振幅调制解调与混频电路ppt.pptx

振幅调制解调与混频电路(2)超外差式超外差式(P5)高放高放:就是中心频率可调得谐振就是中心频率可调得谐振放大器放大器(有时省去有时省去)。本振本振:振荡频率也就是可调得振荡频率也就是可调得,且与载频得差值就是固定且与载频得差值就是固定得。得。中放中放:就是频率固定得得谐振放大器就是频率固定得得谐振放大器,其性能其性能(增益、选择增益、选择性等性等)可以做得很好。可以做得很好。整台接收机得性能主要由中频放大器决定。整台接收机得性能主要由中频放大器决定。混频混频:将载频为将载频为fc得高频已调波得高频已调波vs(t)不失真地变换为载频为不失真地变换为载频为fI得中频已调波得中频已调波vI(t)。不失真不失真:包络不变包络不变(AM)或频率偏移规律不变或频率偏移规律不变(FM)例例:调幅广播调幅广播(AM)中波段中波段 fc 为为5351605kHz,本机振荡器得本机振荡器得振荡频率振荡频率fL为为10002070kHz,中频中频(fI=fL-fc)固定为固定为465 kHz。(1)1)调幅广播调幅广播(AM):(AM):(2)(2)调频广播调频广播(FM);(FM);(3)(3)电视图象中频电视图象中频:(4)(4)电视伴音第二中频电视伴音第二中频:2、几种常用中频、几种常用中频 1、作用作用 频频谱谱搬搬移移:将将载载频频为为 fc 得得已已调调信信号号 vS(t)不不失失真真地地变变换换为为载频为载频为 fI 得已调信号得已调信号 vI(t)。fL、fI、fc 之间得关系为之间得关系为2组成模型组成模型 为为典典型型的的频频谱谱搬搬移移电电路路，可用乘法器和滤波器实现。可用乘法器和滤波器实现。3、原理原理(1)混频混频二、混频实现模型二、混频实现模型设设 若若 fL fc 时时,经经乘乘法法器器,将将 vS(t)得得频频谱谱不不失失真地搬移到真地搬移到 L 得两边得两边:一一边边搬搬到到 L+c 上上,构构成成载载波波角角频频率率为为 L+c 得调幅信号得调幅信号;另一边搬到另一边搬到 L-c 上上,载波角频率为载波角频率为 L-c。若若令令 I=L-c,则则前前者者为为无无用用得得寄寄生生分分量量,而而后后者者为为有用中频分量。有用中频分量。(2)滤波滤波 用调谐在用调谐在 I=L-c 上得带通滤波器取出有用得分量。上得带通滤波器取出有用得分量。四、频谱搬移电路小结四、频谱搬移电路小结(P229表表)振幅调制、振幅解调振幅调制、振幅解调(检波检波)、混频都属于频谱搬移过、混频都属于频谱搬移过程程,都可以用乘法器与相应得滤波器组成得电路来实现。都可以用乘法器与相应得滤波器组成得电路来实现。输入信号输入信号参考信号参考信号输出信号输出信号滤波器滤波器一、混频增益一、混频增益 定定义义:混混频频器器得得输输出出中中频频信信号号电电压压 Vi(或或功功率率PI)对对输输入入信信号号电电压压 Vs(或或功功率率 PS)得得比比值值,用用分分贝贝表表示示(与与混混频频损损耗耗 Lc 类似类似)或或二二、噪声系数、噪声系数4、4、2混频器主要性能指标混频器主要性能指标(P253)(P253)定定义义:输输入入信信号号噪噪声声功功率率比比 (PS/Pn)I 对对输输出出中中频频信信号号噪声功率比噪声功率比 (PI/Pn)o 得比值得比值,即即 接接收收机机得得噪噪声声系系数数主主要要取取决决于于它它得得前前端端电电路路,若若无无高高频频放大器放大器,主要由混频电路决定主要由混频电路决定。三、三、1 dB 1 dB 压缩电平压缩电平(P PI1dB I1dB)当当 PS较小时较小时,PI 随随 PS 线性增大线性增大,混频增益为定值混频增益为定值;当当 PS较大时较大时,PI 随随 PS 增大趋于缓慢。增大趋于缓慢。定定义义:比比线线性性增增长长低低 1 dB 时时所所对对应应得得输输出出中中频频功功率率电电平平,称称 1dB 压缩电平压缩电平,用用 PI1dB 表示。表示。意意义义:PI1dB 所所对对应应得得 PS 就就是是混频器动态范围得上限电平。混频器动态范围得上限电平。