第13讲混频电路与倍频器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十三讲 混频电路与倍频器,13.1 概述,13.2 混频电路,13.3 倍频器,混频电路与倍频器,1混频器的功能,混频器是频谱线性搬移电路,是一个六端网络。它有两个输入电压,输入信号,u,s,和本地振荡信号,u,L,其工作频率分别为,f,c,和,f,L,输出信号为,u,I,称为中频信号,其频率是,f,c,和,f,L,的差频或和频,称为中频,f,I,f,I,=,f,L,f,c,(同时也可采用谐波的差频或和频)。,13.1 概述,混频电路与倍频器,图13-1 混频器的功能示意图,图13-2 三种频谱线性搬移功能,(a)调制(b)解调(c)混频,2混频器的工作原理,设输入到混频器中的输入已调信号,u,s,和本振电压,u,L,分别为,u,s,=,U,s,cos,t,cos,c,t,u,L,=,U,L,cos,L,t,这两个信号的乘积为,混频电路与倍频器,图13-3 混频器的组成框图,混频电路与倍频器,图134 混频过程中的频谱变换,(a)本振频谱(b)信号频谱(c)输出频谱,3混频器的主要性能指标,1)变频增益,变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅,U,I,与高频输入信号电压振幅,U,s,之比,即,同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率,P,I,与输入高频信号功率,P,s,之比,即,混频电路与倍频器,2)噪声系数,混频器的噪声系数N,F,定义为,通常用分贝数表示变频增益,有,输入信噪比(信号频率),输出信噪比(中频频率),混频电路与倍频器,3)失真与干扰,变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外，还会产生各种非线性干扰，如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。所以，对混频器不仅要求频率特性好，而且还要求变频器工作在非线性不太严重的区域，使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰。,混频电路与倍频器,4)变频压缩(抑制),在混频器中，输出与输入信号幅度应成线性关系。实际上，由于非线性器件的限制，当输入信号增加到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系，如图115所示。,混频电路与倍频器,图115 混频器输入、输出电平的关系曲线,混频电路与倍频器,5)选择性,混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号(反映为中频,即,f,I,=,f,L,-,f,c,)，而不应该有其它不需要的干扰信号。但在混频器的输出中，由于各种原因，总会混杂很多与中频频率接近的干扰信号。,混频电路与倍频器,13.2 混频电路,1晶体三极管混频器,图13-6 晶体三极管混频器原理电路,混频电路与倍频器,经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流,i,I,混频电路与倍频器,变频跨导,g,C,=,g,m1,2,g,m1,只与晶体管特性、直流工作点及本振电压U,L,有关,与U,s,无关,故变频跨导,g,C,亦有上述性质。,输出中频电流振幅,输入高频电压振幅,混频电路与倍频器,图13-7 混频器本振注入方式,混频电路与倍频器,2二极管混频电路,输入信号,u,s,为已调信号；本振电压为,u,L,有,U,L,U,s,大信号工作。,图13-8 二极管平衡混频器,混频电路与倍频器,图13-9 中波AM收音机的变频电路,图13-10 FM收音机变频电路,二极管环形混频器,图13-13 环型混频器的原理电路,混频电路与倍频器,13.3 倍频器,13.3.1倍频原理及用途,倍频电路输出信号的频率是输入信号频率的整数倍,即倍频电路可以成倍数地把信号频谱搬移到更高的频段。所以,倍频电路也是一种线性频率变换电路。,混频电路与倍频器,实现倍频的原理有以下几种：,利用晶体管等非线性器件产生输入信号频率的各次谐波分量,然后用调谐于n次谐波的带通滤波器取出n倍频信号。,将输入信号同时输入模拟乘法器的两个输入端进行自身线性相乘,则乘法器输出交流分量就是输入的二倍频信号。,利用锁相倍频方式进行倍频。,混频电路与倍频器,倍频电路在通信系统及其它电子系统里均有广泛的应用。,对振荡器输出进行倍频,得到更高的所需振荡频率。这样,一则可以降低主振的振荡频率,有利于提高频率稳定度;二则可以大大提高晶振的实际输出频率,因为晶体受条件的限制不可能做到很高频率。,混频电路与倍频器,在调频发射系统里使用倍频电路和混频电路可以扩展调频信号的最大线性频偏。,采用几个不同的倍频电路对同一个振荡器输出进行倍频,可以得到几个不同频率的输出信号。,在频率合成器里,倍频电路是不可缺少的组成部分。,混频电路与倍频器,13.3.2 晶体管倍频器,晶体管倍频器的电路结构与晶体管丙类谐振功率放大器基本相同,区别在于后者谐振回路的中心频率与输入信号中心频率相同,而前者谐振回路的中心频率调谐为输入信号频率或中心频率的n倍,n为正整数。,混频电路与倍频器,晶体管倍频器有以下几个特点：,1)倍频数n一般不超过34,且应根据倍频数选择最佳的导通角。如需要更高次倍频,可以采用多个倍频器级联的方式。,2)必须采取良好的输出滤波措施。,晶体管丙类工作时,输出集电极电流中基波分量的振幅最大,谐波次数越高,对应的振幅越小。因此,n倍频器要滤除低于n的各次谐波分量比较困难。,混频电路与倍频器,可以采取以下两个方法:,提高输出回路的有载品质因数Qe。一般应满足Qe10。,采用选择性好的带通滤波器,如多个LC串并联谐振回路组成的型滤波网络,网络调谐在输入信号基频f,0,的三倍频上,对基波和二、四次谐波呈现带阻性质,故选择性非常好。,混频电路与倍频器,作业：,P242 4-16,混频电路与倍频器,