第四章非線(xiàn)性電路時(shí)變參量電路

第四章非線(xiàn)性電路時(shí)變參量電路第一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

4.1概述本書(shū)第4章介紹的小信號(hào)放大電路為線(xiàn)性放大電路。線(xiàn)性放大電路的特點(diǎn)是其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)具有某種特定的線(xiàn)性關(guān)系。從時(shí)域上講,輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形相同,只是在幅度上進(jìn)行了放大；從頻域上講,輸出信號(hào)的頻率分量與輸入信號(hào)的頻率分量相同。然而,在通信系統(tǒng)和其它一些電子設(shè)備中,需要一些能實(shí)現(xiàn)頻率變換的電路。這些電路的特點(diǎn)是其輸出信號(hào)的頻譜中產(chǎn)生了一些輸入信號(hào)頻譜中沒(méi)有的頻率分量,即發(fā)生了頻率分量的變換,故稱(chēng)為頻率變換電路。第二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日頻率變換電路屬于非線(xiàn)性電路,其頻率變換功能應(yīng)由非線(xiàn)性元器件產(chǎn)生。在高頻電子線(xiàn)路里,常用的非線(xiàn)性元器件有非線(xiàn)性電阻性元器件和非線(xiàn)性電容性元器件。前者在電壓—電流平面上具有非線(xiàn)性的伏安特性。如不考慮晶體管的電抗效應(yīng),它的輸入特性、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性均具有非線(xiàn)性的伏安特性,所以晶體管可視為非線(xiàn)性電阻性器件。后者在電荷—電壓平面上具有非線(xiàn)性的庫(kù)伏特性。如第4章介紹的變?nèi)荻O管就是一種常用的非線(xiàn)性電容性器件。第三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日雖然在線(xiàn)性放大電路里也使用了晶體管這一非線(xiàn)性器件,但是必須采取一些措施來(lái)盡量避免或消除它的非線(xiàn)性效應(yīng)或頻率變換效應(yīng),而主要利用它的電流放大作用。例如,使小信號(hào)放大電路工作在晶體管非線(xiàn)性特性中的線(xiàn)性范圍內(nèi),在丙類(lèi)諧振功放中利用選頻網(wǎng)絡(luò)取出輸入信號(hào)中才有的有用頻率分量而濾除其它無(wú)用的頻率分量,等等。第四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4.2.1非線(xiàn)性元件的工作特性第五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

級(jí)數(shù)展開(kāi)分析方法

)1e(IiKT/quScBE-=

折線(xiàn)分析法

線(xiàn)性時(shí)變電路分析法

第十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日如果加在二極管上的電壓ud=UQ+Usmcosωst，且Usm較小，UQ>>UT。流過(guò)二極管的電流為令，。則利用id(t)可以寫(xiě)為：4.2非線(xiàn)性電路分析法

1.冪級(jí)數(shù)分析法

當(dāng)PN結(jié)二極管的電壓、電流值較小時(shí)，流過(guò)二極管的電流id(t)可寫(xiě)為:uDiDO由二項(xiàng)式定理：進(jìn)一步展開(kāi)。其中，

iduS第十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日利用三角函數(shù)公式：可以將id(t)表達(dá)為：以上分析進(jìn)一步表明：?jiǎn)我活l率的信號(hào)電壓作用于非線(xiàn)性元件時(shí)，在電流中不僅含有輸入信號(hào)的頻率分量ωs，而且還含有各次諧波頻率分量nωs。第十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)兩個(gè)信號(hào)電壓ud1=Udmlcosωlt和ud2=Udm2cosω2t同時(shí)作用在非線(xiàn)性元件時(shí)，根據(jù)以上的分析可得簡(jiǎn)化后的id(t)表達(dá)式為：利用三角函數(shù)的積化和差公式：可以推出id(t)中所含有的頻率成份為：其中，（p，q=1，2，3….）。ω1ω2輸入電壓信號(hào)的頻譜ωω電流id(t)的頻譜…ω13ω12ω1……ω22ω2ω2-ω1ω2+ω1ω2+2ω1ω2-2ω12ω2+ω12ω2-ω12ω2+2ω12ω2-2ω1第十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日輸入信號(hào)頻譜輸出電流信號(hào)頻譜休息1休息2第十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4.3.2折線(xiàn)分析法第十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日us+-+-uoEBECVTCLic+ube-yiegmubeic+uce-UB(t)第二十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日us+-+-uoEBECVTCLUB(t)

