通信电子线路(邱健)第九章混频电路课件.ppt

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1、第九章混频器原理与电路§9.1概述§9.2晶体三极管混频器§9.3混频干扰§9.4二极管环形混频器§9.5模拟乘法器混频器所谓混频就是将两个不同频率的信号(其中一个是本机振荡信号，另一个是外加已调波信号)加到非线性器件进行频率变换,然后由选频回路取出其差频或和频分量，并保持原调制规律不变。如果该非线性器件本身仅实现频率变换,本机振荡信号由另外的器件产生,则称为混频器。§9.1概述1.混频器的作用与组成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。混频器的电路组成如图所示§9.1概述混频是将载波为高频的已调信号，不失真

2、地变换为载波为中间的已调信号，必须保持：②频谱结构不变，各频率分量的相位大小，相互间隔不变。①调制类型，调制参数不变，即原调制规律不变。1、电路的表达式或§9.1概述ωovoωo-ωSωo+ωSvIvSωS混频前后的频谱关系§9.1概述混频器分类根据所用器件的不同,混频(变频)器可分为模拟乘法器混频、二极管混频、晶体三极管混频、场效应管混频和差分对混频等;根据工作特点的不同,可分为单管混频器、平衡混频器和环形混频器等;根据所加信号的大小可分为大信号混频和小信号混频。混频也是一种线性频谱搬移技术。通常是将已调高频信号的载波从高频变换为中频,并保持原调制规律不变。以提高设备的稳定性,

3、使接收电路简化。§9.1概述混频基本原理混频器的框图如图所示。它由信号输入电路、非线性器件、本机振荡器和滤波器等几部分组成。§9.1概述§9.1概述变频增益混频(变频)器中频输出电压的幅度UIm与高频输入信号的幅度Usm之比称为变频电压增益。变频电压增益:变频功率增益:选择性由于非线性元件的作用,混频器的输出电流中包含许多频率分量,通常称为组合频率分量。混频器输出端应外接选择性良好的选频网络，回路应具有较理想的谐振曲线。噪声系数用于混频的非线性器件产生的噪声对整个接收机的噪声系数影响较大。混频器的噪声系数与所用器件及器件的工作点电流和电压有关。§9.1概述晶体三极管混频电路

4、是利用和的非线性特性来进行频率变换的。晶体管混频器的特点是具有较高增益。根据晶体管混频的信号强弱,通常分为小信号混频和大信号混频。小信号混频是指输入已调信号的幅度小而本振信号幅度大。大信号混频则是加到混频器的已调信号和本振信号幅度都较大。§9.2晶体管混频器(1)工作原理晶体管混频电路的原理图如右图所示。输入信号与本机振荡信号晶体管的基极和发射极之间,利用其非线性特性来实现变频,再经三极管对变频所得到的中频信号进行放大,从集电极中频选频回路上取出中频电压信号。都加到§9.2.1混频器工作原理分析三极管混频器可以在忽略集电极电压对的影响的情况下采用幂级数法,还常用时变跨导法来分析混

5、频电路。§9.2.1混频器工作原理设输入信号为本机振荡信号为则作用于三极管发射结的信号为首先，流过非线性器件的电流ic可近似为ic≈f(uBE)；其次，已调波信号uS(t)是小信号，发射结偏置电压可为：UBEQ(t)=VBB+uL(t)。电流ic表达式的泰勒级数展开为：§9.2.1混频器工作原理小信号可忽略uS(t)是小信号，它的高次项可忽略。§9.2.1混频器工作原理再加上，f(uBE)和f’(uBE)的级数分别为：其中，g(t)为晶体管跨导函数。IC0为集电极电流ic(t)的直流分量；IC1m为集电极电流ic(t)的基波分量；IC2m为集电极电流ic(t)的二次谐波分量；g0

6、为集电极电流ic(t)的跨导g(t)的平均分量；g1为集电极电流ic(t)的跨导g(t)的基波分量；g2为集电极电流ic(t)的跨导g(t)的二次谐波分量。§9.2.1混频器工作原理代入已调波信号表达式可以得到集电极电流中频分量称为低中频（差中频）称为高中频（和中频）其中的和两个频率分量就是我们所需的中频信号。若上述输入信号为调幅信号且带通中心角频率为，则中频电流为，上述两个中频分量主要是由两个电压的相乘项2uSuL所产生的。由此可见,凡能实现两个电压相乘或具有相乘因素的非线性器件都可用作混频器件。§9.2.1混频器工作原理通常定义中频电流的幅度与高频输入信号电压的幅度之比为变频

7、器的变频跨导在工程实际中，常采用以下近似式计算IEQ——晶体管发射极的静态工作电流；fT——晶体管的特征频率；fS——输入高频信号的工作频率；rbb’——晶体管基区体电阻。§9.2.2变频跨导§9.2.2变频跨导晶体管混频等效电路，如下图所示。混频电压增益：混频功率增益：§9.2.3混频器电路组态§9.2.4混频器电路晶体管混频电路§9.2.4混频器电路§9.2.4混频器电路组合频率干扰组合频率的通式为p和q为任意正整数,分别代表本振频率和信号频率的谐波次数。若满足则有上式说明当