1、School of Communication and Information Engineering 第 7章 混 频 7.1 概述 7.2 时变参量电路的分析 7.3 晶体三极管混频器 7.4 场效应管混频器 7.5 晶体二极管混频电路 7.6 混频器的干扰School of Communication and Information Engineering 7.1 概述混频 : 在本振信号参与下 ,将输入信号的频率或已调波信号载频变换为某一个固定的新的频率 ,称为中频 (IF),而调制参数 (调制频率、调制系数等 )都不改变 ,这种频率变换过程称为混频。混频后得到的信号是中心频率固定的窄
2、带信号。图 7-1.exeSchool of Communication and Information Engineering 7.1 概述School of Communication and Information Engineering 7.1 概述1 c os ) c os A Mc oss s m a sL L m Lo s Lu t U m t t u t U tu t Ku t u t（ ） （ 波（ ）（ ） （ ） （ ）( 1 c o s c o s ( )2c o s sm L m a L sLsKU U m t t - t ）（ ）若带通滤波器调谐于差频 I=L-s,
3、且 Is ,则称为上混频。1.乘积型School of Communication and Information Engineering 7.1 概述Im ( 1 c o s ) c o sI a Iu U m t t输 出 ：式中 与 与带通滤波器的传输特性有关 .sm LmUU2KImUSchool of Communication and Information Engineering 7.1 概述同理 ,当输入为调频波 (FM)时 ,设 : 输出：输出仍为调频波 ,只是改变了载波 ,并没有影响瞬时频率的变化规律 .( ) c os ( si n )s sm c fu t U t m
4、tIm( ) c os( si n )I I fu t U t m tSchool of Communication and Information Engineering 7.1 概述双差分 对 平衡 调 制器 电 路School of Communication and Information Engineering 7.1 概述MC1596集成平衡 调 制器 电 路School of Communication and Information Engineering 7.1 概述MC1596集成平衡混 频 器 电 路School of Communication and Informat
5、ion Engineering 7.1 概述2.叠加型230 1 2 3() i f u a a u a u a u School of Communication and Information Engineering 7.1 概述根据非线性器件的不同，叠加型混频器可分为 晶体三极管混频器场效应管混频器二极管平衡混频器和环行混频器2 2 2 22 2 2( ) ( 2 )S L S L S La u a u u a u u u u S L L S L Suu 由 其 中 的 项 得 到 （ ） 和 （ ） 项再 用 带 通 滤 波 器 取 出 所 需 的 中 频 成 分 。取其二次方项来进行
6、分析School of Communication and Information Engineering 7.1 概述混频器的性能指标：1.混频增益： 输出中频电压振幅与输入高频电压振幅之比2.非线性干扰： 要求混频器最好工作在其特性曲线的平方项区域3.选择性 ：输入输出回路具有良好的选择性4.混频噪声 ：混频器处于接受机的前端，因此混频噪声系数要小。5.本振频率稳定度高 。ImVCSmUAUSchool of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析-时变跨导电路分析法晶体三极管混频器School of Communic
7、ation and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析BE( ) ( )B B L Sc B E B B L SB B LU U u ui f U f U u uUu 如 忽 略 集 电 极 电 压 的 影 响 ， 由 转 移特 性 可 求 出 集 电 极 电 流取 作 为 工 作 点 偏 电 压 时 ， 三 极 管 输 出 电 流 可 按2B B L( ) ( ) 1 / 2 ( ) . . .c B B L B B L s si f U u f U u v f U u u 泰 勒 公 式 展 开 ：由于 us值很小 ,二次方以上各项可忽略 ,于是(
8、) ( )( ) ( )c B B L B B L sc m si f U u f U u uI t g t v School of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析( ) f ( )B B L B B LB B Lf U u U uUu式 中 的 和 分 别 为 晶 体 管偏 压 等 于 时 的 集 电 极 电 流 和 跨 导 ， 称为 时 变 静 态 电 流 和 时 变 跨 导 。0 1 2( ) ( ) c o s c o s 2 B B L c c c L c Lf U u I t I I t I t 式中
