通信电子电路第七章.

本章内容7.1概述7.2变频器的基本原理7.3变频器的主要技术指标7.4晶体三极管混频电路7.5超外差接收机的统调与跟踪7.6用模拟乘法器构成的混频电路7.7变频干扰返回总目录本章重点和难点(一)本章重点1.为什么要进行变频2.变频器的基本原理及数学分析3.晶体三极管混频电路基本原理、工作状态选择及应用举例4.变频干扰(二)本章难点1.三点统调2.变频干扰7.1概述一、什么是变频器二、为什么要进行变频三、信号载波频率变换成中频频率波形图四、变频器的组成7.1概述一、什么是变频器在通信技术中，经常需要将信号自某一频率变换为另一频率，一般用得较多的是:把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号。例如：在超外差接收机中，常将天线接收到的高频信号(载频位于535kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号)通过变频，变换成465kHz的中频信号，完成这种频率变换的电路称变频器。超外差收音机接收系统及各点波形在超外差式调频广播接收机中,把载频位于88MHz～108MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号;又如:把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38MHz的视频信号。变频器：保持调制类型（调频、调相、调幅）和调制参数（mf、mp、ma)不变，将高频载波变为较低频率载波本质：频谱的搬移二、为什么要进行变频1.变频器将信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可做得很高而不自激，电路工作稳定（有利于放大）；2.接收机在频率很宽的范围内选择性好有困难，而对于某一固定频率选择性可以做得很好（有利于选频）；3.在专用接收机中，频率是固定的，而作为超外差接收机频率是变的，但由于变频后所得的中频频率是固定的，这样可以使电路结构简化。由于设计和制作工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易，增益高，选择性好，所以采用变频器后，接收机的性能将得到提高。三、信号载波频率变换成中频频率波形图与载波振幅的包络形状完全相同，唯一的差别是信号载波频率变换成中频频率IuSuSfIf四、变频器的组成1.变频电路框图它是将输入调幅信号与本振信号（高频等幅信号），同时加到混频器，经频率变换后通过滤波器，输出中频调幅信号。非线性元件中频滤波器本机振荡器信号端混频器中频调幅信号uLuIuS频谱搬移与载波振幅的包络形状完全相同，唯一的差别是信号载波频率变换成中频频率。本地振荡器本振信号------下标为L输入调幅信号-------------下标为S中频调幅信号-------------下标为IIuSuSfIf2.变频电路的组成1)非线性元件，如二极管、三极管和场效应管和模拟乘法器等；2）中频滤波器；3）产生uL的振荡器。通常称为本地振荡器，振荡角频率为。Lω本机振荡器可以由变频晶体管兼（叫自激式变激器）。也可以由另一晶体管组成（称为他激式变频器，也叫混频器）。两种电路中，前一种简单，但统调困难。因此一般工作频率较高的接收机采用混频器。7.2变频器的基本原理一、混频前后的频谱图变频的作用是将信号频率自高频搬移到中频，也号频率搬移过程。值得注意的是高频调幅信号的上边频变成中频调幅信号的下边频，而高频调幅信号的下边频变成中频调幅信号的上边频。fxffs-Ffs+FfxffI+FfI-FfI高频调幅信号本振信号电压幅值电压幅值中频调幅信号(b)变频后(a)变频前一、混频前后的频谱图高频调幅信号的上边频变成中频调幅信号的下边频，高频调幅信号的下边频变成中频调幅信号的上边频。二、变频原理的数学分析：幂级数幂级数如果在非线性元件上同时加上输入信号电压和等幅的高频信号电压，则就会产生具有新频率的电流成分。