第四章非线性电路时变参量电路精选文档.ppt

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1、第四章非线性电路时变参量电路本讲稿第一页，共八十七页 4.1概述概述 本书第4章介绍的小信号放大电路为线性放大电路。线性放大电路的特点是其输出信号与输入信号具有某种特定的线性关系。从时域上讲,输出信号波形与输入信号波形相同,只是在幅度上进行了放大；从频域上讲,输出信号的频率分量与输入信号的频率分量相同。然而,在通信系统和其它一些电子设备中,需要一些能实现频率变换的电路。这些电路的特点是其输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频率分量,即发生了频率分量的变换,故称为频率变换电路。本讲稿第二页，共八十七页 频率变换电路属于非线性电路,其频率变换功能应由非线性元器件产生。在高频电子线路里,常

2、用的非线性元器件有非线性电阻性元器件和非线性电容性元器件。前者在电压电流平面上具有非线性的伏安特性。如不考虑晶体管的电抗效应,它的输入特性、转移特性和输出特性均具有非线性的伏安特性,所以晶体管可视为非线性电阻性器件。后者在电荷电压平面上具有非线性的库伏特性。如第4章介绍的变容二极管就是一种常用的非线性电容性器件。本讲稿第三页，共八十七页 虽然在线性放大电路里也使用了晶体管这一非线性器件,但是必须采取一些措施来尽量避免或消除它的非线性效应或频率变换效应,而主要利用它的电流放大作用。例如,使小信号放大电路工作在晶体管非线性特性中的线性范围内,在丙类谐振功放中利用选频网络取出输入信号中才有的有用频率

3、分量而滤除其它无用的频率分量,等等。本讲稿第四页，共八十七页4.2.1非线性元件的工作特性非线性元件的工作特性本讲稿第五页，共八十七页本讲稿第六页，共八十七页本讲稿第七页，共八十七页本讲稿第八页，共八十七页本讲稿第九页，共八十七页4.2.34.2.3本讲稿第十页，共八十七页 级数展开分析方法级数展开分析方法)1e(IiKT/quScBE-=折线分析法折线分析法线性时变电路分析法线性时变电路分析法本讲稿第十一页，共八十七页如如果果加加在在二二极极管管上上的的电电压压ud=UQ+Usmcosst，且且Usm较较小小，UQ UT。流流过过二二极极管管的的电流为电流为令，令，。则。则利用利用id(t)

4、可以写为：可以写为：4.2 非线性电路分析法非线性电路分析法 1.幂级数分析法幂级数分析法当当PN结二极管的电压、电流值较小时，流过二极管的电流结二极管的电压、电流值较小时，流过二极管的电流id(t)可写为可写为:uDiDO由二项式定理由二项式定理：进一步展开。其中，进一步展开。其中，iduS本讲稿第十二页，共八十七页利用三角函数公式：利用三角函数公式：可以将可以将id(t)表达为表达为：以以上上分分析析进进一一步步表表明明：单单一一频频率率的的信信号号电电压压作作用用于于非非线线性性元元件件时时，在在电电流流中中不不仅仅含含有有输输入入信信号号的的频频率率分分量量s，而而且且还还含含有有各各

5、次次谐谐波波频频率分量率分量ns。本讲稿第十三页，共八十七页当当两两个个信信号号电电压压ud1=Udmlcoslt和和ud2=Udm2cos2t 同同时时作作用用在在非非线线性性元元件件时时，根根据以上的分析可得简化后的据以上的分析可得简化后的id(t)表达式为：表达式为：利用三角函数的积化和差公式：利用三角函数的积化和差公式：可以推出可以推出id(t)中所含有的频率成份为：中所含有的频率成份为：其中，（其中，（p，q=1，2，3.）。）。12输入电压信号的频谱输入电压信号的频谱电流电流id(t)的频谱的频谱131212222-12+12+212-2122+122-122+2122-21本讲稿

6、第十四页，共八十七页输入信号频谱输入信号频谱输出电流信号频谱输出电流信号频谱休息1休息2本讲稿第十五页，共八十七页4.3.2 折线分析法折线分析法本讲稿第十六页，共八十七页本讲稿第十七页，共八十七页本讲稿第十八页，共八十七页本讲稿第十九页，共八十七页本讲稿第二十页，共八十七页us+-+-uoEBECVTCLic+ube-yiegmubeic+uce-UB(t)本讲稿第二十一页，共八十七页us+-+-uoEBECVTCLUB(t)线性时变电路分析法线性时变电路分析法 uBEic本讲稿第二十二页，共八十七页本讲稿第二十三页，共八十七页相乘器相乘器kuxuyuz输入信号频谱输入信号频谱输出信号频谱输

