第9章变频电路课件

第九章变频电路第一节概述混频器是频谱线性搬移电路，是使信号的频率从一处线性搬移至另一处的电路。它是一个六端网络。它有两个输入电压，输入信号us和本地振荡信号uL，其工作频率分别为fc和fL输出信号为uI，称为中频信号，其频率是fc和fL的差频或和频，称为中频fI，fI=fL±fc(同时也可采用谐波的差频或和频)。图6-51混频器的功能示意图输入信号us本地振荡信号uL输出信号为uI图混频器的组成框图因此，混频电路可用乘法器或非线性电路完成，框图如图所示。us一、变频电路的功能（一）变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频频率，而保持其调制规律不变。（二）对于调幅波、调频波或调相波，通过变频电路后，仍然是调幅波、调频波或调相波。1、当输入为调幅波时，输出电压仍为调幅波2、当输入为调角波时，输出电压仍为调角波二、变频电路的组成2、非线性器件：产生新的频率分量。常用三极管、二极管、场效应管、差分对管和模拟乘法器等。3、滤波器：选取中心频率为中频fI(低中频fI=fL-fs，高中频fI=fL+fs)的信号，fI是固定的。4、本机振荡器：产生fL分量.因为fI是固定的,所以fL要随fs变化而变化,必须满足fL=fI+fs或fL=fI–fs.1、输入回路：选取中心频率为fs的调幅波或调角波。三、变频器的技术指标（二）选择性：滤波器选取中频fI滤除不需要频率的能力（三）噪声系数：作为接受机的最前端，变频器的噪声系数必须很小。（一）变频增益2、变频功率增益Apc：1、变频电压增益Auc：（四）失真和干扰：要求非线性器件尽可能少产生不需要的频率分量。第二节三极管混频器一、工作原理VBB,VCC：直流偏置电压；us：输入信号；uL：本振信号；LC回路：调谐于中频fI。（一）电路：（二）电路的输入条件：1、输入条件：us为小信号，uL为大信号。2、为分析简单，设:（三）晶体三极管混频器的时变参量分析：晶体三极管的：正向传输特性为：因为us很小，在us的变化范围内正向传输特性为线性。所以可以将函数iC=f（uBE）在时变偏压VBB+uL(t)上展开成泰勒级数。则：1、混频器的集电极电流在时变偏对展开为泰勒级数，则：因为us很小，可以忽略高次项，所以：2、输入us后产生的电流：3、通过带通滤波器取出中频（设取中低频），则：4、推导：5、混频器的变频跨导：二、晶体三极管混频器的等效电路2、输入回路调谐于fs，输出回路调谐于fI1、由于本振电压为大信号，对输入小信号us来说可以等效为时变参量的线性电路。所以等效电路如上图所示,其中gc是时变跨导。3、技术指标三、具体电路和工作状态的选择（一）根据输入信号us可构成共射和共基两种组态，又根据本振信号的注入可分为基极注入和射极注入两种组态，因此有四种组态。电路组态：a.基极输入,基极注入b.基极输入,射极注入c.射极输入,射极注入d.射极输入,基极注入a.基极输入,基极注入特点输入阻抗高，变频增益大，容易起振，但两信号相互影响较大。b.基极输入,射极注入特点输入阻抗小，不易起振，相互影响较小，实际应用较多。c.射极输入,射极注入d.射极输入,基极注入输入阻抗小，变频增益小，一般不选用这两种工作状态。（二）具体电路图9-7是收音机中常用的变频电路，晶体管除了完成混频任务外，还兼作本机振荡器的振荡管，为互感耦合的自激振荡器。本振电压由电容耦合到晶体管的发射极。+-+-例已知混频晶体三极管的正向传输特性为，式中，混频器的中频取，试求混频器的变频跨导gc题意分析：解：时变跨导：例已知混频晶体三极管的正向传输特性为，式中，混频器的中频取，试求混频器的变频跨导gc题意分析：第三节场效应管混频器一、结型场效应管混频滤波取出中低频则：第四节二极管混频电路一、二极管平衡混频此2项相乘可产生中频分量此2项相乘也可产生中频分量滤波取出中低频：高频输入信号与本振信号混频所得中频电流中频输出电压反作用产生的中频电流二、二极管环形混频中频分量滤波取出中低频：高频输入信号与本振信号混频所得中频电流中频输出电压反作用产生的中频电流6、平衡混频器与环形混频器相比：可见，与平衡混频器相比，环形混频器增加2个二极管，其中频电流输出增大2倍。第五节模拟乘法器混频例:

