收音机中的混频电路.ppt

任务4收音机中的混频电路,4.1任务导入,4.2晶体管混频器的原理,4.5混频器的干扰,4.3混频器实用电路举例,4.4集成模拟乘法器混频器,1.了解混频电路在收音机中作用2.掌握混频器的电路形式和工作原理3.能识别混频器的电路图，能对混频器进行调试4.能对混频干扰进行判断5.认识收音机中双联电容的作用，并能对其故障进行判断及处理,学习目标：,混频器：在全面提升收音机性能方面起着举足轻重的作用。,4.1任务导入混频器在收音机中有什么作用？,1.什么是混频,混频也是频谱搬移过程，且搬移后频谱分布的相对情况仍与搬移前一样，变化的仅仅是载频。,降低载频,频谱搬移,2.混频如何改善收音机的其性能,（1）提高灵敏度-中频放大器增益高,（2）提高选择性混频、中放的选频作用,（3）提高稳定性工作频率降低,fs,fLO,fI,本振信号,接收信号,中频信号,（1）将高频已调信号的载频率fS变为固定频率为465kHz的中频fI。,3.混频的功能,（2）本机振荡频率fLO始终跟随输入高频已调信号载波频率fS，通过混频作用，二频率之差始终保持为465kHz，即fLOfS=fI465kHz,问题：本振频率如何跟随输入信号频率的变化？,收音机中的混频电路,本机振荡频率fLO如何跟随外来高频已调信号载波频率fS的变化？采用双连电容。,双连电容,双连电容,天线、线圈,双连电容,4.混频器的性能要求,(1)混频增益要大，失真要小,混频增益是指混频器输出的中频信号功率PI与输入的高频信号功率PS之比，即：GP10lgPI/PS(dB),(2)噪声系数要小,噪声系数定义为输入信噪比与输出信噪比的比值。输入信噪比为输入信号功率与输入的噪声功率之比；输出信噪比为输出信号功率与输出的噪声功率之比。混频器的噪声系数对整机信噪比影响很大，仅次于高频放大级。,(3)选择性要好,要求输出选频回路对需要输出的信号（中频信号）有较好的带通幅频特性。,(4)阻抗匹配混频器输入端的阻抗应与高频放大器的输出端的阻抗匹配，而且其输出端的阻抗还应与中频放大电路输入端的阻抗匹配，以提高传输效率。,(5)失真和干扰在混频器中会产生幅度失真和非线性失真,还会有各种组合频率分量产生的干扰（如寄生波道干扰、交叉调制干扰、互相调制干扰等）。所以,不但要求选频回路的幅频特性要好,还应尽量改进电路（如选择场效应管或模拟乘法器构成的混频器），以尽量少产生不需要的频率分量。,问题与思考,1.混频器提升了收音机的哪些性能？2.混频与调幅、检波有何共同之处？3.如果混频器输入的是高频调幅信号，则其输出的是什么信号？4.混频器的输入信号频率、本振频率和中频频率三者是何关系？5.本振频率如何跟随输入信号频率的变化？,4.2晶体管混频器的原理,晶体管混频器的几种基本形式,晶体管混频器具有一定的变频增益，可以使后级中频放大器的噪声影响大大减小，因而在接收机中获得广泛应用。,图(a)电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小。但因为信号输入电路与振荡电路相互影响较大(直接耦合)，可能产生频率牵引现象。,图(b)电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，产生牵引现象的可能性小。对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。但需要较大的本振注入功率。,图(c)和(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时(几十MHz)，因为共基电路的截止频率f比共发电路的f要大很多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。,1.