7、出信号频谱2 乘法器电路分析乘法器电路分析本讲稿第二十四页，共八十七页4.4.3模拟相乘器及基本单元电路模拟相乘器及基本单元电路等各种技术领域等各种技术领域 模拟乘法器可应用于：模拟乘法器可应用于：4.3.1模拟相乘器的基本概念模拟相乘器的基本概念模拟乘法器具有两个输入端（常称模拟乘法器具有两个输入端（常称X输入和输入和Y输入）和一个输出端输入）和一个输出端（常称（常称Z输出），输出），是一个三端口网络，电路符号如右图所示：是一个三端口网络，电路符号如右图所示：uxuyuzXYZ理想乘法器：理想乘法器：uz(t)=kux(t)uy(t)式中：式中：k为增益系数或标度因子，为增益系数或标度因子，

8、单位：单位：，k的数值与乘法器的电路参数有关。的数值与乘法器的电路参数有关。或或Z=kXY本讲稿第二十五页，共八十七页一、乘法器的工作象限一、乘法器的工作象限乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。XYXmax-XmaxYmax-Ymax输入电压可能有四种极性组合：输入电压可能有四种极性组合：X Y Z（+）（-）=（-）第第象象限限（-）（-）=（+）第第象象限限（-）（+）=（-）第第象象限限（+）（+）=（+）第第象限象限如果：两个输入信号只能为单极性的信号的乘法器为如果：两个输入信号只能为单极性的信号的乘法器为“单象单

9、象限乘法器限乘法器”；一个输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单；一个输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单极性的乘法器为极性的乘法器为“二象限乘法器二象限乘法器”；两个输入信号都能适应正、两个输入信号都能适应正、负两种极性的乘法器为负两种极性的乘法器为“四象限乘法器四象限乘法器”。二、理想乘法器的基本性质二、理想乘法器的基本性质1、乘法器的静态特性、乘法器的静态特性（1）本讲稿第二十六页，共八十七页（3）当）当X=Y或或X=-Y，Z=KX2或或Z=-KX2，输出与输入是平方律特性（非线性）。输出与输入是平方律特性（非线性）。XYX=YX=-Y2、乘法器的线性和非线性、乘法器的线性和非线性

10、理想乘法器属于非线性器件还是线性理想乘法器属于非线性器件还是线性器件取决于两个输入电压的性质。器件取决于两个输入电压的性质。一般：一般：当当X或或Y为一恒定直流电压时，为一恒定直流电压时，Z=KCY=KY，乘法器为一个线性交流放大器。乘法器为一个线性交流放大器。当当X和和Y均不定时，乘法器属于非线性器件。均不定时，乘法器属于非线性器件。（2）当）当X=C（常数），（常数），Z=KCY=KY，Z与与Y成正比（线性关系）成正比（线性关系）XYC0C0本讲稿第二十七页，共八十七页基本电路结构基本电路结构是一个恒流源差分放大电路，不同之处在于是一个恒流源差分放大电路，不同之处在于恒流源管恒流源管VT3

11、的基极输入了信号的基极输入了信号uy(t)，即恒，即恒流源电流流源电流Io受受uy(t)控制。控制。4.3.2模拟相乘器的基本单元电路模拟相乘器的基本单元电路1、二象限变跨导模拟相乘器、二象限变跨导模拟相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由图可知：由图可知：ux=ube1-ube2 根据晶体三极管特性，根据晶体三极管特性，VT1、VT2集电极集电极电流为：电流为：VT3的集电极电流可表示为：的集电极电流可表示为：可得：可得：同理可得：同理可得：式中，式中，为双曲正切函数。为双曲正切函数。差分输出电流差分输出电流io为为:ic1、ic2ic1i

12、c2Io0-3321-1-2可以看出，当可以看出，当ux0）输出电压输出电压uo为为:由于由于uy控制了差分电路的跨导控制了差分电路的跨导gm，使输出，使输出uo中中含有含有uxuy相乘项，故称为变跨导乘法器。相乘项，故称为变跨导乘法器。变跨导乘法器输出电压变跨导乘法器输出电压uo中存在非相乘中存在非相乘项，而且要求项，而且要求uyube3，所以只能实现二象限相，所以只能实现二象限相乘。乘。本讲稿第二十八页，共八十七页uoS(t)4.4.3 开关函数分析法开关函数分析法+-udidididRLVDusuo+-+-本讲稿第二十九页，共八十七页RLrdusuo+-+-开关频率开关频率oRLVDus

