通信電子線路第5章模擬調(diào)幅、檢波與混頻電路.ppt

第5章模擬調(diào)幅、檢波與混頻電路,5.1 概述 5.2 振幅調(diào)制與解調(diào)原理 5.3 調(diào)幅電路 5.4 檢波電路 5.5 混頻 5.6 倍頻 5.7 實用的振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻電路,2,本章知識點及結(jié)構(gòu),振幅調(diào)制與解調(diào),調(diào)幅波的性質(zhì)（數(shù)學(xué)表達式、頻譜特征、功率）,調(diào)幅波的解調(diào)（電路，評價指標，檢波失真）,調(diào)幅波的產(chǎn)生（原理，電路，評價指標）,混頻與混頻干擾,變頻器的基本原理（數(shù)學(xué)表達式、頻譜特征）,變頻信號的產(chǎn)生（電路，評價指標）,變頻干擾（干擾種類，抑制方法）,3,5.1 概 述,回顧問題：（第一章 調(diào)制系統(tǒng)概念）,3. “調(diào)制”與“解調(diào)”的方式有哪些？,2. “調(diào)制”與“解調(diào)”的過程如何實現(xiàn)？,1. 什么是“調(diào)制”與“解調(diào)”？,4,1.“調(diào)制”與“解調(diào)”：,調(diào)制（modulation ) 解調(diào)（demodulation）,電信號通信中，實現(xiàn)低頻信號遠距離 傳輸?shù)囊环N主要方法。,5,2.“調(diào)制”與“解調(diào)”的過程:,人,飛機的參數(shù)（如重量、速度等）,控制,飛機 （載體）,載有人的飛機,調(diào)制,人,解調(diào),低頻信號,高頻信號 （載波）,載波的參數(shù)（如幅度、頻率、相位）,已調(diào)波,還原,低頻信號,裝載,卸載,6,2.“調(diào)制”與“解調(diào)”的過程：,用被傳送的低頻信號去控制高頻信號（載波）的參數(shù)（幅度、頻率、相位），實現(xiàn)低頻信號搬移到高頻段。,是調(diào)制的反過程。即：把低頻信號從高頻段搬移下來，還原被傳送的低頻信號。,調(diào)制：,解調(diào)：,3.調(diào)制的方式:,控制,調(diào)制,低頻信號,高頻信號 （載波）,載波的參數(shù),已調(diào)波,幅度調(diào)制（簡稱“調(diào)幅”，AM）,頻率調(diào)制（簡稱“調(diào)頻”，F(xiàn)M）,相位調(diào)制（簡稱“調(diào)相”，PM）,幅度,頻率,相位,角度調(diào)制,相角,按照所采用的載波波形區(qū)分，調(diào)制可分為連續(xù)波(正弦 波)調(diào)制和脈沖調(diào)制。 本課程只研究各種正弦調(diào)制方法性能和電路。 一、分類 連續(xù)波調(diào)制以單頻正弦波為載波，受控參數(shù)可以是載波 的幅度A，頻率或相位，因而有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻 （FM）和調(diào)相（PM）三種方式。 二、為什么要調(diào)制 1）在無線系統(tǒng)中，只有當(dāng)天線尺寸與電信號波長可比 擬時，電信號才能以電磁波形式有效地被輻射； 2）多路復(fù)用。,5.2 振幅調(diào)制與解調(diào)原理,5.2.1普通調(diào)幅方式（AM） 設(shè)調(diào)制信號為單音音頻信號 載波信號為 1.調(diào)幅信號的波形圖,2.調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表達式,ka是由電路決定的常數(shù)， 稱為調(diào)幅指數(shù) 或調(diào)幅度，它表征載波的振幅受調(diào)制信號控制的強弱程度， 一般0ma1。 未調(diào)幅時，ma=0；ma值越大，調(diào)幅越深，當(dāng)ma=1則達到 最大值，稱為百分之百調(diào)幅。 ma1時，包絡(luò)出現(xiàn)過零點，上下包絡(luò)不反映調(diào)制信號的 變化，稱為過調(diào)幅。