混频器的工作原理,晶体管的基极电压为：uBE=UB0+uLO+uS,则晶体管的输出电流ic可表示为：ic=f(uBE)=f(UB0+uLO+uS),若把振幅较大的本振电压看作变化的偏置电压，则晶体管的偏置电压为：UB（t）=UB0+uLO,此偏置电压UB（t）为时变的，它使工作点Q沿转移特性曲线上下移动,UB(t),混频器工作点的变化及时变跨导,而另一电压us幅度较小，在其变化范围内，可以近似地认为晶体管处于线性工作状态，即晶体管混频器工作于线性时变工作状态。,晶体管混频器的输出电流为：ic=f(UB0+uLO)+f(UB0+uLO)uS=IO+gm(t)uS,设输入信号电压uS为uS(t)=Usmcosst,则输出中频电流的振幅与输入信号电压的振幅Usm成正比，即混频后只改变了信号的载频，而其包络不变。利用带通滤波器，滤除无用的谐波及组合频率分量，取出中频信号，即实现了混频。,则,4.3晶体管混频器的实际电路举例,高频输入信号由高频放大器双调谐回路的次极加到混频管VT的基极，本机振荡信号uLO是由本机振荡电路经电容C3耦合加到混频管V的基极。高频电视信号与本振信号同时加到混频管VT的基极，利用其发射结进行混频。混频后的各种频率的信号被混频管VT放大，再由混频管输出端的选频回路（L3、C6、R4、L4、C7、C8组成）选出差频（中频）信号，经过同轴电缆送到中放电路输入端。,输入信号经LA耦合到L1、C1a、C2组成的输入调谐回路，由它选取某一电台的调幅信号，再经L1与L2的互感耦合到晶体管VT的基极。由同一晶体管VT组成的本机振荡器是互感反馈振荡电路，L4、C5、C7、C1b构成振荡回路，本振信号通过C4注入变频管VT的射极，从VT管集电极负载L5、C6调谐回路选出中频信号，由中频变压器T2的次级输出，送到中放级。,变频器：,问题与思考,1.混频器的电路模型是怎样的？2.混频器采用的是哪种非线性电路分析方法？3.什么是变频器？,4.4集成模拟乘法器混频器,相乘后的输出电压为,若带通滤波器的中心角频率为LO-S,且LOS,则输出电压uo为载频为I=LO-S的调幅波。,用集成模拟乘法器MC1496构成的混频器,带通滤波器,4.5混频器的干扰,在超外差式接收机中，混频器能使其性能得到改善的同时，又会给接收机带来一些特有的干扰，称为混频干扰。混频器的输出信号频率为输入信号与本振信号混频并通过选频网络选出的有用的中频分量fI=fLO-fs，但实际上，还有许多其它无用信号或干扰信号也会经过混频器的非线性作用而产生另一些中频分量，或频率接近于中频分量的输出。我们把这些无用信号或干扰信号所产生的中频称为无用中频。中频放大器对这些无用中频分量没有抑制能力，因此，无用中频和有用中频同时送到放大器得到放大。同时进入检波器进行检波。在收听到有用信号的同时，也就听到了干扰信号；或者在检波器中发生差拍检波，在收听时所听到的是哨叫声。,1、干扰原因,有用信号无用信号,混频器,中频分量或接近于中频分量,中频放大器,检波器,产生差拍检波形成尖叫,在实际电路中，能否形成干扰取决于以下两个条件：,（1）是否满足一定的频率关系；,（2）满足一定频率关系的分量的振幅是否足够大。,2.组合频率干扰,非线性器件所产生的组合频率分量为,其中p=q=1时，fI=fLO-fs，为有用的中频分量。其余的组合频率都是无用的，甚至是有害的。因为这些多余的分量可能对有用信号产生干扰，我们称无用组合频率对有用信号的干扰为组合频率干扰。,组合频率干扰是由有用信号和本振信号的组合频率所产生的干扰，与外来干扰信号无关。,例1收音机的中频fI为465kHz，收到频率fs=931kHz电台信号，这时本振频率fLO=fs+fIO=931+465=1396kHz。由于混频管的非线性就产生了许多组合频率分量。其中之一就是2fs-fLO=2931-1396=466kHz。它与中频465kHz很接近，并落在中频放大的通频带内，中频谐振回路无法将它滤除。因此，经中频放大器加到检波器上去以后，在检波器中与中频率465kHz的有用中频信号产生差拍检波，产生466-465=1kHz的哨声。