四川信息职业技术学院文本变频电路_高频电子技术项目四.doc_大学文库

四川信息职业技求学乾《高颜电手技本》籍品贵源共享漂上式表明，：中含有无限多个组合规率分量人±明±W|(p,g=0l,2…） 4-4-2 其中含有差频1一（及和频上+的频率成分p,,如果滤波器为中心频率等于厂=一厂的带通滤被器，则它将选出差颠威分，同时滤除其它成分，于是就得到变顿所周要的中频成分，若幸线性器件特性的幂级数展开式只取前三项，则差频（成者和频）分量是由丛和 ,的相乘项产生的，不难得到电流/中的中類分量 i =aU U cos(o -0.N=aU.U coso 44-3 应该指出，在实际应用时也可能取/中的和颜成分（这时带通滤波器的中心顿率为厂=厂+厂，即把输入高疑信号变为顿率更高的高中频信号，在频讲上也就是把输入高顿信号的颜请从高频位置搬到高中頓位置。一般情况下，取山和的差颜作为中顿（低中類）。在中颜采用差顿时，一般都取本振频率美高于信号频率，以减小本地振药器的波段履盖系数，使其振幅稳定。上述分析是恭于4，为正弦被的情况，如果其，()=U+:,0s)s1,即头为调幅液，分析的结果是相同的。若带通滤波器的中心频率为厂一厂一厂，通带宽度为2F,则输出的中频电流 i =aU U(1+m,cosS)cos(o -o y=aU U(1+m cos)cosof 即6为中顾博畅被，其包络形状与输入信号以的色络相同：不难看出。变频与调幅有相类似之处，它们都是输入两个不同频率的信号（设变规输入为单類正弦信号)，输出信号中都包含了两个信号的差频及和频在内的组合频率成分。但是，它们也有各自不阿的特点：调幅的两个输入信号频率相差很大低A则和频F与差频F(也饺是上，下边频) 相距根近，很容易用滤波器将它们月时取出：而变领的两个输入信号颜率无、无都是高顿，相对面言它们相差不大。则和频厂+厂与差规厂一厂相差较大，便于用中類滤波卷款出其中一个分量。 3.变频播的主要技术指标 (1)变频增益变顿电压增益A:定义为变频器中频输出电压振幅山。与高颜输入信号电压振幅以，之比，即 A=20g U(dB) U 4-4- 变频功率增益A为输出中類信号功率B与输入高频信号功率R之比，即 4=10e2(d) (445 变频增盒越大，接收机的灵敏度就高，但太大将使非线性干扰也大 (2)失真和干状变顿器的失真有领率失真和非线性失真。除北之外，还会产生各种半线性干扰。如组合颜率、交义调制和互相测制等干扰，在后面的内容中将详细时论。所以，对混频墨不仅要求规率特性好，面且还要求变顿器工作在非线性不太严重的区城，使之既能完成顿率变换，又能抑制各种干扰。 www.scite.com.cn 3/12 《高频电子技术》精品魔题共享果建设项目组

www.scitc.com.cn 3 / 12 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课上式表明，i 中含有无限多个组合频率分量 | | k pfl qfc f =   （ p，q = 0，1，2， ） (4-4-2) 其中含有差频 L c f − f 及和频 L c f + f 的频率成分(p，q=1)，如果滤波器为中心频率等于 I f ( I L c f = f − f )的带通滤波器，则它将选出差频成分，同时滤除其它成分，于是就得到变频所需要的中频成分。若非线性器件特性的幂级数展开式只取前三项，则差频（或者和频）分量是由 us 和 ul的相乘项产生的，不难得到电流 i 中的中频分量 i U U t U U t I  sm lm L c  sm Lm I cos( ) cos = 2 − = 2 (4-4-3) 应该指出，在实际应用时也可能取 i 中的和频成分（这时带通滤波器的中心频率为 I L c f = f + f ，即把输入高频信号变为频率更高的高中频信号，在频谱上也就是把输入高频信号的频谱从高频位置搬到高中频位置。一般情况下，取 us 和 uL的差频作为中频（低中频）。在中频采用差频时，一般都取本振频率 fL高于信号频率 fc，以减小本地振荡器的波段覆盖系数，使其振幅稳定。上述分析是基于 us 为正弦波的情况，如果 u t U m t t s sm a c ( ) = (1+ cos )cos ，即 us 为调幅波，分析的结果是相同的。若带通滤波器的中心频率为 I L c f = f − f ，通带宽度为 2F，则输出的中频电流 i U U m t t U U m t t I  sm Lm a L c  sm Lm a I (1 cos )cos( ) (1 cos )cos = 2 +  − = 2 +  即 iI为中频调幅波，其包络形状与输入信号 us 的包络相同。不难看出，变频与调幅有相类似之处：它们都是输入两个不同频率的信号（设变频输入为单频正弦信号），输出信号中都包含了两个信号的差频及和频在内的组合频率成分。但是，它们也有各自不同的特点：调幅的两个输入信号频率相差很大(fc>>F)则和频 fc+F 与差频 fc-F（也就是上、下边频）相距很近，很容易用滤波器将它们同时取出；而变频的两个输入信号频率 fL、fc 都是高频，相对而言它们相差不大，则和频 L c f + f 与差频 L c f − f 相差较大，便于用中频滤波器取出其中一个分量。 3．变频器的主要技术指标 (1)变频增益变频电压增益 Auc定义为变频器中频输出电压振幅 Uim与高频输入信号电压振幅 Usm之比，即 20lg (dB) U U A sm im uc = (4-4-4) 变频功率增益 Apc为输出中频信号功率 Pi与输入高频信号功率 Ps 之比，即 10lg (dB) P P A s i pc = (4-4-5) 变频增益越大，接收机的灵敏度就高，但太大将使非线性干扰也大。 (2)失真和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等干扰，在后面的内容中将详细讨论。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