線(xiàn)性時(shí)變電路分析法

uBEic第二十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日相乘器

kuxuyuz輸入信號(hào)頻譜輸出信號(hào)頻譜2乘法器電路分析第二十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4.4.3模擬相乘器及基本單元電路等各種技術(shù)領(lǐng)域

模擬乘法器可應(yīng)用于：4.3.1模擬相乘器的基本概念模擬乘法器具有兩個(gè)輸入端（常稱(chēng)X輸入和Y輸入）和一個(gè)輸出端（常稱(chēng)Z輸出），

是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，電路符號(hào)如右圖所示：uxuyuzXYZ理想乘法器：

uz(t)=kux(t)uy(t)式中：k為增益系數(shù)或標(biāo)度因子，單位：，k的數(shù)值與乘法器的電路參數(shù)有關(guān)。或Z=kX·Y第二十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、乘法器的工作象限乘法器有四個(gè)工作區(qū)域，可由它的兩個(gè)輸入電壓的極性確定。XYXmax-XmaxYmax-Ymax輸入電壓可能有四種極性組合：XYZ（+）·（-）=（-）第Ⅳ象限（-）·（-）=（+）第Ⅲ象限（-）·（+）=（-）第Ⅱ象限（+）·（+）=（+）第Ⅰ象限如果：兩個(gè)輸入信號(hào)只能為單極性的信號(hào)的乘法器為“單象限乘法器”；一個(gè)輸入信號(hào)適應(yīng)兩種極性，而一個(gè)只能是一種單極性的乘法器為“二象限乘法器”；兩個(gè)輸入信號(hào)都能適應(yīng)正、負(fù)兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。二、理想乘法器的基本性質(zhì)1、乘法器的靜態(tài)特性（1）第二十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（3）當(dāng)X=Y或X=-Y，Z=KX2或Z=-KX2，輸出與輸入是平方律特性（非線(xiàn)性）。XYX=YX=-Y2、乘法器的線(xiàn)性和非線(xiàn)性理想乘法器屬于非線(xiàn)性器件還是線(xiàn)性器件取決于兩個(gè)輸入電壓的性質(zhì)。一般：①當(dāng)X或Y為一恒定直流電壓時(shí)，Z=KCY=K`Y，乘法器為一個(gè)線(xiàn)性交流放大器。②當(dāng)X和Y均不定時(shí)，乘法器屬于非線(xiàn)性器件。（2）當(dāng)X=C（常數(shù)），Z=KCY=K‘Y，Z與Y成正比（線(xiàn)性關(guān)系）XYC>0C<0第二十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日①基本電路結(jié)構(gòu)是一個(gè)恒流源差分放大電路，不同之處在于恒流源管VT3的基極輸入了信號(hào)uy(t)，即恒流源電流Io受uy(t)控制。

4.3.2模擬相乘器的基本單元電路1、二象限變跨導(dǎo)模擬相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由圖可知：ux=ube1-ube2根據(jù)晶體三極管特性，VT1、VT2集電極電流為：

VT3的集電極電流可表示為：可得：同理可得：式中，為雙曲正切函數(shù)。

差分輸出電流io為:ic1、ic2ic1ic2Io

0-3321-1-2可以看出，當(dāng)ux<<2UT時(shí)，

ic1、ic2與近似成線(xiàn)性關(guān)系。

可近似為:差分放大電路的跨導(dǎo)gm為:uo恒流源電流Io為:（uy>0）

輸出電壓uo為:由于uy控制了差分電路的跨導(dǎo)gm，使輸出uo中含有uxuy相乘項(xiàng)，故稱(chēng)為變跨導(dǎo)乘法器。

變跨導(dǎo)乘法器輸出電壓uo中存在非相乘項(xiàng)，而且要求uy≥ube3，所以只能實(shí)現(xiàn)二象限相乘。

第二十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日uoS(t)4.4.3開(kāi)關(guān)函數(shù)分析法+-udidididRLVDusuo+-+-第二十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日RLrdusuo+-+-開(kāi)關(guān)頻率ωoRLVDusuo+-+-idid第三十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4.5變頻器的工作原理1.

