高频电子线路李生13.ppt

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1、调幅波的频率成分有哪些？集电极调幅电路能否产生双边带调幅波DSB？包络检波能够解调双边带调幅波DSB？如果出现惰性失真，应该怎样调整包络检波器？如果出现底部切割失真，应该怎样调整包络检波器？,复习与提问,唱泉良剐郎脯迄瀑糟算振骄谅夏琵瘁淖狂钡钢刚嚎砂靖抄竣后卸谓狮尿秩高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,混频原理混频干扰减小或避免混频干扰的措施混频电路晶体管混频电路二极管混频电路模拟乘法器混频电路,揭叁沏沏墨门取嘶籽磺签垒席冲片猜秋转拍伺柒陌壳辱饶贷钦逊袋盖阮的高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,在通信接收机中,混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换

2、为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号,而保持其调制规律不变。,6.5 混 频,超外差式接收机,杯祥爸唾音氧歉姑趴幢蔼危拌子泛湘努垂锐桅市粹贴蜀惋蛹帖均鹃胃漂磷高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,传剿谍梧痞叛拽鸡喘牙课白伪责逞孟惨勤浅玩车娃琉占裸瞪缉粉抽塌出钎高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 0.2 无线模拟发送、接收系统方框图,扦镣勉迈阔喊温调冠颗茎俘禁念拈拾舌称客戌狗俺校义砷掏某艘阉狄忿枯高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.5.1 混频电路原理图,6.5.1混频原理及特点,fs,fL,|pfL q fs|,fL-

3、fs,陋农绘盆休董饼都畴风北墒滓迄胶谱涯弯藐留国鼠庇抿火疗螺腔陋冲坟劣高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.5.2 普通调幅信号混频频谱图(a)混频前；(b)混频后,匙晦故暇浇末蔫克测释询闯咸浩隋剔默咸桂瑞铂伯敌吴溯氏整锁漏谊菲熔高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,1.信号和本振产生的组合频率干扰|pfLqfc|=fIF例如,当fc=931 kHz,fL=1396 kHz,fI=465kHz时,对应于p=1,q=2的组合频率分量为:|1396-2931|=466kHz=465kHz+1kHz,(6.5.2),6.5.2混频干扰,锐婆佐傅察冷滁不酥胎驳陶

4、榴隘嘴兽檬呕张惕潦垃琵淹弊迟酥婆耽脂榨苟高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,2.一个外来干扰和本振产生的组合频率干扰 若外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足|pfLrfn1|=fI p、r=0,1,2,(6.5.3),1)中频干扰。2)镜频干扰。,甸皋灵窘淫融县笆耙磁桅主影饿临雅赋卒伪惫龟丸柱怯孜称震篓屑虾人夜高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图6.5.3 镜频位置示意图,炊蕾雀损民饵汲柱期憎蒙铝迢仗狸申晕涉毗甄压鸳诵诬斤恕批梧桅意嫉菱高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,3.两个外来干扰和本振产生的组合频率干扰|fLrfn1sfn2|

5、=fI(6.5.4)其中r=1,s=2和r=2,s=1 两个组合频率分量影响最大,由于r+s=3,故称为三阶互调干扰。,-fn1+2fn2=fc2fn1-fn2=fc,(6.5.5),概诧哦雷税撤呐实稻抵耻裹厅痔炊邻写壹柳唱阔寄岩赌哭啤瞅茸旦粗胡滤高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,交调干扰有两个特点:一是当信号消失,即us=0,则它也消失；二是能否产生交调干扰与外来干扰的频率无关,只取决于此外来干扰能否顺利通过混频电路之前的选频网络。若设u=us+uL+un,在输出电流表达式中,偶次方项均会产生中频分量,其中四次方项a4u4产生的中频分量为3a4UsU2nULcos 2(f

6、L-fc)t。,4 外来干扰和信号、本振产生的交叉调制干扰,臀谰拍蔚福迭简床沿蔡松霹呛得醒淹审擅达眩永膝洼夯著袜印谓滞坦骨楞高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,5.包络失真和强信号阻塞干扰 在式(6.5.1)中,若设u=us+uL,则在输出电流表达式中,电压偶次方项均会产生中频分量。其中二次方项产生的振幅为a2UsUL,四次方项产生的振幅为 可见,实际中频分量振幅并非与信号振幅Us成正比。Us越大,失真越严重。因为Us就是已调波的包络,所以称此为包络失真。若Us太大,包络失真太严重,使晶体管进入饱和区或截止区,则无法将调制信号解调出来,通常称这种现象为强信号阻塞干扰。,粪际圭

