第13講混頻電路與倍頻器

1、第十三講第十三講 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器13.1 概述概述13.2 混頻電路混頻電路13.3 倍頻器倍頻器混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 1混頻器的功能混頻器的功能 混頻器是頻譜線性搬移電路混頻器是頻譜線性搬移電路,是一個(gè)六端網(wǎng)絡(luò)。是一個(gè)六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個(gè)輸入電壓它有兩個(gè)輸入電壓,輸入信號輸入信號us和本地振蕩信號和本地振蕩信號uL,其工作頻率分別為其工作頻率分別為fc和和fL輸出信號為輸出信號為uI,稱為中頻信稱為中頻信號號,其頻率是其頻率是fc和和fL的差頻或和頻的差頻或和頻,稱為中頻稱為中頻fI,fI=fLfc(同時(shí)也可采用諧波的差頻或和頻同時(shí)也可采用諧波的差頻或和頻)。 1

2、3.1 概述概述混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 圖13-1 混頻器的功能示意圖 混頻器ffcfLfffIus( fc )uI( fI )uL( fL )tt00000(a )(b )圖13-2 三種頻譜線性搬移功能 (a)調(diào)制(b)解調(diào)(c)混頻 0000fffcfc00ff(a)(b)ff00(c)ffffcfcfLfI 2混頻器的工作原理混頻器的工作原理 設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號us和本振電壓和本振電壓uL分別為分別為 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 這兩個(gè)信號的乘積為這兩個(gè)信號的乘積為混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器)cos()c

3、os(cos21coscoscostttUUtttUUuucLcLLsLcLsLs 圖13-3 混頻器的組成框圖 帶通濾波器usuouLuI(a)帶通濾波器非線性器件uIuouL(b)混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 圖134 混頻過程中的頻譜變換(a)本振頻譜 (b)信號頻譜 (c)輸出頻譜 (Lc)I (Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL()| 3混頻器的主要性能指標(biāo)混頻器的主要性能指標(biāo) 1) 變頻增益變頻增益 變頻電壓增益定義為變頻器中頻輸出變頻電壓增益定義為變頻器中頻輸出電壓振幅電壓振幅UI與高頻輸入信號電壓振幅與高頻輸入信號電壓振幅Us之之比

4、比,即即1vcsUKU 同樣可定義變頻功率增益為輸出中頻信同樣可定義變頻功率增益為輸出中頻信號功率號功率PI與輸入高頻信號功率與輸入高頻信號功率Ps之比之比,即即混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 2) 噪聲系數(shù) 混頻器的噪聲系數(shù)NF定義為11120lg()10lg()pcsvcspcsPKPUKdBUUKdBU 通常用分貝數(shù)表示變頻增益,有FN輸入信噪比(信號頻率) 輸出信噪比(中頻頻率) 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 3) 失真與干擾失真與干擾 變頻器的失真有頻率失真和非線性失變頻器的失真有頻率失真和非線性失真。除此之外，還會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾，真。除此之外，還會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾，如組

5、合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)制、阻塞和如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)制、阻塞和倒易混頻等干擾。所以，對混頻器不僅要求倒易混頻等干擾。所以，對混頻器不僅要求頻率特性好，而且還要求變頻器工作在非線頻率特性好，而且還要求變頻器工作在非線性不太嚴(yán)重的區(qū)域，使之既能完成頻率變換性不太嚴(yán)重的區(qū)域，使之既能完成頻率變換,又能抑制各種干擾。又能抑制各種干擾?；祛l電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 4)變頻壓縮變頻壓縮(抑制抑制) 在混頻器中，輸出與輸入信號幅度應(yīng)在混頻器中，輸出與輸入信號幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實(shí)際上，由于非線性器件的成線性關(guān)系。實(shí)際上，由于非線性器件的限制，當(dāng)輸入信號增加到一定程度時(shí)，中限制，當(dāng)輸入信號增加到