www.scitc.com.cn 4 / 12 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课二、混频电路混频电路的种类很多，这里将介绍常用的模拟相乘混频器、二极管环形混频器和三极管混频器。 1．模拟相乘混频器 Y X K XY M u u s u L Z BPF uI 本地振荡器图 4-4-3 模拟相乘混频器电路模拟相乘混频器电路如图 4-4-3 所示。设输入调幅波 u U m t t s sm a c = (1+ cos )cos ，本振信号 u u t L Lm L = cos ，则乘法器的输出电压 K U U m t t u t K u t u t K U U m t t M s m Lm a L c z M s L M s m Lm a L c (1 cos ) cos( ) 2 1 (1 cos ) cos( ) 2 1 ( ) ( ) ( )     + +  − = = +  + (4-4-6) 经中心频率为 fi，带宽为 2F 的带通滤波器滤波后，得 u t K U U m t t U m t t o M s m Lm a L c a I (1 cos ) cos( ) (1 cos ) cos 2 1 ( ) = +  − = Im +  (4-4-7) 式中，U KMUsmULm 2 1 Im = ，I =L −c 2．二极管环形混频器我们知道，二极管组成的平衡电路和环形电路可用于调幅和检波，它们本质上都是实现两个信号的相乘。因此，这两种电路也可用于混频，于是就得到二极管平衡混频器和二极管环形混频器。下面介绍二极管环形混频器，其电路如图 4-4-4 所示。 V V V V R u is 输入信号 us 2:1 2:1 i D 1 D 2 D 4 D 3 3 o L 1:2 1:2 us L u L u i4 i1 i i2 本振信号uL (t) 图 4-4-4 二极管环形混频器二极管环形混频器的工作原理与二极管环形调幅电路一致，只不过用 us、ul分别代替了 uΩ、uc。因此，在分析环形混频时，可直接引用环形混频器的分析结果。在实际运用时经常用到大本振、小输入的情况（ ULm Usm ），本振电压对二极管的工作起着导通和截止的开关作用，此时图 4-4-4 所示电路就为开关混频器。uo 中的组合频率分量为（2p±1）fl±fc，组合频率大大减小，干扰也就大大减小。若图 4-4-4 中输入变压器初次级匝数比为 2  1：1，当接上带通滤波器时，可得中频电压为

A四川信息职业技术学乾《高颜电子技本》拜品费源共享评 g中的基波分量gcst与输入信号电压以相乘可得 8aosa1-Uosa1-i80koda+a上+-coste-a月从上式中取出山F心，中频电流分量，得 -.cose-8U..cosof-8_U..coso (4-4-141 1 式中，ge"81 三、泥频干扰和失真由于混频墨件特性的非找性，混频器将产生各种干扰和失真。 1,干援 (1)组合频率干扰（干扰哨声）组合颜率干找是混顿器本身的组合频率中无用顿率分量所引起的干扰。对混颜器面言，作用于丰线性器件的两个信号为输入信号出所)和本叛电压“，)则非线性器件产生的组合频半分量为 f±土gW|(p,9=0l,2,…) 144-15 当有用中频为差频时，即付或付只要存在以，或，可，两种情况可能会形成干抚，即财心坊这些组合信号频率落在中频收大器的通類带内，它就与有用信号一起放大后加到检波器上。通过校被器的幸找性作用，这些信号与中频信号发生差拍检波，产生音频。在扬声器中以响叫的形式出现，故这种干扰称为组合顿率干扰或干扰晴声。 (2)副波道干扰（寄生通通干扰）制波道干扰是由于接收机前瑞选释性不好，外界干扰信号窜入面引起的干扰。 ①中频干扰当干扰领率等于或接近于接收机中顾时，如果接收机前璃电路的选择性不够好，干扰电压一旦漏到混频器的输入端，混频器对这种干找相当于一级中频做大器，改大器的骑导为9们中的9® 从而将干找收大，并顺利地通过其后各领电路。就会在检波器中与中频信号发生差拍检被，产生音频喃叫，形成干扰。 ②镜像干扰设混顿器中五，当外米干扰频率项+场时，，与味共同作用在混频图输入端，也会产生差频：从而在接牧机输出端听到干扰电台的声音，如图448所示。由于组合频率干扰和刚波道干扰都是的号顿率无或干扰频率五与本振频率无经过混领的非线性变换后，产生接近中频斯的分量而引起的。因此这类干找是混顿器特有的。图4-4-8镜像干线 www.scitc.com.cn 7/12 《高频电子技术》精品宽源共享课建设项目组

