变频电路

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混频器
②非线性器件用于频率变换。常用的非线性器件有晶体三极管、二极管、 场效应管、差分对管和模拟乘法器等。 ③输入信号 us 与本振信号 u L 通过非线性器件后会产生很多新的频率分量。 其通过带通滤波器可选出其中之一，称其为中频频率 中频频率。若带通滤波器取 中频频率 称高中频 f L + f s 高中频。若带通滤波器取 称低中频 f L − f s 低中频。 高中频 低中频 fI = fI =
ic = f (ube ) 在时变偏压 Vbb + uL (t )上展开成泰勒级数，则
ic = f [Vbb + u L (t ) ] + f ′ [Vbb + u L (t ) ] us (t ) + 1 f ′′ [Vbb + u L (t )] u s2 (t ) +L 2
对于小信号 us ，其高阶导数很小，可近似为 ic = f [Vbb + uL (t ) ] + f ′ [Vbb + uL (t ) ] us (t ) 式中，f [Vbb + uL (t )] 为 ube = Vbb + uL (t ) 时集电极电流； f ′ [Vbb + uL (t )] = 时晶体三极管的跨导。
频域表示 法
变频电路的主要应用之一是用于超外差接收机中，将高频载频变换成固定中频载频信号， 然后通过高性能的中频放大器进行放大，使整个接收机灵敏度和选择性大大提高。
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高频电子线路 二、变频器的组成
1、变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成。 、变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成
①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成 混频器是由输入回路、
g1 =
∫ π g (t ) cos ω π
−
π
−
1
π
L
tdωL t
L L
1 1 gc = g1 = 2 2π
∫ π g(t)cosω tdω t
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高频电子线路 二、晶体三极管混频器的等效电路
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◆由于本振电压为大信号，对于输入信号 电路。可用上图所示电路等效。
us 为小信号来说可以等效为时变参量的线性
u
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上图说明
图（a）对 us 为共射组态，输入电阻高，变频增益大。对 uL 是基 ） 极注入，输入电阻大，易于起振。但两者相互影响大，可能产生 频率牵引。
大。对 u L是射极注入，输入电阻小，本振负载较重 ，起振困难，但两者相互影响小，不会产生频率牵引 现象。
1 iI = g1U sm (1 + ma cos Ωt ) cos ωI t 2
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④混频器的变频跨导 g c
变频跨导是输出中频电流振幅
I Im 与输入高频信号振幅 U sm
I Im U sm
之比，即
定义:
gc =
1 = g1 2
g1
在数值上变频跨导是时变跨导 g (t ) 的基波分量的一半，可以通过g (t ) 的基波分量 来求变频跨导
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第九章 变频电路
主要内容： 主要内容： 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 晶体三极管混频 场效应管混频器 二极管混频器 模拟乘法器混频器 混频器的干扰与失真
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一、变频电路的功能
第一节 概述
us = U sm (1 + ma sin Ωt ) sin ωs t
U Gs iD = I Dss 1 − Up

2
式中，I Dss为uGs = 0 时的 iD，U p 为夹断电压。
结型场效应管混频电路
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高频电子线路 3、混频原理
设输入信号 us = U sm cos ωst ，本振信号
uL = U Lm cos ωLt
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◆输入回路调谐于ωs ，输出回路调谐于 ω I ，等效电路各参量可根据定义和混合 π 等 效电路求出。
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变频电压增益
& gc U Im Auc = = & U sm g 0 c + g L
PI g c g L = PS g 0 c + g L gic
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。则
uGs = U GsQ + us − u L
式中 U GsQ 为场效应管静态工作点的 U Gs 值。可得
U GsQ + us − uL I 2 2 2 2 iD = I Dss 1 − = Dss (U p + U GsQ + us + uL − 2U pU GsQ − 2U pus + 2U puL + 2U GsQ us − 2U GsQ uL − 2us uL ) 2 Up Up
式中， g c 为变频跨导，其值为 若中频带通滤波器中心频率为 为
uI = gc RLU sm cos ωI t
。
ωI = ωL − ωs ，且谐振电阻为 RL ，则混频器输出电压
对于 us = U sm (1 + ma cos Ωt ) cos ωst ，则
uI = g c RLU sm (1 + ma cos Ωt ) cos ωi t
一个大信号和一个小信号 同时作用于非线性元件
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高频电子线路 3、晶体三极管混频器的时变参量分析
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①混频器的时变参量表示式 晶体三极管的 ube = Vbb + U Lm cos ωLt + U sm cos ωst ，正向传输特性为 ic = f (ube、uce ) 因为 uce 的值很小，在 us 的变化范围内正向传输特性是线性的。所以，可以将函数
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②输入 us 后产生的混频电流 在输入信号 us (t ) = U sm cos ωs t 作用下，集电极电流为
ic = f [Vbb + uL (t )] + f ′ [Vbb + uL (t )] us (t ) = ( I c 0 + I c1m cos ωLt + I c 2 m cos 2ωLt + L) + ( g0 + g1 cos ωLt + g2 cos 2ωLt + L)U sm cos ωs t
