混频电路原理与分析实用教案

1、6.5.1概述概述 t f fo 非线性器件 滤波器 混频器 vs v0 t f f0 t vi f fi 本机 振荡器 1. 混频器的作用与组成(z chn)混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一固定的频率上(常称为中频)，而保持原信号的特征(如调幅规律)不变。混频器的电路组成(z chn)如图所示第1页/共67页第一页，共68页。ov oo-So+SvIvSS混频前后(qinhu)的频谱关系第2页/共67页第二页，共68页。2. 为什么要变频？变频的优点：1)变频可提高(t go)接收机的灵敏度2)提高(t go)接收机的选择性3)工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好变频的缺

2、点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰第3页/共67页第三页，共68页。3. 变频器的分类(fn li)平衡(pnghng)混频、按器件(qjin)分：二极管混频器、三极管混频器、三极管变频器、场效应管混频器、场效应管变频器模拟乘法器混频器、按工作特点分：单管混频、环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、乘积型混频器第4页/共67页第四页，共68页。4. 混频器的性能指标1)1)变频变频( (混频混频) )增益增益：混频器输出中频电压混频器输出中频电压Vim与输入信号电压与输入信号电压Vsm的的 幅值之比。幅值之比。2)2)噪声系数：噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比

3、的比值。高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。3)3)选择性：选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。抑制中频信号以外的干扰的能力。4)4)非线性干扰：非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得(sh de)(sh de)几个质量几个质量指标相互兼顾，整机取得良好的效果。指标相互兼顾，整机取得良好的效果。5)5)工作稳定性：主要工作稳定性：主

4、要(zhyo)(zhyo)指振荡器的频率稳定度指振荡器的频率稳定度第5页/共67页第五页，共68页。 vs(t)v非线性器件vI(t)ivo(t)带通叠加型混频器实现(shxin)模型332210)(fvavavaavi图示中的非线图示中的非线性器件性器件(qjin)(qjin)具具有有如下特性：如下特性：对其对其2 2次方进行次方进行(jnxng)(jnxng)分析：分析：os22o22s22os2222)(vvavavavvava在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到( ( 0 0+ + s s) )和和( ( 0 0- - s s) )。若用

5、带通滤波器取出所需的中频成分。若用带通滤波器取出所需的中频成分( (和频或差和频或差频频) )，可达到混频的目的。，可达到混频的目的。5. 5. 混频器电路类型1)1)叠加型混频器第6页/共67页第六页，共68页。所用(su yn)非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：1. 晶体(jngt)三极管混频器它有一定(ydng)的混频增益2. 场效应管混频器它交调、互调干扰少3. 二极管平衡混频器和环形混频器 它们具有动态范围大组合频率干扰少的优点第7页/共67页第七页，共68页。 vs(t)带通vI(t)vL(t)vo(t)乘积型混频器实现(shxin)模型乘积乘积(chngj)(chngj)

6、型混频器由模拟乘法器型混频器由模拟乘法器和带通滤波器组成和带通滤波器组成其实现其实现(shxin)(shxin)模型如图所示模型如图所示设输入信号为普通调幅波设输入信号为普通调幅波tcos) tcosm1 (V) t (vsasmstcosV) t (oomov)cos()cos(cos1 (2)()(0000tttmVVKtktssaomsmsvvV采用中心频率不同的带通滤波器采用中心频率不同的带通滤波器( 0 s)或或( 0+ s)则可则可完成低中频混频或高中频混频。完成低中频混频或高中频混频。2)2)乘积型混频器第8页/共67页第八页，共68页。6.5.2 晶体(jngt)三极管混频器1

7、. 基本电路和工作(gngzu)原理 vi v0 VCC VBB L1 C1 C2 v ce ic vbe T vs + + L2 + + + + 上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，VBB为基极(j j)偏置电压，VCC为集电极直流电压，L1C1组成输入回路，它谐振于输入信号频率s。L2C2组成输出中频回路，它谐振于中频i=os。 设输入信号 ，本振电压) t (cosVssmsvtcosVooovsoBBbeVvvv实际上，发射结上作用有三个电压实际上，发射结上作用有三个电压第9页/共67页第九页，共68页。晶体管混频原理电路，其电路组态晶体管混频原理电路，其电路组态(z ti)(z

8、ti)可归为可归为4 4种电路形式种电路形式 fi+vsvofi+vsvofi+vsvofi+vsvo(a)(b)(c)(d) 图图(a)(a)电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。荡注入功率较小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。 图图(b)(b)电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路

9、，其输入阻互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易抗较小，不易(b y)(b y)过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。 图图(c)(c)和和(d)(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时( (几几十十MHz)MHz)，因为共基电路的截止频率，因为共基电路的截止频率f f比共发电路的比共

