第九章變頻電路

第一節(jié)概述第二節(jié)晶體三極管混頻第三節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管混頻器第四節(jié)二極管混頻器第五節(jié)模擬乘法器混頻器第六節(jié)混頻器的干擾與失真

主要內(nèi)容：

2021/10/10星期日1第一節(jié)概述

一、變頻電路的功能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。2、變頻電路功能的時(shí)域表示法和頻域表示法。

變頻電路的主要應(yīng)用之一是用于超外差接收機(jī)中，將高頻載頻變換成固定中頻載頻信號(hào)，然后通過(guò)高性能的中頻放大器進(jìn)行放大，使整個(gè)接收機(jī)靈敏度和選擇性大大提高。下圖是以輸入普通調(diào)幅波為例表示的輸入輸出波形以及輸入輸出的頻譜。時(shí)域表示法頻域表示法2021/10/10星期日2

二、變頻器的組成1、變頻器是由混頻器和本機(jī)振蕩器兩部分組成。①混頻器是由輸入回路、非線(xiàn)性器件和帶通濾波器組成②非線(xiàn)性器件用于頻率變換。常用的非線(xiàn)性器件有晶體三極管、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管、差分對(duì)管和模擬乘法器等。③輸入信號(hào)與本振信號(hào)通過(guò)非線(xiàn)性器件后會(huì)產(chǎn)生很多新的頻率分量。其通過(guò)帶通濾波器可選出其中之一，稱(chēng)其為中頻頻率。若帶通濾波器取稱(chēng)高中頻。若帶通濾波器取稱(chēng)低中頻?；祛l器二、變頻器的組成1、變頻器是由混頻器和本機(jī)振蕩器兩部分組成。①混頻器是由輸入回路、非線(xiàn)性器件和帶通濾波器組成2021/10/10星期日3

三、變頻器的技術(shù)指標(biāo)1、變頻增益①變頻電壓增益,

②變頻功率增益,2、選擇性，（通常用矩形系數(shù)表示）

3、噪聲系數(shù)

4、失直與干擾

2021/10/10星期日4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

1、下圖是晶體三極管混頻器的原理電路。其中為直流偏置電壓，為輸入信號(hào)，為本振信號(hào)。集電極回路調(diào)諧于中頻。2021/10/10星期日52、工作原理

一個(gè)大信號(hào)和一個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于非線(xiàn)性元件輸入信號(hào)：為小信號(hào)；本振信號(hào)：為大信號(hào)即晶體三級(jí)管的發(fā)射結(jié)加有三個(gè)電壓和，晶體三極管工作于非線(xiàn)性狀態(tài)。而對(duì)于來(lái)說(shuō)，由于很小，可以認(rèn)為是在的作用下，晶體管的工作點(diǎn)在變化。在每一個(gè)工作點(diǎn)，對(duì)來(lái)說(shuō)都是工作于線(xiàn)性狀態(tài)，只不過(guò)不同的工作點(diǎn)其線(xiàn)性參量不同。這種隨時(shí)間變化的參量稱(chēng)為時(shí)變參量。2021/10/10星期日6

3、晶體三極管混頻器的時(shí)變參量分析①混頻器的時(shí)變參量表示式晶體三極管的，正向傳輸特性為因?yàn)榈闹岛苄。诘淖兓秶鷥?nèi)正向傳輸特性是線(xiàn)性的。所以，可以將函數(shù)在時(shí)變偏壓上展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，則對(duì)于小信號(hào)，其高階導(dǎo)數(shù)很小，可近似為

式中，為時(shí)集電極電流；為時(shí)晶體三極管的跨導(dǎo)。由于本振電壓為大信號(hào)，工作于非線(xiàn)性狀態(tài)，和g均隨變化呈非線(xiàn)性，則式中，分別為時(shí)集電極電流中的直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。2021/10/10星期日7

②輸入后產(chǎn)生的混頻電流

在輸入信號(hào)作用下，集電極電流為③通過(guò)帶通濾波器取出中頻

若中頻頻率取差頻，則混頻后通過(guò)帶通濾波器輸出中頻電流為其振幅為。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號(hào)振幅成正比。若輸入信號(hào)為調(diào)幅波，，則輸出中頻電流為2021/10/10星期日8

④混頻器的變頻跨導(dǎo)

變頻跨導(dǎo)是輸出中頻電流振幅與輸入高頻信號(hào)振幅之比，即在數(shù)值上變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)的基波分量的一半，可以通過(guò)的基波分量來(lái)求變頻跨導(dǎo)定義:

