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1、会计学1高频电子线路高频电子线路_振幅调制解调及混频振幅调制解调及混频第1页/共109页2023/5/32一、振幅调制信号分析一、振幅调制信号分析 1.1.振幅调制的概念振幅调制的概念振幅调制的概念振幅调制的概念振幅调制：振幅调制：振幅调制：振幅调制：用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，而其它参数规律变化，而其它参数(相位、频率相位、频率)不变。不变。调制信号：调制信号：调制信号：调制信号：由原始信号由原始信号(声音、数据和图象声音、数据和图象)转换成的低频或视频模转换成的低频或视频模拟信号拟信号(数字的或模拟的数字的或模拟
2、的)，用，用u u或或f f(t t)表示；表示；载波载波载波载波：未受调制的高频振荡信号，常用正弦波，用：未受调制的高频振荡信号，常用正弦波，用u uc c或或i ic c表示；表示；已调波已调波已调波已调波：受调制后的高频振荡信号。：受调制后的高频振荡信号。振幅调制方式：振幅调制方式：振幅调制方式：振幅调制方式：分为三种方式。分为三种方式。(1)(1)普通调幅方式：普通调幅方式：AMAM；(2)(2)抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制(简称双边带调制简称双边带调制)：DSB-SC(DSB-SC(简称简称DSB)DSB)；(3)(3)拟制载波的单边带调制拟制载波的单边带调制(简称单边带
3、调制简称单边带调制)：SSB-SC(SSB-SC(简称简称SSB)SSB)。三种已调波信号称为：三种已调波信号称为：调幅波信号、双边带信号和单边带信号调幅波信号、双边带信号和单边带信号调幅波信号、双边带信号和单边带信号调幅波信号、双边带信号和单边带信号。第2页/共109页2023/5/332、调幅波、调幅波(AM)载波电压：uc=Uccosct调制电压：u=Ucost(c)调幅波的瞬时振幅：Um(t)=Uc+Uc(t)=Uc+kaUcost =Uc(1+mcost)Uc(t)：调制电压u成正比；ka：比例系数或调制灵敏度，由调制电路决定；m=kaU/Uc：调幅度(调制度)。AM信号表达式：信号
4、表达式：uAM=Um(t)cosct=Uc(1+mcost)cosct调幅度的要求调幅度的要求：l m1为正常调制；l m1为过调制，导致信号产生失真，不能正确解调，应当避免出现。第3页/共109页2023/5/34AM调制过程中的信号波形：调制过程中的信号波形：调制信号为余弦波注意：注意：图(e)发生严重失真，无法通过解调恢复出调制信号！第4页/共109页2023/5/35连续谱信号的连续谱信号的AM调制调制：uAM=Uc1+m f(t)cosct，其中f(t)为归一化调制信号，而且|f(t)|max=1。连续谱信号的AM已调波又可以表示为：第5页/共109页2023/5/36 AM信号的产
5、生原理图信号的产生原理图：由加法器和乘法器完成。uAMucu常数(a)uAMucu(b)第6页/共109页2023/5/37AMAM信号的频谱：信号的频谱：信号的频谱：信号的频谱：(1)(1)单频单频AMAM波：单频波：单频AMAM波可以用三角函数展开为波可以用三角函数展开为第7页/共109页2023/5/38下图中给出语音调制信号频谱及其已调信号频谱下图中给出语音调制信号频谱及其已调信号频谱.(2)多频多频AM波：波：包含载频、上边带和下边带。带宽带宽：B=2Fmax，其中Fmax为f(t)的最高频率。说明：说明：AM调制是把调制信号的频谱搬移到载频两端，但频谱结构未变，因此这种调制方式属于
6、频谱的线性搬移频谱的线性搬移。第8页/共109页2023/5/39AM信号的功率：信号的功率：通常指AM波的平均功率(总功率)，包括载波功率和两个边带的平均功率。有时涉及AM波的最大功率和最小功率。假设负载阻抗为RL。以单频AM波为例讨论。第9页/共109页2023/5/310说明：说明：AM信号中虽然载波频率分量不携带信息，却占有2/3以上的功率，效率较低。但由于其设备简单，占的频带窄(相对于调频)，因此仍然得到广泛的应用。Pmax决定了高频谐振功放管的额定输出功率PH，PHPmax。举例举例：100%调制(m=1)，两个边频功率为载波功率的1/2，两个边频功率只占AM调幅波总功率的1/3。