,3.調(diào)幅信號的頻譜,兩點結(jié)論： 1）調(diào)制的過程是實現(xiàn)頻譜線性搬移的過程； 2）載頻仍保持調(diào)制前的頻率和幅度，因此它沒有反映 調(diào)制信號信息，只有兩個邊帶攜帶了調(diào)制信號的信息。 調(diào)幅信號的帶寬 B2F 思考題：多音調(diào)制，已調(diào)波 的頻譜寬度 B？,4.調(diào)幅波的功率,載波功率 邊頻功率（上邊頻或下邊頻） 因此，在調(diào)制信號一周期內(nèi)，調(diào)幅信號的平均功率為 因為ma1，所以邊頻功率之和最多占總輸出功率的 1/3。調(diào)幅波中至少有2/3的功率不含信息，從有效地利用發(fā) 射機功率來看，普通調(diào)幅波是很不經(jīng)濟的。,13,一般，實際中傳送的調(diào)制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續(xù)頻譜的限帶信號 。,則有,其中：,應(yīng)用例1：寫出調(diào)制信號為限帶信號的調(diào)幅波表達式,2.普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)方法,一、引言 1.疊加波調(diào)幅波 調(diào)幅波的共同之處是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量， 因此需要用非線性器件來完成頻率變換。 2.調(diào)幅的方法 1）二、三極管 2）大、小信號 3）高、低電平 高電平調(diào)幅一般置于發(fā)射機的最后一級，是在功率 電平較高的情況下進行調(diào)制。 低電平調(diào)幅一般置于發(fā)射機的前級，再由線性功率 放大器放大已調(diào)幅信號，得到所要求功率的調(diào)幅波。 4）從哪個極加入（基極、集電極、發(fā)射極調(diào)幅）,3.實現(xiàn)調(diào)幅的方框圖,普通調(diào)幅波實現(xiàn)框圖 普通調(diào)幅信號的解調(diào)方法有兩種, 即包絡(luò)檢波和同步檢波 (1)包絡(luò)檢波 利用普通調(diào)幅（AM）信號的包絡(luò)反映了調(diào)制信號波形變化這一特點, 如能將包絡(luò)提取出來, 就可以恢復(fù)原來的調(diào)制信號，這就是包絡(luò)檢波的原理。,(2) 同步檢波,同步檢波必須采用一個與發(fā)射端載波同頻同相(或固定相位差)的信號, 稱為同步信號。 同步檢波由乘法器和低通濾波器實現(xiàn),輸出信號中含有直流、 、 、 、幾個頻率分量。用低通濾波器取出直流和分量, 再去掉直流分量, 就可 恢復(fù)原調(diào)制信號。,5.2.2雙邊帶調(diào)幅方式（DSB）,為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點，提高設(shè)備的功率利 用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。 單音調(diào)制時，DSB的表達式為 其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號頻譜中最高頻率的兩 倍，即BDSB=2Fmax。,波形特點：,1）上下包絡(luò)不再反映調(diào)制信號的變化形狀； 2）在調(diào)制信號為零的兩旁，已調(diào)波的相位發(fā)生180突 變。,雙邊帶（DSB）調(diào)幅信號的產(chǎn)生與解調(diào),抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波實現(xiàn)框圖 由于雙邊帶調(diào)幅信號的包絡(luò)不能反映調(diào)制信號, 所以包絡(luò)檢波法不適用, 而同步檢波是進行雙邊帶調(diào)幅信號解調(diào)的主要方法。與普通調(diào)幅信號同步檢波不同之處在于, 乘法器輸出頻率分量有所減少。