）、（d） 图（c）、（ ） u s为共基组态，输入 阻抗小，变频电压增益 ）、（ 小，高频特性好，上限频率高。频率 较低 时不用。
图（b）对 信号 为共射组态，输入电阻高，变频增益 ）
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高频电子线路 2、工作状态的选择
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变频功率增益 Apc 和噪声系数 N F 与U Lm、I eQ 的关系的实验结果如图 所示。 左右， I eQ 在0.3~0.7mA为宜。
∂ic = g 为 ube = Vbb + uL (t ) ∂ube
由于本振电压为大信号，工作于非线性状态， f [Vbb + uL (t )] 和g均随uL (t ) 变化呈非线 性，则
f [Vbb + uI (t )] = I c 0 + I c1m cos ωLt + I c 2 m cos 2ωLt +L
2 2 可知，iD 中含有直流 ωs、ωs、ωL、ωL、ωL ± ωs 等频率分量，其中 ωL ± ωs 为高中频和低中 频分量。若选用低中频的带通滤波器，则
2
iI =
I Dss U smU Lm cos(ωL − ωs )t = gcU sm cos ωI t 2 Up
2 I DssU Lm / U p
1、变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频频率，而保持其调制规律不变。 、变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频频率，而保持其调制规律不变。 2、变频电路功能的时域表示法和频域表示法。 、变频电路功能的时域表示法和频域表示法。 下图是以输入普通调幅波 输入输出的频谱。 时域表示法 为例表示的输入输出波形以及
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高频电子线路 二、双栅绝缘栅场效应管混频器 1、原理电路如图所示
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双栅场效应管混频电路
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高频电子线路 2、双栅场效应管的特点及特性的表示式
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①．双栅绝缘栅场效应管具有栅漏极间电容很小，正向传输导纳较大，且受到双 重控制，很适合于作为超高频段混频器。 ②．双栅绝缘栅场效应等，在放大区
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三、变频器的技术指标
1、变频增益 , ①变频电压增益 Auc
Auc =
U Im (输出中频电压振幅) U sm (输入高频信号电压振幅)
, ②变频功率增益 Apc
Apc =
PI (输出中频信号功率) PS (输入高频信号功率)
2、选择性，（通常用矩形系数表示） 、选择性，（通常用矩形系数表示） ，（通常用矩形系数表示 3、噪声系数 、 4、失直与干扰 、
iD = g m1us + g m 2uL
a0、a1、a2、b0、b1、b2 是由直流偏置及管
g g 式中， m1 = a0 + a1us + a2uL ，m 2 = b0 + b1us + b2uL 。其中 子本身所决定的常数。则
2 iD = a0us + b0uL + (a + b)usuL + a1us2 + b2uL
NF
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第二节 晶体三极管混频器
一、晶体三极管混频器的工作原理
u 输入信号， L 为本振信号。集电极回路调谐于中频 ωI 。
u 1、下图 是晶体三极管混频器的原理电路。其中 V 为直流偏置电压， s为 、
bb
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2、工作原理
③通过带通滤波器取出中频 若中频频率取差频 ωI
= ω L − ωs
，则混频后通过带通滤波器输出中频电流为
iI = U sm
其振幅为 I Im =
1 g1U sm 。表明中频电流振幅与高频输入信号振幅 U sm 成正比。 2
g1 cos(ωL − ωs )t 2
若输入信号为调幅波，U sm (1 + ma cos Ωt ) cos ωs t ，则输出中频电流为
f ′ [Vbb + u L ( t ) ] = g ( t ) = g 0 + g 1 cos ω L t + g 2 cos 2ω L t + L
I 式中，c 0、I c1m、I c 2 m、g0、g1、g 2 分别为 ubw = Vbb + uL (t ) 时集电极电流中的直流、基波、 二次谐波分量的幅值及跨导的平均分量、基波和二次谐波分量的幅值。 哈尔滨工程大学
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g g g g = I c 0 + I c1m cos ωLt + I c 2 m cos 2ωLt + L + U sm g0 cos ωs t + 1 cos(ωL − ωs )t + 1 cos(ωL + ωs )t + 2 cos (2ωL − ωs )t + 2 cos(2ωL + ωs )t + L 2 2 2 2
3、混频原理 、
在输入信号 us = U sm cos ωst ，本振信号 uL = U Lm cos ωLt 时，漏极电流中含有直流 ωs、ωL、
U Lm在100mV
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高频电子线路 3、具体电路
收音机变频电路
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电视机变频电路
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第三节 场效应管混频器
一、结型场效应管混频器 1、结型场效应管混频电路如图所示 2、结型场效应管在饱和区漏极电 流 iD 与栅源电压 uGs 的关系
2
变频功率增益 Apc =
当
g L与g 0 c
相等时，输出回路匹配，变频功率增益最大。
Apc max
g c2 = 4 gic g 0 c
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高频电子线路 三、具体电路和工作状态的选择 1、晶体三极管混频器的四种组态
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根据输入信号 s 可构成共射和共基两组态。而对本振电压的注入可分从基极注 入和发射极注入两种组态，因此有四种组态
输入信号： = U sm cos ωs t 为小信号； us
u 本振信号：L = U Lm cos ωLt 为大信号
即 U Lm >> U sm 晶体三级管的发射结加有三个电压Vbb、uL 和 us ，晶体三极管 工作于非线性 us 状态。而对于Vbb + uL 来说，由于 V 很小，可以认为是在 bb、uL 的作用 下，晶体管的工作点在变化。 在每一个工作点，对 us 来说都是 工作于线性状态，只不过不同的工 作点其线性参量不同。这种随时间 变化的参量称为时变参量 时变参量。 时变参量