13、uo+-+-idid本讲稿第三十页，共八十七页4.5变频器的工作原理变频器的工作原理1.变频器的作用与组成变频器的作用与组成变频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一固定变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的频率上(常称为中频常称为中频)，而保持原信号的特征，而保持原信号的特征(如调幅规律如调幅规律)不变。不变。变频器的电路组成如图所示变频器的电路组成如图所示本讲稿第三十一页，共八十七页2.为什么要变频？为什么要变频？变频的优点：变频的优点：1)变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度 2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性 3)工作稳定性好工作稳定性好 4)波

14、段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好 变频的缺点：变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰 本讲稿第三十二页，共八十七页3.变频器的分类变频器的分类 平衡混频、平衡混频、按器件分：按器件分：二极管混频器、二极管混频器、三极管混频器三极管混频器、三极管变频器、三极管变频器、场效应管混频器、场效应管变频器场效应管混频器、场效应管变频器模拟乘法器混频器、模拟乘法器混频器、按工作特点分：按工作特点分：单管混频单管混频、环型混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、叠加型混频器、乘积型混频器乘积

15、型混频器本讲稿第三十三页，共八十七页4.混频器的性能指标混频器的性能指标1)1)变频变频(混频混频)增益增益：混频器输出中频电压混频器输出中频电压Vim与输入信号电压与输入信号电压Vsm的的幅值之比。幅值之比。2)2)噪声系数：噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。3)3)选择性：选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。抑制中频信号以外的干扰的能力。4)4)非线性干扰：非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工上述的几个质量指标

16、是相互关联的，应该正确选择管子的工 作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量 指标相互兼顾，整机取得良好的效果。指标相互兼顾，整机取得良好的效果。5)5)工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度本讲稿第三十四页，共八十七页叠加型混频器实现模型 图示中的非线图示中的非线性器件具有性器件具有 如下特性：如下特性：对其对其2 2次方进行分析：次方进行分析：在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到(0 0+s s)和和 (0 0-s s)。若用带通滤波器取出所需的

17、中频成分。若用带通滤波器取出所需的中频成分(和频或差和频或差 频频)，可达到混频的目的。，可达到混频的目的。本讲稿第三十五页，共八十七页所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：1.晶体三极管混频器晶体三极管混频器它有一定的混频增益它有一定的混频增益2.场效应管混频器场效应管混频器它交调、互调干扰少它交调、互调干扰少3.二极管平衡混频器和环形混频器二极管平衡混频器和环形混频器它们具有动态范围大它们具有动态范围大组合频率干扰少的优点组合频率干扰少的优点本讲稿第三十六页，共八十七页乘积型混频器实现模型 乘积型混频器由模拟乘法器乘积型混频器由模拟乘法

18、器 和带通滤波器组成和带通滤波器组成其实现模型如图所示其实现模型如图所示设输入信号为普通调幅波设输入信号为普通调幅波采用中心频率不同的带通滤波器采用中心频率不同的带通滤波器(0 s)或或(0+s)则可则可 完成低中频混频或高中频混频。完成低中频混频或高中频混频。本讲稿第三十七页，共八十七页4.6晶体管混频器晶体管混频器1.基本基本电路和工作原理路和工作原理 上上图图为为晶晶体体三三极极管管混混频频器器的的原原理理电电路路。图图中中，VBB为为基基极极偏偏置置电电压压，VCC为为集集电电极极直直流流电电压压，L1C1组组成成输输入入回回路路，它它谐谐振振于于输输入入信号频率信号频率 s。L2C2

19、组成输出中频回路，它谐振于中频组成输出中频回路，它谐振于中频 i=o s。设输入信号设输入信号 ，本振电压，本振电压 实际上，发射结上作用有三个电压实际上，发射结上作用有三个电压本讲稿第三十八页，共八十七页晶体管混频器的分析方法晶体管混频器的分析方法1.1.幂级数分析法数分析法 2.2.变跨跨导分析法分析法 在混频时，混频管可看着一个参数在混频时，混频管可看着一个参数(跨导跨导)在改变的线性元件在改变的线性元件，即变跨导线件元件。，即变跨导线件元件。在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件函数在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法

20、来分析非表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定量分析。线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+本讲稿第三十九页，共八十七页晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4种电路形式 图图(a)(a)电电路路对对振振荡荡电电压压来来说说是是共共发发电电路路，输输出出阻阻抗抗较较大大，混混频频时时所所需需本本地地振振荡荡注注入入功功率率较较小小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。图图(b)(b)电电路路的的输输入入信信号号与与本本振振

