通信电子电路第7章

第七章混频第一节概述第二节晶体管混频器第三节场效应管混频器第四节混频器的干扰（一）混频——将一个已调高频信号变成较低频率的同类已调信号（称中频信号）。应该指出：混频后，调制类型（AM、FM）、调制参数（m、Ω、ΔΩ）、频谱结构均不变，只改变载频（不含信息）。所以混频过程实质是频谱搬家过程。如第一节概述AM：ttmUucaccos)cos1(混频后ttmUuIaccos)cos1(FM：)sincos(0tmtUufcc混频后)sincos(0tmtUufIc其中，cI（二）、混频的作用:1、将输入fs可变的多路高频AM波变为一固定中频的AM波，便于后级放大处理如:fs=639kHz~1605kHzfI=465kHz2、只需一个双连电容调整频率（本振、接收频率同调）而无需多级统调。3、可较好地解决Av高、B适合、K0.1↓的矛盾。因用一个固定中频，所以灵敏度高4、中频信号频率fI、本振信号频率f0、外接目标信号频率fs各不相同，不易自激，放大器工作稳定。第一节概述三、变频器的组成和原理:1、变频器的组成（三部分）如图第一节概述变频器非线性器件滤波器本振多fUofo混频器fI=f0-fs例：中波段收音机fs=535kHz~1605kHz，接收机中频fI=465kHz则本振频率f0=535+465~1605+465=1000kHz~2070kHz本振的频率覆盖系数：K=2070/1000=2.07fs2、分类:1、晶体三极管混频器它有一定混频增益2、场效应管混频器高频互调干扰小3、平衡混频器动态范围大，组合f干扰少环形混频器动态范围大，组合f干扰少4、集成混频器组合f干扰少，有一定混频增益据所用非线性器件分为：第一节概述四、混频器质量指标:1、混频增益Auc:定义：Auc=输出中频电压振幅/输入高频电压振幅=Ui/Us它大，有利于提高灵敏度，但Auc↑非线性干扰↑。2、选择性希望k0.1→13、非线性干扰混频的同时,还会在中频附近产生许多非线性干扰.如组合f干扰、交调干扰……要求混频器件最好工作在曲线的平方项区域，以抑制各种干扰。4、混频噪声混频器处于接收机前端，它的噪声大小会影响整机的噪声指标。第一节概述uIuSuoL1L2C1C2ISEbEc第二节晶体管混频器一、工作原理:tussCOS设tUuoooCOSbeUtgtIuEuuEf'uEfuEuuEuuEf''uEuuEfuEf)Δ()()--)(()()--)(-)(()--)((')(mcobsobob2obsobsob21obsobob)(bcosuuEfi电路如图：∵uo是o的周期函数,所以Ic(t)和gm(t)也是o的周期函数。∴可用付氏级数展开tItIItI0c20c1cocCOS2COS)(cos2cos)(om2om1momtgtggtg])-COS(2COS[COS)(sosmo0c1coctgtgUtIItims当LC回路选出有用的中频电流成分tItgUimsIIsoICOS)-COS(22msIgUI其中第二节晶体管混频器它表明：混频后，只是改变了接收频率、包络形状未改变(∵II∝Us)令gm1/2=gc=II/Us称为混频跨导，显然gc↑，混频增益越高。gc的大小同正向传输特性、uc、Eb有关，与Us无关gm与gc的比较相同点：①当器件、工作点选定，gm与gc也都一定，均与Us无关；②工作在线性区(Us较小)不同点:becuigm（同频率）sIuIgc（不同频率）第二节晶体管混频器二、晶体三极管混频器的实际电路:1、电路组态常用的有CE混频电路和CB混频电路两种组态，它是由Us所在位置决定的。如图:第二节晶体管混频器CECBuSuSCE混频电路的优点：混频增益高CB混频电路的优点：工作频率高第二节晶体管混频器us和uo分加在不同极上是为了减小两信号间的干扰，使电路工作稳定。