7、当m值减小时，两者的比值将显著减小，边频功率所占比重更小。第10页/共109页2023/5/3112.2.双边带信号双边带信号双边带信号双边带信号DSBDSB信号的形成：信号的形成：信号的形成：信号的形成：将将AMAM信号中的载波抑制掉就形成了抑制载信号中的载波抑制掉就形成了抑制载波的双边带信号波的双边带信号(DSB-SC)(DSB-SC)，简称双边带信号，简称双边带信号(DSB)(DSB)。双边带信号的表示：双边带信号的表示：双边带信号的表示：双边带信号的表示：u uDSBDSB(t)=(t)=k fk f(t t)cos)cos c ct t，k k00说明说明说明说明:(1).(1).D
8、SBDSB信号只有上下边带，没有载波分量，因此功率利用较信号只有上下边带，没有载波分量，因此功率利用较充分；充分；(2).DSB(2).DSB信号的产生原理：仅需要一个模拟乘法器即可。信号的产生原理：仅需要一个模拟乘法器即可。uDSBuCf(t)第11页/共109页2023/5/312DSB和和AM信号比较：信号比较：(1)包络不同：AM信号的包络正比于调制信号f(t)，而DSB信号的包络则正比于|f(t)|；(2)DSB信号的高频载波相位在f(t)的零交点处(正负电压交替处)出现180的相位跃变；第12页/共109页2023/5/313(3)DSB实质上是一个调幅调相信号；uDSB(t)=|
9、f(t)|cos(ct+)其中当f(t)0时，=0；当f(t)U U。第26页/共109页2023/5/327(2)单差分对电路单差分对电路：单差分对单差分对AM调制器的输出波形调制器的输出波形：第27页/共109页2023/5/328关于关于AM调制的说明：调制的说明：(1).高电平高电平AM调制调制：集电极调幅需要谐振功放工作在过压状态，而基极调幅需要谐振功放在欠压状态，前者优点是输出功率较大，后者优点是所需的激励功率功率较小；(2).二极管二极管AM调制调制：合理选择信号的注入位置，可以用二极管平衡电路直接实现AM调制；要想用二极管环形电路实现AM调制，需要在输出电压中再加入载波分量，或
10、者在输入调制信号中叠加上直流成分；(3).双差分对双差分对AM调制电路调制电路：在小信号状态下，双差分对电路就是一个标准的模拟乘法器，要想利用它实现AM调制，也需要在输出端再加入载频分量，或者在输入调制信号中叠加上直流成分。第28页/共109页2023/5/3292.DSB2.DSB调制电路调制电路调制电路调制电路 单单二二极极管管和和单单差差分分对对不不能能产产生生DSBDSB信信号号，平平衡衡二二极极管管、环形二极管和双差分对电路可实现环形二极管和双差分对电路可实现DSBDSB调制。调制。(1).(1).平衡二极管平衡二极管DSBDSB调制器：调制器：u u1 1=u u，u u2 2=u
11、 uc c，且，且U Uc cU U。要求：要求：调制线性好，载漏(载波泄露)小，调制效率高，阻抗要匹配。第29页/共109页2023/5/330平衡二极管平衡二极管DSB调制器的波形调制器的波形：第30页/共109页2023/5/331平衡调制器的一种实际线路平衡调制器的一种实际线路：输出变压器改为可变电阻器；二极管并联电容C2和C3用来平衡二极管反向工作的结电容。电容C1：隔离高频载波与音频调制信号，对高频载波短路。第31页/共109页2023/5/332(2)(2)双双双双平平平平衡衡衡衡二二二二极极极极管管管管的的的的DSBDSB调调调调制制制制器器器器(环环环环形形形形调调调调制制制
12、制器器器器)：可可以以进进一一步步减减少少组合分量，减少滤波器压力。组合分量，减少滤波器压力。在在u u1 1=u u，u u2 2=u uc c的情况下，可以实现的情况下，可以实现DSBDSB调制。调制。滤波后输出电压：滤波后输出电压：平衡调制器和环形调制器比较平衡调制器和环形调制器比较：a.平衡调制器：交换调制信号u和载波信号uc的位置后不能得到DSB信号，只能得到AM信号；b.环形调制器：交换调制信号u和载波信号uc的位置后同样得到DSB信号，即调制器与输入信号的位置无关。第32页/共109页2023/5/333双平衡双平衡DSB调制器电路及波形调制器电路及波形:第33页/共109页20