變頻器的作用與組成變頻即對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率變換，將其載頻變換到某一固定的頻率上(常稱(chēng)為中頻)，而保持原信號(hào)的特征(如調(diào)幅規(guī)律)不變。變頻器的電路組成如圖所示第三十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2.為什么要變頻？變頻的優(yōu)點(diǎn)：1)變頻可提高接收機(jī)的靈敏度2)提高接收機(jī)的選擇性3)工作穩(wěn)定性好4)波段工作時(shí)其質(zhì)量指標(biāo)一致性好變頻的缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生鏡像干擾、中頻干擾等干擾第三十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3.變頻器的分類(lèi)

平衡混頻、按器件分：二極管混頻器、三極管混頻器、三極管變頻器、場(chǎng)效應(yīng)管混頻器、場(chǎng)效應(yīng)管變頻器模擬乘法器混頻器、

按工作特點(diǎn)分：?jiǎn)喂芑祛l、環(huán)型混頻從兩個(gè)輸入信號(hào)在時(shí)域上的處理過(guò)程看：疊加型混頻器、乘積型混頻器第三十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4.混頻器的性能指標(biāo)1)變頻(混頻)增益：混頻器輸出中頻電壓Vim與輸入信號(hào)電壓Vsm的

幅值之比。2)噪聲系數(shù)：高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。3)選擇性：抑制中頻信號(hào)以外的干擾的能力。4)非線(xiàn)性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。上述的幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該正確選擇管子的工作點(diǎn)、合理選擇本振電路和中頻頻率的高低，使得幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)相互兼顧，整機(jī)取得良好的效果。5)工作穩(wěn)定性：主要指振蕩器的頻率穩(wěn)定度第三十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日疊加型混頻器實(shí)現(xiàn)模型

圖示中的非線(xiàn)性器件具有如下特性：對(duì)其2次方進(jìn)行分析：在二次方項(xiàng)中出現(xiàn)了和的相乘項(xiàng)，因而可以得到(0+s)和(0-s)。若用帶通濾波器取出所需的中頻成分(和頻或差頻)，可達(dá)到混頻的目的。第三十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日所用非線(xiàn)性器件的不同，疊加型混頻器有下列幾種：1.晶體三極管混頻器它有一定的混頻增益2.場(chǎng)效應(yīng)管混頻器它交調(diào)、互調(diào)干擾少3.二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器

它們具有動(dòng)態(tài)范圍大組合頻率干擾少的優(yōu)點(diǎn)第三十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日乘積型混頻器實(shí)現(xiàn)模型

乘積型混頻器由模擬乘法器和帶通濾波器組成其實(shí)現(xiàn)模型如圖所示設(shè)輸入信號(hào)為普通調(diào)幅波

采用中心頻率不同的帶通濾波器(0–s)或(0+s)則可完成低中頻混頻或高中頻混頻。第三十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4.6晶體管混頻器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(hào)頻率s。L2C2組成輸出中頻回路，它諧振于中頻i=o–s。設(shè)輸入信號(hào)，本振電壓

實(shí)際上，發(fā)射結(jié)上作用有三個(gè)電壓第三十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日晶體管混頻器的分析方法1.冪級(jí)數(shù)分析法

2.變跨導(dǎo)分析法

在混頻時(shí)，混頻管可看著一個(gè)參數(shù)(跨導(dǎo))在改變的線(xiàn)性元件，即變跨導(dǎo)線(xiàn)件元件。在小信號(hào)運(yùn)用的條件下，也可以將某些非線(xiàn)性元器件函數(shù)表達(dá)式用冪級(jí)數(shù)函數(shù)近似，使問(wèn)題簡(jiǎn)化。用這種方法來(lái)分析非線(xiàn)性電路可突出說(shuō)明頻率變換作用，不便于作定量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+……