如果两者都加在同一极上也并非绝对不可，例如(a)中的uo移到基极，虽然这样可减轻本振负载，使其容易起振。但两者相互影响，可能会产生频率牵引现象，致使电路不能正常工作。2．实际电路:1、见P138图7-8收音机混频电路组态：典型CE电路uo经L6耦合到混频管的E极，由天线接收的信号电压经L2耦合，再经L2、C2选频，再经L3耦合加至混频管B极，L4、C2从多频中选出fI，混频后的中频信号经L5耦合输出给中放。第二节晶体管混频器2、见P139图7-9电视机混频电路组态：CE组态由高放输入的目标信号经双调谐回路加至混频管基极，uo经耦合电容C1也加至B极，混频后经双调谐回路输出。双调谐回路的目的在于:在增加B的同时减小K0.1，R的作用在于降低初级回路的Q值，满足宽B的要求。当JFET工作在恒流区时，其转移特性为平方率关系第三节场效应管混频器∴它不会产生高于二次的谐波。∴场效应管混频器非线性失真较晶体管混频器小。此外，它还有噪声电平低、动态范围宽等优点，它在短波、超短波接收机中应用广泛。2D)1(ipGSDSSuuI一．JFET混频器:电路如图UsCLUIUoEDtUEtUuEuusoGssoGsGScoscos第三节场效应管混频器tuututuEUuEUUIUuIisosossooGpsuoGppDSSpGSDSS)cos()coscos)((22121)()1(22222D2D)1(ipGSDSSUuI将其代入：得到显见II∞Us(∵IDSS、Up定值，Uo定值)。实现了线性混频由混频跨导定义有：∴经LC回路选出ωI=(ωo-ωs)分量,有20IPSDSSUUUII2cpoDSSsIUUIUIg第三节场效应管混频器讨论：22mopDSScmaxcgUIgg1、混频跨导gc与Us无关∴混频特性是线性的。2、适当提高Uo可提高gc，但不能太大，否则场效应管将进入截止区和正栅压区，造成失真。一般选EG=Up/2，Uo=|Up/2|。此时∴最大混频跨导gcmax为工作点跨导gmo的一半)uIdudig(pDSS2uGSDmoGSpu3、混频器简化等效电路如图:UsgcUsrdsRLUI由等效电路可得混频增益LcLdsscuc-)//(-RgURrUgUUAsSI第三节场效应管混频器例7-1：一FET混频器RL=800ΩIDSS=400mA在uGS=0时，gm=14×10-3S.求Auc。)/-(12-GSGSpDSSmUUUIg∴uGS=0，gm=14×10-3S代入上式，解得5.7V||pU解：∴若Uo=|Up|/2S103.55.721040||2-3--3pDSScmaxUIg-2.880010-3.5--3LcmaxucmaxRgA二、MOSFET混频器第三节场效应管混频器MOSFET混频器的电路和工作原理与JFET混频器基本相同，不再赘述。它与JFET混频器相比，具有更高的Auc(∵MOS管的gmJFET的gm)集成混频器：1、其框图如图usuouII2、具体实现电路见P139图7-10混频器由于采用非线性器件∴存在非线性失真与干扰问题。实际上，除了有用信号us和本振信号uo以外，混频级还存在以下一些干扰：①干扰与干扰；②干扰与本振信号；③干扰与目标信号；④目标信号us和本振信号uo。第四节混频器的干扰①哨叫，影响通信质量；②有用信号被淹没，无法接收。它们经混频后→中放→检波，造成的后果：一、目标信号和本振信号产生的组合频率干扰由前述分析，ic中除含有fo和fs以外，还包括直流分量及其它组合频率分量，如fo±fs，2fo±fs，fo±2fs……把它表示成一个通式fd=±pf0±qfs第四节混频器的干扰尽管混频器输出接有LC回路并调谐在fI，但由于它具有一个通带，∴pf0-qfs、–pf0+qfs组合频率还可能落在通带以内(即：fI-f0.7≤pf0-qfs≤fI+f0.7或fI-f0.7≤qfs-pf0≤fI+f0.7)此时,就会形成干扰产生哨叫.P、q是正整数，代表谐波次数.