[學(xué)習(xí)]高頻電子電路5.3王衛(wèi)東

1、5.5 混頻器原理及電路,一 混頻概述,二 混頻電路,三 混頻器的干擾,返回,5.5.1 混頻器原理,1. 混頻器的變頻作用,混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個(gè)三端口（六端）網(wǎng)絡(luò),,本地振蕩信號(hào),一個(gè)中頻輸出信號(hào)：,兩個(gè)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系：,的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是填充頻譜不同，即，其中心頻率：,其中,5.5 混頻器原理及電路,返回,休息1,休息2,uc (fc),uL (fL),uI (fI),有兩個(gè)輸入信號(hào)

2、：,高頻調(diào)制波,混頻器是頻譜的線性搬移電路，完成頻譜線性搬移功能的關(guān)鍵是獲得兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)，具有這個(gè)乘積項(xiàng)，就可以實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。,混頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖,設(shè)輸入已調(diào)波信號(hào)：,那么兩信號(hào)的乘積項(xiàng)為：,2. 混頻器的基本工作原理：,本振信號(hào):,則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：,仿真,uI,返回,uc,uL,,休息1,休息2,(1) 調(diào)幅(DSB為例),（2）檢波,（3）混頻,3. 振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系,返回,仿真2,仿

3、真1,仿真3,休息1,休息2,因?yàn)榛祛l器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級，對接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)影響大。 所以希望混頻級的 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):,5.5.2 混頻器主要性能指標(biāo),(3) 失真與干擾,變頻器的失真主要有 :,,頻率失真,非線性失真,高質(zhì)量通信設(shè)備中以及工作頻率較高時(shí)，常使用,優(yōu)點(diǎn)：噪聲低，電路簡單，組合分量少。,例1.二極管平衡混頻器,設(shè)輸入信號(hào),本振信號(hào)

4、 :,若,則輸出電壓 :,5.5.3 實(shí)用混頻電路,如果輸出中頻濾波器的中心頻率為:,而環(huán)形混頻器的輸出是平衡混頻器輸出的2倍。且減少了輸出信號(hào)頻譜中組合頻率分量,即減少了混頻器所特有的組合頻率干擾。,仿真,休息 1,休息 2,1. 二極管混頻器,利用第4章所述的時(shí)變跨導(dǎo)電路，可構(gòu)成晶體管混頻器。,由于時(shí)變偏置電壓,2. 晶體三極管混頻器,利用付里葉級數(shù)可將展開成 :,,其中變頻跨導(dǎo)：,變頻(混頻)增益Au為 ：,中頻輸出電壓uI為

5、：,雙極型晶體三極管混頻器基本電路的交流通道 :,共射極混頻電路 ：本振信號(hào)由基極串聯(lián)方式注入 本振信號(hào)由射極注入,共基極混頻電路：,FET混頻器的轉(zhuǎn)移特性是平方律，輸出電流中的組合頻率分量比BJT混頻器少得多，故其互調(diào)失真低。FET混頻器容許的輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍也較大。因此，盡管FET混頻器的變頻增益比BJT混頻器低，卻在短波、超短波接收機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。,設(shè)輸入已調(diào)制信號(hào)：uc= Uc(t)cosω

6、ct,3 FET混頻電路,uI,右圖為FET混頻器原理電路,其中，Uc(t)= Ucm(1+macosΩt),本振電壓uL=ULcos ωLt,LC回路調(diào)諧在中頻ωI= ωL-ωc或ωI= ωc-ωL，通頻帶B=2Ω，回路的諧振阻抗為RL 。,柵—源間的電壓uGS為：,uGS=UGSQ+uc-uL= UGSQ+Uc(t)cos ωct -ULcos ωLt,轉(zhuǎn)移特性為平方律關(guān)系，即 ：,式中，UGS（off）為FET管的夾斷電壓，IDS

7、S為漏極飽和電流 。,,恒流區(qū)內(nèi)的漏極電流為:,,uc,uL,uGS,式中，k1、k2、k3、k4為常數(shù)?？梢?，iD(t)中含有差頻(ωc-ωL)電流分量，其幅值正比于Uc(t)為:,通過漏極LC負(fù)載回路選頻后，輸出的中頻電壓為:,BG314構(gòu)成的混頻電路 ，如果本振電壓uL、高頻信號(hào)電壓uc分別從4、9腳輸入，BG314的輸出端2、14腳間接LC諧振回路。,設(shè)輸入已調(diào)高頻信號(hào):,4. 模擬乘法器混頻電路,仿真,休息 1,休息 2,uL

8、,uc,uI,uc= Uc(t)cos ωct,本振電壓:uL=ULcos ωLt,LC回路的諧振頻率ωI= ωL-ωc，其帶寬B≥2Ω，回路諧振阻抗為RP,，變壓比為n=N2／N1，輸出中頻信號(hào)電壓uI為:,混頻增益Au為 :,uc(f c),uL(f L),uI(f I),un(f n),uo( ),三 混頻器的干擾,一般混頻器存在下列干擾：,,1.信號(hào)與本振信號(hào)的自身組合干擾（干擾哨聲）,所

