高频电子电路5.3.ppt

5.5混频器原理及电路,一混频概述,二混频电路,三混频器的干扰,返回,3,4,5.5.1混频器原理,1.混频器的变频作用,混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络,本地振荡信号,输出一个中频信号：,两个输入信号与输出信号之间的关系：,的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心频率：,其中,5.5混频器原理及电路,返回,休息1,休息2,uc(fc),uL(fL),uI(fI),有两个输入信号：,高频调制波,混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是获得两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频谱线性搬移功能。,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：,2.混频器的基本工作原理：,本振信号:,则经带通滤波器的输出为：,仿真,uI,返回,uc,uL,休息1,休息2,(1)调幅(DSB为例),（2）检波,（3）混频,3.振幅调制、检波与混频器的相互关系,返回,仿真2,仿真1,仿真3,休息1,休息2,因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数影响大。所以希望混频级的越小越好。,(1)变频增益：,变频电压增益:,变频功率增益:,(2)噪声系数:,5.5.2混频器主要性能指标,(3)失真与干扰,变频器的失真主要有:,频率失真,非线性失真,高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用,优点：噪声低，电路简单，组合分量少。,5.5.3实用混频电路,仿真1,休息1,休息2,1.二极管混频器,仿真2,仿真4,仿真3,设输入信号,本振信号:,若,则输出电压:,如果输出中频滤波器的中心频率为:,而环形混频器的输出是平衡混频器输出的2倍。且减少了输出信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所特有的组合频率干扰。,仿真1,休息1,休息2,uc,例.二极管平衡混频器,uL,uL,uc,uc,uI,继续,利用第4章所述的时变跨导电路，可构成晶体管混频器。,由于时变偏置电压,2.晶体三极管混频器,利用付里叶级数可将展开成:,2.晶体三极管混频器,其中变频跨导：,变频(混频)增益Au为：,中频输出电压uI为：,双极型晶体三极管混频器基本电路的交流通道:,共射极混频电路：本振信号由基极串联方式注入本振信号由射极注入,共基极混频电路：,FET混频器的转移特性是平方律，输出电流中的组合频率分量比BJT混频器少得多，故其互调失真低。FET混频器容许的输入信号动态范围也较大。因此，尽管FET混频器的变频增益比BJT混频器低，却在短波、超短波接收机中获得了广泛应用。,设输入已调制信号：uc=Uc(t)cosct,3FET混频电路,右图为FET混频器原理电路,其中，Uc(t)=Ucm(1+macost),本振电压uL=ULcosLt,栅源间的电压uGS为：,uGS=UGSQ+uc-uL=UGSQ+Uc(t)cosct-ULcosLt,转移特性为平方律关系，即：,式中，UGS（off）为FET管的夹断电压，IDSS为漏极饱和电流。,uc,uL,uGS,uI,恒流区内的漏极电流为:,式中，k1、k2、k3、k4为常数。可见，iD(t)中含有差频(L-c)电流分量，其幅值正比于Uc(t)为:,漏极LC回路调谐在中频I=L-c，通频带B=2，回路的谐振阻抗为RL。,输出的中频电压为:,BG314构成的混频电路，如果本振电压uL、高频信号电压uc分别从4、9脚输入，BG314的输出端2、14脚间接LC谐振回路。,设输入已调高频信号:,4.模拟乘法器混频电路,仿真1,休息1,休息2,uL,uc,uI,uc=Uc(t)cosct,本振电压:uL=ULcosLt,LC回路的谐振频率I=L-c，B2，回路谐振阻抗为RP,变压比为n=N2N1，输出中频信号电压uI为:,混频增益Au为:,仿真2,uc(fc),uL(fL),uI(fI),un(fn),uo(),三混频器的干扰,一般混频器存在下列干扰：,1.