13、23/5/334双桥构成的环形调制器：双桥构成的环形调制器：忽略晶体管输入电阻对平衡调制器的影响。第34页/共109页2023/5/335l 单差分对电路的单差分对电路的DSB调制调制：注意信号的注入方式。l 双差分对电路的双差分对电路的DSB调制调制：由于双差分对电路在小信号状态下就是一个标准的模拟乘法器，因此不管载波信号和调制信号怎么注入，均可以实现DSB调制。(3)差分对电路的差分对电路的DSB调制调制：单差分对和双差分对电路均可。第35页/共109页2023/5/336单差分对单差分对DSB调制器的信号波形调制器的信号波形:第36页/共109页2023/5/3373.SSB调制电路调制
14、电路主要有滤波法和移相法两种。(1)滤波法滤波法：由二极管平衡调制器和边带滤波器组成。二极管平衡调制器二极管平衡调制器：生成DSB信号；边带滤波器边带滤波器：从DSB中取出一个边带。它是一个带通滤波器，可以用L、C元件或等效的L、C元件(如石英晶体)组成。目前常用的边带滤波器有：机械滤波器、晶体滤波器和陶瓷滤波器。下图是理想的边带滤波器传输特性。第37页/共109页2023/5/338(2)(2)移相法：移相法：移相法：移相法：移相法可以从移相法可以从SSBSSB信号的表达式来理解。信号的表达式来理解。优点优点：省去了边带滤波器。缺点缺点：一是两个平衡调制器输出DSB信号的幅度应完全相等；二是
15、移相网络必须对载频和调制信号均保证精确的/2相移。第38页/共109页2023/5/339提高移相精度的移相法提高移相精度的移相法SSB调制器结构：调制器结构：如果调制信号为音频信号，为了提高相移精度，可以将两个平衡调制器的调制信号输入分别产生/4相移和/4相移，这样两路音频信号的相位差为/2。两路载频由频率为4f0的振荡器经四次数字分频器得到，载频的/2相位差也由分频器来保证。第39页/共109页2023/5/340(3)滤波法和移相法性能比较滤波法和移相法性能比较a.移相法对平衡调制器的载漏抑制要求较高，但可以在较高的频率上形成SSB信号；b.滤波法对平衡调制器的载漏拟制要求不高，但由于需
16、要边带滤波器，限制了它的最高工作频率。第40页/共109页2023/5/341综合举例：综合举例：P250:习题6-4(c)(d)在图示的四个电路中，调制信号和载波信号分别为两个二极管的伏安特性相同，均为从原点出发，斜率为gD的直线。(1)试问哪些电路能实现双边带调制？(2)在能够实现双边带调制的电路中，试分析输出电流的频率分量。第41页/共109页2023/5/342解：(c)由电路图可得：显然载波中包含载波频率的基波分量，因此不能实现DSB调制。第42页/共109页2023/5/343(d)由电路图可得：流过负载电流流过负载电流:由于负载电流中没有载波频率和调制信号频率的组合频率分量，因此
17、不可能实现DSB调制。第43页/共109页2023/5/344三、调幅信号的解调三、调幅信号的解调 振幅解调的概念：振幅解调的概念：振幅解调的概念：振幅解调的概念：从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调，又称为检波。解调是调制的逆过程。解调，又称为检波。解调是调制的逆过程。振幅解调原理：振幅解调原理：振幅解调原理：振幅解调原理：属于频谱线性搬移，可使用第属于频谱线性搬移，可使用第5 5章介绍的方法。章介绍的方法。1.1.调幅解调方法：调幅解调方法：调幅解调方法：调幅解调方法：包括包络检波和同步检波两大类。包括包络检波和同步检波两大类。(1)(1)包
18、络检波包络检波包络检波包络检波：解调器输出电压与输入已调波的包络成正比。：解调器输出电压与输入已调波的包络成正比。包络检波器分类包络检波器分类包络检波器分类包络检波器分类：峰值包络检波器和平均包络检波器。：峰值包络检波器和平均包络检波器。电路组成电路组成电路组成电路组成：非线性电路：非线性电路+低通滤波器。低通滤波器。用途用途用途用途：只能用于：只能用于AMAM信号的解调。信号的解调。(2)(2)同步检波同步检波同步检波同步检波：接收端需要一个与发送端同频同相的参考载波。：接收端需要一个与发送端同频同相的参考载波。两种同步检波器两种同步检波器两种同步检波器两种同步检波器：一是乘积型：一是乘积型
