高頻電子技術(shù)

第5章頻率變換與混頻電路5.1概述在現(xiàn)代通信系統(tǒng)和各種電子設(shè)備中，根據(jù)信號(hào)傳輸和處理的需要，普遍采用振幅調(diào)制與解調(diào)、頻率調(diào)制與解調(diào)、混頻、倍頻等電路，這些電路有一個(gè)共同特征，就是在輸出信號(hào)中，產(chǎn)生了原輸入信號(hào)所沒有的新的頻率分量。這些電路都屬于頻率變換電路。頻率變換電路的種類很多，1、線性頻譜變換電路線性頻譜變換的特點(diǎn)是在頻率變換過程中，頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，輸出信號(hào)頻譜只是輸入信號(hào)頻譜沿頻率軸上進(jìn)行不失真的簡單搬移，調(diào)幅、變頻和檢波等均屬于這類電路。2、非線性頻譜變換電路非線性頻譜變換的特點(diǎn)是輸出信號(hào)頻譜和輸入信號(hào)頻譜不再是簡單的線性關(guān)系，而是較復(fù)雜的非線性關(guān)系，調(diào)頻、調(diào)相、鑒頻和鑒相等電路都屬于這類電路。頻率變換功能由非線性元器件產(chǎn)生在高頻電子線路中常用非線性元器件有非線性電阻和非線性電容。各種晶體二極管、三極管及場效應(yīng)管都是非線性電阻器件，它們與線性電阻的區(qū)別在于其伏安特性是非線性的。變?nèi)荻O管是一種常用非線性電容器件，其C-u曲線是非線性的?，F(xiàn)在廣泛使用的頻率變換非線性器件是集成模擬乘法器，它是由集成電路內(nèi)部的差分對(duì)晶體管構(gòu)成的。混頻是一種頻率變換過程，是將信號(hào)從某一頻率（或頻段）變換為另一頻率（或頻段）的頻譜線性搬移過程，顯然，混頻器也是一種非線性電路。本章首先介紹非線性元器件的基本特性及其分析方法，然后介紹廣泛應(yīng)用于超外差接收機(jī)、頻率合成器等電路中的混頻器的工作原理5.2.1非線性元器件的特性1、非線性無器件有多種不同含義的參數(shù)：直流電阻非線性電阻：R=UQ/IQ交流電阻：r=

Ui工作點(diǎn)不同，直流電阻與交流電阻都不同的2、非線性元器件不滿足疊加原理3、當(dāng)不同的頻率分量的信號(hào)作用在非線性元器件上面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量的信號(hào)5.3模擬乘法器前面介紹了二極管、三極管等非線性器件的特性，它們都可用于頻率變換。隨著集成電路的發(fā)展，模擬集成乘法器已成為一種普遍應(yīng)用的非線性模擬電路，模擬集成乘法器用于頻率變換有比分立器件更好的特性，廣泛地應(yīng)用于無線電廣播、電視、通信設(shè)備的有關(guān)電路。本節(jié)簡要介紹模擬乘法器的電路組成、工作原理和分析方法。圖5-8模擬乘法器的電路符號(hào)

圖5-9模擬乘法器的工作象限5.3.2集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)模擬相乘的方法很多，有對(duì)數(shù)一反對(duì)數(shù)相乘法、四分之二平方相乘法、三角波平均相乘法、時(shí)間分割相乘法、霍爾效應(yīng)相乘法、環(huán)形二極管相乘法和變跨導(dǎo)相乘法等。其中，變跨導(dǎo)相乘法采用差分電路，它的交流饋通效應(yīng)小，溫度穩(wěn)定性好，運(yùn)算精度高，速度快，成本低，便于集成化，因而得到廣泛應(yīng)用。目前單片模擬集成乘法器大多采用變跨導(dǎo)相乘器。1.變跨導(dǎo)模擬乘法器的組成和工作原理變跨導(dǎo)模擬乘法器的基本電路是帶恒流源的差分放大電路，圖5-10是帶恒流源的差分放大電路原理圖。圖5-10帶恒流源的差分放大電路圖5-11變跨導(dǎo)乘法器的基本電路圖5-12雙平衡乘法器原理圖2.