,5.2.3抑制載波單邊帶調(diào)幅,在DSB中，上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有相同的信息，可以只發(fā)送單個邊帶信號，稱為單邊帶通（SSB）。 由 通過邊帶濾波器后，可得上邊帶或下邊帶： 下邊帶信號 上邊帶信號 其頻帶寬度BSSB=Fmax。,5.2.3單邊帶調(diào)幅方式,單邊帶調(diào)幅波實現(xiàn)框圖 單邊帶調(diào)幅方式是指僅發(fā)送上、下邊帶中的一個。如以發(fā)送上邊帶為例, 則單頻調(diào)制單邊帶調(diào)幅信號為： 由上式可見, 單頻調(diào)制單邊帶調(diào)幅信號是一個角頻率為 的單頻正弦波信號, 但是, 一般的單邊帶調(diào)幅信號波形卻比較復(fù)雜。不過有一點是相同的, 即單邊帶調(diào)幅信號的包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號的變化。單邊帶調(diào)幅信號的帶寬與調(diào)制信號帶寬相同, 是普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅信號帶寬的一半。,產(chǎn)生單邊帶調(diào)幅信號的方法,(1)濾波法 這種方法是根據(jù)單邊帶調(diào)幅信號的頻譜特點, 先產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅號, 再利用帶通濾波器取出其中一個邊帶信號。 這種方法對于頻譜范圍為 的一般調(diào)制信號, 如 很小, 則上、下兩個邊帶相隔很近, 用濾波器完全取出一個邊帶而濾除另一個邊帶是很困難的。,(2)相移法,種方法是基于單邊帶調(diào)幅信號的時域表達式: 由上式可知, 只要用兩個90相移器分別將調(diào)制信號和載波信號相移90, 成為 和 ，然后進行相乘和相減, 就可以實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅,顯然, 對單頻信號進行90相移比較簡單, 但是對于一個包含許多頻率分量的一般調(diào)制信號進行90相移, 要保證其中每個頻率分量都準確相移90是很困難的。,（3）相移濾波法,*濾波法的缺點在于濾波器的設(shè)計困難。若調(diào)制信號頻率范圍 為 ，則上下邊帶間隔為 。如果要求濾波器取出一個邊帶而濾除另一個邊帶, 則過渡帶寬度就是 。 *當(dāng)濾波器的過渡帶寬度固定, 則工作頻率越高, 要求衰減特性越陡峭, 實現(xiàn)越困難。 *相移法的困難在于寬帶90相移器的設(shè)計, 而單頻90相移器的設(shè)計比較簡單。 結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點而提出的相移濾波法是一種比較可行的方法, 其原理圖見下圖。,*,（4）殘留邊帶調(diào)幅方式,殘留邊帶調(diào)幅是指發(fā)送信號中包括一個完整邊帶、 載波及另一個邊帶的小部分(即殘留一小部分)。 這樣, 既比普通調(diào)幅方式節(jié)省了頻帶, 又避免了單邊帶調(diào)幅要求濾波器衰減特性陡峭的困難, 發(fā)送的載頻分量也便于接收端提取同步信號。,(a) 發(fā)送 (b) 接收 殘留邊帶調(diào)幅發(fā)送和接收濾波器幅頻特性,5.3 調(diào)幅電路,5.3.1高電平調(diào)幅電路 丙類諧振功放的調(diào)制特性分為基極調(diào)制特性和集電極調(diào)制特性兩種, 據(jù)此可以分別組成基極調(diào)幅電路和集電極調(diào)幅電路。 集電極調(diào)制特性是指固定丙類諧振功放的 和 ,當(dāng)在集電極回路工作在過壓狀態(tài)下，集電極回路輸入一個等幅高頻正弦波時, 輸出高頻正弦波的振幅 將隨集電極電源電壓的變化而變化。,集電極調(diào)幅電路原理,基極調(diào)幅電路原理,大信號基極調(diào)幅電路,1.電路 2.基本工作原理 思路： u相當(dāng)于一個緩慢變化的偏壓，使icmax按 調(diào)制信號的大小而變化，從而引起基波電流振幅Ic1m的變 化，最后使得輸出回路兩端電壓也跟隨u變化。