9、Ic0、 Ic1、 Ic2分别表示集电极时变静态电流 Ic(t)的直流分量、基波和二次谐波分量的幅值。可按傅里叶级数展开。其中时变静态电流：School of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析gm0、 gm1、 gm2分别为时变跨导 gm(t)的直流分量、基波和二次谐波 其中：tdtgg mm )(210ttdntgg Lmmn c o s)(1 0n 0210 ()2c o sc o s( mLcLccc gtItIIi12c o s c o s 2 )m L m L sg t g t u 0 1 2( ) ( )
10、 ( ) c o s c o s 2 B B L m m m L m Lf U u g t g t g t g t 时变跨导 ：School of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析0 1 2 011c os c os 2 c os 11c os( ) c os( )22c c L c L sm m sm L s m L sI I t I t U g tg t g - t )2c o s (21)2c o s (21 22 t-gtg sLmsLm上式说明 ,在电流 ic中出现了很多新的组合频率 ,其中 ( L+s)和
11、 ( L-s)是很有用的成分。利用这一原理 ,时变跨导电路常用于实现混频功能School of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析例 1. 图解法：晶体管特性如图 (a)所示 ,已知 UBB=1V,uL=cosLt (v)。 画出时变跨导 gm(t)的波形 ,其中 gm1=?School of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析如图 (b)是 gm-vBE 特性 ,在时变偏压 UBB+uL下得到时变跨导 gm(t)波形 (c)图。解(b) (c
12、)School of Communication and Information Engineering 7.2 时变参量电路的分析由公式可求得：)ms(20s i n102d c o s)(2d c o s)(12001/LLmLmmttttgtttggSchool of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器1.工作原理School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器1 1 S 2 2 I L SSLc o sc o sS S mL L mS
13、 L L m S mL C L Cu U tu U tu u U U 谐 振 于 ， 谐 振 于输 入 ：本 振 ：为 小 信 号 ， 为 大 信 号 得 ：晶体管静态电流 IC(t)和跨导 gm(t)均随 vL作周期变化tgtggtgtItIItILmLmmmLcLccc2c o sc o s)(2c o sc o s)(210210School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器)2c o s ()c o s (2)c o s (2c o s2c o sc o s)()(2110210t- gtgt- gtg
14、VtItII vtgtIiSLmSLmSLmSmSmLcLccSmCctIt- g( t )i IsLmI co s)co s (2 Im1 ：上式中有用的中频 电流,2 : 1Im Smm VgI 中频振幅 2 :g 1Imc mSmcgVIg 混频跨导School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器gc由 UBB+UL决定 ,而与Us无关 ,gc越大 ,混频增益越高。gc与电压 UBB、 ULm的关系如图所示。School of Communication and Information Engineering
15、 7.3 晶体三极管混频器当 UBB一定时 ,随 ULm增加而单调地增大 ,最终趋于最大值。在实际晶体管混频电路中 ,一般均采用分压式偏置电路 ,因此由于自给偏置效应 ,EBO 将自静态值向截止方向移动 ,相应的 gm也就比恒压偏压时的小 ,特别是当 ULm较大时 ,自给偏置效应将使 gm(t)的方波导角减小 ,从而使 gc 下降 ,(ULm)opt最佳本振幅 .School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器当 ULm一定时 ,gc 也会随 VBB变化而变化 ,见下图所示：工作点 A、 C 对应的 gm(t)中基
16、波分量gm1都比 B点的小。School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器因此 ,当 ULm 一定时 ,必存在对应 gc为最大值的最佳工作点 UBB(用 IEQ表示 ),其变化规律如下 :最佳静态工作点电流有一段平坦区域School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器电视机的混频电路School of Communication and Information Engineering 7.3 晶体三极管混频器s( ) 2 0 c o s ( m V ) , ( ) c o s ( V )0 , ,c L Lcu t t u t tA B C g例 题 ： 混 频 管 的 伏 安 特 性 如 图 所 示 ， 已 知。 试 分别 求 出 工 作 点 ， 四 点 时 的 混 频 跨 导 。
