合工大高频第七章变频电路课件.ppt

1、,7.1 概述,7.2 晶体三极管混频器,7.3 二极管混频器,7.4 模拟乘法器混频器,7.5 混频器的干扰与失真,对信号进行频率变换，通常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。,变频实质:是频谱的线性搬移过程。,本地振荡信号,中频信号,us (fs),uL (fL),uI (fI),高频已调波,7.1 概述,一. 变频电路的功能,注意：,（2）高频已调波的上边频变成 中频已调波的下边频。,（1）输入与输出载波频率不同。,（3）高频已调波的下边频变成中频已调波的上边频。,7.1 概述,二. 变频器的组成,us fs,（1）输入回路：选取中心频率为fs的调幅波或调角波。,

2、(3)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。,(2)本地振荡器：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 -fs =fI或fL+fs. =fI,(4) 带通滤波器：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。,混频器,7.1 概述,因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数影响大。 所以希望混频级的 越小越好。,(1)变频增益：,变频电压增益:,变频功率增益 :,(2)噪声系数:,三. 变频器主要性能指标,(3) 失真与干

3、扰,7.1 概述,四. 变频器的分类,按所用器件的不同,晶体三极管变频器,二极管变频器,场效应管变频器,模拟乘法器变频器,按工作原理的不同,叠加型变频器,乘积型变频器,叠加型变频器,乘积型变频器,(1)叠加型变频器,实现模型:,非线性器件的特性为:,7.1 概述,设输入已调波信号：,那么两信号的乘积项为：,本振信号:,则可选出差频信号.,(1)叠加型变频器,(2)乘积型变频器,实现模型:,7.1 概述,(1) 调幅(DSB为例),（2）检波,（3）混频,补充: 振幅调制、检波与混频器的相互关系,7.1 概述,五. 日常应用,超外差式广播接收机中 AM :535 kHz1605kHz 465kH

4、z FM :88 MHz108MHz 10.7MHz 视频信号 四十几兆赫近千兆赫 38 MHz,高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用,优点：噪声低，电路简单，组合分量少。,一. 二极管平衡混频器,设输入信号,本振信号 :,若,则输出电压 :,如果输出中频滤波器的中心频率为:,而环形混频器的输出是平衡混频器输出的2倍。且减少了输出信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所特有的组合频率干扰。,7. 2二极管混频器,7. 2二极管混频器,7. 3 晶体三极管混频器,一、基本电路和工作原理,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,工作条件

5、:us为小信号， uL为大信号,时变偏置电压:,7. 3 晶体三极管混频器,7. 3 晶体三极管混频器,这种随时间变化的参量称为时变参量。,二、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，可以忽略高次项，所以：,1. 混频器的时变参量表达式：,7. 3 晶体三极管混频器,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 在时变偏压VBB + uL (t)上展开成泰勒级数。则：,称为时变静态电流，用,称为时变跨导， 用,利用付里叶级数可将展开成 :,设本振信号：,7. 3 晶体三极管混频器,线性时变工作状态,变频跨导：,变频增益为 ：,中频输

6、出电压uI为 ：,7. 3 晶体三极管混频器,如果输出回路的谐振频率为,选出的中频电流,共射极组态 （对us来说）,三、几种电路形式,图（a）:对 是基极注入，输入阻抗大，易于起振,但两者相互影响大。,图（b）:对 是射极注入，输入阻抗小，不易起振,但两者相互影响小。,7. 3 晶体三极管混频器,共基极组态 （对us来说）,（一）工作状态的选择,四、具体电路和工作状态的选择,可获得大的变频功率增益大和小的噪声系数。,选择原则:变频功率增益大和噪声系数小。,7. 3 晶体三极管混频器,(二）具体电路,四、具体电路和工作状态的选择,本振和混频由一个晶体管完成,收音机中变频电路,中频滤波器,振荡回路

7、,振荡器:为互感耦合的LC振荡器。,7. 3 晶体三极管混频器,双联的作用：使本振信号频率随输入信号频率的变化而变化，使它们之间差频始终保持不变，为中频。,自激式变频器：,(二）具体电路,7. 3 晶体三极管混频器,他激式变频器（混频器）：,本振信号由单独的振荡器产生。,7. 4 模拟乘法器混频,本振信号,输入信号,带通滤波器,7. 4 模拟乘法器混频,干扰情况：除 之外的组合频率信号中只要和中频频率 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起串音，啸叫和嘈杂的干扰声，从而影响 有用信号的正常接收。,us(f s),uL(f L),uI(f I),un(f

8、n),7.5变频器的干扰,7.5变频器的干扰,一般变频器存在的干扰：,7.5变频器的干扰,(3) 交叉调制干扰,(4) 互调干扰,(5) 阻塞干扰,（1）有用信号与本振信号的自身组合频率干扰（干扰哨声）,（2）外来干扰信号与本振的组合频率干扰（副波道干扰）,7.5变频器的干扰,一、有用信号与本振信号的自身组合频率干扰（干扰哨声）,，其中 p,q=0,1,2,2、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？,若中频取中低频，则只有 是所需项，其他都是干扰项。,1、产生的原因:,有用信号频率与本振信号频率由于非线性器件 的作用,产生了接近中频频率的组合频率分量。,7.5变频器的干扰,一、有