由于变频管工作于输入特性曲线的弯曲段，其电流可采用幂级数来表示，即2210)()(LsLsuuauuaaitUuSSmscostUuLLmLcos对上式近似取前三项，则22102210)coscos()coscos()()(tUtUatUtUaauuauuaaiLLmSSmLLmSSmLSLSttUUatUtUatUtUaUUaaiLSLSLmSmLLmSSmLLmSSmLmSm)cos()cos()2cos2cos(2)coscos()(2222212220直流项由于电路元件的伏安特性包含有平方项1.在uS，uL同时作用下，电流便产生了新的频率成分，它包含：差频分量：和频分量：谐波分量：其中差频分量就是我们所要求的中频成分。LSLSS2L2LSI2.通过中频滤波器就可将差频分量取出。而将其他频率成分滤除。这种变频器称为下变频器。若用选择性电路将和频分量选择出来，则这种变频器称为上变频器。二、变频原理的数学分析频谱搬移------时域相乘7.3变频器的主要技术指标1．变频器增益要大2．选择性要求输出回路具有良好的选择性。可采用品质因数Q高的选频网络或滤波器。3．工作稳定性要好要求本振信号频率稳定度高，则应采用稳频等措施。4．非线性失真要小5．噪声系数要小噪声系数要小的分析噪声系数的定义为由于变频器位于接收机的前端，它产生的噪声对整机影响最大，故要求变频器本身噪声系数越小越好。率比输出端中频信号噪声功率比输入端载频信号噪声功NF7.4晶体三极管混频电路三、晶体管变频电路应用举例1.收音机他激式混频器本振电压由电感三点式振荡器产生，通过耦合线圈Le加到混频管的发射极。输入信号电压由接收天线感应产生，通过耦合线圈La加到输入信号回路，而后通过耦合线圈Lb加到混频管基极。输入信号频率的选择和相应的本振频率用调节联动的可变电容获得，输出中频465kHz信号。图7-6（a）晶体管他激式变频器1）本地振荡器由三极管、振荡回路（Lc、C5、C6、C7）和反馈线圈等构成的变压器耦合反馈振荡器。本振电压由Lc的抽头取出加到三极管发射极和加到基极的输入信号混频。2）自激式变频电路本振和混频由一只三极管承担,可节省管子。但由于中频电流通过反馈线圈会引起中频负反馈，如设计不当，就会使变频增益降低。2.收音机自激式变频器用于中波段图7-6（b）晶体管自激式变频器30MHz无线调频接收机机7.5超外差接收机的统调与跟踪1.理想特性是：在接收机的整个范围内，本振频率高于接收频率一个中频---465KHz可调电容角度在超外差接收中，为了调谐方便，希望高频调谐回路（输入回路、高放回路）与本振回路，实行统一调谐。某分段波的最低频率fmin=535kHz，而最高频率fmax=1605kHz，则高频回路的波段覆盖系数为3CCffKminmaxminmaxd当中频选用时，如用容量相同的可变电容，则本振波段将从最低频率变化到最高频率而要求的最高频率应这说明除最低频率处满足中频外，在波段其它频率处均不是,ZLKHf1000465535minKHz465KHzffLL30003minmaxKHz20704651605KHz465KHz4653CCffKminmaxminmaxd也就是只有一点跟踪。为使统调要求能基本满足，而又不使电路太复杂，目前都在本振回路上采取措施，这种方法称为三点统调或称三点跟踪为了满足三点统调，在本振回路上必须附加电容通常，本振回路附加串联电容Cp，Cp称为垫整电容，其容量较大，与Cmax的容量相近，还附加并联电容Ct，Ct称为垫补电容，其容量较小，与Cmin的容量相近。图7-6（b）晶体管自激式变频器在本振频率高频端，C=Cmin，由于Ct与Cmin相近，使总的电容增大，所以使高频本振频率降低。在本振频率低频端，C=Cmax,Ct的并联作用可忽略。串联Cp后，使总的电容减少，所以使低端本振频率提高。这样就达到了三点统调的目的。7.6用模拟乘法器构成的混频电路图7-12是用MC1596G构成的双平衡混频器。