www.scitc.com.cn 7 / 12 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课 gm(t)中的基波分量 gm1cosωLt 与输入信号电压 us 相乘可得 g t U t g U  ( )t ( )t m L s m c = m s m L +c + L −c  cos cos 2 1 cos cos 1 1 从上式中取出 ωI=ωL-ωc中频电流分量，得 i I t g U t g U t I L m sm I mc sm I cos cos 2 1 cos = Im = 1 = (4-4-14) 式中， 1 2 1 gmc = gm 。三、混频干扰和失真由于混频器件特性的非线性，混频器将产生各种干扰和失真。 1．干扰 (1)组合频率干扰（干扰哨声）组合频率干扰是混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干扰。对混频器而言，作用于非线性器件的两个信号为输入信号 us (fc )和本振电压 uL (f L )，则非线性器件产生的组合频率分量为 | | k pfL qfc f =   （ p，q = 0，1，2， ） (4-4-15) 当有用中频为差频时，即 f I =f L -fc 或 f I =f c -f L，只要存在 pfL -qf c =f I或 qf c -pfL =f I两种情况可能会形成干扰，即 pfL -qf c ≈±f I，这些组合信号频率落在中频放大器的通频带内，它就与有用信号一起放大后加到检波器上。通过检波器的非线性作用，这些信号与中频信号发生差拍检波，产生音频，在扬声器中以哨叫的形式出现，故这种干扰称为组合频率干扰或干扰哨声。 (2)副波道干扰（寄生通道干扰）副波道干扰是由于接收机前端选择性不好，外界干扰信号窜入而引起的干扰。 ①中频干扰当干扰频率等于或接近于接收机中频时，如果接收机前端电路的选择性不够好，干扰电压一旦漏到混频器的输入端，混频器对这种干扰相当于一级(中频)放大器，放大器的跨导为 gm (t)中的 gm0，从而将干扰放大，并顺利地通过其后各级电路，就会在检波器中与中频信号发生差拍检波，产生音频哨叫，形成干扰。 ②镜像干扰设混频器中 fL >fc，当外来干扰频率 fn=fL+fI时，un 与 uL共同作用在混频器输入端，也会产生差频 fn-fL=fI，从而在接收机输出端听到干扰电台的声音，如图 4-4-8 所示。由于组合频率干扰和副波道干扰都是信号频率 fc或干扰频率 fn 与本振频率 fL经过混频的非线性变换后，产生接近中频 fI的分量而引起的，因此这类干扰是混频器特有的。 f c f L f n f I f I 图 4-4-8 镜像干扰