21、电电压压分分别别从从基基极极输输入入和和发发射射极极注注入入，因因此此，相相互互干干扰扰产产生生牵牵引引现现象象的的可可能能性性小小。同同时时，对对于于本本振振电电压压来来说说是是共共基基电电路路，其其输输入入阻阻抗抗较较小小，不不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。图图(c)(c)和和(d)(d)两两种种电电路路都都是是共共基基混混频频电电路路。在在较较低低的的频频率率工工作作时时，变变频频增增益益低低，输输入入阻阻抗抗也也较较低低，因因此此在在频频率率较较低低时时一一般般都都不不采采用用。但但在在较较高高的的频频率率工工作作时时(

22、几几十十MHz)MHz)，因因为为共共基基电电路路的的截截止止频频率率f f 比比共共发发电电路路的的f f 要要大大很很多多，所所以以变变频频增增益益较较大大。因因此此，在在较较高高频率工作时采用这种电路。频率工作时采用这种电路。本讲稿第四十页，共八十七页由由于于信信号号电电压压Vsm很很小小，无无论论它它工工作作在在特特性性曲曲线线的的哪哪个个区区域域，都都可可以以认认为为特特性性曲曲线线是是线线性性的的(如如图图上上ab、a b 和和a b 三三段段的的斜斜率率是是不不同同的的)。因因此此，在在晶晶体体管管混混频频器器的的分分析析中中，我我们们将将晶晶体体管管视视为为一一个个跨跨导导随随

23、本本振振信信号号变变化化的的线线性性参参变元件。变元件。变跨导分析法变跨导分析法加电压后的晶体管转移特性曲线加电压后的晶体管转移特性曲线 因因VoVsm使晶体管工作在线性时使晶体管工作在线性时变状态，所以晶体管集电极静态电流变状态，所以晶体管集电极静态电流ic(t)和跨导和跨导gm(t)均随均随作周期性变化。作周期性变化。本讲稿第四十一页，共八十七页 由由于于信信号号vs远远小小于于v0，可可以以近近似似认认为为对对器器件件的的工工作作状状态态变变化化没没有有影响。此时流过器件的电流为影响。此时流过器件的电流为 i(t)=f(v)=f(v0+vs+vBB)可可将将v0+vBB看看成成器器件件的

24、的交交变变工工作作点点，则则i(t)可可在在其其工工作作点点(v0+vBB)处展开为泰勒级数处展开为泰勒级数 由由于于vs的的值值很很小小，可可以以忽忽略略二二次次方方及及其其以以上上各各项项，则则i(t)近近似似为为 本讲稿第四十二页，共八十七页 其中其中f(v0+vBB)是是vs=0时仅随时仅随v0变化的电流，称为时变化的电流，称为时变静态电流，变静态电流，f(v0+vBB)随随v0+vBB而变化，称为时变电而变化，称为时变电导导g(t)，电流可以写为电流可以写为 i(t)Io(t)+g(t)vs(t)将将 vBB+v0=VBB+V0mcos0t vs=Vsmcosst 代入式展开并整理，

25、得代入式展开并整理，得 本讲稿第四十三页，共八十七页若中频频率取差频若中频频率取差频 ，则混频后输出的中频电流为则混频后输出的中频电流为 其振幅为其振幅为 本讲稿第四十四页，共八十七页由上式引出变频跨导由上式引出变频跨导gc的概念，它的定义为的概念，它的定义为 输出的中频电流振幅输出的中频电流振幅Ii与输入高频信号电压的振幅与输入高频信号电压的振幅Vs成正成正比。若高频信号电压振幅比。若高频信号电压振幅Vsm按一定规律变化，则中频电流振幅按一定规律变化，则中频电流振幅Ii也按相同的规律变化。也按相同的规律变化。本讲稿第四十五页，共八十七页混混频频器器除除混混频频跨跨导导外外，还还有有输输入入导

26、导纳纳、输输出出导导纳纳、混混频频增增益益等等参参数数。前前述述已已知知在在晶晶体体管管混混频频器器的的分分析析中中，把把晶晶体体管管看看成成一一个个线线性性参参变变元元件件，因因此此可可采采用用分分析析小小信信号号线线性性放放大大器器时时所所用用的的等等效效电电路路来来分分析析混混频器的参数。频器的参数。晶体管混频器的主要参数晶体管混频器的主要参数i 本讲稿第四十六页，共八十七页(1)混频输入导纳混频输入导纳 混频输入导纳为输入信号电流与输入信号电压之比，在计混频输入导纳为输入信号电流与输入信号电压之比，在计算混频器的输入导纳时，可将图所示的等效电路作进一步的简算混频器的输入导纳时，可将图所