10、发电路的f f要大很多，所以变频增益较要大很多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。第10页/共67页第十页，共68页。晶体管混频器的分析方法1.1.幂级数分析法2.2.变跨导分析法在混频时，混频管可看着(kn zhe)一个参数(跨导)在改变的线性元件，即变跨导线件元件。在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法来分析非线性电路可突出说明频率(pnl)变换作用，不便于作定量分析。i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ 第11页/共67页第十一页，共68页。由于信号电压Vsm很小，

11、无论它工作在特性曲线的哪个(n ge)区域，都可以认为特性曲线是线性的(如图上ab、ab和ab三段的斜率是不同的)。因此，在晶体管混频器的分析中，我们将晶体管视为一个跨导随本振信号变化的线性参变元件。变跨导分析法因VoVsm使晶体管工作在线性时变状态，所以晶体管集电极静态(jngti)电流ic(t)和跨导gm(t)均随 作周期性变化。ov VBB 0 0 iC t vBE vBE a b a b a b 加加电电压压后后的的晶晶体体管管转转移移特特性性曲曲线线 时变时变(sh bin)电导电导v0vs第12页/共67页第十二页，共68页。 由于信号vs远小于v0，可以近似认为对器件的工作状态变

12、化没有影响。此时流过器件的电流为 i(t) = f(v)= f(v0+ vs+ vBB) 可将v0+ vBB看成器件的交变工作点，则i(t)可在其工作点(v0+ vBB)处展开为泰勒级数 由于vs的值很小，可以忽略(hl)二次方及其以上各项，则i(t)近似为 nsBB(n)sBBsBBBB)vV(vfn!)vV(vf!)vV(vf)Vf(vi(t)02000121sBBBB)vvf(V)vf(Vi(t)00第13页/共67页第十三页，共68页。 其中其中f(v0+vBB)f(v0+vBB)是是vs=0vs=0时仅随时仅随v0v0变化的电流，称为变化的电流，称为时变静态时变静态(jngti)(j

13、ngti)电流，电流，f f(v0+ vBB)(v0+ vBB)随随v0+vBBv0+vBB而而变化，称为时变电导变化，称为时变电导g(t)g(t)，电流可以写为，电流可以写为 i(t) i(t) Io(t)+g(t) Io(t)+g(t) vs(t) vs(t) 将将 vBB+v0=VBB+V0mcos vBB+v0=VBB+V0mcos0t0t vs= Vsmcos vs= Vsmcosstst 代入式展开并整理，得代入式展开并整理，得tVtgtggtItIIssmocmcmcccos)2coscos()2coscos(020102010i第14页/共67页第十四页，共68页。tgtgtg

14、tgtgVtItIItVtgtggtItIIsosososososococlcossooococlcoc)2cos(2)2cos(2)cos(2)cos(2cos2coscoscos)2coscos()2coscos(221122102i若中频频率若中频频率(pnl)(pnl)取差频取差频 ，则混频后输出的中频电流为则混频后输出的中频电流为其振幅为其振幅为 soit )cos(V2gsosm1iism1iV2gI 第15页/共67页第十五页，共68页。由上式引出(yn ch)变频跨导gc的概念，它的定义为 121gVIgSmic 输入高频电压振幅输入高频电压振幅 输出中频电流振幅输出中频电流振

15、幅输出的中频电流振幅Ii与输入高频信号(xnho)电压的振幅Vs成正比。若高频信号(xnho)电压振幅Vsm按一定规律变化，则中频电流振幅Ii也按相同的规律变化。 sm1iV2gI 第16页/共67页第十六页，共68页。混频器除混频跨导外，还有输入导纳、输出导纳、混频增益等参数。前述已知在晶体管混频器的分析中，把晶体管看成(kn chn)一个线性参变元件，因此可采用分析小信号线性放大器时所用的等效电路来分析混频器的参数。 bvsvisgcebbbcbcc(a)Cbegcvbegbe+svsgbe+CbebbIs(b)晶体管混频器的主要参数i第17页/共67页第十七页，共68页。(1) 混频输入

16、导纳混频输入导纳 混频输入导纳为输入信号电流混频输入导纳为输入信号电流(dinli)与输入信号电压与输入信号电压之比，在计算混频器的输入导纳时，可将图所示的等效电之比，在计算混频器的输入导纳时，可将图所示的等效电路作进一步的简化。混频器的输入回路调谐于路作进一步的简化。混频器的输入回路调谐于s，输出回，输出回路调谐于路调谐于1。对频率。对频率s而言，输出可视为短路，同时考而言，输出可视为短路，同时考虑到虑到CbeCbc，由此得到输入等效电路如图所示，由此得到输入等效电路如图所示，并可以算出混频输入导纳为并可以算出混频输入导纳为输入导纳的电导部分为输入导纳的电导部分为 而电纳部分（电容）一般总是