,在混频的同时必然有组合频率分量接近中频，落在谐振回路的通频带内，和有用的中频分量一起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端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰称为干扰哨叫。有可能接近中频的组合频率有：,当中频一定时，凡是满足这个关系式的输入信号的频率fs，只要落在混频器的工作频段内，就会产生干扰哨声。,或,抑制方法：,（1）合理选择载频，避开干扰点；,（2）合理选择混频器件的静态工作点以及本振电压；,（3）采用合理的电路形式，如平衡电路等。,例如,3、副波道干扰,产生原因：,外来干扰信号频率fN与本振频率fL的组合频率正好接近中频，此干扰信号能够通过寄生通道形成干扰。其关系式为：pfLOqfN=fI，表现为窜台，还有可能伴随着哨叫声。,副波道干扰主要有中频干扰和镜像干扰。,若干扰信号频率为fN，则外来干扰信号能够成为副波道干扰频率的条件为,只有两个频率关系式才有实际意义，即,即,（1）中频干扰（p=0,q=1）,产生原因：,干扰信号频率等于或接近于中频的干扰，由于前端电路的选择性不好，送入到混频器之后会形成中频干扰。对应于p=0、q=1时的通道，此时fN=fI，即干扰频率等于中频频率。,抑制方法：,1.提高前端电路的选择性，以降低加在混频器上的干扰信号的电压值；,2.加中频陷波电路；,3.合理选择中频，采用高中频。,（2）镜像干扰（p1，q1）,产生原因：,干扰信号的频率fN比信号频率fs高两倍中频而产生的干扰，从频谱图上看，干扰信号频率fN是信号频率fs相对本振频率的镜像。,抑制方法：,提高前端电路的选择性，以降低加到混频器上的镜像干扰信号电压；,采用高中频，高中频一般为信号频率的23倍。,当在混频器输入端共同作用着有用的信号和一路干扰信号时，其混频器输出的中频电流分量的振幅中包含有干扰信号的包络变化，而导致有用信号包络的失真。这种失真就是交调失真。,产生的原因：,由混频器3次方以上的非线性传输特性产生的。,在广播中，人们不仅听到有用信号的声音，而且也同时听到干扰信号的声音。但有用信号停止发送，或接收机对接收信号频率失谐，干扰台的声音也消失干扰也随之消失。,4、交叉调制干扰,干扰信号的边频转移到有用信号的载频上,抑制方法：,1.提高前端电路的选择性；,2.选择合适的器件，如平方律器件；,3.选择合适的工作状态使非线性项尽可能少。,可见在混频器输入端共同作用着有用的信号和二路干扰信号时，其混频器输出的中频除有用的信号外，还存在着干扰信号与本振信号的混频，引起混频器输出的中频信号失真。这种失真称为互调失真。,解决的方法：在混频器前要采取有效的滤波措施。,接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号电台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，干扰台的声音仍然存在。,现象：,5、互相调制干扰,6、阻塞干扰,产生原因：,强信号和强干扰进入混频器时，中频信号的振幅不随输入高频信号的幅度变化，因而收听不到有用信号。,抑制方法：,扩大动态范围，加AGC电路。,综上所述，减小各种干扰的措施可归纳为：,本章小结,1.混频器的引入，有效地提高了收音机的灵敏度、选择性和稳定性。,2.混频器是频谱的线性搬移电路，其基本电路结构是非线性元件加低通滤波器。,3.混频器的功能是将高频已调信号变为中频已调信号，输出信号的载频为本振频率和输入频率的差频。,4.本振频率始终跟随输入频率的变化，采用的方法是双连电容。,5.晶体管混频器常用于调幅收音机中，它具有一定的混频增益，可以采用线性时变电路的分析方法进行分析。,本章小结,7.混频器的主要干扰有组合频率干扰和副波道干扰。,8.组合频率干扰是由有用信号和本振信号的组合频率所产生的干扰，当这个组合频率接近中频频率时，就会对有用信号形成干扰。,9.副波道干扰是由外来干扰信号形成的干扰，主要干扰有中频干扰和镜像干扰。,