回川信息职业技孝李院《高频电子技术》将品贵源共享课要抑制中频干扰和镜像干扰，必须提高混频器前端电路的选择性。 2.失真 (1)交叉失真当有用信号和干扰信号同时作用在漫领器的输入端时，由于混须器的非线性作用，使输出中颜信号的包络上叠如有干优电压的包络，迹成有用信号的失真，这种现象称为交叉调制失真。交叉调制失真是由于非找性特性中的三次以上的非找性项产生的，并且与干抚电压的银幅平方成正比，而与频率无关。其特点是，在有用信号存在时，有干扰电压的包络存在，一旦有用信号消失。干扰电压的包络也随之消失。抑制交义失真的情庙是：提高混頓器前级的选择性，尽量减小干扰信号：透择合适的器件和合适的工作状态，使混顿器的半线性高次方项尽可脆小：采用抗干扰能力较强的平衡混须器和模叛乘法器混顿电路。 (2)互调失真当混频器输入端有两个干扰电压同时作用时，由于混频器的非线性，这两个干扰电压与本振电压相互作用，会产生接近中频的组合规率分量，并能通过中规收大器，在输出瑞形成干找信号，互调失真也是由器件特性的幂级数展开式中三次或更高次项产生的，其两个干扰顿率和信号顿率存在一定的关系，所以它不同于交调失真。例如，当接到2.4M世的有用信号时，须率为1.5M 和0.9M比的两个电台（此时它们为干扰信号）因接收机前端电路选择性不好也进入混顿器的输入喝，它们的和顿也为2.4MHz,从而产生互调失真。 3.减小干扰和失真的情施缘上所述，根据混坝器干扰和失真产生的原因。可以得到下述的减小干扰和失真的措施， ()混频器的干扰和失真程度与干扰信号的大小有关，因此提高混频器前端电路的透拼性（如天线回路和高政级的选择性)，可有效地截小干扰和失真的影响。 2采用高中领，则镜像领率、中颜顾半和某些别波道干扰的顿率离开有用信号频率很运，混领器前端电溶很容易将它们滤障，故可基本上种制镜像干找、中频干找和某线刚液道干扰。因此。在近代短被通信接收机中。广泛采用高中顾，同时混颠后的中颜政大器，相应采用品体滤波器作为它的中频滤波网洛。以克服高中频带来的选择性差的缺点。 3到适当诚小混频器有用信号的幅度。以减小组合频率干拢和包络失真。但是，若有用信号幅度太小，则影响电路的信噪比，因此选择时要慎重。 ()选择模拟乘法器和场效应管作为混颜器件，可减小输出的阻合颜率数目，并消除其特性中的三次或更高次丰线性项。可有效地减小或种制干扰和失真：或者合理选释混频管的工作点，使其主要工作在器件特性的二次方区域，也可诚小干扰和失真。应该指出，这种办法不能减小中频干找和镜像干扰。 ⑤采用平衡混频器、环形混频器和开关混频器，威让混類管工作在线性时变状态，可大大减小组合频率分量，也就减小了干扰和失真。 www.scitc.com.cn 8/12 《高频电子技术》精品赏源共享课建设项目组

www.scitc.com.cn 8 / 12 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课要抑制中频干扰和镜像干扰，必须提高混频器前端电路的选择性。 2．失真 (1)交叉失真当有用信号和干扰信号同时作用在混频器的输入端时，由于混频器的非线性作用，使输出中频信号的包络上叠加有干扰电压的包络，造成有用信号的失真，这种现象称为交叉调制失真。交叉调制失真是由于非线性特性中的三次以上的非线性项产生的，并且与干扰电压的振幅平方成正比，而与频率无关。其特点是，在有用信号存在时，有干扰电压的包络存在，一旦有用信号消失，干扰电压的包络也随之消失。抑制交叉失真的措施是：提高混频器前级的选择性，尽量减小干扰信号；选择合适的器件和合适的工作状态，使混频器的非线性高次方项尽可能小；采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟乘法器混频电路。 (2)互调失真当混频器输入端有两个干扰电压同时作用时，由于混频器的非线性，这两个干扰电压与本振电压相互作用，会产生接近中频的组合频率分量，并能通过中频放大器，在输出端形成干扰信号。互调失真也是由器件特性的幂级数展开式中三次或更高次项产生的，其两个干扰频率和信号频率存在一定的关系，所以它不同于交调失真。例如，当接到 2.4MHz 的有用信号时，频率为 1.5MHz 和 0.9MHz 的两个电台(此时它们为干扰信号)因接收机前端电路选择性不好也进入混频器的输入端，它们的和频也为 2.4MHz，从而产生互调失真。 3．减小干扰和失真的措施综上所述，根据混频器干扰和失真产生的原因，可以得到下述的减小干扰和失真的措施。 (1)混频器的干扰和失真程度与干扰信号的大小有关，因此提高混频器前端电路的选择性（如天线回路和高放级的选择性），可有效地减小干扰和失真的影响。 (2)采用高中频，则镜像频率、中频频率和某些副波道干扰的频率离开有用信号频率很远，混频器前端电路很容易将它们滤除，故可基本上抑制镜像干扰、中频干扰和某些副波道干扰。因此，在近代短波通信接收机中，广泛采用高中频，同时混频后的中频放大器，相应采用晶体滤波器作为它的中频滤波网络，以克服高中频带来的选择性差的缺点。 (3)适当减小混频器有用信号的幅度，以减小组合频率干扰和包络失真。但是，若有用信号幅度太小，则影响电路的信噪比，因此选择时要慎重。 (4)选择模拟乘法器和场效应管作为混频器件，可减小输出的组合频率数目，并消除其特性中的三次或更高次非线性项，可有效地减小或抑制干扰和失真；或者合理选择混频管的工作点，使其主要工作在器件特性的二次方区域，也可减小干扰和失真。应该指出，这种办法不能减小中频干扰和镜像干扰。 (5)采用平衡混频器、环形混频器和开关混频器，或让混频管工作在线性时变状态，可大大减小组合频率分量，也就减小了干扰和失真

四川信息职业技术学院 文本 变频电路_高频电子技术项目四

四川信息职业技术学院文本变频电路_高频电子技术项目四