信号与本振信号的自身组合干扰（干扰哨声）,所以有,显然当变频比一定时，并能找到对应的整数p,q时，就会形成自身组合干扰。,注意点:,(1)自身组合干扰与外来干扰无关，不能靠提高前级电路的选择性来抑制。,(2)减少这种干扰的方法：,其中p,q=0,1,2,3.。如果选频器所选择的正常中频信号为:,2.外干扰信号与本振的组合频率干扰（副波道干扰）,则可能形成的副波道干扰为：,可见，凡是能满足上式的串台信号都可能形成干扰，在这类干扰中主要有：中频干扰，镜频干扰，及其它副波道干扰。,(1)中频干扰,当p=0,q=1时，,即表明当一种接近中频的干扰信号一旦进入混频器，可以直接通过混频器进入中放电路，并被放大、解调后在输出端形成干扰,抑制中频干扰的方法：,当p=1,q=1时，则有：,(2)镜像频率干扰,fcfn1fLfn2,(3)组合频率干扰,的情况，则有：,继续,交叉调制干扰的形成与本振无关。它是有用信号与干扰信号一起作用于混频器时，由混频器的非线性作用，将干扰的调制信号调制到了中频载波上，即将干扰的调制信号转移到有用信号的载波上而形成的一种干扰。,例：由非线性元件：,而,3.交叉调制干扰（交调干扰）,将信号代入此项，并经中频滤波后可得：,交调干扰的特点：,(3)混频器中，除了非线性特性的4次方项以外，更高的偶次方项也可以产生交调干扰，但一般由于幅值较小，可以不考虑。,抑制交调干扰的措施：,提高前级电路的选择性,选择合适的器件，合适的工作点，使不需要的非线性项（4次方项）尽可能小，以减少组合分量。,互调干扰是指两个或多个干扰信号同时作用于混频器的输入端，由混频器的非线性作用，两个干扰信号之间产生混频，当混频后，产生的信号接近于有用信号的频率时，将与有用信号一起进入后级电路输出而产生干扰。,4.互调干扰,互调干扰的特点：设混频器输入的两个干扰为：,而本振信号,则三个信号同时作用于非线元件上，则混频输出的电流为:,即：,其中有：,其组合频率为：,继续,返回,可见，两个干扰频率都小于（或大于）工作信号频率，且三者等距时，就可形成互调干扰。,（3）互调干扰的大小主要决定于：,减少互调干扰的方法：,提高前级电路的选择性,选择合适的电路和工作状态,源同栅反,试从振荡器的位相条件出发，判断高频等效电路中，哪些可能振荡，哪些不可能振荡。能振荡的电路属于哪种电路？,(1)可能振荡，为电感反馈振荡电路,在振荡频率附近L3，C串联支路应呈电容性，应满足：,L3,(2)不可能振荡,(3)不可能振荡,射同基反,(4)不可能振荡,(5)可能振荡,为电感反馈振荡电路，在振荡频率附近应满足,为典型的clapp振荡器,图是一三回路振荡器的等效电路，设有以下四种情况,是否都能振荡，振荡的频率f1与回路谐振频率有何关系？,（1）,谐振回路的电抗性质,L1,C1和L,C回路呈电容性而L,C回路呈电感性L1,C1和L,C回路呈电感性而L,C回路呈电容性,只有当振荡频率f1满足,L1,C1和L,C回路呈电感性而L,C回路呈电容性,（2）,所以只有当,L1,C1和L,C回路呈电容性而L,C回路呈电感性,（2）电路可能振荡,（3）当,所以只有当,时，电路可能振荡,（4）当,时，电路不可能振荡,某超外差接收机的本振电路如图所示，若振荡器的最高工作频率时，可变电容，设晶体管参数对回路影响可忽略不计。,（1）该振荡器的类型？,（2）试求回路总电感,（3）该振荡器的可变电容C1因虚焊而断开了，振荡频率将如何变化？,解：(1)电感三端式振荡器,（2）试求回路总电感,先求回路总电容,（3）该振荡器的可变电容C1因虚焊而断开了，振荡频率将如何变化？,某振荡电路如图所示,1.试画出其交流通路，指出电路形式,2.该电路采用了哪些稳频措施？,解：(1)皮尔斯振荡器；,(2)稳频措施：稳定电源电压；采用石英晶体,3.指出该电路的振荡频率为多少？,调频振荡器实际电路如图所示，中心频率，图中L1,L2为高频扼流圈，C3为隔直电容，C4C5为高频旁路电容。,(1)画出调频振荡器的交流通路，并指出振荡器类型,解：(1)电容三端式振荡器如右图所示：,(2)当变容管上反向电压V6V时，其电容Cj20PF，试求振荡回路的电感,3.试述调频过程。,(3)当V变化时Cj变化f0变化变化,V,检波器如图所示，已知i(t)=0.4(1+0.2cos5103t)cos107tmA,回路谐振在输入信号的载频上，忽略回路损耗及输入电容的影响,检波系数Kd=1。(1)求检波器输入端电压us表达式。(2)求负载RL两端电压的振幅值,解：(1),(2),2题图所