17、折算到输入端调谐回路的而电纳部分（电容）一般总是折算到输入端调谐回路的电容中去。电容中去。bbebsebsbbebsbbebsebicicsmsmicCCjCCgjbgVIY2222222112bb2eb2sbb2cb2sebicC1Cgg第18页/共67页第十八页，共68页。混频输出导纳为输出中频电混频输出导纳为输出中频电流与输出电压之比，输出导流与输出电压之比，输出导纳是对中频纳是对中频i i而言在输出而言在输出端呈现的导纳。因此，调谐端呈现的导纳。因此，调谐(tioxi)(tioxi)于于s s的输入回的输入回路可视为短路，得到输出等路可视为短路，得到输出等效电路如图所示，并可算出效电路

18、如图所示，并可算出混频输出导纳为混频输出导纳为222321)(1)(1)(bbebicbibbcbbebicbbbbicceocociiiOCCCgjCcCCggjbgVIIIVIYCbc Ii I1 vbe gce Cbe gcvbe gbe + I3 I2 vi bb 输出输出(shch)等效等效电路电路输出输出(shch)导纳中的电导为导纳中的电导为 22)(1)(bbebicbebbbicceocCCCggg(2) 混混频输出导纳频输出导纳第19页/共67页第十九页，共68页。 在混频中，由于输入是高频在混频中，由于输入是高频( (o pn)o pn)信号，而输出是中频信信号，而输出是

19、中频信号，二者频率相差较远，所以输出中号，二者频率相差较远，所以输出中频信号通常不会在输入端造成反馈，频信号通常不会在输入端造成反馈，电容电容CbCbc c的作用可忽略。另外，的作用可忽略。另外，gcegce一般远小于负载电导一般远小于负载电导GLGL，其作用也，其作用也可以忽略。由此可得到晶体管混频器可以忽略。由此可得到晶体管混频器的转移等效电路如图所示的转移等效电路如图所示vsGLCbegcvbegbe+bbb+vbeCet2cosgtcosgg) t (go2o10(3) 混频(hn pn)跨导 gc晶体管混频器的转移晶体管混频器的转移(zhuny)等效电路等效电路121gVIgSmic

20、 输入高频电压振幅输入高频电压振幅 输出中频电流振幅输出中频电流振幅第20页/共67页第二十页，共68页。1sicg21VIg 由于由于(yuy)g(t)(yuy)g(t)是一个很复杂的函数，因此要从是一个很复杂的函数，因此要从上式来求上式来求g1g1是比较困难的。从工程实际出发，采用图解法，是比较困难的。从工程实际出发，采用图解法，并作适当的近似，混频跨导可计为：并作适当的近似，混频跨导可计为： 2bbeTSec)26Iff(126I21gtdttgTgoTTcos)(2221 g1是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波(j b)分量分量第21页/共

21、67页第二十一页，共68页。第22页/共67页第二十二页，共68页。(4) 混频器的增益混频器的增益 将混频输入电纳和输出电纳归并在输入、输出端的调谐将混频输入电纳和输出电纳归并在输入、输出端的调谐(tioxi)回回路的电容中去，则得到晶体三极管的等效电路如图所示，图中负载路的电容中去，则得到晶体三极管的等效电路如图所示，图中负载电导电导gL是输出回路的谐振电导。是输出回路的谐振电导。故混频故混频(hn pn)电压电压增益增益LocscLociiggVgggIVLoccsivcgggVVAb vs gL gcvs + bb iI + gie goc + Vi 晶体晶体(jngt)三极管混频器等

22、效电路三极管混频器等效电路 由图可以算出由图可以算出第23页/共67页第二十三页，共68页。ieLvcicLLoccicsLisiPCggAggggggVgVPPA22222)( 混频混频(hn pn)功率功率增益增益b vs gL gcvs + bb iI + gie goc + Vi 如果电路如果电路(dinl)(dinl)匹配，使匹配，使goc=gLgoc=gL，则可得到最大混频功，则可得到最大混频功率增益率增益ocic2cmaxpcgg4gA第24页/共67页第二十四页，共68页。(1) 混频电路下图是电视机中的混频器电路。由高频(o pn)放大器输入的信号，经双调谐电路耦合加到混频管

23、的基极，本振电压通过耦合电容C1也加到基极上。本振信号的频率要比信号的图像载频高38MHz，为了减小两个信号之间的相互影响，耦合电容C1的值取得很小。 接高放 V0 C1 2.2pF 8.2pF 10pF 2k 15k 1500pF R 1.2k C3 120pF 510 75 接中放 12V 27pF C2 39pF 电视机的混频(hn pn)电路3. 晶体(jngt)三极管混频器的实际电路第25页/共67页第二十五页，共68页。为使输出电路(dinl)在保证带宽下具有良好的选择性，常采用双调谐耦合回路，并在初级回路中并联电阻R，用以降低回路Q值，满足通带的要求。次级回路用C2，C3分压，目