四、四、混频失真混频失真来源来源:(1)接收机输入端存在得干扰信号接收机输入端存在得干扰信号;(2)混混频频器器件件非非线线性性,使使输输出出电电流流包包含含众众多多无无用用组组合合频频率率分分量量,若若某某些些靠靠近近中中频频,则则中中频频滤滤波波器器无无法法将将它它们们滤滤除除,叠加在有用中频信号上叠加在有用中频信号上,引起失真称混频失真。引起失真称混频失真。10大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问得大家有疑问得大家有疑问得大家有疑问得,可以询问与交流可以询问与交流可以询问与交流可以询问与交流五、五、隔离度隔离度混混频频器器各各端端口口之之间间在在理理论论上上应应相相互互隔隔离离,确确保保任任一一端端口口上得功率不会窜到其她端口上。上得功率不会窜到其她端口上。实际上实际上,总有极少量功率在各端口之间窜通。总有极少量功率在各端口之间窜通。定定义义:本本端端口口功功率率与与其其窜窜通通到到另另一一端端口口得得功功率率之之比比(用用分贝表示分贝表示)。意义意义:用来评价窜通大小得性能指标。用来评价窜通大小得性能指标。危危害害:在在接接收收机机中中,本本振振端端口口功功率率向向输输入入端端口口得得窜窜通通危危害害最最大大。为为保保证证混混频频性性能能,加加在在本本振振端端口口得得本本振振功功率率都都比比较较大大,当当它它窜窜通通到到输输入入信信号号端端口口时时,就就会会通通过过输输入入信信号号回回路路加加到天线上到天线上,产生本振功率得反向辐射产生本振功率得反向辐射,严重干扰邻近接收机。严重干扰邻近接收机。一、二极管环形混频器一、二极管环形混频器(双平衡混频器双平衡混频器)1、电路电路(与与P239P239图图4-2-84-2-8相比相比:AB:AB端接反端接反,输出电压反相输出电压反相)4、4、3混频电路混频电路(本振信号本振信号vL应就是大信号应就是大信号,高频已调波高频已调波vs 应应就是小信号就是小信号)D1-D4:工作在受工作在受vL控制得开关状态。控制得开关状态。Tr2初级线圈初级线圈a,b,c三点短路三点短路vo(t)=vs(t)当当vL(t)0时时:D2、D3(on),D1、D4(off)2、隔离度隔离度:较低较低,主要靠各二极管得匹配特性与变压器中心主要靠各二极管得匹配特性与变压器中心抽头得对称性来实现隔离。抽头得对称性来实现隔离。二、由乘法器与滤波器构成得混频器二、由乘法器与滤波器构成得混频器乘法器乘法器:线性模拟乘法器线性模拟乘法器MC1595 开关型乘法器开关型乘法器MC1596、MC1496(vL应就是大信号应就是大信号)例例:P246 图图4-2-14 vc(t)vL(t)v(t)vs(t)BPF:fo=fIvL(t)vs(t)三、三极管混频电路三、三极管混频电路(三极管始终导通三极管始终导通,vL就是大信号就是大信号,vs就是小信号就是小信号线性时变状态线性时变状态)1、四种混频电路形式四种混频电路形式共同点共同点:利用发射结得非线性进行混频。利用发射结得非线性进行混频。不同点不同点:(1)共共E:工作频率低工作频率低;共共B:工作频率高。工作频率高。不同点不同点:(2)vs、vL加在同一极得加在同一极得,信号会牵引本振信号会牵引本振;vs、vL加在不同极得加在不同极得,牵引小牵引小,本振波形好。本振波形好。(3)vL加在加在E极极,输入电阻小输入电阻小,本振电路负载重本振电路负载重,不易起振不易起振;vL加在加在B极极,输入电阻大输入电阻大,本振电路负载轻本振电路负载轻,容易起振。容易起振。2、工作原理工作原理L1C1:输入信号回路输入信号回路,调谐在调谐在 fcL2C2:输出中频回路输出中频回路,调谐在调谐在 fI本本振振电电压压 vL=VLmcos Lt 接接在在基基极极回回路路中中,VBB0 为为基基极极静静态偏置电压。态偏置电压。