第三十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(duì)振蕩電壓來(lái)說(shuō)是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時(shí)所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點(diǎn)。，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點(diǎn)。圖(b)電路的輸入信號(hào)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(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí)，對(duì)于本振電壓來(lái)說(shuō)是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過(guò)激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時(shí)一般都不采用。但在較高的頻率工作時(shí)(幾十MHz)，因?yàn)楣不娐返慕刂诡l率f比共發(fā)電路的f要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時(shí)采用這種電路。

第四十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

由于信號(hào)電壓Vsm很小，無(wú)論它工作在特性曲線(xiàn)的哪個(gè)區(qū)域，都可以認(rèn)為特性曲線(xiàn)是線(xiàn)性的(如圖上ab、ab和ab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(gè)跨導(dǎo)隨本振信號(hào)變化的線(xiàn)性參變?cè)?/p>

變跨導(dǎo)分析法加電壓后的晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)

因Vo>>Vsm使晶體管工作在線(xiàn)性時(shí)變狀態(tài)，所以晶體管集電極靜態(tài)電流ic(t)和跨導(dǎo)gm(t)均隨

作周期性變化。第四十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

由于信號(hào)vs遠(yuǎn)小于v0，可以近似認(rèn)為對(duì)器件的工作狀態(tài)變化沒(méi)有影響。此時(shí)流過(guò)器件的電流為

i(t)

=

f(v)=

f(v0+vs+vBB)

可將v0+vBB看成器件的交變工作點(diǎn)，則i(t)可在其工作點(diǎn)(v0+vBB)處展開(kāi)為泰勒級(jí)數(shù)

由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各項(xiàng)，則i(t)近似為

第四十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日其中f(v0+vBB)是vs=0時(shí)僅隨v0變化的電流，稱(chēng)為時(shí)變靜態(tài)電流，f(v0+vBB)隨v0+vBB而變化，稱(chēng)為時(shí)變電導(dǎo)g(t)，電流可以寫(xiě)為

i(t)

Io(t)+g(t)

vs(t)

將vBB+v0=VBB+V0mcos0t

vs=Vsmcosst

代入式展開(kāi)并整理，得

第四十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日若中頻頻率取差頻，

則混頻后輸出的中頻電流為其振幅為

第四十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日由上式引出變頻跨導(dǎo)gc的概念，它的定義為

輸出的中頻電流振幅Ii與輸入高頻信號(hào)電壓的振幅Vs成正比。若高頻信號(hào)電壓振幅Vsm按一定規(guī)律變化，則中頻電流振幅Ii也按相同的規(guī)律變化。

第四十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日混頻器除混頻跨導(dǎo)外，還有輸入導(dǎo)納、輸出導(dǎo)納、混頻增益等參數(shù)。前述已知在晶體管混頻器的分析中，把晶體管看成一個(gè)線(xiàn)性參變?cè)虼丝刹捎梅治鲂⌒盘?hào)線(xiàn)性放大器時(shí)所用的等效電路來(lái)分析混頻器的參數(shù)。

晶體管混頻器的主要參數(shù)i

第四十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(1)混頻輸入導(dǎo)納混頻輸入導(dǎo)納為輸入信號(hào)電流與輸入信號(hào)電壓之比，在計(jì)算混頻器的輸入導(dǎo)納時(shí)，可將圖所示的等效電路作進(jìn)一步的簡(jiǎn)化?；祛l器的輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧于1。對(duì)頻率s而言，輸出可視為短路，同時(shí)考慮到Cbe>>Cbc，由此得到輸入等效電路如圖所示，并可以算出混頻輸入導(dǎo)納為

輸入導(dǎo)納的電導(dǎo)部分為而電納部分（電容）一般總是折算到輸入端調(diào)諧回路的電容中去。

第四十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日混頻輸出導(dǎo)納為輸出中頻電流與輸出電壓之比，輸出導(dǎo)納是對(duì)中頻i而言在輸出端呈現(xiàn)的導(dǎo)納。因此，調(diào)諧于s的輸入回路可視為短路，得到輸出等效電路如圖所示，并可算出混頻輸出導(dǎo)納為

輸出等效電路輸出導(dǎo)納中的電導(dǎo)為

(2)混頻輸出導(dǎo)納第四十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日在混頻中，由于輸入是高頻信號(hào)，而輸出是中頻信號(hào)，二者頻率相差較遠(yuǎn)，所以輸出中頻信號(hào)通常不會(huì)在輸入端造成反饋，電容Cbc的作用可忽略。另外，gce一般遠(yuǎn)小于負(fù)載電導(dǎo)GL，其作用也可以忽略。由此可得到晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路如圖所示

