第21讲高频-混频课件

,第二十一讲 混频电路,*,9/22/2023 1:30 PM,第7章 混 频,第7章 混 频,旧版：第6.3章节,1,第7章 混 频 旧版：第6.3章节1,混频也称为变频,是一种,频谱线性搬移,过程,是指将原信号的各频率分量搬移到新的频率上。而调制参数都不改变,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,f,c,变换为新的,f,I,的过程称为变频或混频。,混频的定义,2,混频也称为变频,是一种频谱线性搬移过程,是指将原信号,举例,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的载波频率，而振幅包络形状不变。,3,举例 经过混频器变频后，输出频率为 混频的结,变频前后的频谱图,混频的实质,线性频率变换,频谱搬移,4,变频前后的频谱图混频的实质线性频率变换 频谱搬移,AM广播信号:,550 1550kHz，BW=10kHz,直接接收的缺陷,若接收,1550kHz,时：,若接收,550kHz,时：,以中间频率,1000kHz,来设计,1000k,550k,1550k,5,AM广播信号:550 1550kHz，BW=10kHz直,接收频率范围,（中波段,535kHz1605kHz,）,本机振荡器频率范围为,1000kHz2070kHz,超外差接收,6,接收频率范围（中波段535kHz1605kHz）,调幅广播：,在超外差式广播接收机中,把载频位于,535 kHz1605kHz,中波波段各电台的普通,调幅信号变换为中频为,465kHz,的普通调幅信号；,调频广播：,把载频位于,88MHz108MHz,的各调频台信号变换为中频为,10.7MHz,的调频信号；,电视信号：,把载频位于,四十几兆赫至近千兆赫频段,内各电视台信号变换为中频为,38 MHz,的视频信号。,混频的应用,7,调幅广播：在超外差式广播接收机中,把载频位,如果器件本身既产生振荡电压又实现频率变换，则称为,自激式变频器,或简称,变频器,。,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,混频器,，包括产生本振信号的器件在内的整个电路称为,他激式变频器,。,混频/变频电路分两大类,8,如果器件本身既产生振荡电压又实现频率变换，则称为自激,混频/变频的优点,混频/变频的缺点,由于设计和制作增益高,选择性好,工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易,所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。,1)变频可提高接收机的灵敏度,2)提高接收机的选择性,3)工作稳定性好,4)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,为什么要变频/混频？,9,混频/变频的优点混频/变频的缺点 由于设计和制作增益高,混频器的性能指标,混频增益：,选择性,：,抑制中频以外的信号的干扰的能力。,噪声系数,：混频器处于接收机的前端,本振频率稳定度高,噪声系数,N,F,越小越好.,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。,10,混频器的性能指标混频增益：选择性：抑制中频以外的信号的干扰的,混频器的分类,按器件分：,二极管混频器,三极管混频器,模拟乘法器混频器,场效应管混频器,按工作特点分：,单管混频,平衡混频,环型混频,从信号的处理过程看：,叠加型混频器,乘积型混频器,11,混频器的分类按器件分：二极管混频器按工作特点分：单管混频从信,混频过程中的频谱变换,12,混频过程中的频谱变换12,混频器的实现方法,2.叠加型,混频器实现模型,1.乘积型,混频器实现模型,13,混频器的实现方法2.叠加型混频器实现模型1.乘积型混频器实现,I,=,L,-,C,称为下混频,I,=,L,+,C,称为上混频,1.乘积型,14,I=L-C,称为下混频1.乘积型14,输出仍为调频波,只是改变了载波,并没有影响瞬时频率的变化规律.,同理,当输入为调频波(FM)时,设:,混频输出：,15,输出仍为调频波,只是改变了载波,并没有影响瞬时频率的,MC1596内部差分电路,16,MC1596内部差分电路16,集成调制器电路,17,集成调制器电路17,集成平衡调制器电路,18,集成平衡调制器电路18,MC1596同步检波,19,MC1596同步检波19,集成混频器电路,20,集成混频器电路20,2.叠加型,混频器实现模型,图示中的非,线性器件具有如下特性：,对其2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,(,0,+,s,),和,(,0,-,s,),。若用带通滤波器取出所需的中频成分(和频或差频)，可达到混频的目的。,21,2.