24、的是与75电缆特性阻抗相匹配。第26页/共67页第二十六页，共68页。下图为晶体管混频器实用电路的交流通路。应用在日立CTP-236D型彩色电视机ET-533型VHF高频(o pn)头内。图中的V1管用作混频器，输入信号(即来自高放的高频(o pn)电视信号，频率为fs)由电容C1耦合到基极；本振信号由电容C2也耦合到基极，构成共射混频方式，其特点是所需要的信号功率小，功率增益较大。混频器的负载是共基式中频放大器(V2构成)的输入阻抗。 fs 高频电视 信号 fL C0 C1 本振信号 V1 V2 C183 C187 CM C187 C189 L181 L182 C190 R190 R189

25、中频电视信号 fPIF、fSLF C2 晶体管混频器实用(shyng)电路第27页/共67页第二十七页，共68页。(2) 变频电路变频电路(dinl) 下图是晶体管中波调幅收音机常用的变频电路下图是晶体管中波调幅收音机常用的变频电路(dinl)，其中本，其中本地振荡和混频都由三极管地振荡和混频都由三极管3AG1D完成。完成。 C1A 5/15pF C2 s R1 22k R2 82k C3 3AG1D 0.05F R3 5100pF C7 0 C1B C6 5/15pF C4 300pF 1 VCC C5 200pF L2 2.2k L3 L5 L6 L1 L4调谐于s调谐于0 调谐于i第28

26、页/共67页第二十八页，共68页。 图中，R1，R2，R3是偏置电阻，L4，C4，C1B，C6组成振荡回路，L3是反馈线圈。中频回路L5C5的并联阻抗对本振频率(pnl)而言可视为短路，因此，3AG1D构成共基极变压器耦合振荡器。由磁性天线接收到的无线电信号经过L1，C1A，C2组成的输入回路，选出所需频率(pnl)的目标信号，再经L1与L2的变压器耦合，送到晶体管的基极。本振信号经C7注入晶体管的发射极，混频后由集电极输出。L3对中频可视为短路，C5，L5调谐于中频，以便抑制混频输出电流中的无用频率(pnl)分量(如fs, f0, f0+fs, 2f0fs 等)。输出中频分量fi=f0-fs

27、，经L6耦合至后级中频放大器。第29页/共67页第二十九页，共68页。混频器的Apc、噪声系数NF等都与工作点电流Ie及本振电压V0的大小有关，具体数学关系比较复杂，这里只介绍一些实验结果。在中波广播收音机中，最典型(dinxng)的曲线如图所示，这是锗三极管的情况；若为硅管，Apc的最大点所对应的电流Ie要略大一点。 0.1 Apc Apc V0(mV) Ie(mV) 0.2 0.5 1 2 50 100 200 300 4. 晶体管混频器工作状态(zhungti)的实际选择第30页/共67页第三十页，共68页。Ic(mA)Nf(dB)Nf(dB)108650100 200 30086420

28、.112V0(mA) 0.1 Apc Apc V0(mV) Ie(mV) 0.2 0.5 1 2 50 100 200 300 第31页/共67页第三十一页，共68页。三极管混频器三极管混频器 优点：有变频增益优点：有变频增益 缺点：缺点：1 1、动态范围较小、动态范围较小 2 2、组合频率、组合频率(pnl)(pnl)干扰严重干扰严重 3 3、噪声较大、噪声较大 4 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 1、动态范围、动态范围(fnwi)(fnwi)较大较大 2 2、组合频率干扰少、组合频率干扰少 3 3、噪声较小、噪声较小 4 4、不存在本地辐射、不存在本

29、地辐射 缺点：无变频增益缺点：无变频增益第32页/共67页第三十二页，共68页。二极管可以工作在小信号非线性状态，也可以工作在受大信号v0控制的开关状态。小信号时平衡混频器的分析采用(ciyng)幂级数分析法，混频时输入信号 ，输出回路则谐振在中频i上。D1 vs i1 i2 vs( s) vs/2 vs/2 Vc vi Vc/2 Vc/2 D2 v0( 0) 二极管平衡(pnghng)混频器和环型混频器平衡平衡(pnghng)混频器原理电路混频器原理电路 二极管的伏安特性可用幂级数表二极管的伏安特性可用幂级数表示：示： 为简化分析，忽略输出电压对为简化分析，忽略输出电压对二极管的反作用，则二

30、极管的反作用，则 3D32D2D10vavavaaitVtVsssDcoscos0001vvv0VVVSD 1. 平衡混频器第33页/共67页第三十三页，共68页。300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai1利用三角利用三角(snjio)公式展开，并分类整理，可得公式展开，并分类整理，可得当当 很小时很小时(xiosh)(xiosh)，级数可只取前四项，得，级数可只取前四项，得Dvcoscos0010tVstVsaai1i2cos212cos21cos232cos212cos21cos233coscos3412cos1