(3)混頻跨導(dǎo)gc

晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路第四十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日由于g(t)是一個(gè)很復(fù)雜的函數(shù)，因此要從上式來(lái)求g1是比較困難的。從工程實(shí)際出發(fā)，采用圖解法，并作適當(dāng)?shù)慕?，混頻跨導(dǎo)可計(jì)為：

g1是在本振電壓加入后，混頻管跨導(dǎo)變量中基波分量第五十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(4)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(diào)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(fù)載電導(dǎo)gL是輸出回路的諧振電導(dǎo)。故混頻電壓增益晶體三極管混頻器等效電路

由圖可以算出第五十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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第五十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(1)混頻電路下圖是電視機(jī)中的混頻器電路。由高頻放大器輸入的信號(hào)，經(jīng)雙調(diào)諧電路耦合加到混頻管的基極，本振電壓通過(guò)耦合電容C1也加到基極上。本振信號(hào)的頻率要比信號(hào)的圖像載頻高38MHz，為了減小兩個(gè)信號(hào)之間的相互影響，耦合電容C1的值取得很小。

電視機(jī)的混頻電路3.晶體三極管混頻器的實(shí)際電路第五十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

為使輸出電路在保證帶寬下具有良好的選擇性，常采用雙調(diào)諧耦合回路，并在初級(jí)回路中并聯(lián)電阻R，用以降低回路Q(chēng)值，滿(mǎn)足通帶的要求。次級(jí)回路用C2，C3分壓，目的是與75電纜特性阻抗相匹配。

第五十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

下圖為晶體管混頻器實(shí)用電路的交流通路。應(yīng)用在日立CTP-236D型彩色電視機(jī)ET-533型VHF高頻頭內(nèi)。圖中的V1管用作混頻器，輸入信號(hào)(即來(lái)自高放的高頻電視信號(hào)，頻率為fs)由電容C1耦合到基極；本振信號(hào)由電容C2也耦合到基極，構(gòu)成共射混頻方式，其特點(diǎn)是所需要的信號(hào)功率小，功率增益較大?；祛l器的負(fù)載是共基式中頻放大器(V2構(gòu)成)的輸入阻抗。

晶體管混頻器實(shí)用電路

第五十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(2)變頻電路下圖是晶體管中波調(diào)幅收音機(jī)常用的變頻電路，其中本地振蕩和混頻都由三極管3AG1D完成。第五十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

圖中，R1，R2，R3是偏置電阻，L4，C4，C1B，C6組成振蕩回路，L3是反饋線(xiàn)圈。中頻回路L5C5的并聯(lián)阻抗對(duì)本振頻率而言可視為短路，因此，3AG1D構(gòu)成共基極變壓器耦合振蕩器。由磁性天線(xiàn)接收到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)經(jīng)過(guò)L1，C1A，C2組成的輸入回路，選出所需頻率的目標(biāo)信號(hào)，再經(jīng)L1與L2的變壓器耦合，送到晶體管的基極。本振信號(hào)經(jīng)C7注入晶體管的發(fā)射極，混頻后由集電極輸出。L3對(duì)中頻可視為短路，C5，L5調(diào)諧于中頻，以便抑制混頻輸出電流中的無(wú)用頻率分量(如fs,f0,f0+fs,2f0fs等)。輸出中頻分量fi=f0-fs，經(jīng)L6耦合至后級(jí)中頻放大器。第五十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

混頻器的Apc、噪聲系數(shù)NF等都與工作點(diǎn)電流Ic及本振電壓V0的大小有關(guān)，具體數(shù)學(xué)關(guān)系比較復(fù)雜，這里只介紹一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在中波廣播收音機(jī)中，最典型的曲線(xiàn)如圖所示，這是鍺三極管的情況；若為硅管，Apc的最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流Ie要略大一點(diǎn)。4.晶體管混頻器工作狀態(tài)的實(shí)際選擇第五十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三極管混頻器優(yōu)點(diǎn)：有變頻增益