vBE(t)=VBB0+vL(t)+vS(t)将将 VBB0+vL(t)作作为为T得得等等效效基基极极偏偏置置电电压压,用用 vBB(t)表表示示,称称为为时时变变基基极极偏偏置置电电压压,当当输输入入信信号号电电压压 vS(t)=Vsmcos ct很小很小,满足线性时变条件时满足线性时变条件时,三极管集电极电流为三极管集电极电流为:iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vSiC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS在时变偏压作用下在时变偏压作用下,gm(vL)得傅氏级数展开式为得傅氏级数展开式为:gm(vL)=gm(t)=g0+gm1cos Lt+gm2cos2 Lt+其中其中,基波分量基波分量 gmlcos Lt 与输入信号电压与输入信号电压 vS 相乘相乘gmlcos Lt Vsmcos ct=gmlVsmcos(L-c)t+cos(L+c)t令令 I=L-c,得中频电流分量为得中频电流分量为iI =IImcos It =其中其中称称为为混混频频跨跨导导,定定义义为为输输出出中中频频电电流流幅幅值值 IIm 对对输输入入信信号号电电压压幅幅值值 Vsm 之之比比,其其值值等等于于 gm(t)中中基基波波分分量量幅幅度度 gm1 得得一一半。半。若若设设中中频频回回路路得得谐谐振振电电阻阻为为 Re,则则所所需需得得中中频频输输出出电电压压 vI=-iIRe,相应得混频增益为相应得混频增益为AC=-gmc Re(1)电路组成电路组成3、实例实例(P260(P260中波广播收音机得三极管混频器电路中波广播收音机得三极管混频器电路)本本振振为为电电感感三三点点式式电电路路。本本振振电电压压输输出出由由耦耦合合线线圈圈 Le 加加到到 T1 管管得得发发射射极上。极上。天天线线上上感感生生得得信信号号电电压压通通过过耦耦合合线线圈圈 La 加加到到输输入入信信号号回回路路,再再通通过过耦耦合合线线圈圈 Lb 加加到到 T1 管管得得基基极上。极上。C为三个电容与线为三个电容与线圈得最上部分所等圈得最上部分所等效得电容效得电容 直流通路直流通路:本振等效电路本振等效电路:混频等效电路混频等效电路:(2)各组成模块等效电路各组成模块等效电路(B极输入极输入,E极注入极注入,共共E)(3)同步调谐同步调谐靠输入靠输入LC回路与本振回路与本振LC回路得双联可调电容进行同步回路得双联可调电容进行同步调谐调谐,输入回路得值低输入回路得值低,本振回路得值高本振回路得值高,主要靠本主要靠本振选台。振选台。对对输输入入信信号号频频率率,本本振振LCLC回回路路严严重重失失谐谐,Le 回回路路瞧瞧作作对对输输入入信信号号短短路路;对对本本振振信信号号频频率率,输输入入LC回回路路严严重重失失谐谐,而而且且Lb 得得值值较较小小,Lb 瞧瞧作作对对本本振振信信号号短短路路,避避免免输输入入信信号号与与本本振信号互相干扰。振信号互相干扰。对对本本振振信信号号频频率率,输输入入LC回回路路严严重重失失谐谐,而而且且La 得得值值较较小小,La 瞧作瞧作对本振信号短路对本振信号短路,避免本振信号反向辐射。避免本振信号反向辐射。(4)隔离度隔离度混混频频利利用用了了器器件件特特性性得得非非线线性性,而而器器件件得得非非线线性性又又就就是是混频器产生各种干扰得根源。混频器产生各种干扰得根源。一、干扰哨声与寄生通道干扰一、干扰哨声与寄生通道干扰1、干扰哨声干扰哨声(组合频率干扰组合频率干扰)(1)产产生生:混混频频器器输输入入有有用用信信号号时时,混混频频器器件件输输出出电电流流将将出现众多组合频率分量出现众多组合频率分量:fp,q=|pfL qfc|混混频频器器中中存存在在着着无无数数个个变变换换通通道道,其其中中只只有有 p=q=1 得得通通道道就就是是有有用用得得,它它可可以以将将输输入入信信号号频频率率变变换换为为所所需需得得中中频频,而其余大量得变换通道无用甚至有害。而其余大量得变换通道无用甚至有害。