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1、第 4 章 振幅调制、解调 与混频电路,4.4 混频电路（Mixer/Converter）,4.4.1 混频电路的组成模型,4.4.2 混频器主要性能指标,4.4.3 混频电路,4.4.4 混频失真,2,4.4.1 混频电路的组成模型（P227 4.1.2）,一、混频的基本概念,1接收机的分类,（1）直（接） 放（大）式,技术难点：由于从天线收到的不同电台信号其载波频率不同，而高频放大器的中心频率应调谐在载波频率上，所以高频放大器应是中心频率可调的谐振放大器，其性能（增益、选择性等）不可能做得很好。,3,（2）超外差式（P5）,高放：是中心频率可调的谐振放大器（有时省去）。 本振：振荡频率也是
2、可调的，且与载频的差值是固定的。 中放：是频率固定的的谐振放大器，其性能(增益、选择性等)可以做得很好。 整台接收机的性能主要由中频放大器决定。,4,混频：将载频为fc的高频已调波vs(t)不失真地变换为载频为fI的中频已调波vI(t)。 不失真：包络不变（AM）或频率偏移规律不变（FM）,例：调幅广播（AM）中波段 fc 为5351605kHz，本机振荡器的振荡频率fL为10002070kHz，中频（ fI =fL - fc）固定为465 kHz。,（1）调幅广播（AM）： （2）调频广播（FM）； （3）电视图象中频： （4）电视伴音第二中频：,2几种常用中频,5,1作用 频谱搬移：将载频
3、为 fc 的已调信号 vS(t) 不失真地变换为载频为 fI 的已调信号 vI(t) 。,fL、fI 、fc 之间的关系为,3原理,(1)混频,二、混频实现模型,6,设,若 fL fc 时，经乘法器，将 vS(t) 的频谱不失真地搬移到 L 的两边：,一边搬到 L + c 上，构成载波角频率为 L + c 的调幅信号；,另一边搬到 L - c 上，载波角频率为 L - c。,若令 I = L - c，则前者为无用的寄生分量，而后者为有用中频分量。,(2)滤波,用调谐在 I = L - c 上的带通滤波器取出有用的分量。,7,四、频谱搬移电路小结（P229表）,振幅调制、振幅解调（检波）、混频都
4、属于频谱搬移过程，都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实现。,输入信号,参考信号,输出信号,滤波器,8,一混频增益,定义：混频器的输出中频信号电压 Vi(或功率PI)对输入信号电压 Vs(或功率 PS)的比值，用分贝表示(与混频损耗 Lc 类似),或,二噪声系数,4.4.2 混频器主要性能指标（P253）,9,定义：输入信号噪声功率比 (PS/Pn)I 对输出中频信号噪声功率比 (PI/Pn)o 的比值，即,接收机的噪声系数主要取决于它的前端电路，若无高频放大器，主要由混频电路决定。,三1 dB 压缩电平(PI1dB ),当 PS较小时， PI 随 PS 线性增大，混频增益为定值；,当 P
5、S较大时， PI 随 PS 增大趋于缓慢。,10,定义：比线性增长低 1 dB 时所对应的输出中频功率电平，称 1dB 压缩电平，用 PI1dB 表示。,意义：PI1dB 所对应的 PS 是混频器动态范围的上限电平。,四混频失真,来源：,(1)接收机输入端存在的干扰信号；,(2)混频器件非线性，使输出电流包含众多无用组合频率分量，若某些靠近中频，则中频滤波器无法将它们滤除，叠加在有用中频信号上，引起失真称混频失真。,11,五隔离度,混频器各端口之间在理论上应相互隔离，确保任一端口上的功率不会窜到其他端口上。,实际上，总有极少量功率在各端口之间窜通。,定义：本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比
