第21讲高频-混频课件.ppt

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1、第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频第7章 混 频 旧版：第6.3章节1第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频 混频也称为变频混频也称为变频,是一种是一种频谱线性搬移频谱线性搬移过程过程,是指将原是指将原信号的各频率分量搬移到新的频率上。而调制参数都不改信号的各频率分量搬移到新的频率上。而调制参数都不改变变,这种频率变换过程称为混频。这种频率变换过程称为混频。保持相同调制规律，而将已调信号的载波频率从保持相同调制规律，而将已调信号的载波频率从fc变变换为新的换为新的fI的过程称为变频或混频。的过程

2、称为变频或混频。混频的定义混频的定义2第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频举例举例 经过混频器变频后，输出频率为经过混频器变频后，输出频率为 混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形状不变。的载波频率，而振幅包络形状不变。3第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频变频前后的频谱图变频前后的频谱图混频的实质混频的实质线性频率变换线性频率变换 频谱搬移频谱搬移 4第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28

3、 AM第7章 混 频AMAM广播信号广播信号:550 1550kHz，BW=10kHz直接接收的缺陷 若接收若接收1550kHz时：时：若接收若接收550kHz时：时：以中间频率以中间频率1000kHz来设计来设计1000k550k1550k5第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频 接收频率范围接收频率范围 （中波段（中波段535kHz1605kHz）本机振荡器频率范围为本机振荡器频率范围为1000kHz2070kHz超外差接收6第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频 调调幅幅广广播播：在在超超外外

4、差差式式广广播播接接收收机机中中,把把载载频频位位于于535 kHz1605kHz中中波波波波段段各各电电台台的的普普通通调调幅幅信信号号变变换为中频为换为中频为465kHz的普通调幅信号；的普通调幅信号；调调频频广广播播：把把载载频频位位于于88MHz108MHz的的各各调调频频台信号变换为中频为台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号；的调频信号；电电视视信信号号：把把载载频频位位于于四四十十几几兆兆赫赫至至近近千千兆兆赫赫频频段段内各电视台信号变换为中频为内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。的视频信号。混频的应用混频的应用7第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/

5、2023 1:28 AM第7章 混 频 如果器件本身既产生振荡电压又实现频率变如果器件本身既产生振荡电压又实现频率变换，则称为换，则称为自激式变频器自激式变频器或简称或简称变频器变频器。如器件本身仅实现频率变换，本振信号由另如器件本身仅实现频率变换，本振信号由另外器件产生，则称为外器件产生，则称为混频器混频器，包括产生本振信号，包括产生本振信号的器件在内的整个电路称为的器件在内的整个电路称为他激式变频器他激式变频器。混频混频/变频电路分两大类变频电路分两大类8第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频混频混频/变频的优点变频的优点混频混频/变频的缺点

6、变频的缺点 由于设计和制作增益高由于设计和制作增益高,选择性好选择性好,工作频率较工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易原载频低的固定中频放大器比较容易,所以采用混频所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。方式可大大提高接收机的性能。1)1)1)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)2)2)2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性提高接收机的选择性提高接收机的选择性 3)3)3)3)工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性好 4)4)4)4)波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波段工作时其质量指标

7、一致性好波段工作时其质量指标一致性好容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰为什么要变频为什么要变频/混频？混频？9第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频混频器的性能指标混频器的性能指标混频增益：混频增益：选择性选择性：抑制中频以外的信号的干扰的能力。抑制中频以外的信号的干扰的能力。噪声系数噪声系数：混频器处于接收机的前端：混频器处于接收机的前端本振频率稳定度高本振频率稳定度高噪声系数噪声系数噪声系数噪声系数N N N NF F F F 越小越好越小越好.非线性干扰：非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰抑制组

8、合频率干扰、交调、互调干扰等干扰 的能力。的能力。10第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频混频器的分类混频器的分类按器件分：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模拟乘法器混频器模拟乘法器混频器场效应管混频器场效应管混频器按工作特点分：按工作特点分：单管混频单管混频平衡混频平衡混频环型混频环型混频从信号的处理过程看：从信号的处理过程看：叠加型混频器叠加型混频器乘积型混频器乘积型混频器11第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频混频过程中的频谱变换12第二十一讲第二十一讲 混频电路