常用集成模擬乘法器雙平衡模擬乘法器能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入信號(hào)的四象限相乘，而且頻率特性較好，所以廣泛應(yīng)用于集成乘法器中:國產(chǎn)XFC1596、CF1496/1596（國外產(chǎn)品MC1496/1596）國產(chǎn)BG314、CF1595、FZ4國外產(chǎn)品MCl495／1595、LMl495／1595。模擬乘法器不僅可應(yīng)用于模擬運(yùn)算電路中，而且廣泛應(yīng)用于無線電通信領(lǐng)域，通信系統(tǒng)中的模擬信號(hào)處理大都可歸結(jié)為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過程，因而可以使用通用模擬集成乘法器來完成，例如調(diào)制、解調(diào)、變頻和倍頻等非線性功能及實(shí)現(xiàn)AGC控制和壓控振蕩。采用模擬乘法器來實(shí)現(xiàn)這些功能，電路簡單，性能優(yōu)越而且穩(wěn)定，調(diào)整方便，利于設(shè)備的小型化。圖5-稅13委XF鋼C-黑15狀96內(nèi)部掛電路坊圖5.駝4混頻幅電路混頻歲就是攪將高條頻已怎調(diào)波孟信號(hào)感變換厭成另欲外一缸個(gè)頻類率，滅而保涼持調(diào)宣制規(guī)脈律不積變，襯具有充這種效功能銷的電密路稱登混頻葬電路釋。1.概述混頻礙電路腎的功來能：艱將載倘頻為fs的已調(diào)汪信號(hào)婆不失除真地方變換今為載沿頻為fI（固定閱中頻懼）的爭已調(diào)憲信號(hào)霞，而蹄保持釋原調(diào)餃制規(guī)箏律不跪變。如超炊外差揭式調(diào)摧幅收匹音機(jī)激中的校混頻袋電路巷是將對(duì)載頻雄為高痰頻fs的已調(diào)志信號(hào)us變換密為以隨固定妥中頻fI=4狗65鑒kH瞇z為載犧頻的播已調(diào)勵(lì)信號(hào)uI（如下紫圖所糟示）愁，再退進(jìn)行忙放大難以及潔檢波夢，可境以提廟高收守音機(jī)施的靈跌敏度四和鄰?fù)岬赖挠x擇齊性。典型稈的系西統(tǒng)中扔頻：快調(diào)幅痛廣播些：46夾5k承Hz；調(diào)頻肥廣播遺：10寨.7送MH禍z;電視腰：38谷MH額z;衛(wèi)星逆：70腸MH瀉z-紀(jì)14動(dòng)0M削Hz。混頻冰前的西高頻伴調(diào)幅戶波混頻肢后的享中頻掘調(diào)幅湖波5.察4混頻旦電路混頻禿器的摧組成桃：由弊非線普性器紐奉件和誦帶通聲濾波充器組倡成，辮通常聯(lián)還包絮括本俊地振蜂蕩器房誠。如謀右圖施所示盤。頻率落變換榮的實(shí)絮現(xiàn)：嶺由非注線性器件灰組成辦線性成時(shí)變避電路壩，滿痕足：UL右>>稀US，經(jīng)喂過頻來率變按換，降通過帶通憲濾波李器，隆得到遞兩輸黑入信承號(hào)的差頻氣或和形頻，縣其中針載頻濤變化撈為：頻譜坡的變掌化如薄下圖澡所示悲，從縮慧中可波以看蔥出混低頻器專是一嶼種頻熄譜線賺性搬待移電廳路。2.混頻撇器的遼主要悶性能上指標(biāo)混頻野增益混頻些電壓眾增益Auc：混頻宴器輸揚(yáng)出的說中頻悉電壓考振幅量與輸搖入的榜高頻害電壓攻振幅鋤之比哨。常跌用分出貝表景示，蛇即：混頻吩功率飯?jiān)鲆鍭pc：混頻拔器輸音出的殘中頻永信號(hào)算功率羅與輸克入的另高頻稠信號(hào)雀功率存之比宰。常肢用分杠貝表予示，怨即：混頻呈增益寒越大吩，接技收機(jī)姿靈敏躺度越姥高，婚但混酒頻干知擾將祝增大兵。2.失真冷與干展擾如果監(jiān)混頻員器輸隔出中貢頻信浸號(hào)的鍋頻譜蕩結(jié)構(gòu)本和輸賢入信屬號(hào)的料頻譜君結(jié)構(gòu)疏不同咐，則僚表示璃產(chǎn)生自了失珠真?？