6、一定程度時(shí)，中頻輸出信號的幅度與輸入不再成線性關(guān)系，頻輸出信號的幅度與輸入不再成線性關(guān)系，如圖如圖115所示。所示。 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 圖115 混頻器輸入、輸出電平的關(guān)系曲線 中頻輸出電平/dB3dB3dB 壓縮電 平輸入電平/dB混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 5) 選擇性選擇性 混頻器的中頻輸出應(yīng)該只有所要接收混頻器的中頻輸出應(yīng)該只有所要接收的有用信號的有用信號(反映為中頻反映為中頻,即即fI=fL-fc)，而不，而不應(yīng)該有其它不需要的干擾信號。但在混頻應(yīng)該有其它不需要的干擾信號。但在混頻器的輸出中，由于各種原因，總會(huì)混雜很器的輸出中，由于各種原因，總會(huì)混雜很多與中頻頻

7、率接近的干擾信號。多與中頻頻率接近的干擾信號。 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器13.2 混頻電路混頻電路 1晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 圖13-6 晶體三極管混頻器原理電路 f0 fIEcEbuLusic混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器00012( )( )( ) (coscos2)CcmscmmLmLsiItg t uItggt gtu經(jīng)集電極諧振回路濾波后經(jīng)集電極諧振回路濾波后,得到中頻電流得到中頻電流iI111111111cos()cos22coscosmsLcmsCsig Utg Utg UtIt混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 變頻跨導(dǎo)變頻跨導(dǎo)gC=gm12,gm1只與晶體管

8、特性、只與晶體管特性、直流工作點(diǎn)及本振電壓直流工作點(diǎn)及本振電壓UL有關(guān)有關(guān),與與Us無關(guān)無關(guān),故故變頻跨導(dǎo)變頻跨導(dǎo)gC亦有上述性質(zhì)。亦有上述性質(zhì)。Cg 輸出中頻電流振幅輸出中頻電流振幅 輸入高頻電壓振幅輸入高頻電壓振幅 1112msIgU111( )cos11( )cos22mmLLCmmLLggtdtgggtdt混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器圖13-7 混頻器本振注入方式 usuL(a)usuL(b)CLusuL(c)混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 2二極管混頻電路二極管混頻電路 輸入信號輸入信號us為已調(diào)信號；本振電壓為為已調(diào)信號；本振電壓為uL,有有ULUs,大信號工作。大信號工作。

9、圖13-8 二極管平衡混頻器usUIfsfIuL混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 圖13-9 中波AM收音機(jī)的變頻電路 圖13-10 FM收音機(jī)變頻電路 二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器圖13-13 環(huán)型混頻器的原理電路 usuLi2iii1i3i4iiUI混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器13.3 倍頻器倍頻器 13.3.1倍頻原理及用途倍頻原理及用途 倍頻電路輸出信號的頻率是輸入信號頻率倍頻電路輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數(shù)倍的整數(shù)倍, 即倍頻電路可以成倍數(shù)地把信號頻譜即倍頻電路可以成倍數(shù)地把信號頻譜搬移到更高的頻段。所以搬移到更高的頻段。所以, 倍頻電路也是一種線倍頻電路也是一種線性頻

10、率變換電路。性頻率變換電路。 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器實(shí)現(xiàn)倍頻的原理有以下幾種：實(shí)現(xiàn)倍頻的原理有以下幾種： 利用晶體管等非線性器件產(chǎn)生輸入信號頻利用晶體管等非線性器件產(chǎn)生輸入信號頻率的各次諧波分量率的各次諧波分量, 然后用調(diào)諧于然后用調(diào)諧于n次諧波的次諧波的帶通濾波器取出帶通濾波器取出n倍頻信號。倍頻信號。 將輸入信號同時(shí)輸入模擬乘法器的兩個(gè)輸將輸入信號同時(shí)輸入模擬乘法器的兩個(gè)輸入端進(jìn)行自身線性相乘入端進(jìn)行自身線性相乘, 則乘法器輸出交流分則乘法器輸出交流分量就是輸入的二倍頻信號。量就是輸入的二倍頻信號。 利用鎖相倍頻方式進(jìn)行倍頻。利用鎖相倍頻方式進(jìn)行倍頻?；祛l電路與倍頻器混頻電路與倍