缺點(diǎn)：1、動(dòng)態(tài)范圍較小

2、組合頻率干擾嚴(yán)重

3、噪聲較大

4、存在本地輻射二極管混頻器優(yōu)點(diǎn)：1、動(dòng)態(tài)范圍較大

2、組合頻率干擾少

3、噪聲較小

4、不存在本地輻射缺點(diǎn)：無(wú)變頻增益第五十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二極管可以工作在小信號(hào)非線(xiàn)性狀態(tài)，也可以工作在受大信號(hào)v0控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。小信號(hào)時(shí)平衡混頻器的分析采用冪級(jí)數(shù)分析法，混頻時(shí)輸入信號(hào)

，輸出回路則諧振在中頻i上。4.7二極管混頻器平衡混頻器原理電路

二極管的伏安特性可用冪級(jí)數(shù)表示：

為簡(jiǎn)化分析，忽略輸出電壓對(duì)二極管的反作用，則

1.平衡混頻器第六十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日利用三角公式展開(kāi)，并分類(lèi)整理，可得當(dāng)很小時(shí)，級(jí)數(shù)可只取前四項(xiàng)，得第六十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日由上式可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)二極管非線(xiàn)性變換后，出現(xiàn)了許多新頻率，但其中只有才是我們所需要的。這是由平方項(xiàng)產(chǎn)生的。其它頻率分量都是無(wú)用的產(chǎn)物，必須將它們抑制掉。i1、i2以相反方向流過(guò)輸出端變壓器初級(jí)，使變壓器次級(jí)負(fù)載電流il1,=i1–i2

第六十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

由于元器件的非線(xiàn)性作用，單管輸出電流中產(chǎn)生了輸入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波20和2s、30和3s；輸入頻率及其諧波所形成的各種組合頻率0+s、0–s、0+2s、0–2s、20+s、20–s。平衡混頻器輸出電流的頻率成份為：

s、0+s、0–s、20+s、20–s、3s

第六十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日環(huán)形混頻器由兩個(gè)平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出中頻信號(hào)是平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。

2.環(huán)形混頻器第六十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日由平衡混頻器得：環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為：

0+s、0–s第六十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個(gè)用于0.5~500MHz的典型環(huán)形混頻器(SRA-1雙平衡混頻器)的外形及電路示于下圖。使用時(shí)，8，9端外接信號(hào)電壓s，3，4端相連，5，6端相連，然后在3，5端間加本振電壓L，中頻信號(hào)由1，2端輸出。此電路除用作混頻器外，還可以用作相位檢波器、電調(diào)衰減器、調(diào)制器等。封裝環(huán)形混頻器的外形與電路第六十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日兩信號(hào)相乘可以得到其和、差頻分量，因此兩信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)混頻是最直觀的方法，利用模擬相乘器可構(gòu)成乘積型混頻器。

MCI596構(gòu)成的集成混頻電路4.8差分對(duì)模擬相乘器混頻電路MCI596是集成化模擬乘法器芯片，由它構(gòu)成的混頻電路，可大大減小由組合頻率分量產(chǎn)生的各種干擾，另外還具有體積小、重量輕、調(diào)整容易、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

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被混頻的信號(hào)電壓由端子①輸入，最大值約15mV；本振電壓由端子⑧輸入，振幅約100mV；相乘后的信號(hào)由第⑥端子輸出經(jīng)帶通濾波后，即可獲得中頻信號(hào)輸出。輸入端不接調(diào)諧回路時(shí)為寬頻帶應(yīng)用。

本電路可對(duì)高頻或甚高頻信號(hào)進(jìn)行混頻，如s的頻率為200MHz時(shí)，電路的混頻增益約為9dB，靈敏度為14V，當(dāng)輸入端接有阻抗匹配的調(diào)諧回路時(shí)，可獲得更高的混頻增益。輸出帶通濾波器的中心頻率約9MHz，其3dB帶寬為450kHz。