,3.設(shè)計要求,（1）關(guān)于放大器的工作狀態(tài) 欠壓狀態(tài)，設(shè)計時應(yīng)使放大器最大工作點（調(diào)幅波幅值 最大處）處于臨界狀態(tài)。 （2）晶體管的選擇 放大器的工作狀態(tài)隨調(diào)制信號而變化，應(yīng)根據(jù)最困難條 件選管子。 ICM（Icmax）max BVceo 2Ec PCM (PC)c 載波狀態(tài)（傳送語言或音樂信息的休止 時間）集電極損耗功率,設(shè)載波狀態(tài)在調(diào)制特性的中心，則 當(dāng)調(diào)制信號為單頻正弦信號時， ，因Ec不 變，所以 由于 所以,（3）優(yōu)缺點,優(yōu)點：所需調(diào)制信號功率很?。浑娐繁容^簡單。 缺點：工作在欠壓狀態(tài)，集電極效率很低。 （4）失真波形 兩種：波谷變平、波腹變平 波谷變平 波腹變平 產(chǎn)生波谷變平的原因： 過調(diào)（即反偏壓Um過大）或激勵電壓Um過小，造成 管子在波谷處截止。,產(chǎn)生波腹變平的原因：,放大器工作在過壓狀態(tài)。激勵過強或阻抗匹配不當(dāng)都 可能造成此現(xiàn)象； 激勵功率不夠或激勵信號源內(nèi)阻過大，造成波腹處的 基波脈沖增長不上去； 管子在大電流下輸出特性不好，造成波腹處集電極電 流脈沖增長不上去。,大信號集電極調(diào)幅電路,1.電路 電路特點：1）Ecc=Ec+u，綜合電源電壓；2）R1、C1 是基極自給偏壓環(huán)節(jié)。,2.基本工作原理（著重理解各點波形）,由于放大器在載波狀態(tài)即工作 在過壓狀態(tài)，ic脈沖中心下凹。Ecc愈 小，過壓愈深，脈沖下凹愈甚。一般 是當(dāng)Ecc最大時，將放大器調(diào)整到臨界 狀態(tài)，ic脈沖不下凹。 ib的幅值變化規(guī)律與ic相反，過 壓愈深，輸入特性曲線左移愈多，ib 脈沖愈大。,3.設(shè)計要點,（1）放大器的工作狀態(tài) 最大工作點設(shè)計在臨界狀態(tài)，其余時間都處于 過壓狀態(tài)。 （2）晶體管的選擇 ICM（Icmax）max BVceo 4Ec PCM (PC)av 圖518 集電極瞬時電壓波形,集電極效率 由于調(diào)制過程中，Ucm、Ic1m、Ic0都隨Ec成正比地變化， 所以集電極效率不變。 由 得,（3）對激勵的要求,為保證過壓工作，激勵的強度應(yīng)滿足最大工作點工作在 臨界狀態(tài)。 如果激勵不足，則產(chǎn)生波腹變平的失真。 （4）對調(diào)制信號的要求 為了獲得ma=1的深度調(diào)幅，UmEc。 思考：Um過小則調(diào)制不深，過大則產(chǎn)生過調(diào)失真。集 電極調(diào)幅的過調(diào)失真波形？,原因：,這是因為Ecc0，晶體三極管進入反向工作區(qū)，原來的 集電極實際上變成了“發(fā)射極”，產(chǎn)生“發(fā)射極”電流（此 電流與原來的集電極電流方向相反），然后通過槽路而造成 過調(diào)情況下的電壓輸出。,5.3.2低電平調(diào)幅電路,模擬乘法器是低電平調(diào)幅電路的常用器件, 它不僅可以實現(xiàn)普通調(diào)幅,也可以實現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅與單邊帶調(diào)幅。既可以用單片集成模擬乘法器來組成低電平調(diào)幅電路, 也可以直接采用含有模擬乘法器部分的專用集成調(diào)幅電路。 1.單片集成模擬乘法,MC1496組成的普通調(diào)幅或雙邊帶調(diào)幅電路,由圖可知, X 通道兩輸入端、腳直流電位均為6V, 可作為載波輸入通道；Y通道兩輸入端、腳之間外接有調(diào)零電路, 可通過調(diào)節(jié)50k電位器使腳電位比腳高UY,調(diào)制信號 與直流電壓 迭加后輸入Y通道.調(diào)節(jié)電位器可改變調(diào)制指數(shù) 。輸出端、腳外應(yīng)接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器。