31、21coscos2cos12100022000020030320000202tttVVtttVVttVtVttVsVtVsssssssssssaattVsss3coscos3413第34页/共67页第三十四页，共68页。 由上式可见，经过二极管非线性变换后，出现由上式可见，经过二极管非线性变换后，出现(chxin)(chxin)了了许多新频率，但其中只有许多新频率，但其中只有 才是我们所需要的。这是由平方项才是我们所需要的。这是由平方项 产生的。其它频率分量都是无用产生的。其它频率分量都是无用的产物，必须将它们抑制掉。的产物，必须将它们抑制掉。 s022vatVVasosi)cos(021it

32、VtVssDcoscos0002svvv300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai2tVVasosi)cos(022i i1、i2以相反方向流过输出端变压器初级以相反方向流过输出端变压器初级(chj)，使变压器次级，使变压器次级负载电流负载电流il1, = i1ii2i tVVaRiivisos)cos(2)(02211D1 vs i1 i2 vs( s) vs/2 vs/2 Vc vi Vc/2 Vc/2 D2 v0( 0) 第35页/共67页第三十五页，共68页。由于元器件的非线性作用，单管输出电流中产生了输入电压

33、中不曾有的新频率成分，如输入频率的谐波20和2s、30和3s；输入频率及其谐波所形成的各种组合(zh)频率0+ s、0s、0+2s、02s、20+ s 、20s。平衡混频器输出电流的频率成份为： s、 0+ s、0s、 20+s、 20s、 3s第36页/共67页第三十六页，共68页。环形混频器由两个平衡混频器构成，其主要优点是输出中频信号(xnho)是平衡混频器的两倍，而且抵消了输出电流中的某些组合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。 Vs i2 D1 D4 D2 D3 + i1 i3 vi iL1.2+ iL3.4 RL B1 B2 + v s + v s + v 0 + v

34、0 Vs + i2 D2 D1 + vi iL1.2 R + v s v 0 + D4 D3 + i3 vi iL3.4 RL i1 v 0 v 0 0000000 v 0 (b) (a) v s s s + v s i1 + v s v s + 2. 环形(hun xn)混频器第37页/共67页第三十七页，共68页。tVtVssDcoscos0004svvv)coscos(0003tVtVssD)vvvstVtVssDcoscos0002svvvtVtVDss00s01coscosvvv由平衡由平衡(pnghng)混频器得：混频器得：tVVaRiivisos)cos(2)(02432tVVa

35、RiiRiivivivisos)cos(4 )()(02432121环型混频器输出环型混频器输出(shch)电流的频率成份为：电流的频率成份为： 0+ s、 0 stVVaRiivisos)cos(2)(02211第38页/共67页第三十八页，共68页。目前，许多从短波到微波波段(bdun)的整体封装二极管环形混频器已作为系列产品，一个用于0.5500MHz的典型环形混频器(SRA-1双平衡混频器)的外形及电路示于下图。使用时，8，9端外接信号电压s，3，4端相连，5，6端相连，然后在3，5端间加本振电压L，中频信号由1，2端输出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减器、调制器

36、等。(a)89123456(b)封装环形封装环形(hun xn)混频器的外混频器的外形与电路形与电路第39页/共67页第三十九页，共68页。两信号相乘可以(ky)得到其和、差频分量，因此两信号相乘实现混频是最直观的方法，利用模拟相乘器可构成乘积型混频器。1k1k0.01+8V0.0014.5H0.0010.0015110k516.8k8V50k调零v0vsvi23781410596MCI596580pF9480pF100H100H MCI596构成的集成混频(hn pn)电路模拟相乘(xin chn)器混频电路 MCI596是集成化模拟乘法器芯片，由它构成的混频电路，可大大减小由组合频率分量产

37、生的各种干扰，另外还具有体积小、重量轻、调整容易、稳定可靠等优点。第40页/共67页第四十页，共68页。被混频的信号电压由端子输入，最大值约15mV；本振电压由端子输入，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(zhngpn)信号输出。输入端不接调谐回路时 为宽频带应用。 本电路可对高频或甚高频信号进行混频，如s的频率为200MHz时，电路的混频增益约为9dB，灵敏度为14V，当输入端接有阻抗匹配(z kn p pi)的调谐回路时，可获得更高的混频增益。输出带通滤波器的中心频率约9MHz，其3dB带宽为450kHz。1k1k0.01+8V0.0014.5H0.001