27、示的等效电路作进一步的简化。混频器的输入回路调谐于化。混频器的输入回路调谐于 s，输出回路调谐于，输出回路调谐于 1。对频率。对频率 s而言，输出可视为短路，同时考虑到而言，输出可视为短路，同时考虑到Cb eCb c，由此得到输入等效，由此得到输入等效电路如图所示，并可以算出混频输入导纳为电路如图所示，并可以算出混频输入导纳为 输入导纳的电导部分为输入导纳的电导部分为 而电纳部分（电容）一般总是折算到输入端调谐回路的电容中去。而电纳部分（电容）一般总是折算到输入端调谐回路的电容中去。本讲稿第四十七页，共八十七页混混频频输输出出导导纳纳为为输输出出中中频频电电流流与与输输出出电电压压之之比比，输

28、输出出导导纳纳是是对对中中频频 i而而言言在在输输出出端端呈呈现现的的导导纳纳。因因此此，调调谐谐于于 s的的输输入入回回路路可可视视为为短短路路，得得到到输输出出等等效效电电路路如如图图所所示示，并并可可算算出出混混频输出导纳为频输出导纳为 输出等效电路输出等效电路 输出导纳中的电导为输出导纳中的电导为 (2)混混频输出导纳频输出导纳本讲稿第四十八页，共八十七页 在混频中，由于输入是高频信在混频中，由于输入是高频信号，而输出是中频信号，二者频率号，而输出是中频信号，二者频率相差较远，所以输出中频信号通常相差较远，所以输出中频信号通常不会在输入端造成反馈，电容不会在输入端造成反馈，电容Cb c

29、的的作用可忽略。另外，作用可忽略。另外，gce一般远小于负一般远小于负载电导载电导GL，其作用也可以忽略。由此其作用也可以忽略。由此可得到晶体管混频器的转移等效电路可得到晶体管混频器的转移等效电路如图所示如图所示 (3)混频跨导混频跨导gc晶体管混频器的转移等效电路晶体管混频器的转移等效电路本讲稿第四十九页，共八十七页 由由于于g(t)是是一一个个很很复复杂杂的的函函数数，因因此此要要从从上上式式来来求求g1是是比比较较困困难难的的。从从工工程程实实际际出出发发，采采用用图图解解法法，并并作作适适当当的的近近似似，混混频跨导可计为：频跨导可计为：g1是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波分量

30、是在本振电压加入后，混频管跨导变量中基波分量本讲稿第五十页，共八十七页(4)混频器的增益混频器的增益 将将混混频频输输入入电电纳纳和和输输出出电电纳纳归归并并在在输输入入、输输出出端端的的调调谐谐回回路路的的电电容容中中去去，则则得得到到晶晶体体三三极极管管的的等等效效电电路路如如图图所所示示，图图中中负负载载电电导导gL是是输出回路的谐振电导。输出回路的谐振电导。故混频电压增益故混频电压增益晶体三极管混频器等效电路晶体三极管混频器等效电路 由图可以算出由图可以算出 本讲稿第五十一页，共八十七页混频功率增益混频功率增益如果电路匹配，使如果电路匹配，使goc=gL，则可得到最大混频功率增益，则可

31、得到最大混频功率增益本讲稿第五十二页，共八十七页(1)混混频电路路下下图是是电视机机中中的的混混频器器电路路。由由高高频放放大大器器输入入的的信信号号，经双双调谐电路路耦耦合合加加到到混混频管管的的基基极极，本本振振电压通通过耦耦合合电容容C1也也加加到到基基极极上上。本本振振信信号号的的频率率要要比比信信号号的的图像像载频高高38MHz，为了了减减小小两两个信号之个信号之间的相互影响，耦合的相互影响，耦合电容容C1的的值取得很小。取得很小。电视机的混频电路电视机的混频电路3.晶体三极管混频器的实际电路晶体三极管混频器的实际电路本讲稿第五十三页，共八十七页为为使使输输出出电电路路在在保保证证带