具有宽带输入，其输出调谐在9MHz，回路带宽450kHz，本振输入电平100mV，对于30MHz信号和39MHz本振输入，混频器变频增益为13dB。当输出信噪比为10dB时，输入信号灵敏度为7.5µV。7.7变频干扰及其抑制方法SLLSSLff、ff、f、f2233一、组合频率干抗由于变频器使用的是非线性器件，而且工作在非线性状态。流经变频管的电流不仅含有直流分量、信号频率fS、本振频率fL成分，还含有信号、本振频率的各次谐波，以及它们的和、差频等组合频率分量，如等，即含有±mfL±nfS分量。当这些组合频率分量中的某些分量等于或接近中频时，就能进入中频放大器，经检波器输出产生对有用信号的干扰。当组合频率符合关系时，就可以在输出端形成干扰甚至产生哨叫，这种干扰就叫组合频率干扰。例如本振频率＝1396kHz，有用信号频率＝931kHz，两者的差拍频率是中频＝465kHz。但信号频率的二倍频＝1862kHz与本振频率的差拍频率为1862－1396＝466kHz，显然这个差频能被中频放大器放大，并与标准中频同时加入到检波器，由于检波器也是非线性元件，故有466－465＝1kHz低频通过低放产生哨叫，干扰正常通信。IsLIsLfnfmffnfmf减弱组合频率干扰的方法有三种①适当选择变频电路的工作点，尤其是不要过大；②输入信号电压幅值不能过大，否则谐波幅值也大，使干扰增强；③选择中频时应考虑组合频率的影响，使其远离在变频过程中可能产生的组合频率。二、副波道干扰副波道干扰是一种其频率为的fn外来干扰，如果频率为fn的干扰信号作用到混频器的输入端，它与本振信号频率如满足下面关系：式中，m为本振信号频率的谐波次数，n为干扰信号频率的谐波次数。这时，干扰信号就会进入中频放大器经解调器输出将产生干扰和哨叫。InLfnfmf可能产生的干扰频率可由下式确定(7-10)这类干扰主要有中频干扰、镜频干扰和组合副波道干扰。)(1ILnfmfnf1．中频干扰当干扰信号频率时（即m=0，n＝1），如果接收机输入回路选择性不好，该信号进入变频器，并被放大，从而产生干扰。对中频干扰的抑制方法-----主要是提高变频器前面电路的选择性，增强对中频信号的抑制或设置中频陷波器。Inff)(1ILnfmfnf2.镜频干扰问题：当fS=1000kHz，fL=1465kHz，调谐于中频465kHz，干扰信号频率fn=1930kHz，能不能抑制？1930–1465=465kHz当fn=fL+fI，相应的干扰电台频率等于本振频率fL与中频fI之和。)(1ILnfmfnf如果将fL所在的位置比作一面镜子，则fs与fn分别位于的两侧，且距离相等，互为镜像，故称为镜频干扰，又称为镜像干扰。抑制它的主要方法是提高变频级前电路的选择性。ISILnfffff2（即m=n=1）3．组合副波道干扰除上述两种情况外，在式（7-10）中，当（例如，m=n=2，则对应）均称为组合副波道干扰。1,1nmILnfff22三、交调和互调干扰1．交调干扰交调干扰就是当接收机接收的信号和干扰信号同时作用于接收机的输入端时，由接收机中高放管或混频管转移特性的非线性而形成的干扰。抑制交调干扰的方法-------必须提高高频放大级前输入回路或变频级前各级电路的选择性；其次可以通过适当选择晶体管工作点电流的方法得到。2．互调干扰互调干扰是两个或多个干扰电压加到接收机高放级或变频级的输入端，由于晶体管的非线性作用，相互混频。如果混频后产生的频率接近所接收的信号频率（对变频级来说，即为），就会形成干扰，这就是互调干扰。SI问题：试分析下列现象：在一超外差式广播收音机中，中频频率fI=fL–fS。试分析下列现象属于何种干扰？又是如何形成的？（1）当听到频率931kHz的电台播音时，伴有音调约1kHz的哨叫声；（2）当收听频率550kHz的电台播音时，听到频率为1480kHz的强电台播音；（3）当听到频率1480kHz的电台播音时，听到频率为740kHz的强电台播