38、0.0015110k516.8k8V50k调零v0vsvi23781410596MCI596580pF9480pF100H100H MCI596构成的集成(j chn)混频电路第41页/共67页第四十一页，共68页。1. 有用信号谐波和本振信号谐波产生有用信号谐波和本振信号谐波产生(chnshng)的干扰的干扰2. -组合频率干扰组合频率干扰(干扰哨声干扰哨声)混频器的输出信号中所包含的各种混频器的输出信号中所包含的各种( zhn)频率分量为：频率分量为：sokqfpffp，q为任意正整数，分别代表本振频率和为任意正整数，分别代表本振频率和信号频率的谐波次数。信号频率的谐波次数。只有只有p=q

39、=1p=q=1对应的频率为对应的频率为 f0 - fs f0 - fs 的分量是所需要的分量是所需要(xyo)(xyo)的中频信号。的中频信号。 如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组合频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波合频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波器，并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机器，并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干扰哨叫。为干扰哨叫。isfpq1pf即当即当时会产生干扰哨

40、叫。时会产生干扰哨叫。6.5.3混频器的干扰混频器的干扰第42页/共67页第四十二页，共68页。 减小这种干扰的措施减小这种干扰的措施: : 1. 1. 输入信号输入信号vs,vs,本振电压本振电压vovo都不易过大。都不易过大。 2. 2.适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生 有用频率变换，而又不致有用频率变换，而又不致(bzh)(bzh)产生无用的组合频率产生无用的组合频率干扰。干扰。 3. 3.选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外 第43页/共67页第四十三页，共68页。例如例如(

41、lr)(lr)，设加给混频器输入端的有用信号频率，设加给混频器输入端的有用信号频率fs=931kHzfs=931kHz，本振频率，本振频率fo=1396kHzfo=1396kHz。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，s0qfpf 其中的其中的fi=fo-fs=465kHzfi=fo-fs=465kHz是有用的中频信号。而其它分量是无用或是有用的中频信号。而其它分量是无用或有害的。有害的。 如当如当q=2q=2，p=-1p=-1时，时，f fi =2fs i =2fs fo=2 fo=2931-931-1396=466kHz=fi+F1396

42、=466kHz=fi+F( (此处此处F=1kHz)F=1kHz)。若中频放大器的通频带。若中频放大器的通频带2 2f0.7=4kHzf0.7=4kHz，则频率，则频率f fi i =466kHz=466kHz的分量落在中放通带内，与的分量落在中放通带内，与465KHz465KHz的中频信号一起被中频的中频信号一起被中频放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，也有频率变放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，也有频率变换作用，则会产生换作用，则会产生(chnshng)f(chnshng)fi i fi=466-465=1kHz fi=466-465=1kHz的差拍的差拍信号送到

43、接收机终端，形成被人耳听到的哨叫。信号送到接收机终端，形成被人耳听到的哨叫。 第44页/共67页第四十四页，共68页。2、外来(wili)干扰信号和本振产生的干扰(1) 组合组合(zh)副波道干扰副波道干扰 如果(rgu)混频器之前的输入回路和高频放大器的选择性不够好，除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。当干扰频率当干扰频率fn与本振频率与本振频率fo满足满足会产生组合副波道干扰。会产生组合副波道干扰。ininfqfpffqfpf00时，时，第45页/共67页第四十五页，共68页。(2) 副波道干扰副波道干扰(gnro) 在组合副波道干扰中，某些特定频率形成在组合副波道干扰中，某些

44、特定频率形成(xngchng)(xngchng)的干扰称为副波道干扰。这种干扰主要有中频干扰和镜像干的干扰称为副波道干扰。这种干扰主要有中频干扰和镜像干扰。扰。1)中频中频(zhngpn)干扰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=fo+fi= =sf时的干扰时的干扰fn=fo+fi= =isff2第46页/共67页第四十六页，共68页。 提高前端输入回路的选择性，将干扰抑制提高前端输入回路的选择性，将干扰抑制(yzh)(yzh)在通带外，在通带外，可在混频器的输入端加中频陷波电

45、路，滤除外来的中频干扰。如可在混频器的输入端加中频陷波电路，滤除外来的中频干扰。如图所示。图所示。CLCL(a) 串联LC陷波电路(dinl) (b) 并联LC陷波电路(dinl)抑制(yzh)中频干扰的主要方法第47页/共67页第四十七页，共68页。sfsfissf2ff有用信号本振信号镜像干扰前端电路选择性曲线ffsfLfsfifisf如果如果(rgu)(rgu)把把fofo当作镜子，则当作镜子，则相当于相当于f fs s的象，的象，为镜像干扰为镜像干扰(gnro)(gnro)频率，即频率，即抑制镜频干扰的方法抑制镜频干扰的方法: :1.1.提高混频器前各级电路的选择性提高混频器前各级电路