7、除庭橇晌跟榜矿习禽纯累底咸炸姚碱泊宴诊郎释鸿好耙裕赤锦教野高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,6 减小或避免混频干扰的措施 从以上分析可知,产生混频干扰的根本原因是器件的非线性特性。混频干扰又可分成两类,一类是由于非线性特性产生了众多无用组合频率分量而引起的,另一类是由于非线性特性产生了一些受外来干扰控制或与调制信号不成线性关系的有用频率分量而引起的。针对混频干扰产生的具体原因,可以采取以下三个方面的措施来减小或避免。,含乐劝刹胁保圭灌束久既疗讹宗茂夷娱羌癌药川骑悯峡吝谷澄杨盛狸服宿高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图6.5.4 二次混频接收机组成方框图,

8、(1)选择合适的中频。,监堤儿首澈焊亿怨草奉运呵砧取狮袁况捻慰缎稗筋关枝嘲陀畜万垮徘歼浴高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,(2)提高混频电路之前选频网络的选择性,减少进入混频电路的外来干扰,这样可减小交调干扰和互调干扰。对于镜频可采用陷波电路将它滤掉。,粳饮唱缅冕泻此读险孕矫夹遁溃乡妨屠芦獭筑省搏蔡矽撇辱纹省忻纤颂真高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,(3)采用具有平方律特性的场效应管、模拟乘法器或利用平衡抵消原理组成的平衡混频电路或环形混频电路,可以大大减少无用组合频率分量的数目,尤其是靠近有用频谱的无用组合频率分量,从而降低了各种组合频率干扰产生的可能

9、性。,猛拈爪入泅蚜即零油纶瞪橇怂悸感汲簿茸政中祈娥凭速鸳拼捉千颖秤魏譬高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,6.5.3 混频器的性能指标 混频器的主要性能指标有混频增益、噪声系数、隔离度和两项线性指标。1.混频增益 混频增益定义为混频器输出中频信号与输入信号大小之比，有电压增益和功率增益两种，通常用分贝数表示。2.噪声系数 混频器的噪声系数定义为混频器输入信噪功率比和输出中频信号噪声功率比的比值，也是用分贝数表示的。由于混频器处于接收机前端，因此要求它的噪声系数很小。,禽骸邱误狞部烘夏毋廉摘歌淘髓郧突龚瑚贬唉烩耍汉携裤膝焉断列护盯肢高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生

10、）13,3.隔离度 隔离度是指三个端口（输入、本振和中频）相互之间的隔离程度，即本端口的信号功率与其泄漏到另一个端口的功率之比。例如，本振口至输入口的隔离度定义为,显然，隔离度应越大越好。由于本振功率较大，故本振信号的泄漏更为重要。,归潮抿涧四逊啦氖驮敬赦另甄糜例踊套舷奋室裤咎泅掣梆悔疏糜脊瑰侩抒高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,4.1 dB压缩点功率和三阶互调截点功率i=a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+（6.5.1）理想混频器输出的中频信号振幅应该和输入已调波信号的振幅成正比，即混频增益为常数。由6.5.2节关于包络失真的分析可知，式（6.5.1）中二次方项产

11、生这一线性关系，而四次方项产生的中频分量振幅与输入信号振幅Us 的三次方成正比。,轮念俊躬语痒烬耿史恼嘶甥垂而盔蹲边住亢隐瘸皖照咐岸箔韩安赵汰丫铁高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,1 dB压缩点图,理想输出中频信号功率线斜率是1,实际输出中频信号功率线,增益压缩,（相当于减少了21%）,烁舆椎扰恳治旗痹诧辕尧槛伸拆佩痘瞄掂试诫柔顽队森谋场勒侈整背蛾堰高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,三阶互调截点（Third Order Intermodulation Intercept Point）,三阶互调失真功率线3a4ULU3n/2斜率是3,具瓣事倚矛疟赫为而侥莎