、腳之間外接Y通道負反饋電阻。 采用前圖的電路也可以組成雙邊帶調(diào)幅電路, 區(qū)別在于調(diào)節(jié)電位器的目的是為了使Y通道、腳之間的直流電位差為零, 即Y通道輸入信號僅為交流調(diào)制信號。為了減小流經(jīng)電位器的電流, 便于調(diào)零準確, 可加大兩個750電阻的阻值, 比如各增大到10k。,5.4 檢波電路,調(diào)幅波的解調(diào)又稱為檢波。 1.性能指標 檢波效率（電壓傳輸系數(shù)） 檢波效率定義為輸出低頻電壓幅值與輸入高頻調(diào)幅波包 絡(luò)幅值之比。,檢波失真（非線性失真）,線性失真：各頻率成分的比例關(guān)系發(fā)生變化 非線性失真：產(chǎn)生新的頻率分量 輸入阻抗 檢波器的Rin是中頻放大器的負載，影響中放性能。 2.解調(diào)（檢波）：調(diào)制的逆過程 包絡(luò)檢波： 從已調(diào)波的包絡(luò)中提取調(diào)制信號，只適用普通調(diào)幅波； 同步檢波： 利用與載波同頻同相的本振信號與已調(diào)波相乘，適合 各種調(diào)幅波。,5.4.1包絡(luò)檢波電路,此電路僅對大信號： （一）工作原理 1.大信號檢波電路，利用二極管的單向?qū)щ娦院蜋z波負 載RLC的充放電作用。 特點：快充慢放 ui(t)uo(t)（導(dǎo)通），C充電，時間常數(shù)=CrD,音頻成分有用輸出；高頻濾去 直流成分隔直流電容濾去，可用于AGC（自動增益 控制電路）。當(dāng)輸入信號很大時，設(shè)法把管子發(fā)射結(jié)偏壓降 低一些。 （二）檢波效率（ ） 1.電路參數(shù)（cCRL、RL、rD）對 的影響 （1）一定RL下，cCRL（= ）大，放電變 慢， 高； （2）一定cCRL下，RL大， 充電加快， 高； （3）rD小，充電快， 高。,2.uo(t)的成分,輸入信號小，則檢波二極管rD大， 降低。 （三）輸入電阻（Rin） 輸入電阻定義為輸入高頻電壓振幅對二極管電流中基波 分量振幅的比值。 設(shè)輸入為高頻等幅信號 ,相應(yīng)輸出為直 流電壓Uo，檢波器從輸入信號源獲得的高頻功率為 經(jīng)二極管變換作用，一部分轉(zhuǎn)換為有用輸出功率 由于V的導(dǎo)通時間很短，近似認為PLPi ，而 Uo Ucm，因此,3.信號強度對 的影響,（四）檢波失真,1.割底失真 （1）不產(chǎn)生割底失真的條件 設(shè) ，則不產(chǎn)生割底失真的條件 ma愈大或檢波器交直流負載電阻比值愈小，愈容易產(chǎn)生 割底失真。,（2）改進電路,思路：減小交、直流負載電阻值的差別 常取 RL1/RL20.10.2,2.對角線失真（放電失真，惰性失真）,（1）失真原因 放電慢，包絡(luò)線下降快。 （2）不失真條件 C通過RL的放電速度大于 或等于包絡(luò)的下降速度。 （3）易產(chǎn)生對角線失真的情況 放電慢 調(diào)制深，包絡(luò)線下降快 周期短，包絡(luò)線下降快,（五）檢波器元器件選擇與設(shè)計原則,1.檢波二極管 選用正向電阻和結(jié)電容?。ɑ蜃罡吖ぷ黝l率高）的晶體 二極管。 2.RL和C的選擇 （1）從提高檢波效率和高頻濾波能力考慮，RLC應(yīng)盡 可能大；從避免對角線失真考慮， RLC有一最大允許值。 （2）為保證所需的檢波輸入電阻，RL2Rin；為避免 割底失真，RL有一最大允許值。,5.4.2、同步檢波電路,從頻譜圖上看，調(diào)幅波的解調(diào)是將調(diào)幅波中的邊帶信號 不失真的搬到零頻附近。因此，調(diào)幅波的解調(diào)電路也屬于頻 譜搬移電路。 （1）電路模型 （2）解調(diào)電路,5.5 混 頻,概述 一、什么是混頻器 混頻，又稱變頻，是將信號的載頻從一個頻率 變換到另外一個頻率的電路。 混頻器具有兩個輸入電壓，其頻率分別為fs和 fL，輸出頻率fI是這兩者的差頻（ fI= fL fS ，下變 頻）或和頻（ fI= fL+fS ，上變頻）。 混頻器在頻域中起著減（加）法器的作用。,1. 