MCI596構(gòu)成的集成混頻電路第六十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日有用信號(hào)諧波和本振信號(hào)諧波產(chǎn)生的干擾--組合頻率干擾(干擾哨聲)混頻器的輸出信號(hào)中所包含的各種頻率分量為：p，q為任意正整數(shù)，分別代表本振頻率和信號(hào)頻率的諧波次數(shù)。只有p=q=1對(duì)應(yīng)的頻率為f0-fs的分量是所需要的中頻信號(hào)。如果某些組合頻率落在諧振回路的通頻帶內(nèi)，這些組合頻率分量就和有用的中頻分量一樣，通過(guò)中放進(jìn)入檢波器，并在檢波電路中與有用信號(hào)產(chǎn)生差拍，這時(shí)在接收機(jī)的輸出端將產(chǎn)生哨叫聲，形成有害的干擾。這種干擾又稱(chēng)為干擾哨叫。即當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾哨叫。4.9混頻器的干擾第六十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日減小這種干擾的措施:1.輸入信號(hào)vs,本振電壓vo都不易過(guò)大。2.適當(dāng)選擇晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使混頻器既能產(chǎn)生有用頻率變換，而又不致產(chǎn)生無(wú)用的組合頻率干擾。3.選擇合適的中頻，將接收機(jī)的中頻選在接收機(jī)頻段外

第七十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日例如，設(shè)加給混頻器輸入端的有用信號(hào)頻率fs=931kHz，本振頻率fo=1396kHz。經(jīng)過(guò)混頻器的頻率變換產(chǎn)生出眾多組合頻率分量，

其中的fi=fo-fs=465kHz是有用的中頻信號(hào)。而其它分量是無(wú)用或有害的。如當(dāng)q=2，p=-1時(shí)，fi=2fs–fo=2931-1396=466kHz=fi+F(此處F=1kHz)。若中頻放大器的通頻帶2f0.7=4kHz，則頻率fi=466kHz的分量落在中放通帶內(nèi)，與465KHz的中頻信號(hào)一起被中頻放大并加給檢波器。因?yàn)闄z波器由非線(xiàn)性元器件組成，也有頻率變換作用，則會(huì)產(chǎn)生fi–fi=466-465=1kHz的差拍信號(hào)送到接收機(jī)終端，形成被人耳聽(tīng)到的哨叫。

第七十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2、外來(lái)干擾信號(hào)和本振產(chǎn)生的干擾(1)組合副波道干擾

如果混頻器之前的輸入回路和高頻放大器的選擇性不夠好，除了要接收的有用信號(hào)外，干擾信號(hào)也會(huì)進(jìn)入混頻器。當(dāng)干擾頻率fn與本振頻率fo滿(mǎn)足會(huì)產(chǎn)生組合副波道干擾。時(shí)，第七十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(2)副波道干擾在組合副波道干擾中，某些特定頻率形成的干擾稱(chēng)為副波道干擾。這種干擾主要有中頻干擾和鏡像干擾。1)中頻干擾當(dāng)干擾信號(hào)的頻率等于或接近fi時(shí)的干擾。2)鏡像頻率干擾當(dāng)外來(lái)干擾干擾信號(hào)的頻率fn=fo+fi=時(shí)的干擾fn=fo+fi=第七十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(lái)的中頻干擾。如圖所示。(a)串聯(lián)LC陷波電路(b)并聯(lián)LC陷波電路抑制中頻干擾的主要方法第七十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日如果把fo當(dāng)作鏡子，則相當(dāng)于fs的象，所以稱(chēng)為鏡像干擾頻率，即抑制鏡頻干擾的方法:1.提高混頻器前各級(jí)電路的選擇性2.提高接收機(jī)的中頻頻率fi，以使鏡像頻率與信號(hào)頻率fs的頻率間距(2fi)加大，有利于選頻回路對(duì)3.還可采用鏡能抑制混頻電路，將鏡像頻率信號(hào)部分抵消。鏡像頻率干擾抑制。第七十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日例某超外差收音機(jī)，其中頻fi=465kHz。(1)當(dāng)收聽(tīng)fs1=550kHz電臺(tái)節(jié)目時(shí)，還能聽(tīng)到fn1=1480kH強(qiáng)電臺(tái)的聲音，分析產(chǎn)生干擾的原因。(2)當(dāng)收聽(tīng)fs2=1480kHz電臺(tái)節(jié)目時(shí)，還能聽(tīng)到fn2=740kHz強(qiáng)電臺(tái)的聲音，分析產(chǎn)生干擾原因。解：(1)因?yàn)閒n1=fs1+2f1=550+2465=1480kHz；根據(jù)上述分析，fn1為鏡頻干擾。(2)因?yàn)閒s2=1480kHzfi=465kHz所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而fn2=740kHz,fo2–2fn2=1945–2740=465kHz=fi故這種干擾為組合副波道干擾。第七十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3、其他類(lèi)型的干擾1)交叉調(diào)制(交調(diào))干擾產(chǎn)生的原因：當(dāng)所接收電臺(tái)的信號(hào)和干擾電臺(tái)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)輸入端時(shí)，如果接收機(jī)調(diào)諧于信號(hào)頻率，可以清楚地收到干擾信號(hào)電臺(tái)的聲音，若接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)頻率失諧，干擾臺(tái)的聲音也消失。由混頻器3次方以上的非線(xiàn)性傳輸特性產(chǎn)生的。其現(xiàn)象為：第七十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)混頻器的轉(zhuǎn)移特性用冪級(jí)數(shù)表示

