高频电子线路(第四章 非线性电路法和混频器)

1、4.7 二极管混频器l有了三极管混频器为什么还要设计二极管混频器？l原因：当输入信号振幅比较大时，三极管混频器转移函数转移函数用泰勒级数展开后，必须取很多项，导致混频后输出信号的频率成分太多，干扰严重。.)()()()(404303202010VvbVvbVvbVvbbi12l电路结构简单l噪声低l动态范围大l组合频率分量少如果采用肖特基表面势垒二极管，工作频率可高达微波频段，因而应用广泛。二极管混频器的优点二极管混频器的种类l二极管平衡混频器l利用对称的电路抵消掉一部分无用频率分量l二极管环形混频器（双平衡混频器）l是对二极管平衡混频器的改进34.7.1二极管平衡混频器l电路原理图vssv携

2、带信息的有用信号 经互感耦合输入到电路中。1D1L2D2L 0v个对称的回路。形成的中点和跨接在本振信号2,210LLvvout经互感耦合输出。混频后的差频信号outv4二极管平衡混频器原理分析vs1D1L2D2L 0vvout2sv2sv设输入互感线圈的电压感应系数为设输入互感线圈的电压感应系数为10,svv一般情况下的振幅远远大于 的振幅决定的导通和截止完全由和所以可以认为021vDD截止和负半周期时导通和正半周期时即210210;DDvDDv5二极管平衡混频器原理分析vs1D1L2D2L 0v2sv2sv)(,21tSii我们引入一个开关函数的表达式和为了写出电流i1i21( )0S t

3、0cos,00tv即正半周期当0cos,00tv即负半周期当1210201( )()21( )()2dsdsiiig S tvvig S t vv则 和 可分别表示为6二极管平衡混频器原理分析tt0cost)(tS展开所以可以用付立叶级数为一周期函数,)(tS0001222( )coscos3cos5235S tttt7二极管平衡混频器原理分析vs1D1L2D2L 0vvout2sv2svi1i21212,-i ii i经输出互感线圈感应后输出总电流与成比例12iii则 0011( )()( )()22dsdsg S tvvg S t vv8i( )dsg S t v二极管平衡混频器原理分析(

4、 )dsig S t v0001222(coscos3cos5)cos235dsmsgtttVt0s03s05s比三极管混频器产生的频率成分要少很多比三极管混频器产生的频率成分要少很多s94.7.2 二极管环形混频器l原理电路 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 10二极管环形混频器原理分析与平衡混频器完全一样截止导通正半周期时,42310DDDDv的平衡混频器正半周期输出极性反向成为一个与截止导通负半周期时031420,vDDDDv1( )1S t正半周期当

5、0v负半周期当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这样的结果 导致二极管环形混频器原理分析tt0cost*( )( )( )S tS tS t*000444( )( )( )coscos3cos535S tS tS tttt12t)(tSt*( )()2TS tS t*0001222( )coscos3cos5235S tttt二极管环形混频器原理分析000444(coscos3cos5)cos35dsmsigtttVt0

6、s03s05s,s与二极管平衡混频器相比 又减少了分量0,s除了其他分量都是 垃圾 分量 减少这些 垃圾有利于降低噪声，提高信噪比。13 目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混频器已作为系列产品，一个用于环形混频器已作为系列产品，一个用于0.5500MHz的的典型环形混频器的外形及电路示于下图。典型环形混频器的外形及电路示于下图。 使用时，使用时，8，9端外接信号电压端外接信号电压 s，3、4端相连，端相连，5、6端相连，然后在端相连，然后在3，5端间加本振电压端间加本振电压 0，中频信号中频信号由由1，2端输出。此电路除用作混频器外，还可以