混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定（有利于放大）； 2. 接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好有困難，而對于某一固定頻率選擇性可以做得很好（有利于選頻） ； 3. 混頻后所得的中頻頻率是固定的，使電路結(jié)構(gòu)簡化。,二、為什么要進行混頻,三、混頻器的基本組成,1）非線性元件，如二極管、三極管和場效應(yīng)管 和模擬乘法器等； 2）中頻濾波器； 3）本地振蕩器。,5.5.1 混頻原理及特點,一、變頻前后的頻譜圖,注意： 輸入信號的上邊頻 中頻調(diào)幅信號的下邊頻 輸入信號的下邊頻 中頻調(diào)幅信號的上邊頻,變頻是頻譜的線性搬移過程。,混頻電路組成原理框圖,5.5.1 混頻原理及特點,變頻是指將高頻已調(diào)波經(jīng)過頻率變換，變?yōu)楣潭ㄖ蓄l已調(diào)波。,數(shù)學(xué)表達式描述,頻譜描述,5.5.1 混頻原理及特點,混頻器的作用,波形描述,混頻電路模擬乘法器混頻器,5.5.1 混頻原理及特點,分析如下：,經(jīng)中心頻率為fI ，帶寬為2F的帶通濾波器濾波后，得：,假設(shè)非線性元件,若,則,中頻成分,二、混頻原理的數(shù)學(xué)分析冪級數(shù),結(jié)論：,只要電路元件的伏安特性包含有平方項就可 實現(xiàn)變頻。 原則上，凡是具有相乘功能的器件都可用來 構(gòu)成變頻電路。目前高質(zhì)量的通信設(shè)備中廣泛采 用二極管環(huán)形變頻器和雙差分對模擬相乘器，而 在一般接收機中，為了簡化電路，仍采用簡單的 晶體管混頻電路。,三、晶體三極管變頻電路,一、三極管變頻電路的幾種形式 按本振信號接入的不同，一般有四種電路形式。 1.共射極電路用于頻率較低的情況 (1) 信號：基極 本振：射極 (2) 信號、本振：基極 2.共基極電路用于頻率較高的情況 (1) 信號：射極 本振：基極 (2) 信號、本振：射極,二、三極管變頻電路應(yīng)用舉例,1.收音機中的他激式混頻器 由于fS、fL 、fI三者差別較大，各諧振電路 對另一頻率可近似看作短路。 2.收音機中的自激式變頻器 3.電視接收機中的典型變頻電路,四、超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤,在超外差接收中，為了調(diào)諧方便，希望高頻調(diào) 諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，實行 統(tǒng)一調(diào)諧。通常采用同軸可變電容器進行。 收音機中波的最低頻率fmin = 535kHz，而最高 頻率fmax = 1605 kHz，則高頻回路的波段覆蓋系數(shù) 為,當(dāng)中頻選用 時，如用容量相同的可 變電容，則本振波段將從最低頻率 變化到最高頻率 而要求的最高頻率應(yīng)為: 這說明除最低頻率處滿足中頻465kHz外， 在波段其它頻率處均不是465kHz 。,一點跟蹤,為使統(tǒng)調(diào)要求能基本滿足，而又不使電路太復(fù) 雜，目前都在本振回路上采取措施，這種方法稱為 三點統(tǒng)調(diào)或稱三點跟蹤。,為了滿足三點統(tǒng)調(diào)，在本振回路上必須附加電容。 串聯(lián)電容Cp，Cp稱為墊整電容，其容量較大，與 Cmax的容量相近； 并聯(lián)電容Ct，Ct稱為墊補電容，其容量較小，與Cmin的容量相近。,在本振頻率高頻端，C = Cmin，由于Ct與Cmin相近，使總的電容增大，所以使高頻本振頻率降低。 在本振頻率低頻端，C = Cmax,Ct的并聯(lián)作用可忽略。串聯(lián) Cp后，使總的電容減少，所以使低端本振頻率提高。這樣就達到了三點統(tǒng)調(diào)的目的。,5.5.2 變頻干擾及其抑制方法,由于變頻器件特性的非線性，在產(chǎn)生所需頻率的同時，還將有大量的不需要的頻率分量出現(xiàn)。