19、(模拟乘法器模拟乘法器+低通滤波器低通滤波器)，二，二是叠加性是叠加性(加法器加法器+包络检波器包络检波器)。用途用途用途用途：可适用于：可适用于AMAM、DSBDSB、SSBSSB信号的解调。信号的解调。第44页/共109页2023/5/345包络检波器的原理框图：包络检波器的原理框图：第45页/共109页2023/5/346同步检波器的原理框图同步检波器的原理框图同步检波器的原理框图同步检波器的原理框图：(a a)乘积型；乘积型；(b b)叠加型。叠加型。同步的解释同步的解释：接收机的参考载波要与发射机端载波同步。uc和ur的振幅可以不同，但是频率和相位必须相同。第46页/共109页202
20、3/5/3472 2 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器电路组成：电路组成：电路组成：电路组成：二极管峰值包络检波器由输入回路、二极管二极管峰值包络检波器由输入回路、二极管V VD D和和RCRC低通滤波器组成。低通滤波器组成。(1)(1)输入回路：提供信号源，又是末级中放的输出回路；输入回路：提供信号源，又是末级中放的输出回路；(2)(2)二极管：由导通电压小、二极管：由导通电压小、r rD D小的锗管；小的锗管；(3)(3)RCRC电路：一方面作为检波器负载，另一方面对高频电流旁路。电路：一方面作为检波器负载，另一方面对高频电流旁路。因此因此R
21、CRC电路应满足电路应满足或说明：说明：在这种检波器里，二极管工作在大信号状态，ui0.5V，信号源、二极管、RC电路串联关系。因此称为串联型峰值包络检波器。第47页/共109页2023/5/348检波过程：检波过程：检波过程实际上就是电容C的充放电过程。(1)充电过程充电过程：假定输入电压为等幅高频电压ui(t)=Um cosct。(2)放电过程放电过程：随着电容上充电电压的增加，二极管上压降不断减少，当uD=uiuo=0时，二极管开始截止，电容通过电阻R放电。但时间持续不长，因为RCTc(载波周期)，当uc下降不多时，ui的下一个正半周已经到来，当uiuc时，二极管导通，对电容充电。假设加
22、输入电压前ui=0，加上输入电压后，ui处于正半周，二极管导通，对电容充电，由于电容C的高频阻抗很小、rD很小，充电电流很大，ui全部加到二极管两端；同时电容上的电压又反作用于二极管，因此uD=uiuo。第48页/共109页2023/5/349(3)动态平衡状态动态平衡状态：当二极管导通时电容上积累的电荷量等于截止时释放的电荷量，检波器达到了动态平衡。第49页/共109页2023/5/350特点：特点：(1)检波过程是一个重复的充放电过程；(2)充电快、放电慢：RCTc，rDCTc，因此电容电压保持在正弦波正半周峰值附近，即UoUm，因此这种检波器称为峰值包络检波器；(3)二极管电流：平均分量
23、Iav和高频分量，低通输出uo=Uav；(4)稳态时二极管电压电流波形：第50页/共109页2023/5/351输入为输入为AM信号时检波器的输出电压波形图信号时检波器的输出电压波形图：输入为输入为AM波的检波器输出电压波的检波器输出电压：Uo(t)=Uav=Udc+u。说明说明：Udc可以作为自动增益控制(AGC)电路的控制电压。第51页/共109页2023/5/352 输入为输入为AM信号时，检波器二极管的电压及电流波形：信号时，检波器二极管的电压及电流波形：第52页/共109页2023/5/353 包络检波器的输出电路：包络检波器的输出电路：(a)直接输出解调输出的调制信号；(b)输出直
24、流电压用来进行自动增益控制(AGC)。第53页/共109页2023/5/354性能分析：性能分析：性能分析：性能分析：衡量二极管峰值包络检波器的两个主要性能参数衡量二极管峰值包络检波器的两个主要性能参数是传输系数是传输系数K Kd d、输入电阻、输入电阻R Ri i。(1)(1)传输系数传输系数传输系数传输系数(检波系数检波系数检波系数检波系数)K Kd d：K Kd d是用来描述包络检波器对输是用来描述包络检波器对输入已调信号的解调能力或者效率的物理量。入已调信号的解调能力或者效率的物理量。等幅波输入等幅波输入等幅波输入等幅波输入：u us s(t t)=)=U Ummcoscos c ct
25、 t K Kd d=U Uo o/U Umm 检波器输出检波器输出u uo o(t t)=)=K Kd dU Umm AM AM 波输入波输入波输入波输入：u us s(t t)=)=U Uc c(1+(1+m m coscost t)cos)cosc ct t K Kd d=U U/mUmUc c 检波器输出检波器输出u uo o(t t)=)=K Kd d U Uc c(1+(1+m m coscost t)说明说明说明说明：两种定义方法是完全等价的。：两种定义方法是完全等价的。第54页/共109页2023/5/355Kd的计算的计算：大信号工作，忽略二极管导通电压，考虑等幅波。第55页/