创送鈮?，在汗混頻部過程爪中，剪還會(huì)責(zé)產(chǎn)生剃大量脾不需攔要的裙組合研頻率靜成分挨，形粱成干養(yǎng)擾，度影響超接收立機(jī)的熔正常散工作形。所恢以混言頻器算不應(yīng)魯工作攏在非敲線性傾過于僑嚴(yán)重寒的區(qū)終域，哪以既預(yù)能完疏成頻嫌率變復(fù)換，瞞又能紀(jì)達(dá)到討減少源各種亞組合避頻率樸干擾劫為目腰的。另外喂，混殖頻器償?shù)闹鞅家感袠?biāo)還盒有選挑擇性垃、噪恐聲系規(guī)數(shù)等瘋，這玻里不勒再一搭一說還明。5.陷4.緩2混頻倍電路混頻寬電路堵種類第很多斑，在歌這里筑只介窗紹常慌用的平集成鍬模擬貢乘法僚器混然頻器盜、二殃極管回混頻靈器和去晶體納管混單頻器六。1.集成冊(cè)模擬敵乘法綠器混炒頻器混頻徒器是換頻譜許搬移割電路風(fēng)，可爽用集供成模羽擬乘爽法器鹿來實(shí)急現(xiàn)。哥典型胃的單牧片集君成模桿擬乘辮法器數(shù)有Mo媽to錘ro頁la公司復(fù)生產(chǎn)掩的MC耳15凳96、MC順15抗95。圖5-仿16灶M纖C1炮59看6組成云的混群頻電僅路已調(diào)家波信側(cè)號(hào)由X通道臟（1、4腳）桃輸入廳，本必振信伴號(hào)由Y通道晝（8、10腳）幻玉輸入吸，中倦頻信閘號(hào)（9M擺Hz）由6腳單點(diǎn)端輸詢出。暑輸出穿端型均帶通乏濾波乖器調(diào)柜諧在9M隸Hz，回頸路帶嚴(yán)寬45響0k座Hz。本境振注弟入電企平為10榆0m好V，號(hào)梅電壓獵在5～7.挺5m泥V之間板，混梢頻增爸益達(dá)13奪dB。調(diào)50欣kΩ電位終器使1、2腳直廈流電榜位差用為零漫。2）二臥極管居混頻礎(chǔ)器在高抵質(zhì)量予通信行設(shè)備懼中以負(fù)及工瀉作頻亭率較報(bào)高時(shí),常使津用二奴極管插平衡鐘混頻擋器或捎環(huán)形勢混頻產(chǎn)器。嗽其優(yōu)測點(diǎn)是立噪聲境低、許電路僚簡單番、組陰合分救量少趁。二極磚管環(huán)盡形混閥頻器3.晶體毛管混升頻器晶體呢管混速頻器汁是利距用晶透體管牧的非垃線性預(yù)實(shí)現(xiàn)競變頻撈的電路狐形式根據(jù)仇管子逢的組或態(tài)和劈燕本振艙注入督方式夜不同削，晶稅體管田混頻介器有繡圖示擁的4種基鍛本形蝴式a、b電路外應(yīng)用券較廣脊，而c、d一般溝在工賴作頻艙率較俘高的只混頻薦電路甩中采捏用。圖5-隸20晶體咸管混倦頻器莖的原母理圖圖5-夸21收音左機(jī)的充變頻霧電路fSfIfL46雷5k境Hz圖中瘡天線是線圈瀉、、無組成偶輸入淋回路盡，調(diào)播諧在約信號(hào)掘載頻籌上，捕選出塔所需伐的電吩臺(tái)信扛號(hào)，清經(jīng)變壘壓器班輸入悼到晶堆體管抓的基輔極。搏線圈露、和普電容腥、備、組深成振讓蕩回厘路，脫調(diào)諧盾在本悟振頻搭率上詳。本婦振電待壓經(jīng)軟注入梢到晶卡體管停的發(fā)諸射極劫。為鏟中頻湯變壓叼器。膏和調(diào)摩諧在梳中頻撐頻率敞上，巾它作督為晶往體管忌的負(fù)博載選嬌出中無頻信傻號(hào)，肆并經(jīng)喘輸出媽。對(duì)冬于本花振頻伍率而撲言，記、可飾看成童短路釀。5.供4.爹3混頻鞋干擾1.組合歇頻率缸干擾2.副波艙道干蜓擾(寄生豎通道喉干擾)設(shè)干燦擾信謹(jǐn)號(hào)頻沿率為fN產(chǎn)生階干擾拐嘯叫墊的信鄭號(hào)頻迅頻為:當(dāng)P=隸0恭q=直1時(shí)fs=fifs=火f濫i干擾乞嘯叫澤最強(qiáng)干擾囑最強(qiáng)么的二劫個(gè)信沒號(hào)是瓶：1.礦P漲=林0攝q鄉(xiāng)豐=燦1時(shí)fN恭=fi2.扁P揭=策1州q掌=呀1時(shí)fN鋒=fs賣+葉2fi中頻租干擾鏡像航干擾3.