46、的选择性2.2.提高接收机的中频频率提高接收机的中频频率(pnl)fi(pnl)fi，以使镜像频率以使镜像频率(pnl)(pnl)与信号频率与信号频率(pnl)fs(pnl)fs的频率的频率(pnl)(pnl)间距间距(2fi)(2fi)加大，有利于选频回路对加大，有利于选频回路对3.3.还可采用镜能抑制混频电路，将镜还可采用镜能抑制混频电路，将镜像频率信号部分抵消。像频率信号部分抵消。镜像频率干扰镜像频率干扰抑制。抑制。所以称所以称第48页/共67页第四十八页，共68页。例例 某超外差收音机，其中频某超外差收音机，其中频fi=465kHzfi=465kHz。 (1) (1) 当收听当收听fs

47、1=550kHzfs1=550kHz电台电台(dinti)(dinti)节目时，还能听到节目时，还能听到fn1=1480kHzfn1=1480kHz强电台强电台(dinti)(dinti)的声音，分析产生干扰的原因。的声音，分析产生干扰的原因。 (2) (2) 当收听当收听fs2=1480kHzfs2=1480kHz电台电台(dinti)(dinti)节目时，还能听节目时，还能听到到fn2=740kHzfn2=740kHz强电台强电台(dinti)(dinti)的声音，分析产生干扰原因。的声音，分析产生干扰原因。解解 (1) (1) 因为因为(yn wi)fn1=fs1+2fi=550+2(y

48、n wi)fn1=fs1+2fi=550+2465=1480kHz465=1480kHz；根据上述分析，根据上述分析，fn1fn1为镜频干扰。为镜频干扰。(2) (2) 因为因为(yn wi)fs2=1480kHz fi=465kHz(yn wi)fs2=1480kHz fi=465kHz所以所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHzfo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而，而fn2=740kHz,fn2=740kHz,fo2fo22fn2=19452fn2=19452 2 740=465kHz=fi740=465kHz=fi故这种干扰为组合副波道故这种干扰为

49、组合副波道干扰干扰第49页/共67页第四十九页，共68页。3、其他(qt)类型的干扰1) 交叉调制交叉调制(交调交调)干扰干扰(gnro)产生产生(chnshng)(chnshng)的原因：的原因： 当所接收电台的信号和干扰电台同时进入接收机输入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。的声音也消失。由混频器由混频器3次方以上的非线性传输特性产生的。次方以上的非线性传输特性产生的

50、。其现象为：其现象为：第50页/共67页第五十页，共68页。332210vavavaaitcos) t (V) t (nnnvtcos) t (Vtcos) t (VtcosVVnnss00BBvtcos) t (V)t (V23) t (V43V23V3V2ss2n32s32032BB3BB21saaaaaai) t (V)V23V3V2s2032BB3BB21aaaa) t (V432s3a设混频器的转移设混频器的转移(zhuny)(zhuny)特性用幂特性用幂级数表示级数表示: : 若干扰信号若干扰信号作用作用(zuyng)(zuyng)在在混频器上的混频器上的 将此式代入上式三角变换后

51、，可得将此式代入上式三角变换后，可得s s的电流的电流(dinli)(dinli)成分成分i is s为为 其中其中为无失真包络项，为无失真包络项，为失真包络项，为失真包络项，) t (V) t (V23s2n3a 即为交调干扰项即为交调干扰项第51页/共67页第五十一页，共68页。03a) t (V) t (Vs2n0) t (Vs0) t (Vs显然显然(xinrn)(xinrn)，交调项由，交调项由也就是说交调是由转移特性也就是说交调是由转移特性(txng)(txng)曲线的三次方项产生，且与曲线的三次方项产生，且与成正比。成正比。时，交调项起作用时，交调项起作用(zuyng)(zuyn

52、g)，这在听觉上就表现为听到有用信号的声音同时，可以听到干扰这在听觉上就表现为听到有用信号的声音同时，可以听到干扰信号的声音，而一但有用信号停止播音，干扰台声音也随之消信号的声音，而一但有用信号停止播音，干扰台声音也随之消失。失。引起，引起，) t (V) t (V23s2n3a因为当当交调项不起作用交调项不起作用当当时，时，第52页/共67页第五十二页，共68页。以上分析表明，交调是由非线性特性中的三次或更高以上分析表明，交调是由非线性特性中的三次或更高次非线性项产生的，因此克服交调干扰的主要方法为次非线性项产生的，因此克服交调干扰的主要方法为:1.提高混频电路前级的选择性抑制干扰；提高混频

53、电路前级的选择性抑制干扰；2.选择合适的器件选择合适的器件(qjin)和合适的工作状态，使混频和合适的工作状态，使混频器的非线性高次方项尽可能小；器的非线性高次方项尽可能小；3.采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟乘法器混采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟乘法器混频电路。频电路。第53页/共67页第五十三页，共68页。2) 互相调制互相调制(tiozh)(互调互调)干扰干扰 当两个或两个以上的干扰进入到混频器的输入端时，它们与本振电压v0一起加到混频管的发射结。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(dngy)或接近于中频时，就会形成干扰，称为互调干扰。

