第七章 混频 混频电路 图 无线模拟发送、接收系统方框图 混频电路在接收机中所处的位置 第七章 混频 接收机前端的高频放大器由于信号的频率太高，无法将其放大倍数做 得太高，经过一级放大后信号电压仍然微弱。通常还需要经过一级放大。 而再使用相同的高频放大器，则由于高频放大器的制作工艺远较中低频放 大器复杂，且高频放大器的相关性能不好。因此如果能将高频转换为相对 较低的中频，之后再对中频信号进行放大则相对较好。并且中频放大器的 制作工艺和性能较高频放大器大大提高。因此可以考虑将高频信号降低到 较低的中频后再进行一次放大。 第七章 混频 如果不同载频（可能有几十个不同发射台的载波频率）的高频 信号直接送入解调电路，则解调电路对每一个不同载波频率的已 调波信号要产生一个谐振频率，大大增加了解调电路的负担。 f1 f2 f3 fn 第七章 混频 可以。这个功能就是 由混频电路完成的。 能不能将不同载频的已调波信号变换为一个相同载频，而且转 换后的这个相同载频比原有的较高的载频频率要低的信号，并且保 持每个信号自身携带的信息（包络变化）不变？ 第七章 混频 在通信系统的接收机，混频电路的作用是将不同载频的 已调波信号变换为同一个固定频率的相同载频信号。这个固 定频率比原来所有载频都低，通常称为中频。经过混频电路 后的输出信号通常称为中频信号。 混频电路的作用 第七章 混频 例如：在我国现行无线电频率划分体系中，中波调幅广 播频段为5251605kHz，电台间隔为9kHz，可以计算 出中波调幅广播频段中分布有上百个电台，经过混频 后，最后都变为频率为465kHz的中频信号； 在调频电台信号中 88108MHz 10.7MHz 在电视接收机中 401000MHz 38MHz 经过混频电路的信号再经过中频放大器进行放大，由于 中频放大器的频率较原来低，放大器的性能要比高频放大器 要好。因此，混频可以提高接收机的性能。 第七章 混频 混频电路的组成原理 怎样将不同较高的载频信号转化为相同的略低的载频信号？ 465kHz 1000-535 2070-1605 可以考虑由电路再提供另一个高频率的信号，然后将载频信 号与这个信号差频得到。 电路产生另一高频信号 由于这个信号由接收机端的振荡器产生,所以通常将这个高频 信号称为本地振荡信号(本振信号). (本振信号) 535kHz 1605kHz 输入频率信号 (已调波信号) 输出频率信号 (中频信号) 第七章 混频 两个信号的和频与差频可以 由乘法电路得到。根据前面的 叙述，乘法电路可以由二极管 或三极管等非线性器件组成的 电路实现。 最后再将差频信号通过一个 滤波网络即可得到中频信号。 535kHz 465kHz 1605kHz 输入已调波信号 本振信号 输出中频信号 1000-535 2070-1605 第七章 混频 由二极管或三极管 等非线性器件实现 第七章 混频 三极管混频器 三极管混频电路如右图所示。 设经前级放大送入到混频器的 输入信号为us=usmcosst,本地 振荡器产生的信号电压为 uL=ULmcosLt,基极直流偏置电 压为UB.集电极负载为谐振频率 等于中频fI=fL-fs 的带通滤波器. 由于混频器的前级电路通常是接收机中与接收天线相连的前端高频小信号 放大器,经这个放大器放大后的信号仍然较小,属于小信号.而如果设置本地振 荡器产生的信号电压远远大于这个输入信号,则晶体管此时工作于线性时变 工作状态.可以用线性时变理论进行分析. 第七章 混频 本振信号(大 ) 输入已调波信号(小) 本振大信号和输入小信号使得晶体管可以用线性时变状态进行分析 第七章 混频 gm(t)称为晶体管的时变跨导 晶体管的uBE=UB+uL+us, 且uL是大的本振信号, us是小的输入已调波信号 晶体管的集电极电流iC 可表示为uBE的函数,即 第七章 混频 设 第七章 混频 注意到输入信号为us=usmcosst,代入到上式中.则乘积项g1uscosLt 产生L和s两个频率的和频(L+s)与差频(L-s),其中差频 L-s正是所需要的中频信号. 由乘积项g1uscos Lt可求得中频信号电流的大小 式中Ii为中频电流振幅， 第七章 混频 如果混频器集电极负载回路采用LC谐振回路或经带通滤波器滤波，且 中心频率调谐在中频I=L-s,上，回路对中频呈现的谐振电阻为RL，则 负载回路两端获得的中频电压为 中频电压的幅度为 由于混频电路的输出是中频成分,因此为了讨论混频电路输出中频成分的 能力,引入两个新的量,分别是混频跨导和混频增益. 第七章 混频 可见取出的中频电压的幅度与输入信号的幅度usm成正比,而只是频率改 变.因此从频域上看,经过三极管混频电路后的输出电压与输入电压相比 较,幅度没有改变,还是输入电压的幅度,仅仅载波频率改变. 