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二、晶體三極管混頻器的等效電路

◆由于本振電壓為大信號(hào)，對(duì)于輸入信號(hào)為小信號(hào)來(lái)說(shuō)可以等效為時(shí)變參量的線(xiàn)性電路?？捎蒙蠄D所示電路等效?！糨斎牖芈氛{(diào)諧于，輸出回路調(diào)諧于，等效電路各參量可根據(jù)定義和混合等效電路求出。2021/10/10星期日10變頻電壓增益變頻功率增益

當(dāng)相等時(shí)，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。

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三、具體電路和工作狀態(tài)的選擇

1、晶體三極管混頻器的四種組態(tài)

根據(jù)輸入信號(hào)可構(gòu)成共射和共基兩組態(tài)。而對(duì)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)2021/10/10星期日12圖（a）對(duì)為共射組態(tài)，輸入電阻高，變頻增益大。對(duì)是基極注入，輸入電阻大，易于起振。但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生頻率牽引。圖（b）對(duì)信號(hào)為共射組態(tài)，輸入電阻高，變頻增益大。對(duì)是射極注入，輸入電阻小，本振負(fù)載較重，起振困難，但兩者相互影響小，不會(huì)產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象。圖（c）、（d）為共基組態(tài)，輸入阻抗小，變頻電壓增益小，高頻特性好，上限頻率高。頻率較低時(shí)不用。上圖說(shuō)明2021/10/10星期日13

2、工作狀態(tài)的選擇變頻功率增益和噪聲系數(shù)的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。在100mV左右，在0.3~0.7mA為宜。2021/10/10星期日14

3、具體電路

收音機(jī)變頻電路2021/10/10星期日15電視機(jī)變頻電路2021/10/10星期日16第三節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管混頻器

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路如圖所示

一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管混頻器2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)漏極電流與柵源電壓的關(guān)系

式中，時(shí)的為夾斷電壓。2021/10/10星期日17

3、混頻原理設(shè)輸入信號(hào)，本振信號(hào)。則式中為場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的值?？傻?/p>

可知，中含有直流等頻率分量，其中為高中頻和低中頻分量。若選用低中頻的帶通濾波器，則式中，為變頻跨導(dǎo)，其值為。若中頻帶通濾波器中心頻率為，且諧振電阻為，則混頻器輸出電壓為對(duì)于，則2021/10/10星期日18

二、雙柵絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器

1、原理電路如圖所示

雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路2021/10/10星期日19

2、雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)及特性的表示式①．雙柵絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管具有柵漏極間電容很小，正向傳輸導(dǎo)納較大，且受到雙重控制，很適合于作為超高頻段混頻器。②．雙柵絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)等，在放大區(qū)式中，，。其中是由直流偏置及管子本身所決定的常數(shù)。則3、混頻原理

在輸入信號(hào)，本振信號(hào)時(shí)，漏極電流中含有直流等頻率分量。經(jīng)帶通濾波器可取出中頻電流輸出中頻電壓為2021/10/10星期日20第四節(jié)二極管混頻電路

一、二極管平衡混頻器

1、原理電路如圖所示

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2、電路特點(diǎn)

①本振電壓足夠大，晶體二極管工作在受控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。②輸入回路的次級(jí)調(diào)諧于；輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于。相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器。3、混頻原理分析①開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)下，流過(guò)二極管的電流②在無(wú)帶通濾波的條件下，流過(guò)輸出回路的電流為設(shè)，，則2021/10/10星期日22

③當(dāng)輸出回路調(diào)諧于時(shí)，則輸出中頻電流為是由正向混頻產(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(dāng)輸入回路調(diào)諧于時(shí)，流過(guò)輸入回路初級(jí)的電流是是由在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流和經(jīng)反向混頻產(chǎn)生輸入電流之差。

結(jié)論：二極管混頻器是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)雙向混頻的電路2021/10/10星期日234、混頻器的等效電路

①等效電路由的關(guān)系式得出，其中，。2021/10/10星期日24

②混頻器工作于全匹配的條件由于混頻器等效電路是對(duì)稱(chēng)的型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導(dǎo)的定義是在輸出端接入時(shí)，從輸入端看輸入電導(dǎo)為。同樣，當(dāng)在輸入端接入時(shí)，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為。因而。全匹配條件，，此時(shí)能獲得最大的功率傳輸。③全匹配條件下的變頻功率增益2021/10/10星期日25