54、接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号电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，干扰台的声音台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，干扰台的声音仍然仍然(rngrn)(rngrn)存在。存在。 由非线性器件二次方以上的特性引起，由非线性器件二次方以上的特性引起，因此存在二因此存在二阶互调和三阶互调及高阶互调。阶互调和三阶互调及高阶互调。现象：现象：产生的原因：产生的原因：第54页/共67页第五十四页，共68页。tcosVtcosV22n2n11n1nvvtcosVtcosVtcosV22n11n00bev|nfmfpf|f210nmp若有两个干扰

55、信号进入若有两个干扰信号进入(jnr)(jnr)到混频器，它们分别为到混频器，它们分别为这时这时所得的所得的icic中包含一系列组合频率分量，其频率可用下列通式中包含一系列组合频率分量，其频率可用下列通式(tngsh)(tngsh)表示表示 |21nfmf i210f|nfmf|f若两干扰信号形成若两干扰信号形成(xngchng)(xngchng)的新的组合频率的新的组合频率即组合频率与本振频率即组合频率与本振频率f f0 0之差落在中频范围之差落在中频范围 那么，它就会和接收信号所产生的中频一样通过中放、检波，那么，它就会和接收信号所产生的中频一样通过中放、检波，造成强烈干扰。造成强烈干扰。

56、与信号频率与信号频率fsfs相近，相近，第55页/共67页第五十五页，共68页。 例例: : 当当fn1=1.5MHzfn1=1.5MHz，fn2=0.9MHzfn2=0.9MHz，若接收机在，若接收机在13.5MHz13.5MHz波段工作，波段工作，问在哪几个频率问在哪几个频率(pnl)(pnl)上会产生互调干扰？上会产生互调干扰？ 解解 若若m m，n=1n=1则则 fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHz fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHz fn1 fn1 fn2=1.5 fn2=1.5 0.9=0.6MHz ( 0.9=0.6MHz (波段外波段外) )m=1m=

57、1，n=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHzn=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHz 2fn2 2fn2 fn1=1.8 fn1=1.8 1.5=0.3MHz ( 1.5=0.3MHz (波段外波段外) ) m=2 m=2，n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (波段外波段外) ) 2fn1 2fn1 fn2=3 fn2=3 0.9=2.1MHz 0.9=2.1MHz m=3 m=3，n=0 3fn1 =3n=0 3fn1 =31.5=4.5MHz (1.5=4.5MHz (波段外波段外

58、) ) m=0 m=0，n=3 3fn2 =3n=3 3fn2 =30.9=2.7MHz0.9=2.7MHz因此，考虑三次以下谐波因此，考虑三次以下谐波fn1fn1和和fn2fn2在在13.5MHz13.5MHz波段内对波段内对2.4MHz2.4MHz，3.3MHz3.3MHz，2.1MHz2.1MHz，2.7MHz2.7MHz等等4 4个频率个频率(pnl)(pnl)会产生干扰。会产生干扰。 第56页/共67页第五十六页，共68页。抑制互调的方法抑制互调的方法(fngf)(fngf)与抑制交调的方与抑制交调的方法法(fngf)(fngf)相同，相同，除此外，除此外，还可采用倍频程带通滤波器防

59、止二阶互调干还可采用倍频程带通滤波器防止二阶互调干扰的产生。扰的产生。 第57页/共67页第五十七页，共68页。3) 阻塞阻塞(zs)干扰干扰 当一个(y )强干扰信号进入接收机输入端后，由于输入电路抑制不良，会使前端电路内放大器或混频器的晶体管处于严重的非线性区域，使输出信噪比大大下降。这种现象称为阻塞干扰。 产生阻塞观象的原因有两种， 一种是强干扰作用下晶体管特性曲线非线性所引起的阻塞， 一种是强干扰破坏了晶体管的工作状态，使管子产生假击穿。(干扰电压消失后，晶体管还能够还原)，使作为电流(dinli)分配器的晶体管的正常工作状态被破坏，产生了完全堵死的阻塞现象。第58页/共67页第五十八页，共68页。4) 相互相互(xingh)混频混频 由于本振源内存在由于本振源内存在(cnzi)杂散边带功率，强干扰与杂散边带功率，强干扰与杂散边带噪声混频产生的频率分量落在中频通带内形成中杂散边带噪声混频产生的频率分量落在中频通带内形成中频噪声。频噪声。减小阻塞减小阻塞(zs)干扰的措施干扰的措施:1. 提高混频级前端电路的选择性提高混频级前端电路的选择性2.交流负反馈交流负反馈3. 输入端加双向限幅输入端加双向限