变频或混频的功能与实现ppt课件

1、变频或混频的根本功能是将输入频带变频或混频的根本功能是将输入频带信号的频谱位移到新的频率范围内，即频信号的频谱位移到新的频率范围内，即频谱的线性搬移，这类似于调制信号经调幅谱的线性搬移，这类似于调制信号经调幅变换前后的频谱变换关系。变换前后的频谱变换关系。实现变频的电路有混频器和变频器两实现变频的电路有混频器和变频器两类。根据调幅电路和同步解调的频率搬移类。根据调幅电路和同步解调的频率搬移特性的实现机理，我们可以想到实现变频特性的实现机理，我们可以想到实现变频时应该有两个不同的输入信号。其中，一时应该有两个不同的输入信号。其中，一个是单一频率的等幅正弦波，也称为本振个是单一频率的等幅正弦波，也

2、称为本振信号，它不携带信息，仅作为一个参考规信号，它不携带信息，仅作为一个参考规范；另一个是需求进展中心频率位移的频范；另一个是需求进展中心频率位移的频带输入信号。带输入信号。变频电路在本质上应实现输入信号频变频电路在本质上应实现输入信号频谱与本振频率的加或减的数学功能。假设谱与本振频率的加或减的数学功能。假设本振信号由外部其它电路提供，那么称变本振信号由外部其它电路提供，那么称变频电路为它激式混频器，或简称为混频器；频电路为它激式混频器，或简称为混频器；假设所用本振信号是变频电路本身产生，假设所用本振信号是变频电路本身产生，那么称为自激式混频器，或简称为变频器。那么称为自激式混频器，或简称为

3、变频器。对于后者，主要例子有：对于后者，主要例子有： 利用变频利用变频器可以实现，将波段内的已调信号变为与器可以实现，将波段内的已调信号变为与输入载波无关的、并具有固定载频的中频输入载波无关的、并具有固定载频的中频信号，并在此根底上进展高性能的选频放信号，并在此根底上进展高性能的选频放大，最后再检波的超外差式接纳解调方案大，最后再检波的超外差式接纳解调方案进一步的阐明参见题图进一步的阐明参见题图7-5；在发射设备中经常利用变频器来改在发射设备中经常利用变频器来改动载频频率的大小参见动载频频率的大小参见8.3.2节的节的“最大最大线性频偏与频偏扩展的方法；线性频偏与频偏扩展的方法； 在频在频率合

4、成器中，也常用变频器来完成频率加率合成器中，也常用变频器来完成频率加减运算，从而由根本频率信号得到不同于减运算，从而由根本频率信号得到不同于原频率的新信号参见第九章的图原频率的新信号参见第九章的图9-3-1和和思索题与练习题思索题与练习题9-9。如图如图7-2-1(b)所示在混频器的两个输所示在混频器的两个输入电压中，一个是载频为入电压中，一个是载频为fc的已调波，另的已调波，另一个是频率为一个是频率为fL的本振信号，其输出信号的本振信号，其输出信号的载波频率为的载波频率为fI，称为中频，该信号称为，称为中频，该信号称为中频信号。所谓中频是指解调结果中频信号。所谓中频是指解调结果v(t)的的信

5、号频率与系统输入已调波信号频率与系统输入已调波vc(t)的信号频的信号频率之间的过渡频率，其大小不一定小于已率之间的过渡频率，其大小不一定小于已调波的信号频率。调波的信号频率。图图7-2-1 变频器的作用表示图变频器的作用表示图如中波广播收音机的接纳频率范围为如中波广播收音机的接纳频率范围为5351605kHz，固定中频为，固定中频为465kHz，变频，变频器属于下变频，由于中频低于接纳波段的器属于下变频，由于中频低于接纳波段的最低频率，我们也称此变频方案为低中频最低频率，我们也称此变频方案为低中频方案。方案。其中，乘积型混频器的非线性元器件其中，乘积型混频器的非线性元器件部分应完成相乘运算功

6、能。假设相乘运算部分应完成相乘运算功能。假设相乘运算和输入信号都是理想的，那么和输入信号都是理想的，那么io (t)中的无中的无用频率分量较少，并且也容易被中频滤波用频率分量较少，并且也容易被中频滤波器滤除。叠加型混频器的非线性元器件会器滤除。叠加型混频器的非线性元器件会产生更多的无用频率分量，因此在讨论变产生更多的无用频率分量，因此在讨论变频器失真成因时往往以此模型为根据。频器失真成因时往往以此模型为根据。变 频 电 压 增 益 定 义 为 ：VCA （输入高频电压振幅）（中频电压振幅）smVVIm功 率 增 益 定 义 为 ：PCA （输入高频信号功率）（中频信号功率）sIPP假设输出有用

