1、 在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从fs变换为固定变换为固定fi的的过程称为变频或混频。过程称为变频或混频。高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fofs=fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F（以调幅为例（以调幅为例）在接收机中，在接收机中，fi称为中频。一般其值为称为中频。一般其值为其中其中fo是本地振荡频率。是本地振荡频率。soifff 超外差式接收机超外差式接收机 1.1.定义定义 其中，其中，fi大于大于fs的混频称为的混频称为上混频上混频，fi小于小于fs的混频称为的混
2、频称为下混频下混频。4.5 变频器的工作原理变频器的工作原理举例举例 经过混频器变频后，输出频率为经过混频器变频后，输出频率为soifffMHz)67.1(MHz)465.6165.2(MHz465.0 混频的结果：混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形状不变。状不变。4.5 变频器的工作原理变频器的工作原理混频器混频器波波形形描描述述Ff iFf iifFf sFf ssf0相对幅度f中频调幅波中频调幅波高频调幅波高频调幅波本振信号本振信号频谱搬移频谱搬移频频谱谱描描述述0f2 2、为什么、为什么要要变
3、频或混频？变频或混频？变频变频的优点的优点：减少设备体积和成本，便于信号的接收和发射；减少设备体积和成本，便于信号的接收和发射；增加信道数，提高信息容量；增加信道数，提高信息容量；错开使用频段，避免同频段其他信号干扰。错开使用频段，避免同频段其他信号干扰。变频变频的缺点：的缺点：容易容易产生镜像干扰、中频干扰等产生镜像干扰、中频干扰等干扰。干扰。3 3、变频器变频器的分类的分类按器件分按器件分：晶体管混频器：具有一定晶体管混频器：具有一定的混频的混频增益；增益；二二极极管管混频器混频器：具有：具有动态范围动态范围大，噪声小；大，噪声小；场效应管混频器：交调、互调干扰场效应管混频器：交调、互调干
4、扰少。少。按按结构结构分分：单管混频、：单管混频、平衡式混频、平衡式混频、环型环型混频混频按按中频中频分：上变频器（和频）、下变频器（差频）分：上变频器（和频）、下变频器（差频）从两个输入信号在时域上的处理从两个输入信号在时域上的处理过程分：过程分：叠加型混频器、叠加型混频器、乘积型混频乘积型混频器器4 4、主要性能指标、主要性能指标（4.5.24.5.2）或或（4.5.34.5.3）噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值比的比值。选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。非线性非线性干扰：抑制组合频率干扰、
5、交调、互调干干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。扰等干扰的能力。相互关联，综合考虑，合理选管相互关联，综合考虑，合理选管混频器的种类 晶体三极管混频器（4.6）二极管混频器（4.7）模拟乘法器混频器（4.8）第五章第五章 非线性电路分析法和混频器非线性电路分析法和混频器1.1.电路组态电路组态4.6 晶体管的混频器晶体管的混频器 对对振荡电压来说是振荡电压来说是共射电共射电路路，输出阻抗，输出阻抗较大（较大（对谐对谐振回路影响小振回路影响小）；）；信号输入电路与振荡电路相互影响较大信号输入电路与振荡电路相互影响较大(直接耦直接耦合合)，可能产生，可能产生频率牵引频率牵引现象。现
6、象。混频时所需本地振荡注入功混频时所需本地振荡注入功率较小（这率较小（这主要因为主要因为共发电共发电路功率放大性能较高）；路功率放大性能较高）；共发射极、信号从同极输入三极管混频器指本振指本振v0频率随频率随vs频率改变而改变，而非自助振荡。频率改变而改变，而非自助振荡。输入信号与本振电压分输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极别从基极输入和发射极注入，产生注入，产生牵引现象的牵引现象的可能性可能性小；小；对于本振电压来说是共对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此小，不易过激励，因此振荡波形好，失真振荡波形好，失真小；小；需要较大的本振注入需要较大的