32、带宽宽下下具具有有良良好好的的选选择择性性，常常采采用用双双调调谐谐耦耦合合回回路路，并并在在初初级级回回路路中中并并联联电电阻阻R，用用以以降降低低回回路路Q值值，满满足足通通带带的的要要求求。次次级级回回路路用用C2，C3分分压压，目目的的是是与与75 电缆特性阻抗相匹配。电缆特性阻抗相匹配。本讲稿第五十四页，共八十七页下下图图为为晶晶体体管管混混频频器器实实用用电电路路的的交交流流通通路路。应应用用在在日日立立CTP-236D型型彩彩色色电电视视机机ET-533型型VHF高高频频头头内内。图图中中的的V1管管用用作作混混频频器器，输输入入信信号号(即即来来自自高高放放的的高高频频电电视视

33、信信号号，频频率率为为fs)由由电电容容C1耦耦合合到到基基极极；本本振振信信号号由由电电容容C2也也耦耦合合到到基基极极，构构成成共共射射混混频频方方式式，其其特特点点是是所所需需要要的的信信号号功功率率小小，功功率率增增益益较较大大。混混频频器器的的负负载载是是共共基基式式中中频频放放大大器器(V2构构成成)的输入阻抗。的输入阻抗。晶体管混频器实用电路晶体管混频器实用电路本讲稿第五十五页，共八十七页(2)变频电路变频电路 下下图图是是晶晶体体管管中中波波调调幅幅收收音音机机常常用用的的变变频频电电路路，其其中中本本地地振荡和混频都由三极管振荡和混频都由三极管3AG1D完成。完成。本讲稿第五

34、十六页，共八十七页 图图中中，R1，R2，R3是是偏偏置置电电阻阻，L4，C4，C1B，C6组组成成振振荡荡回回路路，L3是是反反馈馈线线圈圈。中中频频回回路路L5C5的的并并联联阻阻抗抗对对本本振振频频率率而而言言可可视视为为短短路路，因因此此，3AG1D构构成成共共基基极极变变压压器器耦耦合合振振荡荡器器。由由磁磁性性天天线线接接收收到到的的无无线线电电信信号号经经过过L1，C1A，C2组组成成的的输输入入回回路路，选选出出所所需需频频率率的的目目标标信信号号，再再经经L1与与L2的的变变压压器器耦耦合合，送送到到晶晶体体管管的的基基极极。本本振振信信号号经经C7注注入入晶晶体体管管的的发

35、发射射极极，混混频频后后由由集集电电极极输输出出。L3对对中中频频可可视视为为短短路路，C5，L5调调谐谐于于中中频频，以以便便抑抑制制混混频频输输出出电电流流中中的的无无用用频频率率分分量量(如如fs,f0,f0+fs,2f0 fs 等等)。输输出出中频分量中频分量fi=f0-fs，经，经L6耦合至后级中频放大器。耦合至后级中频放大器。本讲稿第五十七页，共八十七页混频器的混频器的A Apcpc、噪声系数、噪声系数N NF F等都与工作点电流等都与工作点电流I Ic c及本振电压及本振电压V V0 0的的大小有关，具体数学关系比较复杂，这里只介绍一些实验结果。大小有关，具体数学关系比较复杂，这

36、里只介绍一些实验结果。在中波广播收音机中，最典型的曲线如图所示，这是锗三极管在中波广播收音机中，最典型的曲线如图所示，这是锗三极管的情况；若为硅管，的情况；若为硅管，A Apcpc的最大点所对应的电流的最大点所对应的电流I Ie e要略大一点。要略大一点。4.晶体管混频器工作状态的实际选择晶体管混频器工作状态的实际选择本讲稿第五十八页，共八十七页三极管混频器三极管混频器 优点：有变频增益优点：有变频增益 缺点：缺点：1、动态范围较小动态范围较小 2、组合频率干扰严重组合频率干扰严重 3、噪声较大噪声较大 4、存在本地辐射存在本地辐射二极管混频器二极管混频器 优点：优点：1、动态范围较大动态范围

37、较大 2、组合频率干扰少组合频率干扰少 3、噪声较小噪声较小 4、不存在本地辐射不存在本地辐射 缺点：无变频增益缺点：无变频增益本讲稿第五十九页，共八十七页二二极极管管可可以以工工作作在在小小信信号号非非线线性性状状态态，也也可可以以工工作作在在受受大大信信号号v0控控制制的的开开关关状状态态。小小信信号号时时平平衡衡混混频频器器的的分分析析采采用用幂幂级级数数分分析析法法，混混频频时输入信号时输入信号，输出回路则谐振在中频，输出回路则谐振在中频 i上。上。4.7二极管混频器二极管混频器平衡混频器原理电路平衡混频器原理电路 二极管的伏安特性可用幂级数表示：二极管的伏安特性可用幂级数表示：为为简