若干擾信號(hào)作用在混頻器上的

將此式代入上式并經(jīng)必要的三角變換后，可得s的電流成分is為

其中為無(wú)失真包絡(luò)項(xiàng)，為失真包絡(luò)項(xiàng)，即為交調(diào)干擾項(xiàng)，顯然，交調(diào)項(xiàng)由也就是說(shuō)交調(diào)是由轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)的三次方項(xiàng)產(chǎn)生，且與成正比。當(dāng)時(shí)，交調(diào)項(xiàng)起作用，當(dāng)這在聽(tīng)覺(jué)上就表現(xiàn)為聽(tīng)到有用信號(hào)的聲音同時(shí)，可以聽(tīng)到干擾信號(hào)的聲音，而一但有用信號(hào)停止播音，干擾臺(tái)聲音也隨之消失。引起，交調(diào)項(xiàng)消失。第七十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日以上分析表明，交調(diào)是由非線(xiàn)性特性中的三次或更高次非線(xiàn)性項(xiàng)產(chǎn)生的，因此克服交調(diào)干擾的主要方法為:1.提高混頻電路前級(jí)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(xiàn)性高次方項(xiàng)盡可能??；3.采用抗干擾能力較強(qiáng)的平衡混頻器和模擬乘法器混頻電路。第七十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2)互相調(diào)制(互調(diào))干擾

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的干擾進(jìn)入到混頻器的輸入端時(shí)，它們與本振電壓v0一起加到混頻管的發(fā)射結(jié)。由于器件的非線(xiàn)性作用，它們將產(chǎn)生一系列組合頻率分量。如果某些分量的頻率等于或接近于中頻時(shí)，就會(huì)形成干擾，稱(chēng)為互調(diào)干擾。接收機(jī)調(diào)諧于信號(hào)頻率，可以清楚地收到干擾信號(hào)電臺(tái)的聲音，若接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)頻率失諧，干擾臺(tái)的聲音仍然存在。由非線(xiàn)性器件二次方以上的特性引起，因此存在二階互調(diào)和三階互調(diào)及高階互調(diào)。

現(xiàn)象：產(chǎn)生的原因：第八十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日若有兩個(gè)干擾信號(hào)進(jìn)入到混頻器，它們分別為這時(shí)所得的ic中包含一系列組合頻率分量，其頻率可用下列通式表示若兩干擾信號(hào)形成的新的組合頻率即組合頻率與本振頻率f0之差落在中頻范圍

那么，它就會(huì)和接收信號(hào)所產(chǎn)生的中頻一樣通過(guò)中放、檢波，造成強(qiáng)烈干擾。與信號(hào)頻率fs相近，第八十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

例:當(dāng)fn1=1.5MHz，fn2=0.9MHz，若接收機(jī)在1~3.5MHz波段工作，向在哪幾個(gè)頻率上會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾？解：若m，n=1則fn1+fn2=1.5+0.9=2.4MHzfn1–fn2=1.5–0.9=0.6MHz(波段外)m=1，n=2fn1+fn2=1.5+1.8=3.3MHz##2fn1–fn2=1.5–1.8=2.4MHz(波段外)