叠加型混频器实现模型 图示中的非对其2次方进行分析,利用时变参量分析法,由于,时变偏置电压,如果,则集电极电流为,其中,为时变跨导，受,的控制,而输入信号为:,利用付里叶级数可将展开成:,晶体三极管混频器,22,利用时变参量分析法 由于时变偏置电压 如果 则集电极电流为,如果输出回路的谐振频率为,，而,选出的中频电流,为：,其中变频跨导：,变频,(,混频,),增益,A,u,为,：,中频输出电压,u,I,为,：,23,如果输出回路的谐振频率为，而 选出的中频电流 为：其中变,三极管混频器,优点：有变频增益,缺点：1、动态范围较小,2、组合频率干扰严重,3、噪声较大,4、存在本地辐射,24,三极管混频器24,中波AM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,采用电容相同的双连可变电容进行调节,25,中波AM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,电视机的混频电路,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,C,1,也加到基极上,本振信号的频率要比信号的图像载频高,38MHz,。,为使输出电路具有良好的选择性，常采用双调谐耦合回路，并在初级回路中并联电阻,R,，用以降低回路,Q,值，满足通带的要求。次级回路用,C,2,，,C,3,分压，目的是与75,电缆特性阻抗相匹配。,26,电视机的混频电路 为使输出电路具有良好的选择性，常采用,FET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BJT混频器少得多，故其互调失真低。,C,L,E,D,R,g,R,s,u,I,u,c,u,L,u,GS,i,D,FET混频电路,FET混频器容许的输入信号动态范围也较大。,因此，尽管FET混频器的变频增益比BJT混频器低，却在短波、超短波接收机中获得了广泛应用。,27,FET混频器的转移特性是平方律，输出电流中的组合频率,C,L,E,D,R,g,R,s,设输入已调制信号：,u,c,=U,c,(t)cos,c,t,u,I,其中：,U,c,(t)=,U,cm,(1+m,a,cost),本振电压：,u,L,=U,L,cos,L,t,LC,回路调谐在中频,I,=,L,-,c,或,I,=,c,-,L,栅源间的电压,u,GS,为：,u,GS,=U,GSQ,+u,c,-u,L,=U,GSQ,+U,c,(t)cos,c,t,-U,L,cos,L,t,转移特性为平方律关系，即,：,式中，,U,GS（off）,为FET管的夹断电压，,I,DSS,为漏极饱和电流,。,u,c,u,L,u,GS,i,D,通频带,B=2,，回路的谐振阻抗为,R,L,28,CLEDRg设输入已调制信号：uc=Uc(t)cosct,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 环形混频器,二极管混频器,优点：,1、动态范围较大,2、组合频率干扰少,3、噪声较小,4、不存在本地辐射,缺点：,无变频增益,而,环形混频器,的输出是平衡混频器输出的2倍，进一步减少输出信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所特有的组合频率干扰。,29,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,例:二极管平衡混频器,设输入信号,本振信号:,若,则输出电压:,+,u,I,_,+,u,L,-,+,u,c,-,VD,1,VD,2,2C,R,L,2,L,T,1,T,2,+,u,L,-,T,3,u,c,+,-,u,c,+,-,如果输出中频滤波器的中心频率为:,谐振阻抗为,R,L,，则混频输出电压:,30,例:二极管平衡混频器 设输入信号 本振信号:若 则输出电,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？,若能，此时电路中,u,I,、u,=,应加什么信号?,H(j),应为什么类型滤波器，中心频率,f,0,、带宽,B,如何计算？（不需要推导计算，直接给出结论）,31,二极管平衡电路，现有以下七种可能的输入信号。31,32,32,(1)实现AM信号输出：u,I,=U,c,cos,c,t,u,=U,cos,t,带通滤波器，中心频率f,0,=f,c,，带宽B2；,(2)实现DSB信号输出：u,I,=U,cos,t,u,=U,c,cos,c,t,带通滤波器，中心频率f,0,=f,c,，带宽B2；,(3)实现SSB信号输出(上边带)：u,I,=U,cos,t,u,=U,c,cos,c,t,带通滤波器，中心频率f,0,=f,c,+,/2，带宽B=；,(4)实现振幅解调功能：u,I,=U,7,cos,1,tcos,c,t,u,=U,r,cos,r,t,低通滤波器，BF；,33,(1)实现AM信号输出：uI=Uccosct,u=U,(5)u05是一调频信号，与输入信号u4相似，不同的是载频，故应是对u4信号的混频。则有：uI=u4,u=uL=u6,H(j)为带通滤波器，f0=fI=fL-fc,B2(mf+1)F，这里2(mf+1)F是调频信号（u4）的带宽；,u06是一个调幅信号，与u3相似，不同的是其载频，故应是对u3的混频。则有：uI=u3,u=uL=u6,H(j)为带通滤波器，f0=fI=fL-fc,B2F,u07是一DSB信号，与u7相似，不同的是其载频，故应是对u7的混频。则有uI=u7,u=uL=u6,H（j）为带通滤波器，f0=fI=fL-fc,B2F。,34,(5)u05是一调频信号，与输入信号u4相似，不同的是载频，,