交叉抄調(diào)制雪干擾(交調(diào)窄干擾)4.互調(diào)績干擾當(dāng)聽射到有辯用信元號(hào)的黨同時(shí),還可劫以聽聾到干校擾電守臺(tái)的鋸聲音,當(dāng)有俊用信號(hào)失倍諧時(shí),干擾要電臺(tái)窮隨之濫消失,好象塔干擾狀信號(hào)測調(diào)制炕在有謎用信脅號(hào)載波的掠振幅糧上.多個(gè)左干擾詠信號(hào)尺同時(shí)還加到吧混頻顆器的復(fù)輸入洽端,產(chǎn)生稻組合吊頻率偵分量浴為例5.端2有一總超外紙差調(diào)拋幅收竊音機(jī)有，試稼分析輪以下份幾種墾干擾寄的性蜜質(zhì)。(1技)當(dāng)收貸聽頻逐率fS=5平50獵kH透z的電懲臺(tái)時(shí)盛，聽軌到頻利率為14墳80她kH膏z電臺(tái)壯的干暫擾聲憑。(2機(jī))當(dāng)收揭聽頻吸率fS=1圣40虧0k葉Hz的電彎臺(tái)時(shí)類，聽石到頻雕率為70慎0k蒸Hz電臺(tái)椒的干門擾聲震。(3儉)當(dāng)收能聽到誰頻率fs=藝13塔96告KH閱Z時(shí),聽到喬嘯叫是聲解：唯（１稼）１４洲８０橋ＨＺ讀＝智（５親５０猴＋香２╳調(diào)４６攪５）腦ＨＺ為鏡羅象干健擾（２賓）當(dāng)Ｐ模＝１q遲=痕2時(shí)由fN=箏?［(1聞40晴0+倡46織5)包–斧4星65］Ｈ白Ｚ＝妻７０迫０Ｈ啟Ｚ為副胖波道毅干擾（３希）挖當(dāng)Ｐ付＝２q版=清3時(shí)融由得fs=癢3fi╳46家53隱=假13蠻95hz１３轟９６聾ＨＺ泰信號(hào)肌為組竿合頻雙率干號(hào)擾零中臉頻混毅頻后榮中頻權(quán)信號(hào)撈的頻菜率為疏零，組混頻夠后的另信號(hào)蛋已無露載波辦，其伏頻譜燙被搬滿移至技零坐討標(biāo)兩毀側(cè)，甜使已千調(diào)波辦信號(hào)認(rèn)變換霧成為婆低頻弱調(diào)制田信號(hào)賞。零遍中頻別混頻鍛可以踢很好銜地消頁除混游頻干紅擾。５．握４．擦４零殖中頻俯混頻電路飽較為懸復(fù)雜本章泊小結(jié)1.二極融管、倘晶體顯管及悼場效獎(jiǎng)晶體奶管的漲伏安嘗特性笨均是硬非線胸性的顧，所谷以可征將它膽們視薪為非暈線性勿電阻鍵元器連件。當(dāng)非線題性元警器件送具有手頻率沖變換代作用怖，可毛在輸后出端湖產(chǎn)生諷輸入喇信號(hào)翁所不敘具有爸的新和的頻聲率分啊量。2.非線獅性元近器件島的特拐性分劍析是郊建立他在函虧數(shù)逼沾近的蔬基礎(chǔ)方上，家根據(jù)傻實(shí)際供情況悅采用菜合理哪的近征似分勺析法繡。一蓬般可蜂采用窯指數(shù)勤函數(shù)倚、冪簡級(jí)數(shù)灰或折芽線函送數(shù)來延近似逐。當(dāng)肺輸入刮信號(hào)妄較小碰時(shí)，決采用青前兩明種函票數(shù)分乘析比擺較準(zhǔn)叨確；姓當(dāng)輸衰入信遼號(hào)較膝大時(shí)涌，采介用折術(shù)線分坑析法遷比較誰方便蟻。當(dāng)?shù)┯袃山o個(gè)信膠號(hào)同獅時(shí)輸寶入時(shí)輔，其倘中一你個(gè)信感號(hào)遠(yuǎn)趴大于吵另一典信號(hào)祥，適災(zāi)用線啄性時(shí)待變分螞析法往。3.非線獻(xiàn)性元迎器件棒輸入幟單一怒頻率魚交流牙信號(hào)錄時(shí)，俯輸出辟是輸屋入信嶺號(hào)的左各次奶諧波倡；當(dāng)因輸入晚是兩坐個(gè)不修同頻敲率的毅交流告信號(hào)扶疊加爛時(shí)，吵輸出礙是兩靜信號(hào)零的各勇次諧欲波的板組合嚼分量倍。實(shí)雞際頻宜率變狀換電葵路要市求的隸頻率神分量晶只是秩組合址頻率剛中的猜極少碗數(shù)，派為減挨少無結(jié)用組西合頻湊率分諒量的頃干擾慚，需常要采鈴取抑