二极管平衡混频电路如下图：

请根据平衡电路的基本原理说明下列情况输入信号，能产生什么输出电压信号，应采用什么样的滤波器。解：根据电路图可写出输出电流的表达式第六节混频器的干扰与失真主要干扰：1、信号与本振的组合频率干扰；2、外来干扰与本振的组合频率干扰；3、外来干扰互相形成的互调干扰；4、外来干扰与信号形成的交叉调制干扰等。输入回路非线性器件中频滤波器本机振荡器正常情况：只有可以通过中频滤波干扰情况：除之外的组合频率等于中频都会造成干扰：1）信号与本振的其他组合频率等于中频。2）噪声与本振的组合频率等于中频。3）信号、噪声、与本振的组合频率等于中频。4）噪声、噪声与本振的组合频率等于中频一、信号与本振的组合频率干扰（干扰哨声）(一)信号频率与本振频率通过非线性器件会产生哪些组合频率？(二)那些组合频率会产生干扰哨声？举例：(三)那些信号频率会导致组合频率干扰？fI不可能大于fL，此式不成立fI不可能为负，此式不成立例：已知中波广播的中频为fI=465kHz,广播频段为535~1605kHz,求哪些频率点可能出现哨声。注意：选择电台频率时应尽量避免以上这些频率点。二、外来干扰与本振的组合频率干扰（副波道干扰）(一)哪些外来干扰信号会产生组合频率干扰？根据p和q的不同取值可以分为中频干扰、镜像频率干扰和副波道干扰。(二)什么叫中频干扰？2、产生原因：输入回路选择性不好，fn=fI的强干扰信号进入混频器通过非线性特性的一次方项，相当于放大再由中频选频回路输出，产生中频干扰。3、克服方法：提高输入回路的选择性，还可以在混频器输入端增加一个中频LC串联陷波电路减小中频。(三)什么叫镜像频率干扰？(四)什么叫副波道干扰？

三、交叉调制干扰

定义：一个已调的强干扰信号与有用信号同时作用于混频器，经非线性作用，可以将干扰的调制信号转移到有用信号的载频上，然后再与本振混频得到中频，从而形成干扰。

现象：同时听到2个电台的声音。

原因：前端输入调谐回路的选择性太差，晶体管工作状态出现四次方项及以上项。分析：干扰信号的包络信息到了有用信号上，交调失真变频后所需项P265对此式有具体说明四、互调干扰（互调失真）

定义：是指两个或多个干扰电压同时作用在混频器的输入端，产生近似为信号的频率，再经过混频器的非线性产生近似为中频的组合分量。

原因：输入回路的选择性太差。产生条件：±pfn1±qfn2=

fs互调干扰条件：±pfn1±qfn2=

fs五、包络失真与强信号阻塞小结：5、当非线性器件含有四次方项及以上项，有可能产生交叉调制干扰。6、互调干扰的产生条件为：

±pfn1±qfn2=

fs例：有一超外差接受机，中频为465kHz,当出现下列现象时，指出是什么干扰？（1）当调谐到550kHz时，可听到频率为1480kHz的电台播音。（2）当调谐到1165kHz时，可听到频率为1047.5kHz的电台播音。（3）当调谐到930.5kHz时，约有0.5kHz的哨叫声。（4）当调谐到600kHz时，可听到频率为465kHz的电台播音。解：（2）fs1

=1165kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs1+fI=1630kHz,而fn1

=1047.5kHz,满足2fn1-fL=fI,为副波道干扰。（3）fs

=930.5kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs+fI=1395.5kHz,2fs-

2fL

=465.5kHz，满足2fs-

2fL

≈fI,为干扰哨声。（1）fs1

=550kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs1+fI=1015kHz,而fn1

=1480kHz,满足fn1-fL=fI,为镜像频率干扰。（4）满足fn=fI,为中频干扰。与干扰有关的作业题讲解

9-2，9-3，9-7，9-9，9-10，9-119-29-3（a）：线性状态不能混频（b）：非线性状态可以混频(c):gm随ube线性变化可以混频(1),输入输出均为普通调幅波(2),输入输出均为双边带调幅波(3),输入输出均为单边带调幅波(4),输入输出均为调频波(5),输入输出均为调相波（同4）9-79-9有一次方项能产生中频干扰；有二次方项能产生镜像干扰；没有三次方项及以上项，不能产生交叉调制干扰和互调干扰。（1）fs1

=550kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs1+fI=1015kHz,而fn1

=1480kHz,满足fn1-fL=fI,为镜像频率干扰。（2）fs2

=1400kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs1+fI=1865kHz,而fn2

=700kHz,满足fL-

2fn1

=fI,为副波道干扰。9-10（2）fs1

=1165kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs1+fI=1630kHz,而fn1

=1047.5kHz,满足2fn-fL=fI,为副波道干扰。（3）fs

=930.5kHz,fI

=465kHz,可得fL

=fs+fI=1395.5kHz,满足2fs-

2fL

=465.5kHz≈fI