通信电路原理第11章.ppt

第十一章第十一章   混频混频 §11-1 概述概述[1]§11-2 晶体管混频晶体管混频[2]§11-3 场效应管混频场效应管混频[3]§11-4 集成混频电路集成混频电路[2]§11-5 组合频率干扰及非线性失真组合频率干扰及非线性失真[1]§11-6 零中频频谱变换零中频频谱变换[0]重点：重点：     掌握混频原理和混频电路，混频器中出掌握混频原理和混频电路，混频器中出现的组合频率干扰及非线性失真现的组合频率干扰及非线性失真难点：难点：     实际混频电路的实际混频电路的分析分析§11-1  概述概述[1]一、一、 混频与变频混频与变频 变频变频: 本振与混频为一个本振与混频为一个管管混频混频: 混频独立为一个管混频独立为一个管组成和原理组成和原理组成和原理组成和原理( (图图图图11-1 p311-1 p339/AM)39/AM)设：载频设：载频设：载频设：载频     f f0 0本振频率本振频率本振频率本振频率   f fL L中频中频中频中频   f fi i       f  fL L -  -  f f0 0 = = f  fi i   低中频方案低中频方案低中频方案低中频方案( (广播、电视广播、电视广播、电视广播、电视) )        f fL L+ +  f  f0 0 = = f  fi  i 高中频方案高中频方案高中频方案高中频方案(SSB(SSB电台电台电台电台) )FMFM信号混频信号混频信号混频信号混频FM信号混频信号混频二、二、 对混频器的主要要求对混频器的主要要求 1．信号失真小．信号失真小     仅对信号载频进行变换，即仅对信号载频进行变换，即:        保持原保持原AM波的包络变化规律，波的包络变化规律，        保持原保持原FM波的频率变化规律；波的频率变化规律； 2．噪声系数小．噪声系数小     因混频器处于系统前端；因混频器处于系统前端； 3．混频增益大．混频增益大     可提高灵敏度和系统信躁比；可提高灵敏度和系统信躁比； 4．选择性好．选择性好     抑制组合频率和干扰。

抑制组合频率和干扰三、三、 混频器的分析方法混频器的分析方法1. vS(ωo)、、vL(ωL)幅度均较小幅度均较小   采用幂级数法采用幂级数法(p201)     v = V0m+V1mcosω1t +V2mcosω2t    代入幂级数展开式，取前四项，得代入幂级数展开式，取前四项，得:含有：含有：含有：含有：                                                          2. vS(ω0)小、小、vL(ωL)大大 采用时变参量法，采用时变参量法，(p203 6-31式式)i = (Io+ I1cosωLt + I2cos2ωLt +...)+     (go+ g1mcosωLt +g2mcos2ωLt+...)V smcosωSt乘积项：乘积项：g1cosωLtVsmcosωSt   含有：含有：3.乘法混频器乘法混频器(p190)令：令：令：令：v v1 1= =V Vcmcm(1+(1+mmcoscosΩtΩt)cos)cosω ωo ot  t         v        v2 2= = V VLmLm   coscosω ωL Lt   t   ( (本地参考信号）本地参考信号）本地参考信号）本地参考信号）                 ( (ω ωo o ≈ ≈ω ωL L )  )则：则：则：则：v v3 3= = KvKv1 1v v2 2           =            = KVKVcmcmV VLmLm(1+(1+mmcoscosΩtΩt)cos)cosω ωo ot t cos cosω ωL Lt t                = (           = (K K/2)/2)V Vcmcm   V VLmLm(1+(1+mmcoscosΩtΩt)cos()cos(ω ωo o+ +ω ωL L) )t t                 + (            + (K K/2)/2)V Vcmcm   V VLmLm(1+(1+mmcoscosΩtΩt)cos()cos(ω ωo o- -ω ωL L) )t t            经带通滤波器（经带通滤波器（经带通滤波器（经带通滤波器（f fo o’ ’ = =f fo o +  + f fL L ,   , B B =2 =2F F) )              v v上混频上混频上混频上混频=(=(K K/2)/2)V Vcmcm   V VLmLm (1+ (1+mmcoscosΩtΩt)cos()cos(ω ωo o+ω+ωL L) )t t          经带通滤波器（经带通滤波器（经带通滤波器（经带通滤波器（f fo o’ ’ =  = f fo o -  - f fL L ,   , B B =2 =2F F) )              v v下混频下混频下混频下混频=(=(K K/2)/2)V Vcmcm   V VLmLm (1+ (1+mmcoscosΩtΩt)cos()cos(ω ωo o- -ω ωL L) )t  t       §11-2  晶体管混频晶体管混频[2] 一、基本电路一、基本电路(图图11-2 p341)带通滤波器带通滤波器 (选频网络选频网络)   中心频率：中心频率：ωi=ωL-ωo   保证输出保证输出vi(ωi)的通带的通带,与输入与输入vs(ωo)的通带相的通带相同同二、混频原理二、混频原理采用时变参量分析法采用时变参量分析法 输入信号输入信号 vs(t) 几几mv      在不同工作点在不同工作点(跨导跨导)处，瞬时为线性放大。