9、混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频混频器的实现方法混频器的实现方法2.2.叠加型叠加型混频器实现模型混频器实现模型1.1.乘积型乘积型混频器实现模型混频器实现模型13第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频I=LC,称为下混频称为下混频I=L+C,称为上混频称为上混频1.1.乘积型乘积型14第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频 输出仍为调频波输出仍为调频波,只是改变了载波只是改变了载波,并没有并没有影响瞬时频率的变化规律影响瞬时频率的变化规律.同理同理,当输入为调频波当输入为调

10、频波(FM)(FM)时时,设设:混频输出：混频输出：15第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频MC1596内部差分电路内部差分电路16第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频集成调制器电路集成调制器电路17第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频集成平衡调制器电路集成平衡调制器电路18第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频MC1596同步检波同步检波19第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023

11、 1:28 AM第7章 混 频集成混频器电路集成混频器电路20第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频2.2.叠加型叠加型混频器实现模型混频器实现模型 图示中的非图示中的非线性器件具有如线性器件具有如下特性：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+s)和和(0 s)。若用带通滤波器取出所需的中频若用带通滤波器取出所需的中频成分成分(和频或差频和频或差频)，可达到混频的目的。，可达到混频的目的。21第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/202

12、3 1:28 AM第7章 混 频利用时变参量分析法利用时变参量分析法 由于由于时变偏置电压时变偏置电压 如果如果 则集电极电流为则集电极电流为 其中其中 为时变跨导，受为时变跨导，受 的控制的控制,而输入信号为而输入信号为:利用付里叶级数可将展开成利用付里叶级数可将展开成:晶体三极管混频器晶体三极管混频器22第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频如果输出回路的谐振频率为如果输出回路的谐振频率为，而，而 选出的中频电流选出的中频电流 为：为：其中变频跨导：其中变频跨导：变频变频(混频混频)增益增益Au为为：中频输出电压中频输出电压uI为为：23第二

13、十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频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 1、动态范围较小、动态范围较小 2 2、组合频率干扰严重、组合频率干扰严重 3 3、噪声较大、噪声较大 4 4、存在本地辐射、存在本地辐射24第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频中波中波AMAM收音机用典型变频器线路收音机用典型变频器线路本地振荡和混频都由同一个三极管完成本地振荡和混频都由同一个三极管完成采用电容相同的双连可变电容进行调节采用电容相同的双连可变电容进行调节25第二十一讲第二

14、十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频电视机的电视机的混频电路混频电路 高频信号经双调谐电路耦合加到混频管的基极高频信号经双调谐电路耦合加到混频管的基极 本振电压通过耦合电容本振电压通过耦合电容C1也加到基极上也加到基极上 本振信号的频率要比信号的图像载频高本振信号的频率要比信号的图像载频高38MHz。为为使使输输出出电电路路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 R，用用以以降降低低回回路路Q 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C C2 2，C C3

15、3分分压压，目目的的是是与与7575 电电缆缆特性阻抗相匹配。特性阻抗相匹配。26第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频 FETFET混频器的转移特性是平方律，混频器的转移特性是平方律，输出电流中的组合频率分量比输出电流中的组合频率分量比BJTBJT混混频器少得多，故其互调失真低。频器少得多，故其互调失真低。CLEDRgRsuIucuLuGSiDFETFET混频电路混频电路 FETFET混频器容许的输入信号动态混频器容许的输入信号动态范围也较大。范围也较大。因此，尽管因此，尽管FETFET混频器的变频增混频器的变频增益比益比BJTBJT混频器低，

