高频电子技术 第2版 教学课件 作者 黄亚平 主编 高频电子技术5.ppt

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1、第5章频率变换与混频电路5.1概述在现代通信系统和各种电子设备中，根据信号传输和处理的需要，普遍采用振幅调制与解调、频率调制与解调、混频、倍频等电路，这些电路有一个共同特征，就是在输出信号中，产生了原输入信号所没有的新的频率分量。这些电路都属于频率变换电路。频率变换电路的种类很多，根据电路的不同特点可分为线性频谱变换电路和非线性频谱变换电路。线性频谱变换的特点是在频率变换过程中，频谱结构不发生变化，输出信号频谱只是输入信号频谱沿频率轴上进行不失真的简单搬移，调幅、变频和检波等均属于这类电路。非线性频谱变换的特点是输出信号频谱和输入信号频谱不再是简单的线性关系，而

2、是较复杂的非线性关系，调频、调相、鉴频和鉴相等电路都属于这类电路。频率变换功能由非线性元器件产生在高频电子线路中常用非线性元器件有非线性电阻和非线性电容。各种晶体二极管、三极管及场效应管都是非线性电阻器件，它们与线性电阻的区别在于其伏安特性是非线性的。变容二极管是一种常用非线性电容器件，其C-u曲线是非线性的。现在广泛使用的频率变换非线性器件是集成模拟乘法器，它是由集成电路内部的差分对晶体管构成的。混频是一种频率变换过程，是将信号从某一频率（或频段）变换为另一频率（或频段）的频谱线性搬移过程，显然，混频器也是一种非线性电路。本章首先介绍非线性元器件的基本特性及其

3、分析方法，然后介绍广泛应用于超外差接收机、频率合成器等电路中的混频器的工作原理图5-1非线性电阻的伏安特性5.3模拟乘法器前面介绍了二极管、三极管等非线性器件的特性，它们都可用于频率变换。随着集成电路的发展，模拟集成乘法器已成为一种普遍应用的非线性模拟电路，模拟集成乘法器用于频率变换有比分立器件更好的特性，广泛地应用于无线电广播、电视、通信设备的有关电路。本节简要介绍模拟乘法器的电路组成、工作原理和分析方法。图5-8模拟乘法器的电路符号图5-9模拟乘法器的工作象限5.3.2集成模拟乘法器实现模拟相乘的方法很多，有对数一反对数相乘法、四分之二平方相乘法、三角波平均

4、相乘法、时间分割相乘法、霍尔效应相乘法、环形二极管相乘法和变跨导相乘法等。其中，变跨导相乘法采用差分电路，它的交流馈通效应小，温度稳定性好，运算精度高，速度快，成本低，便于集成化，因而得到广泛应用。目前单片模拟集成乘法器大多采用变跨导相乘器。1.变跨导模拟乘法器的组成和工作原理变跨导模拟乘法器的基本电路是带恒流源的差分放大电路，图5-10是带恒流源的差分放大电路原理图。图5-10带恒流源的差分放大电路图5-11变跨导乘法器的基本电路图5-12双平衡乘法器原理图2.常用集成模拟乘法器双平衡模拟乘法器能实现两个输入信号的四象限相乘，而且频率特性较好，所以广泛应用于集

5、成乘法器中，如国内产品XFC1596、CF1496/1596（与国外产品MC1496/1596性能相同）。图5-13是XFC1596集成乘法器的内部电路图。由图中可见，XFC1596集成模拟乘法器内部是由6个双极型晶体管分别组成3个差分电路，两个输入信号都是差动输入的双平衡模拟乘法器。为使输入信号的线性范围扩大，还有改进型的XFC1596集成模拟乘法器，其内部增加了线性补偿网络，称为线性化双平衡模拟乘法器。国产BG314、CF1595、FZ4等是通用性很强的模拟乘法器。它们的内部电路由线性化双平衡模拟乘法器组成，其工作原理与国外产品MCl495／1595、LMl

6、495／1595基本相同。模拟乘法器不仅可应用于模拟运算电路中，而且广泛应用于无线电通信领域，通信系统中的模拟信号处理大都可归结为两个信号相乘或包含相乘的过程，因而可以使用通用模拟集成乘法器来完成，例如调制、解调、变频和倍频等非线性功能及实现AGC控制和压控振荡。采用模拟乘法器来实现这些功能，电路简单，性能优越而且稳定，调整方便，利于设备的小型化。图5-13XFC-1596内部电路图5.4混频电路混频就是将高频已调波信号变换成另外一个频率，而保持调制规律不变，具有这种功能的电路称混频电路。例如在超外差收音机中，把接收到的外来信号变换为465kHz的固定中频（低中

7、频），这样能提高收音机的灵敏度和邻频道选择性。又如在工作频率为2～30MHz的单边带通信接收机中，却把接收到的外来信号变为70MHz的高中频，这样可以大大减少混频器产生的组合频率干扰和副波道干扰，提高接收机抗干扰能力。图5-14为混频器（mixer）的组成电路。它是由非线性器件和带通滤波器组成。如果混频器和本地振荡器共用一个器件，即非线性器件既产生本振信号又实现频率变换，则称之为变频器（convertor）。实际应用中常将“混频”与“变频”两词混用而不加以区别。图5-14混频电路原理图图5-15调幅波混频前后波形和频谱的变化2.失真与干扰如果混频器输出中频信号的

8、频谱结构和输入信号的频谱