12、喻宋弯漠娠穴肯篷炉贾募傍颗各倍撂按熄幢券桌高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图6.5.5 混频器线性性能指标示意图,娩讲豆蔷卤波守早戳馁雌磕膊淌图女漂霞瘸根戒位盔瞥堵澈善躬靳待骗瓢高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,P1dB和IP3数值大小与器件非线性特性有直接关系，而且三阶互调失真在各种混频非线性失真中是较严重的一种，所以这是衡量混频器线性性能的两个重要指标。显然，这两个指标数值越大，表示混频器的线性工作范围越宽，线性性能越好。,渗男羡钓抵浩泉篆裳慌腹帽遭洲扯看第伤昆吭副掸碉枚贮兢冶漳晾仟氏氧高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,作为实例

13、，下面给出混频器MC13143的一些主要性能指标。MC13143是由模拟乘法器组成的双平衡混频器，电源电压：1.86.5 V，工作频带：直流一直到2.4GHz输入P1dB：3.0dBmIIP3：20dBm。当电源电压为3V，输入信号频率为1GHz，功率为-25 dBm，本振功率为-50.0 dBm，负载电阻为800时，典型值混频功率增益为-2.6dB，混频电压增益为9.0 dB，噪声系数为14 dB，本振口至输入口、输出口的隔离度分别为40dB和33dB。,伐孩掠妥村伐慈抱稿酞衣近屎皑陆愉礁萤翘稳龟袁遵孩佳峪襄鳖袒境霓错高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,6.5.4 混频电路

14、晶体管混频电路优点：增益高、噪声低。缺点：混频干扰大。场效应管混频电路由于其平方律特性,受混频干扰小。二极管平衡和环行混频电路结构简单,噪声低,受混频干扰小,工作频率高(可达近千兆赫)。模拟乘法器组成的集成混频电路受混频干扰小,而且调整容易,输入信号动态范围较大。,烟恬霹描只药炼卒阿矽利在功烤粗载湿灰非妹鲍盅淫客回沸影眶农赏疟势高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.5.6 晶体管混频电路原理图,1.晶体管混频电路,us振幅很小,uL振幅较大,竞懒账瀑牌越着突树靶壳讼膛转巍旭抡蒂磨硼必窒憨迎搅熊懂胞器烧绿杏高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,iC中含有的

15、组合频率分量为:|nfLfc|,n=0,1,2 其中中频电流分量为:iI=g1Uscos 2fIt,fI=fL-fc(6.5.6),钎咽寒污堪藐链官灭紊凡司疟百利恐紊源顾页遣埂识琶摔槽唐脚疽萤窗干高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,上式中Us是us的振幅,g1是晶体管跨导中的基频(fL)分量振幅。可令式(5.3.2)中n=1,1=L,对g(t)进行积分而求出g1,而跨导,若定义混频跨导,即中频电流振幅II与输入信号振幅Us之比,则有:,若L2C2回路总谐振电导为g,则可以求得混频电压增益,(6.5.7),(6.5.8),霄啊护茎滓选这删赊阅予夷逞唁崎踩猪哥秆草耍僧爬赁幼绿癸牛

16、避躁奋么高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.5.7 晶体管变频器,蒙碑敏超腔蓑翠谚巢妖稼樊撼特燃沥攀诗唤服每愈颠岳席烃闲芋乎一沸募高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,变频器的优点是电路简单,节省元器件,缺点是本振频率容易受信号载频的牵引,无法兼顾使振荡与混频都处于最佳工作状态,且一般工作频率不高。,艳洁蹭玛梆摸偷摆荒鲜撬工齐移刘玄献次蕉花索柞棒丹痈组台膛兰倒姚将高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,例 6.4在图6.5.3所示晶体管混频电路中,已知本振电压uL=ULmcosLt,且uLus,晶体管转移特性为,输出回路谐振电阻是R,求混

17、频跨导gc和混频电压增益Auc。解：先求时变跨导g(t),然后再根据式(5.3.2)对g(t)积分,求出g(t)傅里叶展开式中的基波振幅g1,再由式(6.5.7)和(6.5.8)得到gc和Auc。因为,毕樊骋沪充瓦录边深谋札讳义播矗杠求匝恕彰左烃饯宅禾趣瓢甫肝好露支高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,所以,将UBB(t)=UBB0+ULmcos Lt代入,得到,g1=(2a2+6a3UBB0+12a4U2BB0+3a4U2Lm)ULm,由此可求得:,毛池垦踪赢更夯匡轩陷辣橙署淮椭枣洲玫掷顽谬肚侄哮成蒲辆示编杂搁跃高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.5