三、二極管環(huán)形混頻器1、原理電路如圖所示

環(huán)形混頻器

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本振電壓足夠大，使處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。本振電壓正半周，導(dǎo)通，截止，其開(kāi)關(guān)函數(shù)為。本振電壓負(fù)半周，截止，導(dǎo)通，其開(kāi)關(guān)函數(shù)為。輸入回路的次級(jí)調(diào)諧于，輸出回路的初級(jí)調(diào)諧于。相當(dāng)于兩個(gè)帶通濾波器。2、原理分析

*在本振信號(hào)正半周，組成平衡混頻器*在本振信號(hào)負(fù)半周，組成平衡混頻器*無(wú)帶通濾波條件下，輸出電流2021/10/10星期日27

*

有帶通濾波器時(shí)，選出中頻電流*無(wú)帶通濾波條件下，輸入電流*

有帶通濾波器時(shí)，選出輸入電流3、結(jié)論環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個(gè)二極管，其輸出中頻電流和輸入電流都增大二倍。同時(shí)在輸出電流中進(jìn)一步抵消了等分量。

2021/10/10星期日28第五節(jié)模擬乘法器混頻器

MC1596構(gòu)成混頻器2021/10/10星期日29外來(lái)輸入信號(hào)加到1端。

輸入信號(hào)約為1.5mV，本振電壓約為100mV。

21354本振信號(hào)加到8端，7端交流接地。

6、9端分別接100電感到電源,對(duì)于工作頻率等效為電阻。

混頻器的中頻濾波器的中心頻率為9MHz。2021/10/10星期日30第六節(jié)混頻器的干擾與失真

混頻器存在的干擾：信號(hào)與本振的組合頻率干擾（主波道干擾）外來(lái)干擾與本振組合頻率干擾（副波道干擾）外來(lái)干擾與信號(hào)形成的交叉調(diào)制（交調(diào)干擾）外來(lái)干擾之間組合頻率干擾（互調(diào)干擾）包絡(luò)失真與強(qiáng)信號(hào)阻塞

2021/10/10星期日31一、信號(hào)與本振的組合頻率干擾（干擾哨聲）

1、信號(hào)頻率與本振頻率通過(guò)非線(xiàn)性器件產(chǎn)生的頻率①若非線(xiàn)性特性為，而，則會(huì)產(chǎn)生直流

②的頻率分量是混頻時(shí)，必須要有的項(xiàng)，因低中頻，高中頻。故非線(xiàn)性特性中必須有的乘積項(xiàng)。而帶通濾波器應(yīng)根據(jù)需要濾除其中的個(gè)中頻，例如選低中頻應(yīng)濾除，選高中頻應(yīng)濾除。③非線(xiàn)性特性的三次方及其以上項(xiàng)會(huì)產(chǎn)生很多組合頻率（式中：，p、q為正整數(shù)或零。）2021/10/10星期日322、信號(hào)頻率與本振頻率的組合頻率干擾的條件

1．當(dāng)滿(mǎn)足時(shí)，這個(gè)組合頻率將會(huì)與正常的一道通過(guò)中頻帶通濾波經(jīng)中頻放大器放大后送給檢波器。2．由于差頻不大為音頻，則送給檢波器會(huì)產(chǎn)生差拍檢波，產(chǎn)生音頻實(shí)現(xiàn)干擾常稱(chēng)干擾哨聲。3．舉例：超外差接收機(jī)的中頻頻率，當(dāng)某電臺(tái)發(fā)射載頻時(shí)正常的變頻過(guò)程是。但是由于非線(xiàn)性特性有三次方項(xiàng)，則。二者都可以通過(guò)中頻帶通濾波進(jìn)行中頻放大，然后經(jīng)檢波器會(huì)產(chǎn)生1kHz的差拍檢波在終端揚(yáng)聲器產(chǎn)生干擾哨聲。3、產(chǎn)生這樣干擾的原因非線(xiàn)性特性有三次方及以上項(xiàng)。4、減小這種干擾的方法選取理想二次方特性的場(chǎng)效應(yīng)管或模擬乘法器作混頻器；采用二極管開(kāi)關(guān)平衡混頻方式；對(duì)晶體三極管混頻器的本振信號(hào)選為大信號(hào)，也能減小干擾。2311232021/10/10星期日33二、外來(lái)干擾與本振組合頻率干擾（副波道干擾）

1、在混頻器的輸入回路選擇性不好的條件下，除正常輸入信號(hào)外，還有些其它頻率的強(qiáng)干擾信號(hào)通過(guò)輸入回路進(jìn)入混頻器，統(tǒng)稱(chēng)為外來(lái)干擾信號(hào)。外來(lái)干擾頻率通過(guò)非線(xiàn)性器件產(chǎn)生組合頻率。2、在接收某一給定信號(hào)頻率時(shí)，接收機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)本振頻率，若取低中頻，則，由于輸入回路選擇性不好會(huì)有強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入混頻器，其頻率與本振的組合頻率。只有和有可能通過(guò)的中頻帶通濾波器，若滿(mǎn)足或會(huì)產(chǎn)生干擾，稱(chēng)為副波道干擾。