16、却在短波、超短混频器低，却在短波、超短波接收机中获得了广泛应用。波接收机中获得了广泛应用。27第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频CLEDRgRs设输入已调制信号：设输入已调制信号：uc=Uc(t)cosctuI其中：其中：Uc(t)=Ucm(1+macost)本振电压：本振电压：uL=ULcos Lt LC回路调谐在中频回路调谐在中频I=Lc 或或I=cL栅栅源间的电压源间的电压uGS为：为：uGS=UGSQ+ucuL=UGSQ+Uc(t)cos ct ULcos Lt 转移特性为平方律关系，即转移特性为平方律关系，即 ：式中，式中，UGS（

17、off）为为FETFET管的夹断电压，管的夹断电压，IDSS为漏极饱和电流为漏极饱和电流 。ucuLuGSiD通频带通频带B=2，回路的谐振阻抗为回路的谐振阻抗为RL 28第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用:平衡型混频器平衡型混频器 环形混频器环形混频器二极管混频器二极管混频器优点：优点：1 1、动态范围较大、动态范围较大 2 2、组合频率干扰少、组合频率干扰少 3 3、噪声较小、噪声较小 4 4、不存在本地辐射、不存在本地辐射缺点：缺点：无变频增益无变频增益

18、 而而环形混频器环形混频器的输出是平衡混频器输出的的输出是平衡混频器输出的2 2倍，进一倍，进一步减少输出信号频谱中组合频率分量步减少输出信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所即减少了混频器所特有的组合频率干扰。特有的组合频率干扰。29第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频例例:二极管平衡混频器二极管平衡混频器 设输入信号设输入信号 本振信号本振信号 :若若 则输出电压则输出电压:+uI_+uL-+uc-VD1VD22CRL2LT1T2+uL-T3uc+-uc+-如果输出中频滤波器的中心频率为如果输出中频滤波器的中心频率为:谐振阻抗为谐振阻抗为

19、RL，则混频输出电压，则混频输出电压:30第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频二极管平衡电路，现有以下七种可能的输入信号。二极管平衡电路，现有以下七种可能的输入信号。问：该电路能否得到下列输出信号？问：该电路能否得到下列输出信号？若能，此时电路中若能，此时电路中uI、u=应加什么信号应加什么信号?H(j)应为什么类型滤波器，中心频率应为什么类型滤波器，中心频率f0、带宽带宽B如何计算？如何计算？（不需要推导计算，直接给出结论）（不需要推导计算，直接给出结论）31第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混

20、频32第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频(1)实现实现AM信号输出：信号输出：uI=Uccosct,u=Ucost带通滤波器，中心频率带通滤波器，中心频率f0=fc，带宽带宽B2；(2)实现实现DSB信号输出：信号输出：uI=Ucost,u=Uccosct带通滤波器，中心频率带通滤波器，中心频率f0=fc，带宽带宽B2；(3)实现实现SSB信号输出信号输出(上边带上边带)：uI=Ucost,u=Uccosct带通滤波器，中心频率带通滤波器，中心频率f0=fc+/2，带宽带宽B=；(4)实现振幅解调功能：实现振幅解调功能：uI=U7cos1tc

21、osct,u=Urcosrt,低通滤波器，低通滤波器，BF；33第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路1/20/2023 1:28 AM第7章 混 频(5)u05是一调频信号，与输入信号是一调频信号，与输入信号u4相似，不同的是载频，相似，不同的是载频，故应是对故应是对u4信号的混频。则有：信号的混频。则有：uI=u4,u=uL=u6,H(j)为带通为带通滤波器，滤波器，f0=fI=fLfc,B2(mf+1)F，这里这里2(mf+1)F是调频信号是调频信号（u4）的带宽；的带宽；u06是一个调幅信号，与是一个调幅信号，与u3相似，不同的是其载频，故应是相似，不同的是其载频，故应是对对u3的混频。则有：的混频。则有：uI=u3,u=uL=u6,H(j)为带通滤波器，为带通滤波器，f0=fI=fLfc,B2Fu07是一是一DSB信号，与信号，与u7相似，不同的是其载频，故应是对相似，不同的是其载频，故应是对u7的混频。则有的混频。则有uI=u7,u=uL=u6,H（j）为带通滤波器，为带通滤波器，f0=fI=fLfc,B2F。34