9、以有,顯然當(dāng)變頻比一定時(shí)，并能找到對應(yīng)的整數(shù)p, q時(shí)，就會(huì)形成自身組合干擾。,,注意點(diǎn):,(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：,,其中 p, q=0,1,2,3…. 。如果選頻器所選擇的正常中頻信號(hào)為:,2.外干擾信號(hào)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：,可見，凡是能滿足上式的串臺(tái)信號(hào)都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：中頻干擾，鏡頻干擾，及其它副波

10、道干擾。,(1)中頻干擾,當(dāng) p=0 , q=1時(shí)，,即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號(hào)一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通過混頻器進(jìn)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：,當(dāng) p=1 , q=1時(shí)，則有：,,(2)鏡像頻率干擾,f c f n1 f L f n2,(3)組合頻率干擾,的情況，則有：,繼續(xù),交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)。它是有用信號(hào)與干擾信號(hào)一起作用于混頻器時(shí)，由混頻器的非線性作用，

11、將干擾的調(diào)制信號(hào)調(diào)制到了中頻載波上，即將干擾的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)的載波上而形成的一種干擾。,例：由非線性元件：,而,3.交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）,將信號(hào)代入此項(xiàng)，并經(jīng)中頻濾波后可得：,,,交調(diào)干擾的特點(diǎn)：,(3)混頻器中，除了非線性特性的4次方項(xiàng)以外，更 高的偶次方項(xiàng)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(diǎn)，使不需要的非線性項(xiàng)（4次方

12、項(xiàng)）盡可能小，以減少組合分量。,互調(diào)干擾是指兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)作用于混頻器的輸入端，由混頻器的非線性作用，兩個(gè)干擾信號(hào)之間產(chǎn)生混頻，當(dāng)混頻后，產(chǎn)生的信號(hào)接近于有用信號(hào)的頻率 時(shí)，將與有用信號(hào)一起進(jìn)入后級電路輸出而產(chǎn)生干擾。,4.互調(diào)干擾,互調(diào)干擾的特點(diǎn)：設(shè)混頻器輸入的兩個(gè)干擾為：,而本振信號(hào),則三個(gè)信號(hào)同時(shí)作用于非線元件上，則混頻輸出的電流為:,即：,其中有：,其組合頻率為：,,繼續(xù),返回,可見，兩個(gè)干擾頻率都小于（或大于

13、）工作信號(hào)頻率，且三者等距時(shí)，就可形成互調(diào)干擾。,,,（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),例 4-13 當(dāng) f n1 =1.5MHz ， f n2 =0.9MHz ，若接收機(jī)在 1~3.5MHz 波段工作，向在哪幾個(gè)頻率上會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾？ 解 若 m ， n=1 則 f n1 + f n2 =1.5+ 0.9=2.4MHz

14、 f n1 – f n2 =1.5– 0.9=0.6MHz ( 波段外 ) m=1 ， n=2 f n1 + f n2 =1.5+ 1.8=2.4MHz## 2f n1 – f n2 =1.5– 1.8=2.4MHz ( 波段外 ) m=2 ， n=1 2f n1 + f n2 =3+ 0.9=3.9MHz ( 波段外 )

15、 2f n1 – f n2 =3– 0.9=2.1MHz m=3 ， n=0 3f n1 =3 ′ 1.5=4.5MHz ( 波段外 ) m=0 ， n=3 3f n2 =3 ′ 0.9=2.7MHz 因此，考慮三次以下諧波 f n1 和 f n2 在 1~3.5MHz 波段內(nèi)對 2.4MHz ， 3.3MHz ， 2.1MHz ， 2.7MHz 等 4 個(gè)頻率會(huì)產(chǎn)生干擾。,例 4-12 某超外差收音機(jī)，其中頻

16、 fi=465kHz 。 (1) 當(dāng)收聽 f s1 =550kHz 電臺(tái)節(jié)目時(shí)，還能聽到 f n1 =1480kHz 強(qiáng)電臺(tái)的聲音，分析產(chǎn)生干擾的原因。 (2) 當(dāng)收聽 f s2 =1480kHz 電臺(tái)節(jié)目時(shí)，還能聽到 f n2 =740kHz 強(qiáng)電臺(tái)的聲音，分析產(chǎn)生干擾原因。 解 (1) 因?yàn)?f n1 =f s1 + 2f 1 =550+2×456=1480kHz ；根據(jù)上述分析， f n1 為鏡頻干擾。

17、 (2) 因?yàn)?f s2 =1480kHz f i =465kHz 所以 f o2 =f s2 +f i =1480+465=1946kHz ，而 f n2 =740kHz 所以 f o2 –2f n2 =1945–2 ×740=465kHz=f i 故這種干擾為組合副波道干擾。 例如有兩個(gè)干擾，其頻率為 f 1 =1.5MHz ， f 2 =1.6MHz 。若 m=2 ， n=1 ，則 2 ×1.5–1.6=