3、中頻干擾①當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為中頻干擾。②產(chǎn)生原因輸入回路選擇性不好，的強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入混頻器通過(guò)非線(xiàn)性特性的一次方項(xiàng)，相當(dāng)于放大由中頻選頻回路輸出，產(chǎn)生中頻干擾。③減小中頻干擾的方法提高輸入回路的選擇性，還可在混頻器輸入端增加一個(gè)中頻LC串聯(lián)陷波電路減小中頻干擾。

2021/10/10星期日344、鏡象頻率干擾當(dāng)時(shí)，為正常接收。而稱(chēng)為鏡象頻率干擾。②產(chǎn)生原因輸入回路選擇性不好，的鏡象頻率干擾。

③減小鏡象頻率干擾的方法提高輸入回路的選擇性，選用高中頻可減小鏡象頻率干擾。5、副波道干擾

①當(dāng)且滿(mǎn)足，稱(chēng)為副波道干擾。②產(chǎn)生原因輸入回路選擇性不好，在正常接收信號(hào)頻率時(shí)有一對(duì)應(yīng)的，有一強(qiáng)干擾頻率進(jìn)入混頻器與本振混頻，由于三次方及以上項(xiàng)產(chǎn)生的或，則會(huì)通過(guò)中頻帶通濾波器輸出，產(chǎn)生副波道干擾。③減小副波道干擾的方法提高輸入回路的選擇性，減小非線(xiàn)性特性的三次方及以上項(xiàng)產(chǎn)生的組合頻率，采用二極管平衡混頻、模擬乘法器混頻或具有理想平方律特性的場(chǎng)效應(yīng)管混頻器。

①2021/10/10星期日35三、交叉調(diào)制干擾

1、在輸入回路的選擇性不好的條件下，在接收正常調(diào)幅信號(hào)的同時(shí)也有另一干擾調(diào)幅信號(hào)進(jìn)入混頻器。在非線(xiàn)性特性有四次方及以上項(xiàng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交叉調(diào)制。其特征是，當(dāng)接收的正常信號(hào)存在時(shí)有干擾，而接收的正常信號(hào)消失時(shí)，干擾也消失。2、交叉調(diào)制產(chǎn)生的原理①設(shè)三極管混頻器的非線(xiàn)性特性為作用在輸入端的電壓有信號(hào)電壓干擾電壓本振電壓

代入非線(xiàn)性特性表示式中，其中中的四階產(chǎn)物中的項(xiàng)中的項(xiàng)就是交調(diào)產(chǎn)物。說(shuō)明傳送的除正常信息外，還有干擾信息及其諧波。②交叉調(diào)制干擾實(shí)質(zhì)上是通過(guò)非線(xiàn)性作用將干擾信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)出來(lái)，而后調(diào)制到中頻載頻上去。沒(méi)有正常信號(hào)干擾也就不存在。2021/10/10星期日363、交叉調(diào)制干擾產(chǎn)生的原因輸入回路選擇性不好，有調(diào)幅的強(qiáng)干擾信號(hào)輸入，在非線(xiàn)性特性的四次方及以上項(xiàng)。4、減小交叉調(diào)制干擾的方法提高輸入回路的選擇性，減小非線(xiàn)性特性的四次方及以上項(xiàng)產(chǎn)生的組合頻率，采用二極管平衡混頻、模擬乘法器混頻或場(chǎng)效應(yīng)管混頻。四、互調(diào)干擾

1、在輸入回路的選擇性不好的條件下，在接收正常輸入信號(hào)的同時(shí)，有兩個(gè)或多個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入混頻器。在非線(xiàn)性特性有三次方及以上項(xiàng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾。2、互調(diào)干擾產(chǎn)生的原理①設(shè)非線(xiàn)性特性有三次方項(xiàng)，其輸入端作用電壓有信號(hào)電壓干擾電壓本振電壓

輸入合成電壓，對(duì)于項(xiàng)中含有，則只要滿(mǎn)足就會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾。2021/10/10星期日37例如

其中通過(guò)帶通濾波器產(chǎn)生互調(diào)干擾。②產(chǎn)生互調(diào)干擾的頻率條件3、互調(diào)干擾產(chǎn)生的原因輸入回路選擇性不好，有兩個(gè)或多個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入混頻器，非線(xiàn)性特性有三次方及以上