26、共109页2023/5/356(1)Kd由 决定，即由二极管和R决定，与输入信号无关；(2)越小，Kd越大；(3)理想滤波条件不满足时，传输系数会小一些。第56页/共109页2023/5/357CRisR0LC1Ri(2)输入阻抗输入阻抗Ri：表征包络检波器对前级电路的影响程度。Ri越小，前级回路谐振阻抗越低，导致Q值下降。因此希望Ri要大。小结小结：Ri由检波器负载电阻R决定，R越大，对前级影响越小。第57页/共109页2023/5/358检波器的失真：检波器的失真：当二极管峰值包络检波器的参数选择不当时，检波器输出波形会产生惰性失真和底部切削失真惰性失真和底部切削失真。(1)惰性失真：由于
27、RC时间常数太大，电容C对R的放电速度跟不上AM信号的包络的下降速度，导致二极管若干高频周期处于截止状态，引起的失真。下图是惰性失真波形。不产生惰性失真的条件：第58页/共109页2023/5/359(2)底部切削失真：又叫负峰切削失真，产生失真后，检波器的输出电压波形负半周的峰值被切削掉。第59页/共109页2023/5/360产生失真的原因产生失真的原因：由于检波器的交流、直流负载电阻不一致引起的。在实际的检波器电路里，还应该加上耦合电容Cg和真正的负载电阻Rg。由于Cg对交流短路，所以有第60页/共109页2023/5/361减少交直流负载差别的措施减少交直流负载差别的措施：方法方法a：
28、将R分解R=R1+R2。方法方法b：插入高输入阻抗的射极跟随器。关于包络检波器失真的说明关于包络检波器失真的说明：(1).包络检波器的惰性失真和切削失真是由于线性元件(电阻和电容)的选择不当引起的；(2).包络检波器的非线性失真是由非线性器件(二极管)引起。第61页/共109页2023/5/362实际检波电路及元件选择：实际检波电路及元件选择：实际检波电路及元件选择：实际检波电路及元件选择：以以AMAM收音机的检波电路为例收音机的检波电路为例 。(1)电路组成电路组成峰值包络检波器峰值包络检波器：二极管，电容C1、C2，电阻R1、R2，以及Cg和Rg。自动增益控制自动增益控制(AGC)滤波电路
29、滤波电路：R4，C3。第62页/共109页2023/5/363(2)(2)检波电路元器件的选择检波电路元器件的选择检波电路元器件的选择检波电路元器件的选择：根据：根据5 5个原则个原则 基本约定基本约定基本约定基本约定：R R=R R1 1+R R2 2，C C=C C1 1+C C2 2，R R1 1/R R2 2=0.1=0.10.20.2，C C1 1=C C2 2第63页/共109页2023/5/364综合举例综合举例1：P253习题6-12。振幅检波器必须有哪几个组成部分？各部分作用如何？下列各图(见图所示)能否检波？图中R、C为正常值，二极管为折线特性。第64页/共109页2023
30、/5/365综合举例综合举例2：P254习题6-14。已知包络检波电路参数如下：C=0.01uF，R=4.7k，Cg=10uF，Rg=10kus=0.8(1+0.5cost)cosct(V)，F=5kHz，fc=465kHz，rD=125求Ri、Kd，并检验有无惰性失真和底部切削失真。第65页/共109页2023/5/366解：Ri=R/2=2.35k第66页/共109页2023/5/367VDu sCR(a)原理电路3 3、二极管并联峰值包络检波器、二极管并联峰值包络检波器、二极管并联峰值包络检波器、二极管并联峰值包络检波器 并联包络检波器的二极管、负载电阻和信号源是并联的，并联包络检波器的
31、二极管、负载电阻和信号源是并联的，但它的工作原理是一样的。但它的工作原理是一样的。(1)(1)电压传输系数电压传输系数K Kd d：和串联峰值包络检波器相同。：和串联峰值包络检波器相同。(2)(2)输入电阻输入电阻R Ri i：在并联检波器里，高频电流能够通过负载电阻：在并联检波器里，高频电流能够通过负载电阻R R，因此，因此R R要消耗高频载波功率。要消耗高频载波功率。第67页/共109页2023/5/368二极管并联峰值包络检波器：二极管并联峰值包络检波器：实际电路和波形。第68页/共109页2023/5/3694 4小信号检波器小信号检波器 输入信号振幅为几mV几十mV。特点特点：输出平
