第5章--混頻例題

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第5章 混頻學習目的：l 掌握混頻器的原理；l 了解各種干擾，特別是混頻器中的所產生的各種干擾。本章重點：l 開關函數(shù)分析法與二極管混頻器；l 變頻器的工作原理；l 模擬乘法器的基本電路與工作原理l 混頻器中的干擾類型。本章難點：l 變頻器的工作原理例題選講例1. 用晶體管3DG8D組成混頻電路。已知工作點發(fā)射極電流 ，本振電壓為 ，信號頻率 ，中頻頻率 ，中頻負載電導 。在工作頻率時的輸入電導 ，輸出電導 。試求變頻跨導 、變頻電壓增益 和變頻功率增益 。解 查表得3DG8D的參數(shù)變頻增益：例2 已知混頻器晶體三極管的轉移特性為ic=a0+a2u2+a3u3,當u=

2、Us.cosst+ULcosLt時，且UL>>Us，求混頻器的中頻變頻跨導gc為多少？解：根據(jù)已知條件，電路符合線性時變條件。則線性時變跨導為例3 某晶體管混頻器的的時變跨導為gm(t)=1+2cos Lt +0.5 cos2Lt+(mS),負載為RL=1k，求出混頻跨導gc，并當輸入信號分別為以下三種信號時，分別求出輸出中頻信號uI(t)=?,(1)u1(t)=1.5(1+0.3cost)cosct (V),(2)u2(t)=costcosct (V)(3)u3(t)=2cos(ct+10 cos2X103t+5cos3X103t) (V)例4 某超外差收音機，其中頻fi=465

3、kHz。 (1) 當收聽fs1=550kHz電臺節(jié)目時，還能聽到fn1=1480kHz強電臺的聲音，分析產生干擾的原因。 (2) 當收聽fs2=1480kHz電臺節(jié)目時，還能聽到fn2=740kHz強電臺的聲音，分析產生干擾原因。解 (1) 因為fn1=fs1+2f1=550+2´456=1480kHz；根據(jù)上述分析，fn1為鏡頻干擾。 (2) 因為fs2=1480kHz fi=465kHz所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而fn2=740kHz,fo22fn2=19452´740=465kHz=fi故這種干擾為組合副波道干擾。例5: 當fn1=1

4、.5MHz，fn2=0.9MHz，若接收機在13.5MHz波段工作，向在哪幾個頻率上會產生互調干擾？ 解 若m，n=1則 fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHz fn1 fn2=1.5 0.9=0.6MHz (波段外)m=1，n=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHz# 2fn1 fn2=1.5 1.8=2.4MHz (波段外) m=2，n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (波段外) 2fn1 fn2=3 0.9=2.1MHz m=3，n=0 3fn1 =3´1.5=4.5MHz (波段外) m=0，n=3 3fn2 =3´0.9

5、=2.7MHz 因此，考慮三次以下諧波fn1和fn2在13.5MHz波段內對2.4MHz，3.3MHz，2.1MHz，2.7MHz等4個頻率會產生干擾。 例6 （1）在某地，收音機接收1090kHz電臺信號時，可以收到 1323kHz的電臺信號。（2）接收1080kHz電臺信號時，可以收到540kHz的電臺信號。（3）接收930kHz電臺信號時，可以同時收到690kHz和810KHz的電臺信號，但不能單獨收到其中一個臺。（例如，一個臺停播），請分析分別是什么干擾？解：(1) 接收到 1090 kHz信號時，同時可以收到 1323 kHz的信號；證明1323kHz是副波道干擾信號，它與本振信號混

6、頻，產生了接近中頻的干擾信號。此時本振頻率為fL=1090+465=1555kHz,根據(jù)pfL-qfJ=±fI的判斷條件，當p=2,q=2時，2fL-2fJ=3110-2646=464fI。因此斷定這是4階副波道干擾。(2) 接收到 1080 kHz信號時，同時可以收到540 kHz的信號；證明也是副波道干擾信號，此時本振頻率為fL=1080+465=1545kHz,當p=1,q=2時， fL-2fJ=1545-1080=465=fI。因此斷定這是3階副波道干擾。(3)當接收有用臺信號時，同時又接收到兩個另外臺的信號，但又不能單獨收到一個干擾臺，而且這兩個電臺信號頻率都接近有用信號并

7、小于有用信號頻率，根據(jù)fS-fJ1=fJ1-fJ2的判斷條件，930-810=810-690=120kHZ，因此可證明這可是互調干擾,且在混頻器中由4次方項產生，在放大器中由3次方項產生，是3階互調干擾。例7 某發(fā)射機發(fā)出某一頻率的信號?，F(xiàn)打開接收機在全波段尋找（設無任何其它信號），發(fā)現(xiàn)在接收機度盤的三個頻率（6.5 MHz、7.25 MHz、7.5 MHZ）上均能聽到對方的信號，其中以 7.5 MHZ的信號最強。問接收機是如何收到的？設接收機fI=0.5 MHZ，fL>fs.解：（1）從給定的題可以看出，7.5MHz信號最強，說明發(fā)射頻率就是7.5MHz。而調諧到在6.5 MHz和7.