4、4、4混频失真混频失真例例:fc =931 kHz,fI=465 kHz,fL =fc+fI=1 396 kHz 当当 fc 与与 fL 混混合合后后,输输出出可可能能存存在在 2fc-fL=2 931-1 396=466 kHz 得得组组合合频频率率,与与 465 kHz 一一起起送送到到检检波波器器,产生差拍现象产生差拍现象,在扬声器听到在扬声器听到 1 kHz 得哨叫。得哨叫。现象现象:听到得声音为哨叫听到得声音为哨叫干扰哨声干扰哨声干扰得原因干扰得原因:组合频率干扰组合频率干扰:显然显然,产生哨叫得条件产生哨叫得条件:|pfL qfc|=fI F 式中式中:F 为音频。为音频。经分析经分析,得产生干扰哨声得输入有用信号频率得产生干扰哨声得输入有用信号频率 fc为为:fI F,上式可简化为上式可简化为(2)减小干扰哨声得办法减小干扰哨声得办法:组组合合频频率率分分量量电电流流振振幅幅随随(p+q)得得增增加加而而迅迅速速减减小小,因因而而,只只有有对对应应于于 p 与与 q 为为较较小小值值得得输输入入有有用用信信号号才才会会产产生生明明显显得得干干扰扰哨哨声声,将将产产生生最最强强干干扰扰哨哨声声得得信信号号频频率率移移到到接接收收频频段段之之外外,就可大大减小干扰哨声得有害影响。就可大大减小干扰哨声得有害影响。例例1 1：由：由 ，当，当 p=0，q=1 时干扰哨声强，时干扰哨声强，即即 fc fI，因因此此，将将接接收收机机的的中中频频选选在在接接收收频频段段以以外外，避避免免这这个个最最强强的的干干扰扰哨哨声声。例例如如，中中频频接接收收机机，fI 规规定定为为 465 kHz。(中波：中波：535 1 605 kHz)例例2:fc=931kHz时时,会产生干扰哨声会产生干扰哨声(p=1,q=2)。因此不能。因此不能把电台载波频率设在把电台载波频率设在fc=931kHz。例例3:p=3,q=4时时,即即fc=4fI=1860kHz 在波段外在波段外,且且p+q阶数大阶数大,幅度小幅度小,因此不需考虑此频点得干扰哨声。因此不需考虑此频点得干扰哨声。2、寄生通道干扰寄生通道干扰(副波道干扰副波道干扰)(1)产产生生:非非接接收收频频率率得得干干扰扰台台串串入入接接收收机机所所造造成成得得干干扰扰。当干扰台得频率当干扰台得频率fM与本振频率与本振频率fL满足满足|pfL qfM|=fI(4-3-10)时时,干干扰扰信信号号就就将将其其频频率率 fM 变变换换为为 fI,顺顺利利地地通通过过中中频频放放大大器器,造造成成干干扰扰(收收音音机机听听到到干干扰扰信信号号)。这这种种干干扰扰称称为为寄寄生生通通道道干干扰扰。现现象象:收收听听载载波波为为fc得得电电台台时时,同同时时收收听听到到载载波波为为fM得得电电台得声音。台得声音。受受 fL-fc=fI 得限制得限制,(,(4-3-10)式中式中只有下两式成立只有下两式成立:pfL-qfM =fI ,qfM-pfL =fI合并合并,得形成寄生通道干扰得干扰信号频率为得形成寄生通道干扰得干扰信号频率为 (4-3-11)如果阶数如果阶数(p+q)越小越小,干扰越严重。干扰越严重。中频干扰中频干扰(p=0,q=1)镜像干扰镜像干扰(p=1,q=1)若若将将 fL 想想象象为为一一面面镜镜子子,则则 fK 就就就是就是 fc 得镜像得镜像,故称镜像干扰。故称镜像干扰。(2)解决办法解决办法中频干扰中频干扰:与消除干扰哨声一样与消除干扰哨声一样,中中频频应应选选在在接接收收频频段段以以外外,远远离离接接收收段段。在在高放输入端高放输入端,可加中频陷波器滤除。可加中频陷波器滤除。fK=fL+fI=fc+2fI,这这时时,干干扰扰信信号号 fK 在在混混频频器器中中与与本本振振信信号号 fL混混频频后后,变变换为中频。换为中频。fM=fI ,故故称称中中频频干干扰扰。这这时时,混混频频器器起起到到中中频频放放大大器器得得作作用用,具有比有用信号更强得传输能力。具有比有用信号更强得传输能力。寄生通道干扰得两种最强情况寄生通道干扰得两种最强情况:镜镜像像干干扰扰:fK-fc=2fI,可可以以采采用用两两种种措措施施:高高中中频频方方案、二次混频。案、二次混频。3、高中频方案高中频方案中频得两种选择方案中频得两种选择方案:(1)低中频方案低中频方案,fI f频段频段。