振幅调制解调与混频电路2

振幅调制解调与混频电路第1页，共31页。（2）超外差式（P5）高放：是中心频率可调的谐振放大器（有时省去）。本振：振荡频率也是可调的，且与载频的差值是固定的。中放：是频率固定的的谐振放大器，其性能(增益、选择性等)可以做得很好。整台接收机的性能主要由中频放大器决定。第2页，共31页。混频：将载频为fc的高频已调波vs(t)不失真地变换为载频为fI的中频已调波vI(t)。不失真：包络不变（AM）或频率偏移规律不变（FM）例：调幅广播（AM）中波段fc为535～1605kHz，本机振荡器的振荡频率fL为1000～2070kHz，中频（fI

=fL-fc）固定为465kHz。（1）调幅广播（AM）：（2）调频广播（FM）；（3）电视图象中频：（4）电视伴音第二中频：2．几种常用中频第3页，共31页。1．作用频谱搬移：将载频为

fc的已调信号

vS(t)不失真地变换为载频为

fI的已调信号

vI(t)。fL、fI、fc之间的关系为2．组成模型为典型的频谱搬移电路，可用乘法器和滤波器实现。

3．原理(1)混频二、混频实现模型第4页，共31页。设

若fL

fc时，经乘法器，将

vS(t)的频谱不失真地搬移到

L

的两边：

一边搬到

L

+

c上，构成载波角频率为

L

+

c的调幅信号；另一边搬到

L

-

c上，载波角频率为

L

-

c。

若令

I=

L

-

c，则前者为无用的寄生分量，而后者为有用中频分量。

(2)滤波

用调谐在

I=

L

-

c上的带通滤波器取出有用的分量。第5页，共31页。四、频谱搬移电路小结（P229表）振幅调制、振幅解调（检波）、混频都属于频谱搬移过程，都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实现。输入信号参考信号输出信号滤波器第6页，共31页。一．混频增益

定义：混频器的输出中频信号电压

Vi(或功率PI)对输入信号电压

Vs(或功率

PS)的比值，用分贝表示(与混频损耗

Lc类似)

或二．噪声系数4.4.2

混频器主要性能指标（P253）第7页，共31页。定义：输入信号噪声功率比(PS/Pn)I对输出中频信号噪声功率比(PI/Pn)o的比值，即

接收机的噪声系数主要取决于它的前端电路，若无高频放大器，主要由混频电路决定。

三．1dB压缩电平(PI1dB)当PS较小时，

PI随PS线性增大，混频增益为定值；当PS较大时，

PI随PS增大趋于缓慢。第8页，共31页。定义：比线性增长低1dB时所对应的输出中频功率电平，称1dB压缩电平，用PI1dB表示。

意义：PI1dB

所对应的PS

是混频器动态范围的上限电平。

四．混频失真来源：(1)接收机输入端存在的干扰信号；(2)混频器件非线性，使输出电流包含众多无用组合频率分量，若某些靠近中频，则中频滤波器无法将它们滤除，叠加在有用中频信号上，引起失真称混频失真。第9页，共31页。五．隔离度混频器各端口之间在理论上应相互隔离，确保任一端口上的功率不会窜到其他端口上。实际上，总有极少量功率在各端口之间窜通。定义：本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比(用分贝表示)。意义：用来评价窜通大小的性能指标。危害：在接收机中，本振端口功率向输入端口的窜通危害最大。为保证混频性能，加在本振端口的本振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会通过输入信号回路加到天线上，产生本振功率的反向辐射，严重干扰邻近接收机。

第10页，共31页。一、二极管环形混频器（双平衡混频器）1．电路（与P239图4-2-8相比：AB端接反，输出电压反相）4.4.3

混频电路（本振信号vL应是大信号，高频已调波vs应是小信号）D1-D4：工作在受vL控制的开关状态。第11页，共31页。Tr2初级线圈a,b,c三点短路vo(t)=vs(t)