8、25 MHz時聽到的信號是7.5MHz信號對其形成的干擾（2）在調諧到6.5 MHz時此時，fS=6.5 MHz，本振頻率fL=fS+fI=6.5+0.5=7MHz,干擾信號頻率fJ=7.5MHz，且fJ-fL=7.5-7=0.5 MHz = fI,所以7.5MHz信號正好是6.5 MHz信號的鏡像干擾信號。（3）在調諧到7.25 MHz時此時，fS=7.25 MHz,本振頻率fL=fS+fI=7.25+0.5=7.75MHz, 干擾信號頻率fJ=7.5MHz，且有 2fL-2fJ=15.5-15=0.5 MHz= fI,顯然，這是干擾信號與本振信號的組合頻率產生的4階副波道干擾。例8 如圖所

9、示為某調頻設備的組成框圖，已知間接調頻電路輸出的調頻信號中心頻率fc1=100kHz，最大頻偏fm1= 97.64Hz，混頻器的本振信號頻率fL=14.8MHz，取下邊頻輸出，試求輸出調頻信號uo (t)的中心頻率fc和最大頻偏fm 。 解： fc2 = 4×4×3×fc1 =48×100kHz = 4.8 MHz fm2 = 4×4×3×fm1 = 48×97.64 Hz = 4.687 kHz fc3 = fL- fc2 = (14.8-4.8) MHz = 10 MHz fm3 = fm2 = 4.687kH

10、z fc = 4×4×fc3 =16×10 MHz = 160 MHz fm = 4×4×fm3 = 16×4.687 kHz=75 kHz 例9 下圖是一二極管平衡電路，二極管的伏-安特性如圖所示，已知gd=10mS,R=500,U1(t)=0.2cos 3140t V, U2(t)=2cos 2106t V, 諧振電路的諧振頻率為1MHz，帶寬為2500Hz，求輸出電壓Uo(t)例10 如圖所示為一個二極管平衡電路，兩二極管完全一致，輸入信號u1=U1cos1t,u2=U2cos2t,而且2>>1，U2>>

11、U1。輸出回路對2諧振，而且?guī)挒锽W=21，諧振阻抗為R0。在不考慮輸出電壓的反作用的情況下，求(1)負載電流io表達式（2）輸出電壓的uo(t).解：5.1二極管平衡混頻器與二極管環(huán)形混頻器1. 平衡混頻器二極管可以工作在小信號非線性狀態(tài)，也可以工作在受大信號v0控制的開關狀態(tài)。小信號時平衡混頻器的分析采用冪級數(shù)分析法，混頻時輸入信號 ，輸出回路則諧振在中頻wi上。平衡混頻器原理電路 二極管的伏安特性可用冪級數(shù)表示：為簡化分析，忽略輸出電壓對二極管的反作用，則當 很小時，級數(shù)可只取前四項，得 利用三角公式展開，并分類整理，可得由上式可見，經過二極管非線性變換后，出現(xiàn)了許多新頻率，但其中只有

12、 才是我們所需要的。這是由平方項 產生的。其它頻率分量都是無用的產物，必須將它們抑制掉。 i1、i2以相反方向流過輸出端變壓器初級，使變壓器次級負載電流il1, = i1i2 由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中產生了輸入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波2w0和2ws、3w0和3ws；輸入頻率及其諧波所形成的各種組合頻率w0+ ws、w0ws、w0+2ws、w02ws、2w0+ws、2w0ws。平衡混頻器輸出電流的頻率成份為： ws、 w0+ ws、w0ws、 2w0+ws、 2w0ws、 3ws 二極管平衡混頻器電路是由兩個性能一致的二極管及中心抽頭變壓器T1、T2接成平衡電路的

13、。 與單二極管電路的條件相同，二極管處于大信號工作狀態(tài),即uo0.5V。這樣,二極管主要工作在截止區(qū)和線性區(qū),二極管的伏安特性可用折線近似。uo>>us ，二極管開關主要受uo控制。信號電壓反相加在兩個二極管上；振蕩電壓同相地加在兩個二極管上。若忽略輸出電壓的反作用，則加到兩個二極管的電壓uD1、uD2為 二極管開關頻率為 ，此時的開關函數(shù)為：由于加到兩個二極管上的控制電壓u2是同相的，因此兩個二極管的導通、截止時間是相同的，其時變電導也是相同的。由此可得流過兩二極管的電流i1、i2分別為經過變壓器Tr2的作用，輸出應與i1i2 成比例。故二極管平衡混頻器的輸出頻率組合分量大為減少