在接收機中，當(dāng)其中某些頻率等于或接近中頻時，就能順利的通過中頻放大器，經(jīng)解調(diào)后在輸出級引起串音、哨叫和各種干擾。,非線性元件,中頻濾波器,uS(t),本 振,uL(t),uo(t),一、組合頻率干擾信號和本振產(chǎn)生的干擾,變頻器在信號電壓和本振電壓共同作用下產(chǎn)生了許多組合頻率分量,則在混頻器中，中頻和寄生信號都將順利的通過中頻放大器加到檢波器，與有用信號在檢波器中產(chǎn)生差拍，形成低頻干擾。,若其中的某些頻率分量接近于中頻值，即,例如：,分析：根據(jù) 若m=1，n=2，則 ，接近于 466kHz，這樣，它和有用中頻信號同時進入中 放、檢波，產(chǎn)生差拍，在接收機輸出產(chǎn)生1kHz 的哨叫聲。,低頻信號 哨叫,二、副波道干擾干擾與本振產(chǎn)生的干擾,凡能加到混頻器輸入端的外來干擾信號均可 以在混頻器中與本振電壓產(chǎn)生混頻作用，若形成 的組合頻率滿足 就會形成干擾。 這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合 副波道干擾。,1.中頻干擾（m=0，n1）,當(dāng)m=0，n1時， ,稱為中頻干擾。 對應(yīng)這種干擾，變頻器實際上起到了中頻放 大器的作用，具有比有用信號更強的傳輸能力。 對中頻干擾的抑制方法-主要是提高變頻 器前面電路的選擇性，增強對中頻信號的抑制或 設(shè)置中頻陷波器。,2.鏡頻干擾（m=1，n1）,當(dāng)m=n=1時， 稱為鏡頻干擾，顯然，fn與fS以fL為軸形成鏡像關(guān)系。 抑制鏡頻干擾的方法： 1）提高前級電路的選擇性； 2）采用高中頻 例如，在短波接收機中，接收頻段為230MHz，中頻選在70MHz附近。,三、交調(diào)和互調(diào)干擾,1.交調(diào)干擾 電臺信號和干擾信號同時作用于接收機的輸 入端時所產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。 抑制交調(diào)干擾的方法-提高前端電路的選 擇性；其次可以通過選擇晶體管合適的工作狀態(tài)， 減少無用的非線性項實現(xiàn)。,2.互調(diào)干擾,互調(diào)干擾是兩個或多個干擾電壓加到接收機高 放級或變頻級的輸入端，由于晶體管的非線性作用， 干擾信號與本振相互混頻，產(chǎn)生的組合頻率分量若 接近中頻，從而形成干擾。 例：fs=1200kHz，fn1=1190kHz，fn2=1180kHz， 則組合頻率 1665-(2*1190-1180)=1665-1200=465kHz,四、減小或避免混頻干擾的措施,混頻干擾的根本原因是器件的非線性特性。 混頻干擾可分成兩類： 1.由于非線性特性產(chǎn)生了眾多無用組合頻率分量而引起的。 2.由于非線性特性產(chǎn)生了一些受外來干擾控制或與調(diào)制信號不成線性關(guān)系的有用頻率分量而引起的。 針對混頻干擾產(chǎn)生的具體原因, 可以采取以下三個方面的措施來減小或避免。 (1)選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強的干擾哨聲。 (2)提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性,減少進入混頻電路的外來干擾。 (3)采用具有平方律特性的場效應(yīng)管、模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環(huán)形混頻電路,三、 混頻器的主要技術(shù)指標,1混頻器增益要大 混頻增益定義為混頻器輸出中頻信號與輸入信號大小之比，有電壓增益（用KVC表示）和功率增益（KPC表示）兩種，通常用分貝數(shù)表示。 混頻器電壓增益: 混頻器功率增益:,對接收機而言，KVC(或KPC)大，有利于提高接收靈敏度。通常在廣播收音機中KPC為2030db，電視接收機中KVC為68dB。,2噪聲系數(shù)要小,混頻器的噪聲系數(shù)定義為混頻器輸入信噪功率比和輸出中頻信號 噪聲功率比的比值，也是用分貝數(shù)表示的。 由于混頻器處于接收機前端，因此要求它的噪聲系數(shù)很小。 