第4章振幅调制解调与混频电路4课件.ppt
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1、第第4章振幅调制解调与混章振幅调制解调与混频电路频电路4第1页,此课件共33页哦4.4.1混频电路的组成模型(混频电路的组成模型(P227 4.1.2P227 4.1.2)一、混频的基本概念一、混频的基本概念1接收机的分类接收机的分类(1)直(接)直(接)放放(大)式(大)式技术难点技术难点:由于从天线收到的不同电台信号其载波频率不同,而高频:由于从天线收到的不同电台信号其载波频率不同,而高频放大器的中心频率应调谐在载波频率上,所以高频放大器应是中心频放大器的中心频率应调谐在载波频率上,所以高频放大器应是中心频率可调的谐振放大器,其性能(增益、选择性等)不可能做得很好。率可调的谐振放大器,其性
2、能(增益、选择性等)不可能做得很好。第2页,此课件共33页哦(2)超外差式()超外差式(P5)高放高放:是中心频率可调的谐振:是中心频率可调的谐振放大器(有时省去)。放大器(有时省去)。本振本振:振荡频率也是可调的,且与载频的差值是固定的。:振荡频率也是可调的,且与载频的差值是固定的。中放中放:是频率固定的的谐振放大器,其性能:是频率固定的的谐振放大器,其性能(增益、选择性等增益、选择性等)可可以做得很好。以做得很好。整台接收机的性能主要由中频放大器决定。整台接收机的性能主要由中频放大器决定。第3页,此课件共33页哦混频混频:将载频为:将载频为fc的高频已调波的高频已调波vs(t)不失真不失真
3、地变换为载频为地变换为载频为fI的中频的中频已调波已调波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,本机振荡器的振荡频率的振荡频率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(AMAM):):(2 2)调频广播()调频广播(FMFM););(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第4页,此课件
4、共33页哦 1作用作用 频频谱谱搬搬移移:将将载载频频为为 fc 的的已已调调信信号号 vS(t)不不失失真真地地变变换换为为载载频频为为 fI 的已调信号的已调信号 vI(t)。fL、fI、fc 之间的关系为之间的关系为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、混频实现模型第5页,此课件共33页哦设设 若若 fL fc 时时,经经乘乘法法器器,将将 vS(t)的的频频谱谱不不失失真真地地搬搬移到移到 L 的两边:的两边: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
5、为 L+c 的调幅信号;的调幅信号;另一边搬到另一边搬到 L-c 上,载波角频率为上,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的的寄寄生生分分量量,而而后后者者为为有有用中频分量用中频分量。(2)滤波滤波 用调谐在用调谐在 I=L-c 上的带通滤波器取出有用的分量。上的带通滤波器取出有用的分量。第6页,此课件共33页哦四、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(检波)、混频都属于频谱搬移过程,振幅调制、振幅解调(检波)、混频都属于频谱搬移过程,都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实现。都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实
6、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第7页,此课件共33页哦一混频增益一混频增益 定定义义:混混频频器器的的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电压号电压 Vs(或功率或功率 PS)的比值,用分贝表示的比值,用分贝表示(与混频损耗与混频损耗 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(P253P253)第8页,此课件共33页哦定定义义: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噪声声功功率比率比 (PI/Pn)o 的比值,即的比值,即 接
7、接收收机机的的噪噪声声系系数数主主要要取取决决于于它它的的前前端端电电路路,若若无无高高频频放放大大器器,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,混频增益为线性增大,混频增益为定值定值;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。第9页,此课件共33页哦定定义义:比比线线性性增增长长低低 1 dB 时时所所对对应应的的输输出出中中频频功功率率电电平平,称称 1dB 压压缩缩电平电平,用,用 PI1dB 表示。表示。意意义义:PI1dB 所所对对应应
8、的的 PS 是是混混频频器器动态范围的上限电平。动态范围的上限电平。四四混频失真混频失真来源:来源:(1)接收机输入端存在的干扰信号;接收机输入端存在的干扰信号;(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,叠叠加加在在有有用用中中频频信号上,引起失真称信号上,引起失真称混频失真混频失真。第10页,此课件共33页哦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的功率不会窜到其他端口上。上