14、。且在輸入端沒有 ，說明本地振蕩器無反向輻射；沒有 說明在輸出中頻回路選擇性不夠好的情況下，不致影響第一級中放的工作點。2. 二極管環(huán)形混頻器為了在混頻器中進一步抑制一些非線性產物，還廣泛采用環(huán)形混頻器。與二極管平衡電路相比,只是多接了兩只二極管D2和D4，四只二極管方向一致，組成一個環(huán)路，因此稱為二極管環(huán)形電路。四只二極管均按開關狀態(tài)工作，相當于兩個平衡混頻器的組合。二極管環(huán)形混頻器電路圖二極管環(huán)形混頻器的輸出電流為：輸出電流中除了中頻成份外，僅有 等等奇次諸項，因此非線性產物進一步減少。一、 變頻器的工作原理變頻就是把高頻信號經過頻率變換，變?yōu)橐粋€固定的頻率。這種頻率變換通常是將已調高頻信

15、號的載波頻率從高頻變?yōu)橹蓄l，同時必須保持其調制規(guī)律不變。具有這種作用的電路稱為混頻電路或者變頻電路，也稱為混頻器或者變頻器。 為什么要變頻？變頻的優(yōu)點：1)變頻可提高接收機的靈敏度2)提高接收機的選擇性3)工作穩(wěn)定性好4)波段工作時其質量指標一致性好變頻的缺點：容易產生鏡像干擾、中頻干擾等干擾變頻器功能圖 變頻電路的組成框圖變頻前后的調幅信號頻譜圖假定變頻器（混頻器）的伏安特性，輸入信號分別為：代入得到：選出需要的頻率晶體管混頻器的分析1. 基本電路和工作原理上圖為晶體三極管混頻器的原理電路。圖中，VBB為基極偏置電壓，VCC為集電極直流電壓，L1C1組成輸入回路，它諧振于輸入信號頻率ws。L

16、2C2組成輸出中頻回路，它諧振于中頻wi=wows。設輸入信號 ，本振電壓 ，實際上，發(fā)射結上作用有三個電壓 晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式 圖(a)電路對振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點。，可能產生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點。 圖(b)電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。 圖(c)和(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較

17、低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時(幾十MHz)，因為共基電路的截止頻率fa比共發(fā)電路的fb要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時采用這種電路。 2. 晶體管混頻器的分析方法變跨導分析法由于信號電壓Vsm很小，無論它工作在特性曲線的哪個區(qū)域，都可以認為特性曲線是線性的(如圖上ab、a¢b¢和a²b²三段的斜率是不同的)。因此，在晶體管混頻器的分析中，我們將晶體管視為一個跨導隨本振信號變化的線性參變元件。 因Vo>>Vsm使晶體管工作在線性時變狀態(tài)，所以晶體管集電極靜態(tài)電流ic(t)和跨導gm(t)均隨 作周期性變化。加電壓后的

18、晶體管轉移特性曲線 a) 混頻跨導 gc在混頻中，由于輸入是高頻信號，而輸出是中頻信號，二者頻率相差較遠，所以輸出中頻信號通常不會在輸入端造成反饋，電容Cb¢c的作用可忽略。另外，gce一般遠小于負載電導GL¢，其作用也可以忽略。由此可得到晶體管混頻器的轉移等效電路如圖所示晶體管混頻器的轉移等效電路b) 混頻器的增益 將混頻輸入電納和輸出電納歸并在輸入、輸出端的調諧回路的電容中去，則得到晶體三極管的等效電路如圖所示，圖中負載電導gL是輸出回路的諧振電導。晶體三極管混頻器等效電路由圖可以算出故混頻電壓增益混頻功率增益如果電路匹配，使goc=gL，則可得到最大混頻功率增益3.

19、二極管混頻器與三極管混頻器的比較二極管混頻器 三極管混頻器優(yōu)點：1、動態(tài)范圍較大 優(yōu)點：有變頻增益2、組合頻率干擾少 缺點： 1、動態(tài)范圍較小3、噪聲較小 2、組合頻率干擾嚴重4、不存在本地輻射 3、噪聲較大缺點：無變頻增益 4、存在本地輻射 二、 差分對模擬乘法器差分對管可以看成為一個參數(shù)（跨導）在改變的線性元件。輸出端主要為需要的差頻 項，不包含本振角頻率及其諧波，不包含信號角頻率的偶次諧波，也不包含 的偶次方與 的相乘項引起的組合頻率。三、 混頻器中的干擾混頻器中產生的干擾有：組合頻率干擾和副波道干擾、交叉調制（交調）和相互調制（互調）、阻塞干擾和相互混頻等。組合頻率干擾和副波道干擾信號

