第21讲高频-混频课件.ppt

1、第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:52 AM第7章 混 频1第7章 混 频 旧版：第6.3章节第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:52 AM第7章 混 频2 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

2、程称为变频或混频。混频的定义混频的定义第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:52 AM第7章 混 频3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soifffMHz)67.1(MHz)465.6165.2(MHz465.0 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。第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:52 AM第7章 混 频4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

3、频谱搬移 第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频5100101000BWfQCLAMAM广播信号广播信号:550 1550kHz，BW=10kHzHzQfBWLCk5.151001550直接接收的缺陷 若接收若接收1550kHz时：时：HzQfBWLCk5.5100550 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1000k550k1550k第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频6 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

4、率范围为本机振荡器频率范围为1000kHz2070kHz 高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fo fs =fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 超外差接收第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频7 调幅广播：调幅广播：在超外差式广播接收机中在超外差式广播接收机中,把载频位于把载频位于535 kHz1605kHz中波波段各电台的普通中波波段各电台的普通调幅信号变调幅信号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；调频广播：调频广播：把载频位于把载频位于88MHz108MHz的各调频的

5、各调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；电视信号：电视信号：把载频位于把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频四十几兆赫至近千兆赫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第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频8 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，

6、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第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频9混频混频/变频的优点变频的优点混频混频/变频的缺点变频的缺点 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,工作频率工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易较原载频低的固定中频放大器比较容易,所以采用所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。混频方式可大大提高接收机的性能。容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易

7、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？第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频10混频器的性能指标混频器的性能指标混频增益：混频增益：噪声功率比噪声功率比输出端中频信号输出端中频信号噪声功率比噪声功率比输入端高频信号输入端高频信号/0 nInicnPPPPF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sIuUUA 输入高频电压振幅输入高频电压振幅输出中频电压振幅输出中频电压振幅 越小越好越小越

8、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合频率干扰、交调、互调干扰等干扰 的能力。的能力。第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频11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第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM

9、第7章 混 频12(Lc)I(Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL()|混频过程中的频谱变换第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频13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第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频14）（）（）（）（波（）（tvtKvtvtVtvt tmVtvLsoLmLLcasmscosAMcos)cos1cos)cos(cos1(2t-ttmVVKcLc

10、LaLmsm）（）I=L-C,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ttmV vIaIcos)cos1(Im输出：第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频15)sincos()(t mt Vtvfcsms)sincos()(IImIt mt Vtvf 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频波(FM)(FM)时时,设设:混频输出：混频输出：第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:5

11、3 AM第7章 混 频16MC1596内部差分电路内部差分电路第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频17集成调制器电路集成调制器电路第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频18集成平衡调制器电路集成平衡调制器电路第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频19MC1596同步检波同步检波第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频20集成混频器电路集成混频器电路Lvsv第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2

12、023 5:53 AM第7章 混 频212.2.叠加型叠加型混频器实现模型混频器实现模型332210)(vavavaavif 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成。若用带通滤波器取出所需的中频成分分(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。)2()(2222222LSLSLSvvvvavvava第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM

13、第7章 混 频22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)()(tuEtULBB 如果如果 cLUU 则集电极电流为则集电极电流为)()()(tutgtiiccoC 其中其中)(tg为时变跨导，受为时变跨导，受 tUtuLLL cos)(的控制的控制,而输入信号为而输入信号为:ttUuccc coscos 利用付里叶级数可将展开成利用付里叶级数可将展开成:.3cos2coscos)(321 tgtgtggtgLLLo ttUtgtgtggtiiccLLLocoC coscos.3cos2coscos)(321 晶体三极管混频器晶体三极管混频器第二十一讲第二十一讲

14、 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频23 ttUtgtgtggtiiccLLLocoC coscos.3cos2coscos)(321 如果输出回路的谐振频率为如果输出回路的谐振频率为)(cLI ，而，而 max2 B选出的中频电流选出的中频电流 CIi为：为：ttIttUgttUgiIIccLc coscoscoscos21)cos(cos21CI11CI 其中变频跨导：其中变频跨导：1CI21gUIgCc 输输入入高高频频电电压压振振幅幅输输出出中中频频电电流流振振幅幅变频变频(混频混频)增益增益Au为为：L1cIu21)()(RgtUtUA 中频输出电压中频

15、输出电压uI为为：ttUttURguIIIcL1Icos)(cos)(21 第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频24三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、存在本地辐射第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频25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

16、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第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频26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。为使输出电路具有良好的选择性，常采用双调谐耦合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回路，并在初级回路中并联电阻R R，用以降低回路，用以降低

17、回路Q Q值，满值，满足通带的要求。次级回路用足通带的要求。次级回路用C C2 2，C C3 3分压，目的是与分压，目的是与7575 电缆电缆特性阻抗相匹配。特性阻抗相匹配。第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频27 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 FET FET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

18、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，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。第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频28CLEDRgRs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=L-c 或或I=c-L栅栅源间的电压源间的电压uGS为：为：uGS=UGSQ+uc-uL=UGSQ+Uc(t)

19、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 ：2)off(GSDSSD)1(GSUuIi 式中，式中，UGS（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 第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频29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

20、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 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。第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频30ttUttgRtutSgRuccLLdLcdLI cos)(.3cos32cos221)()(例例:二极管平衡混频器二极管平衡

21、混频器 设输入信号设输入信号 ttUtuccc cos)()(本振信号本振信号 :tUtuLLL cos)(若若 cLUU 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:)(cLI max2 B谐振阻抗为谐振阻抗为RL，则混频输出电压，则混频输出电压:ttUttURgttURgtuIIIcLdcLcLdI cos)(cos)(4)cos()(4)(第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频31二极管平衡电路，现有以下七种可能的输入

22、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）第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频32;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUut

23、UucLLcrrrfccmcc;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUutUucLLcrrrfccmcc;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUutUucLLcrrrfccmcc;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUutUucLLcrrrfcc

24、mcc;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUutUucLLcrrrfccmcc;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUutUucLLcrrrfccmcc;coscos;cos;)(,cos;)sincos(;cos)cos1(;cos;cos177654411321ttUutUutUutmtUuttmUutUutUucLLcrrrfccmcc;)cos(3);

25、coscos (2);cos)cos1(1)321tUuttUuttmUucococo;coscos (7);cos)cos1(6);)sincos(5);cos (4)1716514ttUuttmUutmtUutUuIoIofIoo;)cos(3);coscos (2);cos)cos1(1)321tUuttUuttmUucococo;)cos(3);coscos (2);cos)cos1(1)321tUuttUuttmUucococo;coscos (7);cos)cos1(6);)sincos(5);cos (4)1716514ttUuttmUutmtUutUuIoIofIoo;cosc

26、os (7);cos)cos1(6);)sincos(5);cos (4)1716514ttUuttmUutmtUutUuIoIofIoo;coscos (7);cos)cos1(6);)sincos(5);cos (4)1716514ttUuttmUutmtUutUuIoIofIoo第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频33(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

27、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=U7cos1tcosct,u=Urcosrt,低通滤波器，低通滤波器，BF；第二十一讲第二十一讲 混频电路混频电路5/13/2023 5:53 AM第7章 混 频34(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：

28、uI=u4,u=uL=u6,H(j)为带通为带通滤波器，滤波器，f0=fI=fL-fc,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=fL-fc,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=fL-fc,B2F。