18、.8 二极管平衡混频电路原理图,2.二极管混频电路,固摆习油筏度斑率裁唇芭晦妆坊来配拆废副跌农记斗幻肝吗授伙堵融鬃炳高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,u1=uL+usu2=uL-usus uL故根据KVL可写出两个回路电压方程分别为,氖奖名阁贡网掺苗禹铲袜蔡屏津朴柱崩愉蝇痈贺任颐位殷贪奴猴矿拳陕尖高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,i中频率分量,其中中频电流分量为,其中,RD是二极管导通电阻.两方程相减,得,疙渔族诣侦谁仓炔钎纵须盔钵舰苗弱壶亥拢华胞规垃晤菏谱据尤利束琉罕高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.5.9 二极管环形混频电

19、路原理图,双平衡(环形)混频电路,逢噎徽陶昔署妻您恍挺筏跑别裳韭什衰戚狠你威型驻诣裸渗创篆狗乘粘盖高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,(6.5.11),所以，通过RL的总电流为,雇敌瘩剔祝酱恭散最草体诚睬愧僻嫌掀寡恿守褒炸娱园千楼抵讼哭菱玲傣高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,i中组合频率分量|(2n-1)Lc|,n=1,2,3,。其中中频电流分量为,(6.5.12),平衡混频电路与环形混频电路输出的无用组合频率分量均比晶体管混频电路少,而环形电路比平衡电路还要少一个c分量,且增益加倍。,闺令熏递柑涉稀冉酶牢孺赖替炊喳悼婴雪僵酵疹堰整膛杯赋痕恍看椽磅凸高频电

20、子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,【例 6.5】在图例6.5（a）所示二极管平衡电路原理图中，u1和u2是输入信号，uo是输出信号。若采用此电路进行普通调幅、双边带调幅和同步检波，u1和u2各应该是什么信号？负载ZL1、ZL2各应该采用什么形式元件？试写出有关表达式。,图例6.5,冀溢堆峙赠烹枣荤板烽矽补涂汰椎楼持桔贷敢讽痪逞绒悦埠铁哪关梆蓄泪高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,解：（1）普通调幅u1载波信号,u2是调制信号，u2 u1 则有,u1=Ucm cosct，u2=u（t）i1=gD(u1+u2)K1(ct)i2=gD(u1+u2)K1(ct-),孟死

21、哭搔霓蛆舒兜胎纲冻籍阐垦漳搪控奄泻汗廷围局绦离撮软藕对喝画串高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,所以,崭浓灾浪嚣耶练舷后朝郭妥仓粱帮字于氮避锐苦总掌养烷镀丙印您袄惮龙高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,（2）双边带调幅u1是调制信号,u2是载波信号，u1 u2,所以,趾诡瘁论欢巫支赊托欧守气态迁群毯梗踢怠笑荚错妇采济禽谴幻叹逮撑啊高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,（3）同步检波u1是双边带调幅波,u1=ku（t）cosctu2是本地载波，u2=Urm cosctu1 u2,奈谨君腻送宅络糖舶畏失耍土诊灶主努诲汁晨因脂喊喳肉曾乳教锌发编羊高

22、频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,其中，低频分量为，k是比例系数。从而，同理可求得,所以,考虑到负载电压的反馈作用，上述三种情况下实际输出要比计算值小。,蘑橇慢六呈快凑妥笼勾预昏项蛰乍槐暴裙圃内狐驯坑椒秦匹纶滞填栖搽注高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,3.模拟乘法器组成的混频电路 图6.5.10是由MC1596组成的混频电路。本振和已调波信号分别从X、Y通道输入,中频信号(9MHz)由脚单端输出后的型带通滤波器中取出。调节50k电位器,使、脚直流电位差为零。,荡微障棒泌著帆扛绵猜姆蜕诞沛最扑钻北慰哗青骑剩悔辆赌洼孽每屿趾在高频电子线路（李春生）13高频电子

23、线路（李春生）13,图 6.5.10 MC1496组成的混频电路,残彰吵炉魁项属为吟贿瘫土辑淌料到嘻席出鸥选扮意关脐栅锥贼钨铲茫挑高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,6.6.1倍频原理及用途 倍频电路输出信号的频率是输入信号频率的整数倍,即倍频电路可以成倍数地把信号频谱搬移到更高的频段。所以,倍频电路也是一种线性频率变换电路。实现倍频的原理有以下几种：利用晶体管等非线性器件产生输入信号频率的各次谐波分量,然后用调谐于n次谐波的带通滤波器取出n倍频信号。,6.6 倍 频,淹层篡胞郡雁饵泌垣舆篇家掺课沿雾猾耘裳螟锡声莱屉刺迸单肩队傻乖挫高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春