7、信号为电流波，我们可假设输出有用信号为电流波，我们可以采用电导增益或变频跨导来表征变以采用电导增益或变频跨导来表征变频器将输入信号转化成输出中频信号的才频器将输入信号转化成输出中频信号的才干。干。）输出信噪比（中频频率）输入信噪比（信号频率NF显然，与这些组合频率对应的频率变显然，与这些组合频率对应的频率变换通道换通道(简称变频通道简称变频通道)中，我们只关怀使中，我们只关怀使输出落入有用信号频率范围内的信号变换输出落入有用信号频率范围内的信号变换通道。通常我们称这些无用信号为变频通道。通常我们称这些无用信号为变频(或或混频混频)干扰和失真。干扰和失真。图7-3-1 干扰哨声构成环境 【 例例

8、 7 -3 -1 】 举 例 说 明 干 扰 哨 声 的 形 成 过程 ， 例 如 调 幅 广 播 接 收 机 的 中 频 为 4 6 5 k H z，某 电 台 的 发 射 频 率 为Cf 9 2 7 k H z ， f 0 .7 4 k H z ，LfCfIf 1 3 9 2 k H z 。 这 时 ， 干 扰可 能 来 至 于CLqfpf、CLqfpf两 类 组合 。 式 （ 7 -3 -1 ） 变 为 ：或 7 . 07 . 07 . 07 . 0ffqfpfffffqfpfffICLIICLI 带 入LfCfIf后 ， 整 理 可 得 ：或 7 . 07 . 07 . 07 . 01

9、111ffpfpqffpffpfpqffpICIICI即 ：7 . 07 . 011ffpfpqffpIcI 此 式 说 明 ： 只 要Ifp 1与cfpq的 误 差 在7 . 0f 范 围 内 ， 就 会 产 生 输 出 干 扰 。 这 时 有 ： pqpffIC1 (7 -3 -6 )误 差 在 ： pqffI/7 . 0 (7 -3 -7 )范 围 内 。 其 中 ，Icff /称 为 变 频 比 。显然，最小的无用组合干扰点发生在显然，最小的无用组合干扰点发生在p1、q2，即，即2fCfL2927-2462kHzfI，与中频，与中频465kHz误差误差3kHz，属，属于中频通频带内。于

10、中频通频带内。462kHz的载波与的载波与465kHz同时加到检波器上，将产生由载频产生的同时加到检波器上，将产生由载频产生的465-4623kHz的固定差频信号输出，即出的固定差频信号输出，即出现属于音频频率范围内的哨叫声。现属于音频频率范围内的哨叫声。组合频率干扰由有用信号产生，与外组合频率干扰由有用信号产生，与外界干扰信号无关，它不能靠提高前端电路界干扰信号无关，它不能靠提高前端电路的选择性来减少干扰。详细方法有：的选择性来减少干扰。详细方法有： 合合理进展中频和本振频率的安排，提高最低理进展中频和本振频率的安排，提高最低干扰点的阶数干扰点的阶数q+p的值；的值； 优化混频优化混频电路，

11、使有用信号强度加强，无用信号强电路，使有用信号强度加强，无用信号强度减弱、分量减少。对前者，可思索选用度减弱、分量减少。对前者，可思索选用中频大于输入信号载频的高中频方案；后中频大于输入信号载频的高中频方案；后者的详细情况可参见者的详细情况可参见7.4节的混频电路分析。节的混频电路分析。图图7-3-2 组合副波道干扰构成环境组合副波道干扰构成环境图图7-3-3 镜像干扰的频率关系镜像干扰的频率关系图图7-3-5 相互调制干扰构成环境相互调制干扰构成环境【例【例7-3-2】 某混频器的中频为某混频器的中频为0.5MHz，在接纳，在接纳25MHz信号时，假设同时信号时，假设同时有有24.5MHz和