32、均电压Uav与输入电压振幅Um的平方成正比，故又称平方律检波器。应用应用：在测量仪表及微波检测中广泛用作功率指示器；缺点缺点：传输系数Kd和输入电阻Ri都小，而且还有非线性失真。第69页/共109页2023/5/3705 5、同步检波器：分乘积型和叠加型、同步检波器：分乘积型和叠加型、同步检波器：分乘积型和叠加型、同步检波器：分乘积型和叠加型(1)(1)乘积型：先考虑完全同步情况乘积型：先考虑完全同步情况第70页/共109页2023/5/371参考载波的同步误差对乘积型同步检波器的影响：参考载波的同步误差对乘积型同步检波器的影响：参考载波的同步误差对乘积型同步检波器的影响：参考载波的同步误差对
33、乘积型同步检波器的影响：结论结论1：参考载波的频率误差引起检波器输出失真。结论结论2：如果为常数，相位误差只会引起检波器输出幅度衰减；如果随着时间变化，相位误差将引起检波器输出失真。第71页/共109页2023/5/372(2)叠加型：叠加型：考虑单边带(上边带)已调波包络检波器输出：包络检波器输出：第72页/共109页2023/5/373(3)平衡同步检波电路：平衡同步检波电路：由两个叠加型同步检波器组成，可以减少输出电压中的非线性失真。总的输出：uo=uo1uo2=2KdUrmcost第73页/共109页2023/5/374(4)同步检波器小结同步检波器小结实现同步检波的关键是要产生一个与
34、发射机载波同频、同相的本地参考载波。如果发射机发送的载波与本地恢复的参考载波存在相位和频率上的偏差，同步检波器的输出信号会产生失真。本地参考载波产生方法：本地参考载波产生方法：a.分频法：直接从DSB信号中提取；DSB信号平方得2fc二分频得fcb.导频法：在发射机发射SSB信号时，附加发射一个功率较低的载波信号，称为导频信号。第74页/共109页2023/5/375四、混频器四、混频器 1 1、混频的概念、混频的概念、混频的概念、混频的概念 混频混频混频混频(又称为变频又称为变频又称为变频又称为变频)，是将信号的载频变换成另外一个频率。，是将信号的载频变换成另外一个频率。，是将信号的载频变换
35、成另外一个频率。，是将信号的载频变换成另外一个频率。具有这种功能的电路称为混频器具有这种功能的电路称为混频器具有这种功能的电路称为混频器具有这种功能的电路称为混频器(或变频器或变频器或变频器或变频器)。混频器具有两个输入电压，频率分别为混频器具有两个输入电压，频率分别为混频器具有两个输入电压，频率分别为混频器具有两个输入电压，频率分别为f fc c和和和和f fL L，输出信号，输出信号，输出信号，输出信号的频率的频率的频率的频率f fI I是两者的差频或和频，是两者的差频或和频，是两者的差频或和频，是两者的差频或和频，f fI I=f=fL L f fc c。因此混频器在频域。因此混频器在频
36、域。因此混频器在频域。因此混频器在频域起着减起着减起着减起着减(或加或加或加或加)法器的作用，是频谱线性搬移的一种应用。法器的作用，是频谱线性搬移的一种应用。法器的作用，是频谱线性搬移的一种应用。法器的作用，是频谱线性搬移的一种应用。第75页/共109页2023/5/376超外差接收机：超外差接收机：混频器是基础，可以获得高灵敏度和选择性。输入信号us：接收到的已调波信号，载波频率为fc。输入信号uL：本地载波uL=ULcos2fLt，fL为本振频率。输出信号：载频变为中频频率fI，但uI仍然是已调波信号。混频方式：混频方式：(1)下变频：fI=fcfL，fIfc。几种超外差接收机的中频频率：
37、几种超外差接收机的中频频率：(1)调幅收音机：调幅收音机：fI=465(455)kHz；(2)调频收音机：调频收音机：fI=10.7MHz；(3)微波接收机微波接收机(卫星接收机卫星接收机)：fI=70或或140MHz；(4)电视接收机：图象中频电视接收机：图象中频=38MHz，伴音中频，伴音中频=6.5MHz。第76页/共109页2023/5/377混频电路的实现原理：混频电路的实现原理：混频属于是频谱线性搬移，可用线性线性时变电路和带通滤波器来完成。时变电路和带通滤波器来完成。理想混频器理想混频器：由模拟乘法器和带通滤波器组成，如果输入已调信号为us=Uscostcosct和本振电压为uL