当vL(t)<0时：D2、D3（off),D1、D4(on）vo(t)=-vs(t)

综上：略RD，当vL(t)>0时：D2、D3（on),D1、D4(off)2．隔离度：较低，主要靠各二极管的匹配特性和变压器中心抽头的对称性来实现隔离。第12页，共31页。二、由乘法器和滤波器构成的混频器乘法器：线性模拟乘法器——MC1595开关型乘法器——MC1596、MC1496（vL应是大信号）

例：P246图4-2-14vc(t)→vL(t)vΩ(t)→vs(t)BPF:fo=fIvL(t)vs(t)第13页，共31页。三、三极管混频电路（三极管始终导通，vL是大信号，vs是小信号——线性时变状态）1．四种混频电路形式共同点：利用发射结的非线性进行混频。不同点：（1）共E：工作频率低；共B：工作频率高。第14页，共31页。不同点：（2）vs、vL加在同一极的，信号会牵引本振；

vs、vL加在不同极的，牵引小，本振波形好。（3）vL加在E极，输入电阻小，本振电路负载重，不易起振；

vL加在B极，输入电阻大，本振电路负载轻，容易起振。第15页，共31页。2．工作原理L1C1：

输入信号回路，调谐在

fcL2C2：输出中频回路，调谐在

fI本振电压

vL=VLmcos

Lt接在基极回路中，VBB0为基极静态偏置电压。

vBE(t)

=VBB0+vL(t)

+vS(t)将VBB0+vL(t)

作为T的等效基极偏置电压，用vBB(t)表示，称为时变基极偏置电压，当输入信号电压vS(t)=Vsmcos

ct很小，满足线性时变条件时，三极管集电极电流为：iC

f(vBE)

IC0(vL)+gm(vL)vS第16页，共31页。iC

f(vBE)

IC0(vL)+gm(vL)vS在时变偏压作用下，gm(vL)的傅氏级数展开式为：gm(vL)

=gm(t)=g0+gm1cos

Lt+gm2cos2

Lt+

其中，基波分量gmlcos

Lt与输入信号电压vS相乘gmlcos

Lt

Vsmcos

ct=gmlVsm[cos(

L-

c)t+cos(

L+c)t]令

I=

L-

c，得中频电流分量为iI=IImcos

It=

其中称为混频跨导，定义为输出中频电流幅值IIm对输入信号电压幅值Vsm之比，其值等于gm(t)中基波分量幅度gm1的一半。第17页，共31页。若设中频回路的谐振电阻为Re，则所需的中频输出电压vI=-iIRe，相应的混频增益为AC==-gmcRe（1）电路组成3．实例（P260中波广播收音机的三极管混频器电路）第18页，共31页。本振为电感三点式电路。本振电压输出由耦合线圈

Le加到T1管的发射极上。天线上感生的信号电压通过耦合线圈

La加到输入信号回路，再通过耦合线圈

Lb加到T1管的基极上。

第19页，共31页。C’为三个电容和线圈的最上部分所等效的电容

直流通路：本振等效电路：混频等效电路：（2）各组成模块等效电路（B极输入，E极注入，共E）

第20页，共31页。

（3）同步调谐靠输入LC回路和本振LC回路的双联可调电容进行同步调谐，输入回路的Ｑ值低，本振回路的Ｑ值高，主要靠本振选台。对输入信号频率，本振LC回路严重失谐，Le回路看作对输入信号短路；对本振信号频率，输入LC回路严重失谐，而且Lb的值较小，Lb看作对本振信号短路，避免输入信号和本振信号互相干扰。对本振信号频率，输入LC回路严重失谐，而且La的值较小，La

看作对本振信号短路，避免本振信号反向辐射。（4）隔离度第21页，共31页。混频利用了器件特性的非线性，而器件的非线性又是混频器产生各种干扰的根源。一、干扰哨声和寄生通道干扰1．干扰哨声(组合频率干扰)(1)产生：混频器输入有用信号时，混频器件输出电流将出现众多组合频率分量：fp,q