处，瞬时为线性放大 本振信号本振信号 vL(t) 50~200mv        改变工作点的周期性函数改变工作点的周期性函数    三、混频器主要参数三、混频器主要参数(图图11-3 p343)工作状态选择工作状态选择(图图11-4 p343)(图图11-5 p344) 例：例：  小于小于10MHz工作时，为使工作时，为使Apc大、大、Nf小，小，      综合选择：综合选择：Ie= 0.2~1mA ,  VL= 50~250mV四、实例四、实例  1.电视机混频电路电视机混频电路(图图11-6 p344)(1) (1) 回路并接回路并接回路并接回路并接   1.2K, 1.2K, 降低降低降低降低Q Q值值值值, ,η η=2(=2(强耦合强耦合强耦合强耦合), ),            以保证以保证以保证以保证   8MHz 8MHz 的全电视信号通过的全电视信号通过的全电视信号通过的全电视信号通过2) (2) I Ie e=2mA=2mA，略大，略大，略大，略大( (可提高可提高可提高可提高   A Apcpc) )，前有高放级，，前有高放级，，前有高放级，，前有高放级，              N Nf f   影响较小。

影响较小影响较小影响较小2. 广播接收机广播接收机变频变频电路电路(图图8-7 p247)3.双频的混频电路双频的混频电路    (图图11-7 p345)§11-3 场效应管混频场效应管混频[3] 双极性晶体管：双极性晶体管： 含有许多高次方项，易产生组合频率干扰和失真含有许多高次方项，易产生组合频率干扰和失真含有许多高次方项，易产生组合频率干扰和失真含有许多高次方项，易产生组合频率干扰和失真 场效应管的平方律特性：场效应管的平方律特性：(图图11-8 p346)     可避免出现高次项，且可避免出现高次项，且可避免出现高次项，且可避免出现高次项，且v v2 2项的系数为项的系数为项的系数为项的系数为常数，可减少组合频率干扰和失真常数，可减少组合频率干扰和失真常数，可减少组合频率干扰和失真常数，可减少组合频率干扰和失真 一、混频电路一、混频电路 (图图11-9 p348)(a)结型结型  (b)双栅双栅MOS型型二、场效应管混频特点二、场效应管混频特点  1. iD中无高次项，组合频率干扰小；中无高次项，组合频率干扰小；     动态范围大动态范围大(vs可较大可较大)；输入、输出阻抗大。