38、=ULcosLt，那么第77页/共109页2023/5/378混频过程的频谱变换：混频过程的频谱变换：第78页/共109页2023/5/3792、混频器的主要性能指标、混频器的主要性能指标(1)变频增益变频增益:可以用变频电压增益和功率增益描述。变频电压增益：输出电压振幅UI与高频输入电压振幅Us之比。变频功率电压增益：物理意义物理意义：变频增益表征了变频器将高频信号变换为输出中频信号的能力。增大变频增益，还有利于提高接收机的接收灵敏度。(2)噪声系数：噪声系数：混频器对接收机整机的噪声系数影响比较大，特别是没有高放级时，影响更大。所以NF越小越好。第79页/共109页2023/5/380(3
39、)失真与干扰：失真与干扰：失真包括频率失真和非线性失真。另外还有非线性干扰，包括组合频率、交叉调制和互调制、阻塞和倒易混频等干扰。(4)选择性：选择性：指中频输出中应该只有接收的有用信号，而不应该有不需要的干扰信号。因此要求中频输出回路有良好的选择性，即回路有理想的谐振曲线(矩形系数为1)。(5)变频压缩变频压缩(抑制抑制)：在混频器中，输出与输入信号幅度应成线性关系。实际上，由于非线性器件的限制，当输入信号增加到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系，称为变频压缩。(6)动态范围动态范围：大的动态范围是指输入信号的变化范围要大。(7)隔离度隔离度：隔离度好，是指信号端口、本振端口
40、与中频输出端口的相互泄露要小。(8)稳定度稳定度：本振频率的稳定度要高。第80页/共109页2023/5/381混频器变频压缩示意图：混频器变频压缩示意图：第81页/共109页2023/5/3823 3、混频电路、混频电路、混频电路、混频电路(1)(1)晶体三极管混频器晶体三极管混频器 用线性时变分析法来分析，假设用线性时变分析法来分析，假设U Us s0.5V0.5V，时变偏置，时变偏置电压电压E Eb b(t)=(t)=E Eb bu uL L，输出回路谐振于，输出回路谐振于f fI I=f fL Lf fc c，集电极电流为，集电极电流为 第82页/共109页2023/5/383变频跨导
41、变频跨导gc：不仅决定着变频增益(Kvc=gcRL)，还影响着混频器的噪声系数NF。变频跨导gc只与晶体管特性、直流工作点及本振电压UL有关，与us无关。第83页/共109页2023/5/384(a)基极串馈注入：us和uL直接串联在基极同极注入；(b)基极并馈注入：uL通过耦合电容CL与us并联于基极，目的是减少us的调谐回路对本振频率的影响；(c)射极注入：uL在发射极注入，缺点是要求本振注入功率较大。本振电压的注入原则：本振电压的注入原则：(a)要尽量避免us和uL的相互影响；(b)不要妨碍中频电流的流通。本振电压的注入方式：本振电压的注入方式：有三种方式。第84页/共109页2023/
42、5/385中波中波AM收音机混频电路收音机混频电路(图图(a)：混频、本地振荡由同一个三极管完成，输出中频回路调谐于465kHz。(a)混频：输入信号由天线回路加到基极，本振信号加到发射极；(b)本地振荡器：L3L4C7C8和晶体管组成变压器反馈振荡器；(c)输出中频回路：L5和1000pF电容组成。第85页/共109页2023/5/386FM调频收音机混频电路调频收音机混频电路(图图(b)：混频、本地振荡由同一个三极管完成，输出中频回路调谐于10.7MHz。(a)混频：输入信号和本振信号均由发射极注入，为共基放大器；(b)本地振荡器：为电容反馈式振荡器，由C2、C5和L2回路组成。(c)输出
43、中频回路：由由C9和和T1组成组成。L1、C3也串联调谐于10.7MHz、为中频陷波电路，防止中频信号流入发射极。第86页/共109页2023/5/387 (2)(2)二极管混频电路二极管混频电路二极管混频电路二极管混频电路特点：特点：特点：特点：优点是噪声低、电路简单、组合分量少。在高质量通优点是噪声低、电路简单、组合分量少。在高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用二极管平衡混频器信设备中以及工作频率较高时，常使用二极管平衡混频器和环形混频器。和环形混频器。平衡混频器：平衡混频器：平衡混频器：平衡混频器：U UL LU Us s，且，且U UL L0.5V0.5V。第87页/共109页2