7、用作端输出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、调制器等。相位检波器、调制器等。(a)89123456(b)14二极管混频器与三极管混频器的比较三极管混频器三极管混频器 优点：变频增益大于优点：变频增益大于1 缺点：缺点：1、动态范围较小动态范围较小 2、组合频率干扰严重组合频率干扰严重 3、噪声较大噪声较大 4、存在本地辐射存在本地辐射二极管混频器二极管混频器 优点：优点：1、动态范围较大动态范围较大 2、组合频率干扰少组合频率干扰少 3、噪声较小噪声较小 4、不存在本地辐射不存在本地辐射 缺点：变频增益小于缺点：变频增益小于1 1154.8 差分对模拟乘法器混频电路l模拟乘法器混频

8、原理cosstt0cos0coscosstt001cos()cos() 2sstt只有和频、差频分量，只有和频、差频分量，“垃圾垃圾”分量最少分量最少16XYZ电路符号结合教材P158/P189图4.8.2/5.8.2理解乘法器原理于电流源差动放大器的跨导正比根据模拟电子的知识,coscosssvt设输入信号记为)(),(cos76176011176工作点电流为的取的取集电极电流可写成TTITTIkITTQQcoscos0111IkIQcos0111IkIQsv高频信号输入6T01I7TC2组成的放大器同时也输入到组成的放大器输入到后形成两个反相的信号本振信号经过543213,TTTTT2T3

9、Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQ图所示，并将参考方向标为如将此信号记为cos13TCCV0vcoscosC7C66T01I7T),(cos)cos(),(cos)cos(45011122543201112232的取的取集电极电流为的取的取集电极电流为则TTIkIkITTTTIkIkITTQQQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQ2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQcoscosC7C6)(522的工作点电流为TTIQ集

10、电极电流之和集电极电流与的电流为经过424TTR2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCV4Rcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcoscos22 cos)cos( cos)cos( 01212011122011122IkkIIkIkIIkIkIQQQQQ即分量得到加强分量抵消注意：coscos,coscoscos2201212IkkIQcoscos22 ,01212535IkkITTRQ该电流等于集电极电流之和集电极电流与的电流为同理经过2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCVcoscos220

11、1212IkkIQ5Rcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQ)(549843RRRTTCC图中组成的放大器中并输入到去直流号经形成一对反相的乘积信2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCV4Rcoscos2201212IkkIQ5Rcoscos2201212IkkIQ至T8)coscos22(01212IkkIRVQCC)coscos22(01212IkkIRVQCCcoscos20121IkRk至T9C3C4coscos20121IkRk模拟乘法器混频器的优缺点l优点：l频率分量最“干净”（无用频率分量少）l缺点：l输入信

12、号只能是mV级00011coscoscos()cos()22ssstttt23差分对模拟乘法器混频电路实用电路 1k 1k 0.01 +8V 0.001 4.5H 0.001 0.001 51 10k 51 6.8k 8V 50k 调零 v0 vs vi 2 3 7 8 1 4 10 5 9 6 MC1596 580pF 9480pF 100H 100H 信号电压由端子输入信号电压由端子输入最大值约最大值约15mV本振电压由端子输入本振电压由端子输入振幅约振幅约100mV相乘后的信号由第端子输出经带通滤波后，即可获得中频信号输出。相乘后的信号由第端子输出经带通滤波后，即可获得中频信号输出。24

13、254.9 混频器中的干扰干扰产生的原因：0isff大量数值接近f的无用频率分量l干扰的主要种类l组合频率干扰和副波道干扰l交叉调制干扰l互相调制干扰l阻塞现象和相互混频混频器可产生、前端混频器可产生、前端高放也可产生。高放也可产生。了解即可了解即可混频器本身特性产生混频器本身特性产生 重点掌握重点掌握形成干扰的条件 由于混频器是依靠非线性元件来实现变频，而通过非线性元件由于混频器是依靠非线性元件来实现变频，而通过非线性元件的信号将含有许多频率成份的信号将含有许多频率成份 Sqfpf 0, (p , q=0,1, 2,3,.)有用信号有用信号vs(f s)v0(f 0)v中频中频(f i)非线