3. 隔離度 隔離度是指三個端口（輸入、本振和中頻）相互之間的隔離程度,即本端口的信號功率與其泄漏到另一個端口的功率之比。 例如， 本振口至輸入口的隔離度定義為: 顯然，隔離度應(yīng)越大越好。由于本振功率較大，故本振信號的泄漏更為重要。,4、1dB壓縮點功率和三階互調(diào)截點功率,理想混頻器輸出的中頻信號振幅應(yīng)該和輸入已調(diào)波信號的振幅成正比，即混頻增益為常數(shù)?；祛l電路的二次方項產(chǎn)生這一線性關(guān)系。而四次方項產(chǎn)生的中頻分量振幅與輸入信號振幅Us的三次方成正比。對于實際混頻器來說，其轉(zhuǎn)移特性中參數(shù)a4是負數(shù)，所以隨著Us的加大，增益將會減小，這一現(xiàn)象稱為增益壓縮。也就是說，在輸入信號較小時，輸出中頻信號隨輸入信號近似成線性增大。當(dāng)輸入信號較大時，輸出中頻信號隨輸入信號的增大速率將會逐漸變小。 定義混頻實際功率增益低于理想線性功率增益1dB（相當(dāng)于減少了21%）時對應(yīng)的信號功率點為1dB壓縮點、相應(yīng)的輸入、輸出信號功率分別用輸入P1dB、輸出P1dB表示，單位均為dBm，,4、1dB壓縮點功率和三階互調(diào)截點功率,如上圖所示。圖中虛線PI1是理想輸出中頻信號功率線，斜率為1，實線PI2是實際輸出中頻信號功率線。若功率增益公式用分貝數(shù)表示，則有Po(dBm)=Pi(dBm)+Gp(dB)。所以，A點處的功率增益減小1dB，也就是相當(dāng)于實際輸出功率比理想輸出功率減小1 dBm。,5.5.4混頻電路 1晶體三極管混頻器,晶體三極管混頻器原理電路,L1C1調(diào)諧于輸入 信號us的載頻fc,L2C2調(diào)諧于中頻fI,經(jīng)集電極諧振回路濾波后,得到中頻電流iI,集電極電流為,可以通過求gm(t)的基波分量來得到gm1(t)，其中：,其中：,定義混頻跨導(dǎo)：,若L2C2回路總諧振電導(dǎo)為 ，則可以求得混頻電壓增益,或者：定義混頻跨導(dǎo)：,同樣有:,給混頻電路提供的本振信號可以由單獨的振蕩電路產(chǎn)生, 也可以由混頻晶體管本身產(chǎn)生。由一個晶體管同時產(chǎn)生本振信號、實現(xiàn)混頻的電路通常稱為變頻器。,輸入信號 和本振信號 分別加在晶體管的基極和發(fā)射極上, 輸出中頻信號 由連接集電極的諧振回路取出。本振電路是由晶體管、振蕩回路(L4、C6、C7、C8)和反饋電感L3組成的變壓器耦合反饋振蕩器.雙聯(lián)可變電容作為輸入回路和本振回路的統(tǒng)一調(diào)諧電容,使得在整個中波波段內(nèi),本振頻率 均與輸入載頻 同步變化, 二者之差恒等于中頻,典型收音機變頻器實用電路,2.二極管混頻電路,在高質(zhì)量通信設(shè)備中以及工作頻率較高時,常使用二極管平衡混頻器或環(huán)形混頻器。其優(yōu)點是噪聲低、電路簡單、組合分量少。下圖是二極管平衡混頻器的原理電路。輸入信號us為已調(diào)信號；本振電壓為uL,有ULUs,大信號工作, 輸出電流io為,二極管平衡混頻器原理電路,2.二極管混頻電路,忽略輸出電壓 的反饋作用, 則加在兩個二極管上的電壓分別是:,由于 很小, 很大, 故二極管工作在受 控制的開關(guān)工作狀態(tài).,根據(jù)KVL可寫出兩個回路電壓方程分別為: ,其中： 是二極管導(dǎo)通電阻， 是開關(guān)函數(shù),解方程得：,中頻電流分量為：,環(huán)形電路比平衡電路無用組合頻率分量還要少，且增益加倍。,3. 模擬乘法器組成的混頻電路,5.6 倍 頻,倍頻電路輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數(shù)倍, 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, 倍頻電路也是一種線性頻率變換電路,實現(xiàn)倍頻的原理有以下幾種：, 利用晶體管等非線性器件產(chǎn)生輸入信號頻率的各次諧波分量, 然后用調(diào)諧于n次諧波的帶通濾波器取出n倍頻信號。,