(2)高中频方案高中频方案,fI f频段频段。4、二次混频二次混频优点优点:fI 低低,中频放大器易实现高增益与高选择性中频放大器易实现高增益与高选择性;如如在在短短波波接接收收机机中中,接接收收频频段段为为 (2 30)MHz,中中频频选选在在 70 MHz 附附近近。由由于于中中频频很很高高,镜镜像像干干扰扰频频率率远远高高于于有有用用信信号频率号频率,混频得滤波电路很容易将它滤除。混频得滤波电路很容易将它滤除。例例:GSM接接收收机机,第第一一中中频频很很高高,为为 240 MHz,可可以以在在第第一一混混频频器器前前(用用输输入入回回路路或或高高放放得得滤滤波波器器)将将镜镜像像频频率率干干扰扰有有效效地地滤滤除除。第第二二中中频频很很低低,为为 10、7 MHz,有有利利于于提提高高中频放大器得增益。中频放大器得增益。二、交调失真与互调失真二、交调失真与互调失真交交调调失失真真与与互互调调失失真真会会在在混混频频器器、高高频频与与中中频频放放大大器器中产生中产生,现以混频器为例讨论。现以混频器为例讨论。1、交调失真交调失真若若接接收收机机前前端端电电路路选选择择性性不不好好,使使有有用用信信号号 vS 与与干干扰扰信信号号 vM 同同时时串串入入混混频频器器输输入入端端,且且二二者者皆皆为为调调幅幅波波,则则通通过过混混频器得非线性作用频器得非线性作用,将产生交叉调制失真。将产生交叉调制失真。原原因因:混混频频器器件件非非线线性性得得高高次次方方项项引引起起得得,且且与与干干扰扰信信号电压振幅得平方成正比。号电压振幅得平方成正比。设混频器件在静态工作点上展开得伏安特性为设混频器件在静态工作点上展开得伏安特性为:i =f(v)=a0+a1v+a2v2+a3v3+a4v4+其中其中v=vL+vS+vM =VLmcos Lt+Vsmcos ct+VMmcos Mt代代入入上上式式可可知知，v 的的二二次次方方项项(展展开开式式中中的的 2a1vLvS)、四四次次方方项项(展展开开式式中中的的 4a4 vS+4a4vL +12a4vLvS )及及更更高高偶偶次次方方项项均均会会产产生生中中频频电电流流分分量量。其其中中 12a4vLvS 产产生生的的中中频频电流分量振幅为电流分量振幅为 3a4vLmvSm ，其值与，其值与 VMm 有关。有关。表表明明该该电电流流分分量量振振幅幅中中含含有有干干扰扰信信号号得得包包络络变变化化,这这种种失失真真就就是是将将干干扰扰信信号号得得包包络络交交叉叉地地转转移移到到输输出出中中频频信信号号上去得一种非线性失真上去得一种非线性失真,故称为交叉调制失真。故称为交叉调制失真。现现象象:不不仅仅可可听听到到有有用用信信号号,同同时时也也听听到到干干扰扰信信号号。当当接接收收机机对对有有用用信信号号失失谐谐时时,干干扰扰信信号号也也随随之之消消失失。如如同同干干扰扰台台调调制制信信号号调调制制在在有有用用信信号号频频率率上上,故故称称交交叉叉调调制制干干扰扰。注注意意:交交调调干干扰扰时时,对对干干扰扰信信号号得得频频率率fM没没有有要要求求,任任何何频频率率只只要能进入接收机前端电路都可形成干扰。要能进入接收机前端电路都可形成干扰。2、互调失真互调失真当当混混频频器器输输入入端端同同时时作作用用着着两两个个干干扰扰信信号号 vM1 与与 vM2 时时,混频器还可能产生互调失真。混频器还可能产生互调失真。令令v=vL+vS+vM1+vM2=VLmcos Lt+Vsmcos ct+VM1mcos M1t +VM2mcos M2t则则 i 中将包含得组合频率分量中将包含得组合频率分量:fp,q,r,s=其其中中,除除了了 fL-fc=fI(p=q=1,r=s=0)得得有有用用中中频频分分量量外外,还可能在着某些特定得还可能在着某些特定得 r 与与 s 值上存在着值上存在着得得寄寄生生中中频频分分量量,引引起起混混频频器器输输出出中中频频信信号号失失真真。这这种种失失真真由两个干扰信号互相调制产生得由两个干扰信号互相调制产生得,故称互调失真。故称互调失真。