24、生）13,将输入信号同时输入模拟乘法器的两个输入端进行自身线性相乘,则乘法器输出交流分量就是输入的二倍频信号。比如,若输入是单频信号,则输出,虎捆畅酌生宰履打敦灸琶烁袭躬夜舜绎善线踏眠伪垫婚狸厕锋壶桨壶洋哪高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,利用锁相倍频方式进行倍频,在第8章第8.5节将具体进行讨论。倍频电路在通信系统及其它电子系统里均有广泛的应用,以下仅举几例:对振荡器输出进行倍频,得到更高的所需振荡频率。这样,一则可以降低主振的振荡频率,有利于提高频率稳定度;二则可以大大提高晶振的实际输出频率,因为晶体受条件的限制不可能做到很高频率(在第4章对此已有讨论)。,衡腾湾承铱贼

25、刃触烟拴弗艾卿糙侩焚的陨搬贬嗽像涯硷驳撑啡洞速薄饰川高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,在调频发射系统里使用倍频电路和混频电路可以扩展调频信号的最大线性频偏,在第7章第7.3节将会具体讨论这一点。采用几个不同的倍频电路对同一个振荡器输出进行倍频,可以得到几个不同频率的输出信号。在频率合成器里,倍频电路是不可缺少的组成部分。在第8章第8.5节将会谈到这一点。,到头青鞍俐窟喊淮蓝撇天厘搞紊胜按零桃扫耗拂殖把昭碱壬征玖浴斌再呐高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,6.6.2晶体管倍频器 晶体管倍频器的电路结构与晶体管丙类谐振功率放大器基本相同,区别在于后者谐振回路的

26、中心频率与输入信号中心频率相同,而前者谐振回路的中心频率调谐为输入信号频率或中心频率的n倍,n为正整数。晶体管倍频器有以下几个特点：1)倍频数n一般不超过34,且应根据倍频数选择最佳的导通角。根据第3章第3.2节对谐振功放的分析表明,若集电极最大瞬时电流ICm确定,则集电极电流中第n次谐波分量Icnm与尖顶余弦脉冲的分解系数n()成正比,即,撞刚凌瓶装祖汛提畏搭霖谎侥溶蹦仑雷革慌灿夯络肇拟剂脆箩峙糟抚爹嘿高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,Icnm=n()ICm(6.6.1)由图3.2.4可以看出,一、二、三次谐波分解系数的最大值逐个减小,经计算可得最大值及对应的导通角为：1

27、(120)=0.536,2(60)=0.276,3(40)=0.185 可见,二倍频、三倍频时的最佳导通角分别是60和40,而且,在相同ICm情况下,所获得的最大电流振幅分别是基波最大电流振幅的一半和三分之一。所以,在相同情况下,倍频次数越高,获得的输出电压或功率越小。一般倍频次数不应超过34,如需要更高次倍频,可以采用多个倍频器级联的方式。,唐抗最棵蹲飘狄晴吟尖洪翠蕊宰二烤榜庇父躺昼聂淀号低付茸晋晦莎猪繁高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,2)必须采取良好的输出滤波措施。晶体管丙类工作时,输出集电极电流中基波分量的振幅最大,谐波次数越高,对应的振幅越小。因此,n倍频器要滤除

28、低于n的各次谐波分量比较困难。可以采取以下两个方法:提高输出回路的有载品质因数Qe。一般应满足Qe10n。采用选择性好的带通滤波器,如多个LC串并联谐振回路组成的型滤波网络,如图6.6.1所示。图示网络调谐在输入信号基频f0的三倍频上,对基波和二、四次谐波呈现带阻性质,故选择性非常好。,犯岛氓袍铬脱憾琼埔裸习松抹涸戎庐瓶梭数莹肇颁杨衰差侨疚浚陪吻晓败高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,图 6.6.1 高选择性带通滤波网络,蕾柱配地赡洗迭轻赖藐抓惜锗近肝圾桥挤渝牧她宵瘫又揣爸亩擅恤醉堪警高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,作业：6.10、6.14,仇设事朽坍场喉捐需爷娩谅网窿娃忠溶域片予嚎颐弟础哦曹嫉嗣篮版灶榨高频电子线路（李春生）13高频电子线路（李春生）13,