输入、输出阻抗大  2.  混频增益较低，收音机、电视机较少应用混频增益较低，收音机、电视机较少应用§11-4  集成混频电路集成混频电路[2]一、简单差动对管混频一、简单差动对管混频 (图图11-10 p349)  为二象限为二象限乘法器混频：乘法器混频：    当当vs较小时，较小时，ic中有中有Kv1v2项，项，选出下中频项选出下中频项 ωi=ωL-ωo二、双差动模拟二、双差动模拟乘法混频电路乘法混频电路 为四象限乘法器为四象限乘法器  (图图11-11 p349)优点：优点：优点：优点：        抑制中频干扰能力强；抑制中频干扰能力强；抑制中频干扰能力强；抑制中频干扰能力强；        寄生频道、组合信号少；寄生频道、组合信号少；寄生频道、组合信号少；寄生频道、组合信号少；        互调和交调失真小；互调和交调失真小；互调和交调失真小；互调和交调失真小；        噪声低   且：且：且：且：v vL L< < v  vs s( (可互换可互换可互换可互换) )时也时也时也时也        无包络失真，但增益无包络失真，但增益无包络失真，但增益无包络失真，但增益↓ ↓。

三、三、ULN-2204单片收音机混频及本振电路单片收音机混频及本振电路(图图11-12 p350)四、四、MC1596乘法器混频电路乘法器混频电路 (图图11-13 p351) §11-5 组合频率干扰及非线性失真组合频率干扰及非线性失真[1]  1. 组合频率干扰在中频附近（通带内）组合频率干扰在中频附近（通带内）    时难以消除；时难以消除； 2. 输入输入vs之外，存在邻波道信号之外，存在邻波道信号vm，可，可    产生寄生频道干扰和交叉调制失真；产生寄生频道干扰和交叉调制失真； 3. vs幅度较大时，易产生寄生调幅幅度较大时，易产生寄生调幅(包包    络失真络失真)一、组合频率干扰一、组合频率干扰      vs 与与vL的不同谐波的一些组合频率分量，的不同谐波的一些组合频率分量，若在中频附近的若在中频附近的 信号通带内，无法滤除，信号通带内，无法滤除，产生产生组合频率干扰组合频率干扰　例如例如:  晶体三极管晶体三极管ic中的组合频率分量中的组合频率分量    f p,q=|±pfL±q fo|(表表11-2 p352)例例1: 接收接收vs的的f0= 931kHz , 中频中频 fi = 465kHz      则则 本振本振vL的的fL=1396kHz 若：若：fp,q= 2f0- fL=1862-1396=466kHz      466kHz在中频附近通带内，无法滤除。

在中频附近通带内，无法滤除 因检波器的非线性作用产生：因检波器的非线性作用产生：      466-465=1kHz (差拍信号干扰差拍信号干扰/哨声哨声)   克服方法：克服方法：     减小器件非线性；减小器件非线性；     采用平方律器件；采用平方律器件；     重新选择中频重新选择中频例例2:   f0 = 930kHz , fi = 465kHz , 则则 f L=1395kHz   fL- f0=1395 - 930=465kHz   ( 有用有用 fi ) 2f0- fL=1860 -1395=465kHz  ( 无用无用 f i /中频干扰中频干扰)二、寄生频道二、寄生频道 fM干扰干扰 (组合副波道干扰组合副波道干扰)将产生寄生频道干扰将产生寄生频道干扰例例1:       f0 =1070kHz ,  fi =465kHz ,         fL=1535kHz ,  fM =1000kHz        fL - f0 =1535 -1070 = 465kHz (有用有用 fi )      2fM – fL=2000 -1535 = 465kHz (无用无用 fi /中中频频                                                             干扰干扰‘ )计算计算 fM :   p=1, q=2   fM=( pfL+ f i)/ q =(1535+465)/2=1000kHz例例2:f0=660kHz , fi =465kHz , fL=1125kHz     p=0, q=1:  fM = 465kHz (产生中频干扰产生中频干扰')    p=1, q=1:  fM = 1590kHz = f0+2fi = fL+fi     fM =1590kHz时时,  产生镜像中频干扰产生镜像中频干扰(图图11-14 p353)p p=2 ,=2 ,  q  q=3  :=3  : f  f MM=...=...p p=3 ,=3 ,  q  q=3  :=3  :   f fMM=...=...三、非线性失真三、非线性失真1. 1.包络失真和大信号阻塞包络失真和大信号阻塞包络失真和大信号阻塞包络失真和大信号阻塞     v vs s过大时：过大时：过大时：过大时：     (1)(1)包络失真：幂级数中的高次方项起作用。