6、(用分贝表示)。,意义：用来评价窜通大小的性能指标。,危害：在接收机中，本振端口功率向输入端口的窜通危害最大。为保证混频性能，加在本振端口的本振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会通过输入信号回路加到天线上，产生本振功率的反向辐射，严重干扰邻近接收机。,12,一、二极管环形混频器（双平衡混频器）,1电路（与P239图4-2-8相比：AB端接反，输出电压反相）,4.4.3 混频电路,（本振信号vL应是大信号，高频已调波vs 应是小信号）,D1-D4： 工作在受vL控制的开关状态。,13,Tr2初级线圈a,b,c三点短路,vo(t) = vs(t),当vL(t)0时：D2、D3（off),
7、 D1、D4 (on）,vo(t) = -vs(t),综上：,略RD，当vL(t)0时：D2、D3（on), D1、D4 (off),2隔离度：较低，主要靠各二极管的匹配特性和变压器中心抽头的对称性来实现隔离。,14,二、由乘法器和滤波器构成的混频器,乘法器： 线性模拟乘法器MC1595 开关型乘法器MC1596、MC1496（vL应是大信号）,例：P246 图4-2-14 vc(t)vL(t) v(t)vs(t) BPF: fo=fI,vL(t),vs(t),15,三、三极管混频电路（三极管始终导通，vL是大信号，vs是小信号线性时变状态）,1四种混频电路形式,共同点：利用发射结的非线性进行
8、混频。 不同点： （1）共E：工作频率低； 共B：工作频率高。,16,不同点： （2）vs 、vL加在同一极的，信号会牵引本振； vs 、vL加在不同极的，牵引小，本振波形好。 （3）vL加在E极，输入电阻小，本振电路负载重，不易起振； vL加在B极，输入电阻大，本振电路负载轻，容易起振。,17,2工作原理,L1C1 ： 输入信号回路，调谐在 fc,L2C2 ：输出中频回路，调谐在 fI,本振电压 vL = VLmcosLt 接在基极回路中，VBB0 为基极静态偏置电压。,vBE(t) = VBB0 + vL(t) + vS(t),将 VBB0 + vL(t) 作为T的等效基极偏置电压，用 v
9、BB(t) 表示，称为时变基极偏置电压，当输入信号电压 vS(t)=Vsmcosct很小，满足线性时变条件时，三极管集电极电流为：,iC f(vBE) IC0(vL) + gm(vL) vS,18,iC f(vBE) IC0(vL) + gm(vL) vS,在时变偏压作用下，gm(vL)的傅氏级数展开式为：,gm(vL) = gm(t) = g0 + gm1cosLt + gm2cos2Lt + ,其中，基波分量 gmlcosLt 与输入信号电压 vS 相乘,gmlcosLt Vsmcosct = gmlVsmcos(L - c)t + cos(L + c)t,令 I = L - c，得中频电
10、流分量为,iI = IImcosIt =,其中,称为混频跨导，定义为输出中频电流幅值 IIm 对输入信号电压幅值 Vsm 之比，其值等于 gm(t) 中基波分量幅度 gm1 的一半。,19,若设中频回路的谐振电阻为 Re ，则所需的中频输出电压 vI = - iIRe ，相应的混频增益为,AC= = - gmc Re,（1）电路组成,3实例（P260中波广播收音机的三极管混频器电路）,20,本振为电感三点式电路。本振电压输出由耦合线圈 Le 加到 T1 管的发射极上。,天线上感生的信号电压通过耦合线圈 La 加到输入信号回路，再通过耦合线圈 Lb 加到 T1 管的基极上。,21,C为三个电容和
11、线圈的最上部分所等效的电容,直流通路：,本振等效电路：,混频等效电路：,（2）各组成模块等效电路,（B极输入，E极注入，共E）,22,（3）同步调谐,靠输入LC回路和本振LC回路的双联可调电容进行同步调谐，输入回路的值低，本振回路的值高，主要靠本振选台。,对输入信号频率，本振LC回路严重失谐，Le 回路看作对输入信号短路；对本振信号频率，输入LC回路严重失谐，而且Lb 的值较小，Lb 看作对本振信号短路，避免输入信号和本振信号互相干扰。 对本振信号频率，输入LC回路严重失谐，而且La 的值较小，La 看作对本振信号短路，避免本振信号反向辐射。,（4）隔离度,23,混频利用了器件特性的非线性，而
