電流

(6)有帶通濾波器時，選出輸入電流結(jié)論：環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個二極管，其輸出中頻電流和輸入電流都增大二倍。同時在輸出電流中進一步抵消了ωs、ωL±ωI、3ωL±ωI等分量。因而其應(yīng)用較為廣泛。(5)無帶通濾波條件下，輸入電流(6)有帶通濾波器時，第五節(jié)模擬乘法器混頻器

MC1596構(gòu)成混頻器

外來輸入信號本振信號第五節(jié)模擬乘法器混頻器MC1596構(gòu)成混頻

MC1596構(gòu)成混頻器

輸入信號Usm約為1.5mV，本振電壓ULm

約為100mV。

6、9端分別接100uH

電感到電源，對于工作頻率fI=9MHz

等效為5.6K歐姆電阻。

混頻器的中頻濾波器的中心頻率為9MHz。

MC1596構(gòu)成混頻器輸入信號Usm約為1

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

,(p,q=0,1,2,3,….)uc(fc)uL(fL)uI(fI)un(f

n)非線形元件中頻濾波器uo(

)如果設(shè)輸入信號為

,本振頻率信號為

則通過

非線性元件的信號

，其中

而這些組合頻率的信號中只要和中頻頻率fI=fL-fc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)輸出而引起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號的正常工作。

BfI第六節(jié)混頻器的干擾與失真

由于混頻器是依靠非線性元件來實現(xiàn)變頻，而通過非線性元如果設(shè)輸入信號為

,本振頻率信號為

一般混頻器存在下列干擾：

(1)干擾哨聲：接收的射頻信號

與本振信號

的自身組合干擾，即

(2)副波道干擾：外來干擾信號

與本振信號

的組合頻率產(chǎn)生的干擾

(3)交叉調(diào)制干擾：有用信號

與干擾信號

混頻產(chǎn)生的干擾。

(4)互調(diào)干擾：指兩個或多個信號同時作用在混頻器輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。

(5)阻塞干擾(6)倒易混頻

如果設(shè)輸入信號為,本振頻率信號為一般混頻器存在下列干擾：一、信號與本振信號的自身組合干擾（干擾哨聲）如果中頻

，則除

的中頻被選出外，還有可能選出其它的組合頻率：即

所以有

其中

稱為變頻比。

顯然當變頻比一定時，并能找到對應(yīng)的整數(shù)p,q時，就會形成自身組合干擾。設(shè)輸入高頻信號的載頻為

，本振信號

，則

經(jīng)過混頻器后產(chǎn)生的頻率為

，其中

p,q=0,1,2,…一、信號與本振信號的自身組合干擾（干擾哨聲）如果中頻，例：調(diào)幅廣播接收機的中頻fI=465KHz，某電臺發(fā)射頻率fc=931KHz，當接收該電臺廣播時接收機的本振頻率

，由于變頻比

fc/fI=931/465≈2，可推算出：由于組合頻率與中頻差

1KHz，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生1KHz的哨聲.（三階干擾）.另外，當

p=3,q=5時，可得：

,也可以通過中頻通道而形成干擾。（8階干擾）。

注意點:(1)自身組合干擾與外來干擾無關(guān)，不能靠提高前級電路的選擇性來抑制。

(2)減少這種干擾的方法：

正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾

正確選擇混頻器的工作點，減少組合頻率分量

采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻率，如平衡電路，環(huán)形電路，乘法器當p=1，q=2,fL=fI+fc=1396KHz。例：調(diào)幅廣播接收機的中頻fI=465KHz，某電臺發(fā)射頻率設(shè)串臺干擾信號為

，它與本振信號的組合頻率為：

其中

p,q=0,1,2,3….。如果選頻器所選擇的正常中頻信號為:二、外干擾信號與本振的組合頻率干擾（副波道干擾）則可能形成的副波道干擾為：凡是能滿足上式的串臺信號都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：中頻干擾鏡頻干擾其它副波道干擾

設(shè)串臺干擾信號為，它與本振信號的組合頻率為：其中p,1、中頻干擾當

p=0,q=1時，

即表明當一種接近中頻的干擾信號一旦進入混頻器，可以直接通過混頻器進入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾。抑制中頻干擾的方法：

提高混頻器前級的選擇性在混頻器前級增加中頻吸收電