14、性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器u( )Sqfpf 0如果设输入信号为如果设输入信号为 )(ssfv,本振频率信号为本振频率信号为 )(00fv而而这这 些组合频率的信号中只要和中频频率些组合频率的信号中只要和中频频率 0isfff相同或接近，相同或接近， 都会和有用信号一起被选出，并送到后级中放，经放大后解调输出而引都会和有用信号一起被选出，并送到后级中放，经放大后解调输出而引起串音，啸叫和各种干扰，从而影响有用信号的正常工作。起串音，啸叫和各种干扰，从而影响有用信号的正常工作。 Bfi4.9.1 组合频率干扰和副波道干扰组合频率干扰和副波道干扰即当即当时会产生干扰哨叫。时会产生干扰哨叫

15、。isfpqpf1情况情况1. 有用信号和本振产生的组合频率干扰有用信号和本振产生的组合频率干扰( (干扰哨声干扰哨声) )260sipfqff例子l反面例子l正面例子05,6651sifMHz fMHzfMHz若则中频05425241sffMHz但，从而干扰真正的中频信号00500,965465sisifkHz fkHzfkHzpfqff若则中频此时就不会落到 附近了27选择合适的中频，使干扰点数少。情况情况2、外来干扰信号和本振产生的干扰外来干扰信号和本振产生的干扰(1) 组合副波道干扰组合副波道干扰 如果混频器之前的输入回路和高频放大器的选择性不够如果混频器之前的输入回路和高频放大器的选

16、择性不够好，除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。好，除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。会产生组合副波道干扰。会产生组合副波道干扰。时，时，ininfqfpffqfpf00v0(f 0)v中频中频(f i)噪声噪声vn(f n)非线形元件非线形元件中频滤波器中频滤波器u( )nqfpf 0Bfi0050096546514652465sinnfkHz, fkHz,fkHz,fkHz,ffkHz例如若中频此时若有噪声频率则28产生原因：前端电路选择性不好。产生原因：前端电路选择性不好。(2) 副波道干扰副波道干扰（是组合副波道干扰的特例）（是组合副波道干扰的特例） 在组合副

17、波道干扰中，某些特定频率形成的干扰称为副在组合副波道干扰中，某些特定频率形成的干扰称为副波道干扰。这种干扰主要有波道干扰。这种干扰主要有中频干扰和镜像干扰中频干扰和镜像干扰。1)中频干扰中频干扰当干扰信号的频率等于或接近当干扰信号的频率等于或接近fi 时的干扰。时的干扰。2)镜像镜像频率干扰频率干扰当外来干扰信号的频率当外来干扰信号的频率fn=fs+2fi时的干扰时的干扰f S f 0 f nf i此时这种干此时这种干扰信号频率扰信号频率 nf与输入信号频率与输入信号频率 sf以本振频率以本振频率 0f为对称轴形成镜像对称的关系。为对称轴形成镜像对称的关系。f i0500,965,465,si

18、fkHz fkHzfkHz例如若中频0500,965,465,465,sinfkHz fkHzfkHzfkHz例如若中频此时若有噪声频率则形成中频干扰29则形成镜像干扰此时若有噪声频率,1430465965kHzfn一阶干扰，干扰比较强。4.9.2 交叉调制干扰交叉调制干扰l产生的原因：l由混频器3次方以上的非线性传输特性产生l现象：l当所接收电台的信号和干扰电台同时进入接收机输入端时，如果接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号电台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，干扰台的声音也消失。由于还没有学调制,所以此处暂不细讲30 有用信号和干扰信号一起作用产生的干扰。4.9.3 互相调制干扰互相调制干扰l产生的原因：l两个或两个以上的干扰进入到混频器的输入端时，由于器件的非线性作用，它们将产生一系列组合频率分量。如果某些分量的频率等于或接近于中频时，就会形成干扰，称为互调干扰。l现象：l接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号电台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，