12、器件的非线性又是混频器产生各种干扰的根源。,一、干扰哨声和寄生通道干扰,1干扰哨声(组合频率干扰),(1)产生：混频器输入有用信号时，混频器件输出电流将出现众多组合频率分量：,fp,q =| pfL qfc |,混频器中存在着无数个变换通道，其中只有 p = q = 1 的通道是有用的，它可以将输入信号频率变换为所需的中频，而其余大量的变换通道无用甚至有害。,4.4.4 混频失真,24,例：fc = 931 kHz， fI = 465 kHz， fL = fc + fI = 1 396 kHz,当 fc 与 fL 混合后，输出可能存在 2fc- fL = 2 931 - 1 396 = 466
13、 kHz 的组合频率，与 465 kHz 一起送到检波器，产生差拍现象，在扬声器听到 1 kHz 的哨叫。,现象：听到的声音为哨叫干扰哨声,干扰的原因：组合频率干扰：,显然，产生哨叫的条件：| pfL qfc | = fI F,式中：F 为音频。,经分析，得产生干扰哨声的输入有用信号频率 fc为：,fI F，上式可简化为,25,(2) 减小干扰哨声的办法：,组合频率分量电流振幅随 (p + q) 的增加而迅速减小，因而，只有对应于 p 和 q 为较小值的输入有用信号才会产生明显的干扰哨声，将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频段之外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。,例1：由 ，当 p = 0
14、，q = 1 时干扰哨声强， 即 fc fI，因此，将接收机的中频选在接收频段以外，避免这个最强的干扰哨声。例如，中频接收机，fI 规定为 465 kHz。(中波：535 1 605 kHz),例2：fc=931kHz时，会产生干扰哨声（p=1,q=2）。因此不能把电台载波频率设在fc=931kHz。 例3：p=3, q=4时，即fc=4fI=1860kHz 在波段外，且p+q阶数大，幅度小，因此不需考虑此频点的干扰哨声。,26,2寄生通道干扰(副波道干扰),(1)产生 ：非接收频率的干扰台串入接收机所造成的干扰。 当干扰台的频率fM与本振频率fL满足,| pfL qfM | = fI (4-
15、3-10),时，干扰信号就将其频率 fM 变换为 fI，顺利地通过中频放大器，造成干扰(收音机听到干扰信号)。这种干扰称为寄生通道干扰。现象：收听载波为fc的电台时，同时收听到载波为fM的电台的声音。,受 fL - fc = fI 的限制，(4-3-10)式中只有下两式成立：,pfL - qfM = fI ，qfM - pfL = fI,合并，得形成寄生通道干扰的干扰信号频率为,(4-3-11),如果阶数（p+q）越小，干扰越严重。,27, 中频干扰(p = 0，q = 1), 镜像干扰(p = 1，q = 1),若将 fL 想象为一面镜子，则 fK 就是 fc 的镜像，故称镜像干扰。,(2)
16、解决办法,中频干扰：与消除干扰哨声一样， 中频应选在接收频段以外，远离接收段。在高放输入端，可加中频陷波器滤除。,fK = fL + fI = fc + 2fI ，这时，干扰信号 fK 在混频器中与本振信号 fL混频后，变换为中频。,fM = fI ，故称中频干扰。这时，混频器起到中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。,寄生通道干扰的两种最强情况：,28, 镜像干扰： fK - fc = 2fI ，可以采用两种措施：高中频方案、二次混频。,3高中频方案,中频的两种选择方案：,(1)低中频方案， fI f频段 。,(2)高中频方案， fI f频段 。,4二次混频,优点：fI 低，中频放大器易实现高增益和高选择性；,如在短波接收机中，接收频段为 (2 30)MHz，中频选在 70 MHz 附近。由于中频很高，镜像干扰频率远高