44、023/5/388环形混频器：环形混频器：(3)其它混频电路其它混频电路除了二极管、晶体三极管混频电路外，还有双差分对和场效应管混频电路。双差分对电路在小信号时就是标准的模拟乘法器，而场效应管可以组成平衡混频器和环形混频器。第88页/共109页2023/5/389场效应管平衡混频器和环形混频器：场效应管平衡混频器和环形混频器：可以用平方律特性分析(平衡混频器平衡混频器)，也可以用开关分析法(环形混频器环形混频器)。第89页/共109页2023/5/390混频电路综合举例：混频电路综合举例：混频电路综合举例：混频电路综合举例：已知某混频器的变频跨导为已知某混频器的变频跨导为g gc c，本振电压
45、本振电压为为u uL LU UL Lcoscos L Lt t，U Us sfc：fJ=fL+fI时，fJfL=fLfc=fI，fJ称为镜像频率，干扰称为镜像干扰。如左图。b)fLfc：镜像频率fJ=fLfI，fLfJ=fJfc=fI。如右图。镜像干扰的拟制方法镜像干扰的拟制方法:(a)提高前端电路的选择性；(b)提高中频频率，高中频对镜像干扰是非常有利的。第96页/共109页2023/5/397组合副波道干扰组合副波道干扰：只观察p=q时的部分干扰。第97页/共109页2023/5/3983、交调干扰、交调干扰(交叉调制干扰)：是有用信号和干扰信号一起作用于混频器，由混频器的非线性形成的干扰
46、。交调干扰的特点：交调干扰的特点：在接收有用信号时，可同时听到有用台和干扰台，有用台消失，干扰台也同时消失。形成的原因：由于形成的原因：由于混频器的非线性作用，将干扰的调制信号转移到有用信号的载频上，然后再与本振信号混频得到中频信号，从而形成干扰。交调干扰与信号并存，通过有用信号起作用，与干扰频率无关，强干扰都可能形成交调干扰。交调干扰的拟制方法：交调干扰的拟制方法：(a)提高前端电路的选择性；(b)选择合适的器件和工作状态，减少频率组合分量。说明说明：工作在非线性状态的放大器也会产生交调干扰，由三次方项产生，称为三阶交调干扰。混频器的交调干扰是由器件的四次方项产生，习惯上称为三阶交调(忽略本
47、振一阶)。第98页/共109页2023/5/3994.互调干扰：互调干扰：若接收机前端电路的选择性不好，致使两个或多个干扰信号一起加到混频器的输入端，经混频器的非线性作用后产生近似中频的组合分量，对有用信号产生干扰。互调干扰产生的条件：互调干扰产生的条件：假设两个干扰信号的频率分别为fJ1和fJ1，它们均小于有用信号频率为fc，那么产生互调干扰的条件为“同侧等距”fJ1fJ2=fcfJ1说明说明：工作在非线性状态的放大器也会产生互调干扰，由三次方项产生，称为三阶互调干扰。混频器的互调干扰是由器件的四次方项产生，习惯上称为三阶互调(忽略本振一阶)。互调干扰的拟制方法互调干扰的拟制方法：(a)提高
48、前端电路的选择性；(b)选择合适的器件和工作状态，减少频率组合分量。第99页/共109页2023/5/31006.6.倒倒倒倒易易易易混混混混频频频频器器器器：当当有有强强干干扰扰信信号号进进入入混混频频器器时时，混混频频器器输输出出端的噪声加大，信噪比降低，这种现象称为端的噪声加大，信噪比降低，这种现象称为倒易混频倒易混频倒易混频倒易混频。拟拟拟拟制制制制倒倒倒倒易易易易混混混混频频频频的的的的措措措措施施施施：一一是是削削弱弱进进入入混混频频器器的的干干扰扰强强度度，二二是提高本振的频谱纯度。是提高本振的频谱纯度。5.包络失真和阻塞干扰包络失真和阻塞干扰包络失真包络失真：由于混频器的“非线
49、性”，输出包络与输入包络不成正比。对于振幅调制信号，包络失真是不希望出现的。阻塞干扰阻塞干扰：当干扰强信号与有用信号同时加入混频器，会使混频器输出的有用信号幅度减小，严重时，甚至小到无法接收。产生阻塞的原因也是由于混频器的“非线性”，特别是引起互调交调的四阶产物。拟制包络失真和阻塞干扰的措施拟制包络失真和阻塞干扰的措施：可以减小互调干扰的措施都可以缓解包络失真和阻塞干扰。第100页/共109页2023/5/3101举例举例：习题6-28。某超外差接收机工作频段为0.5525MHz，中频fI=455kHz，本振fLfs。试问波段内哪些频率上可能出现较大的组合干扰(6阶以下)。解解：第101页/共109页2023/5/3102习题习题(第一版第一版)6-16-4(a)(b)6-156-19(用时变分析法用时变分析法)6-27习题习题(第二版第二版)6-16-8(a)(b)6-206-22(用时变分析法用时变分析法)?第102页/共109页