9、的功率不会窜到其他端口上。实际上,总有极少量功率在各端口之间窜通。实际上,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的的功功率率之之比比(用用分分贝贝表表示示)。意义:意义:用来评价窜通大小的性能指标。用来评价窜通大小的性能指标。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的的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的的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到天天线线上上,产产
10、生生本本振振功功率率的的反向辐射,严重干扰邻近接收机。反向辐射,严重干扰邻近接收机。第11页,此课件共33页哦一、二极管环形混频器(双平衡混频器)一、二极管环形混频器(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:ABAB端接反,输出电压反相)端接反,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应是大信号,高频已调波应是大信号,高频已调波vs 应应是小信号)是小信号)D1-D4:工作在受工作在受vL控制的开关状态。控制的开关状态。第12页,此课件共33页哦Tr2初级线圈初级线圈a,b,c三三点短路点短路vo(t)=vs(t)当当vL(t
11、)0时:时:D2、D3(on),D1、D4(off)2隔离度:隔离度:较低,主要靠各二极管的匹配特性和变压器中心抽较低,主要靠各二极管的匹配特性和变压器中心抽头的对称性来实现隔离。头的对称性来实现隔离。第13页,此课件共33页哦二、由乘法器和滤波器构成的混频器二、由乘法器和滤波器构成的混频器乘法器: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应是大信号)应是大信号)例:例:P246 图图4-2-14 vc(t)vL(t)v(t)vs(t)BPF:fo=fIvL(t)vs(t)第14页,此课件共33页哦三、三极管混频电路三、三极管混频
12、电路(三极管始终导通,三极管始终导通,vL是大信号,是大信号,vs是是小信号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:利用发射结的非线性发射结的非线性进行混频。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。第15页,此课件共33页哦不同点不同点:(2)vs、vL加在同一极的,信号会牵引本振;加在同一极的,信号会牵引本振;vs、vL加在不同极的,牵引小,本振波形好。加在不同极的,牵引小,本振波形好。(3)vL加在加在E极,输入电阻小,本振电路负载重,不易起振;极,输入电阻小,本振电路负载重,不易起
13、振;vL加在加在B极,输入电阻大,本振电路负载轻,容易起极,输入电阻大,本振电路负载轻,容易起振。振。第16页,此课件共33页哦2工作原理工作原理L1C1:输入信号回路,调谐在输入信号回路,调谐在 fcL2C2:输出中频回路,调谐在:输出中频回路,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态偏置电压偏置电压。vBE(t)=VBB0+vL(t)+vS(t)将将 VBB0+vL(t)作作为为T的的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
14、 vS(t)=Vsmcos ct很很小小,满足满足线性时变条件线性时变条件时,三极管集电极电流为:时,三极管集电极电流为:iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS第17页,此课件共33页哦iC 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)的傅氏级数展开式为:的傅氏级数展开式为:gm(vL)=gm(t)=g0+gm1cos Lt+gm2cos2 Lt+其中,基波分量其中,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
15、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 之比,其值等于之比,其值等于 gm(t)中基波分量幅度中基波分量幅度 gm1 的一半。的一半。第18页,此课件共33页哦若若设设中中频频回回路路的的谐谐振振电电阻阻为为 Re,则则所所需需的的中中频频输输出出电电压压 vI=-iIRe,相应的,相应的混频增益混频增益为为AC=-gmc Re(1)电路组成)电路组成3实例(实例(P260P260中波广播收音机的三极管混频器电路)中波广播收音
16、机的三极管混频器电路)第19页,此课件共33页哦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 加到加到 T1 管的发射极上。管的发射极上。天天线线上上感感生生的的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 加到加到 T1 管的基极上。管的基极上。第20页,此课件共33页哦C为三个电容和线圈为三个电容和线圈的最上部分所等效的的最上部分所等效的电容电容 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
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