7、本振注入功率。功率。但但这一点不难这一点不难实现，通常所需功率也只有几十实现，通常所需功率也只有几十毫瓦，因此毫瓦，因此这种方式的混频器在实际中应用最多。这种方式的混频器在实际中应用最多。三极管几种组态的总结 高频（尤其是上100MHz）时，应当采用共基极组态的混频器；中高频（几百kHz到几十MHz）时，可以采用共射组态的混频器；携带信息的有用信号vs与本地振荡信号v0尽量从不同极输入；即使从同极输入，应当使二者的耦合度降至最低。5.6 晶体晶体(三极三极)管混频器管混频器2 2、晶体管混频原理：变跨导分析、晶体管混频原理：变跨导分析法法晶体管混频器基本电路晶体管混频器基本电路晶体管晶体管转移
8、特性曲线转移特性曲线iC=f(VBB+v0 0)+f(VBB+v0 0)vs s已知振荡电压已知振荡电压 v0 0=V0mcos0t cos2coscos)(0cm02cm01cm0c0BB tnItItIIVfnv时变电导时变电导（4.6.1a4.6.1a）则混频后输出的则混频后输出的中频电流中频电流为为:其振幅为其振幅为:（4.6.24.6.2）（4.6.34.6.3）（4.6.44.6.4）（4.6.64.6.6）式中式中:（4.6.54.6.5）（4.6.84.6.8）了解即可了解即可3.3.实际实际电路电路举例：举例：调谐于调谐于i调谐于调谐于s 调谐于调谐于i调谐于调谐于s调谐于调
9、谐于04.4.混频特点混频特点优点：有变频增益优点：有变频增益 缺点：缺点：1）动态范围较小）动态范围较小 2）组合频率干扰严重）组合频率干扰严重 3）噪声较大）噪声较大 4）存在本地辐射）存在本地辐射4.6 晶体管的混频器晶体管的混频器原因：当输入信号振幅比较大时，三极管混频器转移函数用泰勒级数展开后，必须取很多项，导致混频后输出信号的频率成分太多，干扰严重。.)()()()(404303202010VvbVvbVvbVvbbi4.4.二极管组成的混频器的特点二极管组成的混频器的特点缺点：变频增益小于缺点：变频增益小于1 优点：优点：1）组合频率少组合频率少 2）动态范围大动态范围大 3）噪
10、声小）噪声小 4）本振电压无辐射）本振电压无辐射4.7 二极管混频器二极管混频器 二极管平衡混频器平衡混频器 利用对称的电路抵消掉一部分无用频率分量 二极管环形混频器环形混频器（双平衡混频器）是对二极管平衡混频器的改进4.7 二极管混频器二极管混频器 4.7.1 4.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器 4.7.2 4.7.2 二极管环形混频器二极管环形混频器 （双平衡混频器）（双平衡混频器）.)12cos()12()1(2.3cos32cos221)(0100tnntttSn)21)(1s0Ld2,1vv tSRri4.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器stSRriiiv)(1Ld
11、21)21)(1s0Ld2,1vv tSRri4.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器.)12cos()12()1(2.3cos32cos221)(0100tnntttSnstSRriiiv)(1Ld214.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器比比晶体（晶体（三极三极）管混频器产生的频率成分少的很）管混频器产生的频率成分少的很多多 无直无直流流分量分量4.7.2 二极管环形二极管环形混频器双平衡混频器混频器双平衡混频器为了进一步为了进一步抑制非线性抑制非线性产物，采用环形产物，采用环形混频器：混频器：stSRriiiv)(1 Ld314.7.2 二极管环形混频器二极管环形混频器244.