=|

pfL

qfc

|混频器中存在着无数个变换通道，其中只有p=q=1的通道是有用的，它可以将输入信号频率变换为所需的中频，而其余大量的变换通道无用甚至有害。4.4.4

混频失真第22页，共31页。例：fc=931kHz，fI=465kHz，fL=fc+fI=1396kHz当fc

与fL混合后，输出可能存在2fc-fL=2

931-1396=466kHz的组合频率，与465kHz一起送到检波器，产生差拍现象，在扬声器听到1kHz的哨叫。现象：听到的声音为哨叫——干扰哨声干扰的原因：组合频率干扰：显然，产生哨叫的条件：|

pfL

qfc

|=fI

F

式中：F为音频。经分析，得产生干扰哨声的输入有用信号频率fc为：

fI>>F，上式可简化为第23页，共31页。(2)减小干扰哨声的办法：组合频率分量电流振幅随(p+q)的增加而迅速减小，因而，只有对应于

p和

q为较小值的输入有用信号才会产生明显的干扰哨声，将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频段之外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。例1：由，当p=0，q=1时干扰哨声强，即

fc

fI，因此，将接收机的中频选在接收频段以外，避免这个最强的干扰哨声。例如，中频接收机，fI规定为465kHz。(中波：535~1605kHz)

例2：fc=931kHz时，会产生干扰哨声（p=1,q=2）。因此不能把电台载波频率设在fc=931kHz。例3：p=3,q=4时，即fc=4fI=1860kHz在波段外，且p+q阶数大，幅度小，因此不需考虑此频点的干扰哨声。第24页，共31页。2．寄生通道干扰(副波道干扰)(1)产生

：非接收频率的干扰台串入接收机所造成的干扰。

当干扰台的频率fM与本振频率fL满足

|

pfL

qfM|=fI

(4-3-10)时，干扰信号就将其频率

fM变换为

fI，顺利地通过中频放大器，造成干扰(收音机听到干扰信号)。这种干扰称为寄生通道干扰。现象：收听载波为fc的电台时，同时收听到载波为fM的电台的声音。

受

fL-fc=fI

的限制，(4-3-10)式中只有下两式成立：pfL-

qfM=fI，qfM-

pfL=fI合并，得形成寄生通道干扰的干扰信号频率为

(4-3-11)如果阶数（p+q）越小，干扰越严重。第25页，共31页。①

中频干扰(p=0，q=1)②

镜像干扰(p=1，q=1)

若将

fL想象为一面镜子，则

fK就是

fc的镜像，故称镜像干扰。(2)解决办法①中频干扰：与消除干扰哨声一样，中频应选在接收频段以外，远离接收段。在高放输入端，可加中频陷波器滤除。fK=

fL+fI=fc+2fI，这时，干扰信号fK在混频器中与本振信号fL混频后，变换为中频。fM=fI

，故称中频干扰。这时，混频器起到中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。寄生通道干扰的两种最强情况：第26页，共31页。②

镜像干扰：fK-fc=2fI

，可以采用两种措施：高中频方案、二次混频。3．高中频方案中频的两种选择方案：(1)低中频方案，fI

<f频段。(2)高中频方案，fI>f频段。4．二次混频优点：fI

低，中频放大器易实现高增益和高选择性；如在短波接收机中，接收频段为(2~30)MHz，中频选在70MHz附近。由于中频很高，镜像干扰频率远高于有用信号频率，混频的滤波电路很容易将它滤除。第27页，共31页。例：GSM接收机，第一中频很高，为240MHz，可以在第一混频器前（用输入回路或高放的滤波器）将镜像频率干扰有效地滤除。第二中频很低，为10.7MHz，有利于提高中频放大器的增益。第28页，共31页。二、交调失真和互调失真交调失真和互调失真会在混频器、高频和中频放大器中产生，现以混频器为例讨论。

1．交调失真

若接收机前端电路选择性不好，使有用信号vS和干扰信号vM同