20、與本振信號存在的諧波頻率和組合頻率落在中頻放大器的通頻帶內，與有用信號頻率一道進入中頻放大器，并被放大后加到檢波器上。通過檢波器的非線性效應，這些接近中頻的組合頻率與中頻差拍檢波，產生音頻，最終以哨叫聲的形式出現(xiàn)組合頻率干擾 信號與本振的組合頻率的通式： 中頻的通式顯然，只要滿足下列關系，組合頻率的干擾信號就能進入中頻放大器，經差拍檢波后，產生干擾哨聲。減小這種干擾的措施: 1. 輸入信號vs,本振電壓vo都不易過大。 2.適當選擇晶體管的靜態(tài)工作點，使混頻器既能產生 有用頻率變換，而又不致產生無用的組合頻率干擾。 3.選擇合適的中頻，將接收機的中頻選在接收機頻段外 副波道干擾干擾信號 與本振

21、頻率 滿足下列關系時： 稱為組合副波道干擾在上述的組合副波道干擾中，有些特定頻率形成的干擾稱為副波道干擾。典型的副波道干擾有：中頻干擾和鏡像干擾。中頻干擾式中，取 ，得 。亦即干擾頻率等于或者接近于中頻 時，干擾信號將被混頻器和各級中頻放大器放大，以干擾哨聲的形式出現(xiàn)。抑制中頻干擾的主要方法提高前端輸入回路的選擇性，將干擾抑制在通帶外，可在混頻器的輸入端加中頻陷波電路，濾除外來的中頻干擾。鏡像干擾式中，取 ，得 。亦即信號頻率比本振頻率低一個 ，干擾頻率則比 高一個 。二者對稱地分布在 兩側，因此 稱為鏡像頻率干擾。它與 差拍也產生 ，成為干擾信號。如接收電臺的頻率是550kHz，中頻等于46

22、5kHz，鏡像干擾頻率n=1480kHz，它比本振頻率高一個中頻。抑制鏡頻干擾的方法:1.提高混頻器前各級電路的選擇性2. 提高接收機的中頻頻率fi，以使鏡像頻率與信號頻率fs的頻率間距(2fi)加大。3.還可采用鏡能抑制混頻電路，將鏡像頻率信號部分抵消 。組合頻率干擾和副波道干擾都是由混頻器自身特性所產生的。交叉調制（交調）如果接收機前端電路的選擇性不夠好，使有用信號與干擾信號同時加到接收機輸入端，而且這兩種信號都是受音頻調制的，就會產生交叉調制干擾現(xiàn)象。表現(xiàn)形式：當接收機調諧在有用信號的頻率上時，干擾臺的調制信號聽得清楚；而當接收機對有用信號頻率失諧時，干擾電臺調制信號的可聽度減弱，并隨著

23、有用信號的信號消失而完全消失。交叉調制系數(shù)與有用信號幅度無關，但與干擾信號幅度的平方成正比，因此提高前端電路的選擇性，減小干擾信號幅度是克服交調的有效措施。只要干擾信號足夠強，并進入接收機前端電路，就可能產生交調。交調是由非線性特性中的三次或更高次非線性項產生的，因此克服交調干擾的主要方法為:1.提高混頻電路前級的選擇性抑制干擾；2.選擇合適的器件和合適的工作狀態(tài)，使混頻器的非線性高次方項盡可能小；3.采用抗干擾能力較強的平衡混頻器和模擬乘法器混頻電路?；ハ嗾{制（互調）有兩個或多個干擾電臺信號同時加到接收機混頻器的輸入端，由于放大器的非線性作用，使干擾信號彼此混頻，就可能產生頻率接近有用信號頻率的互調干擾分量，與有用信號同時進入接收機的中頻系統(tǒng)，經檢波差拍后，產生哨叫聲。 只要干擾頻率 和信號頻率 滿足下式時，即可產生互調現(xiàn)象?；フ{干擾是由高放（或混頻）級的二次、三次和更高次非線性項所產生，而且干擾信號幅度愈大，互調干擾分量也愈大。抑制互調的方法與抑制交調的方法相同，除此外，還可采用倍頻程帶通濾波器防止二階互調干擾的產生。 阻塞現(xiàn)象強信號阻塞是指強干擾與有用信號同時加入混頻器時，混頻器輸出的有用信號幅度減少，甚至無法接收，這種現(xiàn)象就叫阻塞干擾。例如晶體三極管混頻由于輸入幅度過大，使三極管進入飽和或截止狀態(tài)，有用信號