38、简化化分分析析，忽忽略略输输出出电电压压对对二二极管的反作用，则极管的反作用，则 1.平衡混频器平衡混频器本讲稿第六十页，共八十七页利用三角公式展开，并分类整理，可得利用三角公式展开，并分类整理，可得当当 很小时，级数可只取前四项，得很小时，级数可只取前四项，得 本讲稿第六十一页，共八十七页 由由上上式式可可见见，经经过过二二极极管管非非线线性性变变换换后后，出出现现了了许许多多新新频频率率，但但其其中中只有只有 才是我们所需要的。这是由平方项才是我们所需要的。这是由平方项 产生的。其它频率分量都是无用产生的。其它频率分量都是无用 的产物，必须将它们抑制掉。的产物，必须将它们抑制掉。i1、i2

39、以相反方向流过输出端变压器初级，使变压器次级负载电流以相反方向流过输出端变压器初级，使变压器次级负载电流il1,=i1i2 本讲稿第六十二页，共八十七页由于元器件的非线性作用，单管输出电流中产生了输由于元器件的非线性作用，单管输出电流中产生了输入电压中不曾有的新频率成分，如输入频率的谐波入电压中不曾有的新频率成分，如输入频率的谐波2 0和和2 s、3 0和和3 s；输入频率及其谐波所形成的各种组合；输入频率及其谐波所形成的各种组合频率频率 0+s、0 s、0+2 s、02 s、2 0+s、2 0 s。平衡混频器输出电流的频率成份为：平衡混频器输出电流的频率成份为：s、0+s、0 s、2 0+s

40、、2 0 s、3 s 本讲稿第六十三页，共八十七页环形形混混频器器由由两两个个平平衡衡混混频器器构构成成，其其主主要要优点点是是输出出中中频信信号号是是平平衡衡混混频器器的的两两倍倍，而而且且抵抵消消了了输出出电流流中中的的某某些些组合合频率率分分量量，从从而而减减小小混混频器中所特有的器中所特有的组合合频率干率干扰。2.环形混频器环形混频器本讲稿第六十四页，共八十七页由平衡混频器得：由平衡混频器得：环型混频器输出电流的频率成份为：环型混频器输出电流的频率成份为：0+s、0 s本讲稿第六十五页，共八十七页目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混频器目前，许多从短波到微波波段的整体封装二

41、极管环形混频器已作为系列产品，一个用于已作为系列产品，一个用于0.5500MHz的典型环形混频器的典型环形混频器(SRA-1双平衡混频器双平衡混频器)的外形及电路示于下图。的外形及电路示于下图。使用时，使用时，8，9端外接信号电压端外接信号电压 s，3，4端相连，端相连，5，6端相连，端相连，然后在然后在3，5端间加本振电压端间加本振电压 L，中频信号由，中频信号由1，2端输出。此电路端输出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减器、调制器除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减器、调制器等。等。封装环形混频器的外形与电路封装环形混频器的外形与电路本讲稿第六十六页，共八十七

42、页两信号相乘可以得到其和、差频分量，因此两信号相乘实现混频是两信号相乘可以得到其和、差频分量，因此两信号相乘实现混频是最直观的方法，利用模拟相乘器可构成乘积型混频器。最直观的方法，利用模拟相乘器可构成乘积型混频器。MCI596构成的集成混频电路构成的集成混频电路4.8差分对模拟相乘器混频电路差分对模拟相乘器混频电路MCI596是集成是集成化模拟乘法器芯化模拟乘法器芯片，由它构成的片，由它构成的混频电路，可大混频电路，可大大减小由组合频大减小由组合频率分量产生的各率分量产生的各种干扰，另外还种干扰，另外还具有体积小、重具有体积小、重量轻、调整容易、量轻、调整容易、稳定可靠等优点。稳定可靠等优点。

43、本讲稿第六十七页，共八十七页被混频的信号电压被混频的信号电压由端子由端子输入，最大值约输入，最大值约15mV15mV；本振电压由端子；本振电压由端子输入，振幅约输入，振幅约100mV100mV；相；相乘后的信号由第乘后的信号由第端子输端子输出经带通滤波后，即可获出经带通滤波后，即可获得中频信号输出。输入端得中频信号输出。输入端不接调谐回路时不接调谐回路时 为宽频为宽频带应用带应用。本电路可对高频或甚高频信号进行混频，如本电路可对高频或甚高频信号进行混频，如 s s的频率为的频率为200MHz200MHz时，时，电路的混频增益约为电路的混频增益约为9dB9dB，灵敏度为，灵敏度为1414 V V