11、頻器 倍頻電路在通信系統(tǒng)及其它電子系統(tǒng)里倍頻電路在通信系統(tǒng)及其它電子系統(tǒng)里均有廣泛的應(yīng)用。均有廣泛的應(yīng)用。 對振蕩器輸出進(jìn)行倍頻對振蕩器輸出進(jìn)行倍頻, 得到更高的得到更高的所需振蕩頻率。所需振蕩頻率。 這樣這樣, 一則可以降低主振的一則可以降低主振的振蕩頻率振蕩頻率, 有利于提高頻率穩(wěn)定度有利于提高頻率穩(wěn)定度; 二則可以二則可以大大提高晶振的實(shí)際輸出頻率大大提高晶振的實(shí)際輸出頻率, 因?yàn)榫w受因?yàn)榫w受條件的限制不可能做到很高頻率。條件的限制不可能做到很高頻率?；祛l電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 在調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)里使用倍頻電路和混在調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)里使用倍頻電路和混頻電路可以擴(kuò)展調(diào)頻信號的最大線性頻偏

12、。頻電路可以擴(kuò)展調(diào)頻信號的最大線性頻偏。 采用幾個(gè)不同的倍頻電路對同一個(gè)振采用幾個(gè)不同的倍頻電路對同一個(gè)振蕩器輸出進(jìn)行倍頻蕩器輸出進(jìn)行倍頻, 可以得到幾個(gè)不同頻率的可以得到幾個(gè)不同頻率的輸出信號。輸出信號。 在頻率合成器里在頻率合成器里, 倍頻電路是不可缺倍頻電路是不可缺少的組成部分。少的組成部分?；祛l電路與倍頻器混頻電路與倍頻器 13.3.2 晶體管倍頻器晶體管倍頻器 晶體管倍頻器的電路結(jié)構(gòu)與晶體管丙類晶體管倍頻器的電路結(jié)構(gòu)與晶體管丙類諧振功率放大器基本相同諧振功率放大器基本相同, 區(qū)別在于后者諧振區(qū)別在于后者諧振回路的中心頻率與輸入信號中心頻率相同回路的中心頻率與輸入信號中心頻率相同, 而

13、而前者諧振回路的中心頻率調(diào)諧為輸入信號頻率前者諧振回路的中心頻率調(diào)諧為輸入信號頻率或中心頻率的或中心頻率的n倍倍, n為正整數(shù)。為正整數(shù)。 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器晶體管倍頻器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：晶體管倍頻器有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1) 倍頻數(shù)倍頻數(shù)n一般不超過一般不超過34, 且應(yīng)根據(jù)倍且應(yīng)根據(jù)倍頻數(shù)選擇最佳的導(dǎo)通角。頻數(shù)選擇最佳的導(dǎo)通角。 如需要更高次倍頻如需要更高次倍頻, 可以采用多個(gè)倍頻器級聯(lián)的方式?？梢圆捎枚鄠€(gè)倍頻器級聯(lián)的方式。 2) 必須采取良好的輸出濾波措施。必須采取良好的輸出濾波措施。 晶體管丙類工作時(shí)晶體管丙類工作時(shí), 輸出集電極電流中基輸出集電極電流中基波分量的振幅最大波分量的振幅最大, 諧波次數(shù)越高諧波次數(shù)越高, 對應(yīng)的振幅對應(yīng)的振幅越小。因此越小。因此, n倍頻器要濾除低于倍頻器要濾除低于n的各次諧波的各次諧波分量比較困難。分量比較困難。 混頻電路與倍頻器混頻電路與倍頻器可以采取以下兩個(gè)方法可以采取以下兩個(gè)方法: 提高輸出回路的有載品質(zhì)因數(shù)提高輸出回路的有載品質(zhì)因數(shù)Qe。一。一般