当p=q=1时，正是我们所需的中频分量fI=f0-fsp.q越大，干扰电压越小，∴只有p.q较小时的组合干扰电压较大，产生明显的干扰哨叫.将上两式合并（取等号）有第四节混频器的干扰上式说明，当输入信号频率等于或近似等于fI的整数倍时，就有可能产生哨叫。接收系统只有对落在其频段内的fs才可能产生哨叫，其中p=0、q=1时，即fs=fI时，干扰哨叫最强，为避免最强的哨叫,应将中频选在接收频段以外。如收音机535~1605KHZ，特选fI=465KHZIIfpqppqffpqp11f7.0s(∵fIf0.7)例如fs=931KHZ，fI=465KHZ，f0=1396KHZ。当p=1q=2时组合f分量的频率∶fd=2fs-f0=466KHZfI与中频fI相差1kHz，这很难滤除。造成干扰原因：fs=2fI解决方法：避免fs等于fI的整数或近似整数倍第四节混频器的干扰二、外来干扰信号和本振信号产生的组合频率干扰——又称副波道干扰。第四节混频器的干扰设干扰信号为fn，当fn作用于混频器输入时，如果干扰fn和本振fo形成的组合频率满足下式：Pfo-qfn=fIqfn=pfp-fI-Pfo+qfn=fIqfn=pfo+fI可将两式归并为)(1Ionfpfqf干扰信号fn会通过中放造成干扰。所以，由上式（1）若已知fs和fI，可求出干扰信号的频率；（2）若已知干扰信号fn，也可由该式求知它会影响那些接收频率。这类干扰中，主要有以下几种干扰。第四节混频器的干扰1、中频干扰：P=0q=1时fn=fI原因：混频器选择性不好，fn漏入混频级，fn被放大，形成较强干扰。抑制方法：①提高混频器前级选择性②前级增加中频陷波器第四节混频器的干扰2、镜像干拢：q=p=1,fn=fo+fI=fs+2fIfn、fs对称于fo，有镜像关系。例：fs=639kHzfI=465kHzfo=639+465=1104kHz若fn=639+2×465=1569kHz，则fn-fo=1569-1104=465kHz，形成干扰。解决方法：①提高前级选择性，滤除fn；②提高fI，fI越高，fn离信号频率fs越远，越易滤除。3、组合波道干扰：P＞1q＞1，如P=2q=2则fn=fo±1/2fI由于它距目标信号频率fo较近，如果选择性不好，难以滤除，进入中频也会形成干扰。抑制方法：提高前级选择性。第四节混频器的干扰三、交调干扰起因：当混频器前级选择性不好时，使干扰信号fn和目标信号fs同时进入混频电路，它们与本振一起，经过非线性频率变换，三种信号交叉调制，产生新的交调干扰现象：当接收机调谐于有用信号fs时，同时听到干扰fn，但干扰随fs消失而消失。解决方法：①提高高放前级输入回路与混频级前各级电路选择性②适当选择最高的工作点电流，使之工作在三次方最小区域。③采用平衡电路抵消高次谐波。第四节混频器的干扰四、互调干扰起因：两个干扰信号同时加至接收机高放输入端或混频输入端，由于管子非线性，相互混频，混频后ff1，（它不是fo、fs产生的）形成干扰。解决方法：①选择合适的工作点。②提高前级选择性。③采用平衡电路，提高抗干扰性能第五节变频器若混频电路中的晶体管除完成混频外，本身还构成产生本振信号的自激振荡器，这种电路称作变频电路。具体电路见P211图6—60，它是中波调幅收音机中的变频电路。电路中，混频、本振均由同一个管子完成，R1~R3构成偏置电路，L2C6C7C8构成互感耦合振荡器的选频回路（调谐在fo）;L5C5构成混频后的滤波器（调节器谐在fI）L1、L2、C1A构成谐振回路，调谐在欲接收的目标信号频率fs上。变频器与混频器相比：优点：电路简单，节省元件缺点：易受信号频率牵引，工作频率不高，很难兼顾混频和振荡同时最佳。本章