9、用信号与本振信号的自身组合频率干扰（干扰哨声）,显然当变频比一定时，并能找到对应的整数p, q时， 就会形成组合频率干扰。,3、产生组合频率干扰条件：,7.5变频器的干扰,（）,（）,例：调幅广播接收机的中频,，某电台发射频率,当接收该电台广播时伴有音调为1KHz的哨叫声。,注意:组合频率干扰与外来干扰无关，不能靠提高前级电路的选择性 来抑制。,4、减少这种干扰的方法,（1）正确选择中频,（2）正确选择混频器的工作点，减少组合频率分量,（3）采用合理的电路形式，从电路上抵消一些组合频率，,如平衡电路，环形电路，乘法器。,接收机的本振频率:,7.5变频器的干扰,2.外来干扰信号与本振的组合频率干

10、扰（副波道干扰）,形成的副波道干扰条件为：,这类干扰中主要有：中频干扰，镜像频率干扰及组合副波道干扰。,产生的原因：,7.5变频器的干扰,2.外来干扰信号与本振的组合频率干扰（副波道干扰）,(1)中频干扰,（ p=0 , q=1）,即表明当一种接近中频的干扰信号一旦进入混频器，可以直接通过混频器进入中放电路，并被放大、解调后在输出端形成干扰。,抑制中频干扰的方法：,(1) 提高输入回路的选择性,(2)在混频器前级增加中频吸收电路,中频陷波器,7.5变频器的干扰,（p=1 , q=1）,(2)镜像频率干扰,例：中央台第一套节目的载波为,7.5变频器的干扰,(3)组合副波道干扰,的情况，则有：,抑

11、制这类干扰的方法：,提高输入回路的选择性,提高中频,选择合适的混频电路，合理选择混频器的工作点,其中最主要的一类干扰为：,7.5变频器的干扰,3.交叉调制干扰（交调干扰）,（1）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，与有用信号一同输出而形成干扰。,（2）现象：同时听到2个电台的声音。,（3）原因：前端输入回路的选择性太差，晶体管工作状态出现 四次方项及以上项。,（4）分析：,有用信号：,本振信号：,干扰信号：,7.5变频器的干扰,将信号代入此项，并经中频滤波后可得：,干扰信号中的调制信号转移 到了有用信号上，产生交调

12、失真,设非线性特性,7.5变频器的干扰,(5)交调干扰的特点：,(6) 抑制交调干扰的措施：,提高前级电路的选择性,选择合适的器件，合适的工作点，使不需要的非线性项（4次方项）尽可能小，以减少组合分量。,混频器中，除了非线性特性的4次方项以外，更高的偶次方项也可以产生交调干扰，但一般由于幅值较小，可以不考虑。,7.5变频器的干扰,4. 互调干扰,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。,产生条件：,原因：,输入回路选择性不好，有两个或多个强干扰信号进入 混频器，非线性特性有三次方及以上项。,7.5变频器的干扰

13、,设非线性特性有三次方项，其输入端作用电压有：,信号电压,只要满足 就会产生互调干扰,干扰电压,本振电压,5. 阻塞干扰,定义：当一个强干扰信号与有用信号同时进入混频器时，强干扰信号会使混频器的工作点进入饱和区，从而使输出的有用信号振幅要减小，严重时甚至小到无法接收，这种现象称为阻塞干扰。,减小阻塞干扰的方法:,提高前级电路的选择性,加自动增益控制电路（AGC）,7.5变频器的干扰,同样，有用信号为强信号也会产生阻塞。,例1：有一超外差接收机，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1480 kHz的电台播音。,（2）当调谐到1165k

14、Hz时，可听到频率为1047.5 kHz的电台播音,（3）当调谐到930.5kHz时，约有0.5 kHz的哨叫声。,（4）当调谐到600kHz时，可听到频率为465kHz的电台播音。,7.5变频器的干扰,解：（1） fs =550kHz, fI =465kHz, 可得fL = fs + fI =1015kHz, 而fn =1480kHz,满足fn -fL = fI , 为镜像频率干扰。,（2） fs =1165kHz, fI =465kHz, 可得fL = fs + fI =1630kHz, 而fn =1047.5kHz,满足2fn -fL = fI , 为副波道干扰。,（5）当调谐到930kHz时，可同时收到690kHz和810kHz的 信号，但不能收到其中一个台。,（3） fs =930.5kHz, fI =465kHz, 可得fL = fs + fI =1395.5kHz, 2fs - fL = 465.5kHz，满足2fs fL fI , 为干扰哨声。,（4） 满足fn = fI , 为中频干扰。,7.5变频器的