包络失真：幂级数中的高次方项起作用包络失真：幂级数中的高次方项起作用包络失真：幂级数中的高次方项起作用     (2)(2)大信号阻塞：晶体管饱和或截止大信号阻塞：晶体管饱和或截止大信号阻塞：晶体管饱和或截止大信号阻塞：晶体管饱和或截止( (限幅限幅限幅限幅) )2. 2.交叉调制失真交叉调制失真交叉调制失真交叉调制失真        设：设：设：设：v vs s之外，存在干扰台之外，存在干扰台之外，存在干扰台之外，存在干扰台v vMM        则：则：则：则：v  v bebe= =v vL L + +v vs s+ +v vMM        若是若是若是若是v vMM调幅信号，将产生许多交叉调制信号，当某交叉调调幅信号，将产生许多交叉调制信号，当某交叉调调幅信号，将产生许多交叉调制信号，当某交叉调调幅信号，将产生许多交叉调制信号，当某交叉调制信号的中心频率为制信号的中心频率为制信号的中心频率为制信号的中心频率为f fi i时，则时，则时，则时，则v  v MM信号信号信号信号( (干扰干扰干扰干扰) )和和和和v vs s信号被同时放信号被同时放信号被同时放信号被同时放大和解调。

大和解调大和解调大和解调3. 3.互相调制失真互相调制失真互相调制失真互相调制失真          若若若若v vs s之外，存在干扰台之外，存在干扰台之外，存在干扰台之外，存在干扰台v vM1M1、、、、v vM2M2，则产生类似交叉调制失，则产生类似交叉调制失，则产生类似交叉调制失，则产生类似交叉调制失真的互相调制失真真的互相调制失真真的互相调制失真真的互相调制失真四、减小干扰和失真的措施四、减小干扰和失真的措施  1. vs较小；较小；  2. 提高混频前各级提高混频前各级(天线回路天线回路,高放高放)的选频能力；的选频能力；  3. 采用具有乘法、平方律特性的器件；采用具有乘法、平方律特性的器件；  4. 采用乘法器、平衡混频电路；采用乘法器、平衡混频电路；  5. 合理选择合理选择 fi §11-6   零中频频谱变换零中频频谱变换[0] 零中频混频概念零中频混频概念: 一、零中频接收机零中频接收机 设输入为已调制信号设输入为已调制信号设输入为已调制信号设输入为已调制信号X X (t)( (t)(调幅、调角波调幅、调角波调幅、调角波调幅、调角波) )为为为为: :经相乘器后：经相乘器后：低通滤波器滤去高频，取出低频输出，即低通滤波器滤去高频，取出低频输出，即低通滤波器滤去高频，取出低频输出，即低通滤波器滤去高频，取出低频输出，即: : : : 讨论：讨论：1．输入已调信号．输入已调信号X(t)为调幅波为调幅波 2．输入已调信号．输入已调信号X(t)为调角波为调角波二、软件无线电中的零中频接收二、软件无线电中的零中频接收 第十一章 小结§11-1 §11-1 概述概述概述概述[1][1] 混频的作用和原理。

混频的作用和原理混频的作用和原理混频的作用和原理§11-2 §11-2 晶体管混频晶体管混频晶体管混频晶体管混频[2][2] 混频电路分析混频电路分析混频电路分析混频电路分析§11-3 §11-3 场效应管混频场效应管混频场效应管混频场效应管混频[3][3]§11-4 §11-4 集成混频电路集成混频电路集成混频电路集成混频电路[2][2] 电路分析电路分析电路分析电路分析§11-5 §11-5 组合频率干扰及非线性失真组合频率干扰及非线性失真组合频率干扰及非线性失真组合频率干扰及非线性失真[1][1]                  组合频率干扰、寄生频道干扰和组合频率干扰、寄生频道干扰和组合频率干扰、寄生频道干扰和组合频率干扰、寄生频道干扰和 交叉调制失真交叉调制失真交叉调制失真交叉调制失真§11-6 §11-6 零中频频谱变换零中频频谱变换零中频频谱变换零中频频谱变换[0][0]END。