引入混频跨导后,输出中频电压的幅度为 第七章 混频 可见输出电压仍然是普通调幅波,输出电压的幅度与输入信号的幅 度usm成正比, 因此从频域上看,经过三极管混频电路后的输出电压 与输入电压相比较,幅度没有改变,还是输入电压的幅度,仅仅载波频 率改变. 例如若输入信号us是普通调幅波,即us=usm(1+Macost)cosct.带通滤 波器的谐振频率设置为中频频率I,则输出的电压等于 uo= uI=gcRLusm(1+Macost)cosIt 第七章 混频 补充例题：某一混频器是由非线性器件(如晶体管)和中频滤波器所 组成.若输入信号us是普通调幅波,即 us=0.05(1+0.4cos 2x 103t)cos 2x 106tV, 本振信号电压为 uL=0.5cos 2x1465x103tV. 又已知非线性器件的输出电流表达式为 i= ao+a1u+a2u2 试求(1)混频跨导;(2)混频器电压增益;(3)中频滤波器输出电压表达式. 其中ao =0.6mA, a1=3.4mA/V, a2=7.2mA/V2.负载回路的谐振电阻RL=10k. 第七章 混频 解:(1)计算混频跨导 先求出中频电流振幅值. 根据非线性器件的输出电流表达式 i= ao+a1u+a2u2; 这里u=us+uL,代入得 i= ao+a1(us+uL)+a2 (us+uL)2 = ao+a1(us+uL)+a2 u2s+u2L+2 a2 usuL 其中中频电流由2a2usuL项产生,对应(L-s)的振幅为 (2a2 UsUL)/2 =a2 UsUL 因此混频跨导gc=Ii/Us= a2 Us=7.2x0.5=3.6ms 第七章 混频 (2)计算混频电压增益 因为中频电流振幅为(2a2 UsUL)/2 =a2 UsUL 因此中频电压振幅为 UI=IiRL=a2 UsULRL 因此混频增益为 Auc=UI/Us=a2 UsULRL/Us= a2 ULRL (3)中频输出电压表达式为 uI= 1.8(1+0.4cos 2x 103t)cos 2x 465x103tV 第七章 混频 实用收音机混频电路 信号输 入部分 中频信号 输出部分 振荡器电路:产生本振信号 第七章 混频 第七章 混频 晶体管变频器 混频电路的一个输入信号是振荡信号.这个振荡信号可以由专门由 单独的振荡电路产生.也可以由混频晶体管本身产生.由一个晶体管 同时产生本振信号、实现混频的电路通常称为变频器。 第七章 混频 第七章 混频 用MC1496构建的混频电路 第七章 混频 通过以上分析，混频器的输入信号为 已调波信号 和本振 而输出则为中频信号 这里以普通调幅波为例，DSB混频相同。 第七章 混频 混频器的干扰和失真 f1 f2 f3 fn fL 中频滤波器 第七章 混频 (1)当前接收的有用电台信 号与本振的组合干扰 (2)其它电台信号(干扰信 号)与本振的组合干扰 (3)当前接收电台信号与 干扰电台信号的组合干扰 a. 中频干扰 b. 镜像干扰 c. 组合副波道干扰 d. 互调干扰 干扰哨声 交调干扰 (4)阻塞干扰 第七章 混频 减小或避免混频干扰的措施 第七章 混频 低频调制信号 高频载波 调制波 调制波 恢复的低频调制信号 本振信号 功率放大或电压放大电路 频率转换电路 中频信号 注意这里讨论时调制 以AM为例，解调以 包络检波为例 第七章 混频 功率放大或电压放大电路频谱搬移电路 （1）高频功放采用丙类功率放大器，以获得较大的发射功率。高频放大和 中频放大则属于高频小信号放大器，主要作信号电压的放大。 （2）调制电路将低频信号装载到高频载波上，以便采用无线电传播。混频 将不同载频的已调波信号转换为相同中频信号，同时频率稍低的中频信号 方便进一步放大。解调电路则是将调制信号从已调波信号中恢复出来。 振荡器 频率产生电路 第七章 混频 调制电路：(以普通调幅波为例) 输入信号为低频调制信号和高频 载波振荡信号 输出信号为高频已调波信号 混频电路：(以普通调幅波为例） 输入信号为高频已调波信号和高 频本振信号 输出信号为中频(已调波)信号 解调电路：(以包络检波为例) 输入信号为中频(已调波)信号 输出信号为低频调制信号 调制 解调 混频 第七章 混频 在调幅、检波和混频电路最常用器件是乘法器和滤波器，乘法器产生新的 频谱，主要是和频与差频，而滤波器则用于在其中提取出有用频率分量。 小 结 混频与调幅、检波都属于线性频谱搬移电路，在工作原理上基本相同。 从时域上看，两信号相乘是实现线性频谱搬移的最直接方法。所以模拟 乘法器是实现调幅、检波和混频的最常用器件。在有关专用集成电路里 ，具有相乘功能的双差分电路也是最常见的组成电路。 在调幅、检波和混频电路的输入或输出端需要采用滤波器，正确设计 滤波器的类型和参数是提高电路性能指标，减小失真的重要措施。 第七章 混频