12、和24MHz的两个干扰信号，那的两个干扰信号，那么四阶产物中有如下组合频率：么四阶产物中有如下组合频率：正好落在中频带内，产生互调失真。正好落在中频带内，产生互调失真。Lf (212MMff) （ 25 0.5） (2 24.5 24) 0.5M Hz If经过上面的分析可知，互调失真的强经过上面的分析可知，互调失真的强弱与干扰信号电压的振幅成正比、与非线弱与干扰信号电压的振幅成正比、与非线性器件的系数有关、与有用信号无关。因性器件的系数有关、与有用信号无关。因此，要减小互调干扰，一方面要提高前端此，要减小互调干扰，一方面要提高前端电路的选择性，尽量减少加到混频器件上电路的选择性，尽量减少加到

13、混频器件上的干扰电压，另一方面要提高混频器的线的干扰电压，另一方面要提高混频器的线性，即混频器件具有理想平方性，即混频器件具有理想平方(或相乘或相乘)特特性，如场效管混频器、二极管环形和桥式性，如场效管混频器、二极管环形和桥式混频器的互调干扰都较小。混频器的互调干扰都较小。输出电压。输出电压。图图7-4-1 晶体三极管混频器原理电路晶体三极管混频器原理电路 tgtggtgLfLfff2coscos)(210代入式代入式(7-4-4)，并设，并设vs=Vsmcosct可可推得输出有用信号为推得输出有用信号为式中，式中，gfc=0.5gf1为三极管的变频跨为三极管的变频跨导。它取决于时变偏压导。它

14、取决于时变偏压VB(t)和三极管的传和三极管的传输特性，与输入信号大小无关。输特性，与输入信号大小无关。tVgtVgtIiIsmfcIsmfIcIcoscos5 . 0cos1Im图图7-4-3 本振电压注入方式表示图本振电压注入方式表示图图图7-4-4 三极管混频三极管混频(或变频或变频)时的信号等效电路时的信号等效电路图图7-4-9 常见单平衡二极管混频电路常见单平衡二极管混频电路图图7-4-11 环形混频器环形混频器频元件。频元件。图图7-4-12 场效应管混频器原理图场效应管混频器原理图为了减少由于场效应管作理想平方律为了减少由于场效应管作理想平方律特性而产生的非线性产物，场效应管混频

15、特性而产生的非线性产物，场效应管混频器还可接成平衡或交叉耦合的型式。图器还可接成平衡或交叉耦合的型式。图7-4-14为一交叉耦合场效应管混频器。为一交叉耦合场效应管混频器。图中信号源电压图中信号源电压vs同时加在同时加在VT1管栅管栅极和极和VT2管的源极，本振电压管的源极，本振电压vL同时加在同时加在VT1的源极和的源极和VT2的栅极，因此称该电路的栅极，因此称该电路为交叉耦合电路。为交叉耦合电路。图图7-4-14交叉耦合场效应管混频器交叉耦合场效应管混频器图图7-4-15 模拟乘法器构成的混频方框图模拟乘法器构成的混频方框图模拟乘法器混频的详细优点可归纳如模拟乘法器混频的详细优点可归纳如下

16、：下：(1) 混频输出电流频谱纯真，组合频率混频输出电流频谱纯真，组合频率分量少，用于接纳机时可大大减少寄生通分量少，用于接纳机时可大大减少寄生通道干扰。道干扰。(2) 对本振电压的大小无严厉限制，前对本振电压的大小无严厉限制，前面我们在分析晶体管小信号混频时，普通面我们在分析晶体管小信号混频时，普通要求要求VLm较大；而乘法混频时，本振电压较大；而乘法混频时，本振电压幅度根本与输出失真无关，但会影响中频幅度根本与输出失真无关，但会影响中频变频增益。变频增益。(3) 当本振电压幅度一定时，中频当本振电压幅度一定时，中频输出电压幅度与输入信号电压幅度呈输出电压幅度与输入信号电压幅度呈线性关系，并且允许输入信号动态范线性关系，并且允许输入信号动态范围较大，从而有利于减少交调和互调围较大，从而有利于减少交调和互调失真。失真。第一，找到了电路优化的出发点。第一，找到了电路优化的出发点。第二，从电路的普通性讨论出发，提第二，从电路的普通性讨论出发，提出了对前级信号处置或变换电路的要求。出了对前级信号处置或变换电路的要求。第三，提出了对通讯系统的电路安排第三，提出了对通讯系统的电路安排和信号安