12、7.2 二极管环形混频器二极管环形混频器（4.7.64.7.6）（4.7.84.7.8）sTtStSRriiiv)2()(1 Ld tnnttTtStSn0100)12cos()12()1(43cos34cos4)2()(4.7.2 二极管环形混频器二极管环形混频器故有：故有：（4.7.94.7.9）展开展开：（4.7.114.7.11）晶体（三极）管混频器：（有源混频器）晶体（三极）管混频器：（有源混频器）优点优点：有变频增益：有变频增益缺点：缺点：1、动态范围较小、动态范围较小 2、组合频率干扰严重、组合频率干扰严重 3、噪声较大、噪声较大 4、存在本地辐射、存在本地辐射二极管二极管混频器
13、：（无源混频器）混频器：（无源混频器）优点：优点：1、动态范围、动态范围较大较大 2、组合、组合频率干扰少频率干扰少 3、噪声较小、噪声较小 4、不存在本地辐射、不存在本地辐射缺点缺点：无变频增益：无变频增益 目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混频器已作为系列产品，一个形混频器已作为系列产品，一个用于用于0.5500MHz0.5500MHz的的典典型环形混频器的外形及电路示于下图。型环形混频器的外形及电路示于下图。使用时，使用时，8 8、9 9端外接信号端外接信号电压电压，3 3、4 4端相连，端相连，5 5、6 6端相连，然后在端相连，
14、然后在3 3，5 5端间加本振端间加本振电压，电压，中频信号由中频信号由1 1，2 2端输出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检端输出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、调制器等。波器、调制器等。(a)89123456(b)模拟乘法器混频原理tScost0costtS0coscos)cos()cos(2100ttSS只有和频、差频分量，只有和频、差频分量，“垃圾垃圾”分量最少分量最少4.8 差分对模拟乘法器混频电路差分对模拟乘法器混频电路4.8 差分对模拟乘法器混频电路差分对模拟乘法器混频电路于电流源差动放大器的跨导正比根据模拟电子的知识,coscos记为设输入信号tvSS)()
15、,(cos76176011176工作点电流为的取的取集电极电流可写成TTITTIkITTQQcoscos0111IkIQcos0111IkIQSv高频信号输入6T01I7TC2结合教材P158图4.8.2理解乘法器原理组成的放大器同时也输入到组成的放大器输入到后形成两个反相的信号本振信号经过543213,TTTTT2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQ图所示，并将参考方向标为如将此信号记为cos13TCCV0vcoscosC7C66T01I7T结合教材P158图4.8.2理解乘法器原理),(cos)cos(),(cos)cos(45011122543201112232的取
16、的取集电极电流为的取的取集电极电流为则TTIkIkITTTTIkIkITTQQQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkIkIQQ2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQcoscosC7C6)(522的工作点电流为TTIQ结合教材P158图4.8.2理解乘法器原理集电极电流之和集电极电流与的电流为经过424TTR2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCV4Rcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122IkI
17、kIQQcoscos22 cos)cos(cos)cos(01212011122011122IkkIIkIkIIkIkIQQQQQ即分量得到加强分量抵消注意：coscos,coscoscos2201212IkkIQ结合教材P158图4.8.2理解乘法器原理组成的放大器中输入到号经形成一对反相的乘积信9843TTCCcoscos22 ,01212535IkkITTRQ该电流等于集电极电流之和集电极电流与的电流为同理经过2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCVcoscos2201212IkkIQ5Rcos)cos(011122IkIkIQQcos)cos(011122Ik
18、IkIQQ结合教材P158图4.8.2理解乘法器原理)(549843RRRTTCC图中组成的放大器中并输入到去直流号经形成一对反相的乘积信2T3Tcos0111IkIQ4T5Tcos0111IkIQCCV4Rcoscos2201212IkkIQ5Rcoscos2201212IkkIQ至T8)coscos22(01212IkkIRVQCC)coscos22(01212IkkIRVQCCcoscos20121IkRk至T9C3C4coscos20121IkRk模拟乘法器混频器的优缺点 优点：频率分量最“干净”（无用频率分量少）缺点：输入信号只能是mv级ttttSSS)cos(21)cos(21coscos000差分对模拟乘法器混频电路实用电路 1k 1k 0.01+8V 0.001 4.5H 0.001 0.001 51 10k 51 6.8k 8V 50k 调零 v0 vs vi 2 3 7 8 1 4 10 5 9 6 MC1596 580pF 9480pF 100H 100H 信号电压由端子输入信号电压由端子输入最大值约最大值约15mV本振电压由端子输入本振电压由端子输入振幅约振幅约100mV相乘后的信号由第端子输出经带通滤波后，即可获得中频信号输出。相乘后的信号由第端子输出经带通滤波后，即可获得中频信号输出。作业：作业：4-17 4-29