44、，当输入端接有阻抗匹配，当输入端接有阻抗匹配的调谐回路时，可获得更高的混频增益。输出带通滤波器的中心频的调谐回路时，可获得更高的混频增益。输出带通滤波器的中心频率约率约9MHz9MHz，其，其3dB3dB带宽为带宽为450kHz450kHz。MCI596构成的集成混频电路构成的集成混频电路本讲稿第六十八页，共八十七页1.有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰-组合频率干扰组合频率干扰(干扰哨声干扰哨声)混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：p，q为任意正整数，分别代表本振频率和为任意正整数，分别代表本振频率和信号频

45、率的谐波次数。信号频率的谐波次数。只有只有p=q=1对应的频率为对应的频率为 f0-fs的分量是所需要的中频信号。的分量是所需要的中频信号。如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组合如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组合频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波器，频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波器，并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机的输出并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干扰哨端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干扰哨叫。叫。即当即当时会产生干扰哨叫。时会产生干扰哨叫。

46、4.9混频器的干扰混频器的干扰本讲稿第六十九页，共八十七页减小这种干扰的措施减小这种干扰的措施:1.输入信号输入信号vs,本振电压本振电压vo都不易过大。都不易过大。2.适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生有用频率变换，而又适当选择晶体管的静态工作点，使混频器既能产生有用频率变换，而又不致产生无用的组合频率干扰。不致产生无用的组合频率干扰。3.选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外 本讲稿第七十页，共八十七页例如，设加给混频器输入端的有用信号频率例如，设加给混频器输入端的有用信号频率f fs s=931kHz=931kHz，本振，本

47、振频率频率f fo o=1396kHz=1396kHz。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，量，其中的其中的f fi i=f fo o-f fs s=465kHz=465kHz是有用的中频信号。而其它分量是无是有用的中频信号。而其它分量是无用或有害的。用或有害的。如当如当q=2q=2，p=-1p=-1时，时，f f i i=2f=2fs s f fo o=2=2 931-1396=466kHz=f931-1396=466kHz=fi i+F+F(此处此处F=1kHz)F=1kHz)。若中频放大器的通频带。若中频放大器的通频带2 2 f f0.7

48、0.7=4kHz=4kHz，则频率，则频率f f i i=466kHz=466kHz的分量落在中放通带内，与的分量落在中放通带内，与465KHz465KHz的中频信号一起的中频信号一起被中频放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，被中频放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，也有频率变换作用，则会产生也有频率变换作用，则会产生f f i i f fi i=466-465=1kHz=466-465=1kHz的差拍的差拍信号送到接收机终端，形成被人耳听到的哨叫。信号送到接收机终端，形成被人耳听到的哨叫。本讲稿第七十一页，共八十七页2、外来干扰信号和本振产生的干扰、外来干扰信号和本振

49、产生的干扰(1)组合副波道干扰组合副波道干扰 如果混频器之前的输入回路和高频放大器的选择性不够好，如果混频器之前的输入回路和高频放大器的选择性不够好，除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。除了要接收的有用信号外，干扰信号也会进入混频器。当干扰频率当干扰频率fn与本振频率与本振频率fo满足满足会产生组合副波道干扰。会产生组合副波道干扰。时，时，本讲稿第七十二页，共八十七页(2)副波道干扰副波道干扰 在组合副波道干扰中，某些特定频率形成的干扰称为副波道干扰。这在组合副波道干扰中，某些特定频率形成的干扰称为副波道干扰。这种干扰主要有中频干扰和镜像干扰。种干扰主要有中频干扰和镜像干扰。1)中

50、频干扰中频干扰当干扰信号的频率等于或接近当干扰信号的频率等于或接近fi时的干扰。时的干扰。2)镜像镜像频率干扰频率干扰当外来干扰当外来干扰干扰干扰信号的频率信号的频率fn=fo+fi=时的干扰时的干扰fn=fo+fi=本讲稿第七十三页，共八十七页 提高前端输入回路的选择性，将干扰抑制在通带外，可在混频器的输入端加提高前端输入回路的选择性，将干扰抑制在通带外，可在混频器的输入端加中频陷波电路，滤除外来的中频干扰。如图所示。中频陷波电路，滤除外来的中频干扰。如图所示。(a)串联LC陷波电路 (b)并联LC陷波电路 抑制中频干扰的主要方法抑制中频干扰的主要方法本讲稿第七十四页，共八十七页如果把如果把