晶体管混频器解读
晶体三极管混频器.ppt
第10章振幅调制、 解调及混频
10.3.2 混频电路 1．晶体三极管混频器
ic
f0＝fI us
uL
Eb
Ec
图10.―510 晶体三极管混频器原理电 路
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频 《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
iC Ic0(t) gm (t)us
1 2 UsUL
cos t[cos(L
c )t
cos(L
c )t]
(10―85)
u1 U1 cos t cos1t
(10―810)
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
us
uo 带 通滤 波 器
uI
uL (a)
非 线性 器 件 uo 带 通滤 波 器
uI
uL (b)
图10.―53 混频器的组成框图 《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
本振为单一频率信号,其频谱为
FL(ω)=π［δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)］ 输入信号为己调波,其频谱为Fs(ω),则
Fo ( )
1
2
Fs ( ) FL ( )
1 2
Fs () [ (
第10章振幅调制、 解调及混频
gm
gm(t )
③
gc
②
①
0
0
ube
t
0
Eb
①
②
③
图10.―58 gC～Eb的关系 《高频电路原理与分析》
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
实验三 晶体三极管混频实验
实验三晶体三极管混频实验一、实验目的1.掌握三极管混频器的工作原理；2.了解混频器的寄生干扰。
二、实验原理1.For personal use only in study and research; not for commercial use2.3.混频器系统原理图4.三极管混频电路原理图如下，晶体管起信号的混频作用，两个输入信号分别为和；电容C in1、C in2、C out为信号输入和输出的耦合电容，起到隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影响，保证各级工作的稳定性；电容C e对高频交流信号相当于短路，消除偏置电阻R e对高频信号的负反馈作用，提高高频信号的增益；电阻元件R b1、R b2、R e决定晶体管的工作点；电路中的电感L和电容C组成的谐振电路起选频作用，在产生的组合频率中选择所需要的中频输出信号。
For personal use only in study and research; not for commercial use三、仿真结果1.仿真原理图如下。
为获得中频频率为475MHZ信号，设置本振信号V2为500mv （10.7MHZ），载波信号V1为100mv（10.245MHZ）；L1为10uH，C3为12nF,以达到选频作用；示波器分别接入载波信号和输出信号，观察输出波形。
For personal use only in study and research; not for commercial useFor personal use only in study and research; not for commercial use2.去掉V1，进行直流工作点分析，测试放大器的静态直流工作点，结果如下：For personal use only in study and research; not for commercial use3.选取电路节点8作为输出端，对输出信号进行“傅里叶分析”，结果如下图。
晶体管混频器
—Ggi—cL
gic—混频器的输入电导 goc—混频器的输出电导 gc—混频器的变频跨导 GL—负载电导
本继页续完
晶体管
三、晶体管混频器的增益
2、混频器的变频电压增益Avc
Vi=
——Ii —= goc+GL
—g—cV—s — goc+GL
Avc=Vi/Vs=gc/(goc+GL)
3、混频器的变频功率增益Apc
40 106 150 106
0.5 26
15
2
gic—混频器的输入电导 goc—混频器的输出电导 gc—混频器的变频跨导
=9.6mS Avc= —gog—c+c G—L=1—09×.—61×—01-60—+-31—0-—3 = 9.6
Apc=A2vc —Ggi—cL =9.62× —413—×01×—01-—30-6 = 214
上式变形为
—Ii = Vsm
—g21
Ii/Vsm反映混频器的放大能力， 称为变频跨导gc，与本振无关。
实信 输Vg验号 入s是c的得混-+具出频v体本的s器机表经-接+达验收v式公0到是式的通。过vi
中 频 输 出
gc= Ii/Vsm = g1/2
输入信号的振幅荡值。
本继页续完
其中ω 是晶接收的外体来信号管 混 s
R4
C2
R5 C4
56P
C6
C7
200P
75Ω
本振信号
C8 中频调幅波
接第一中放
R1 22kΩ
R3
来自本振
R6
C5
8.2kΩ 5.6kΩ .022μF 10kΩ
第18 讲 混频
根据上式可导出输入信号电流的幅值
1 1 I s g DU sm g DU im 2
第6章
混频
平衡混频器电路采用平衡对消技术，其电 路对称，混频失真小。由于本振电压是从环 形混频器构成的桥路的中线溃入，所以大大 的减小了本振电压经输入端或输出端产生的 辐射泄漏。
二极管混频器与其它混频器比较，二极 管混频器功率增益小于1，但具有动态范围大、 线性好、工作频率高、噪声系数小等优点。 因此二极管环形混频器应用十分广泛，特别 是微波频段普遍采用这种混频器。
混频633smcos由于非线性特性的4阶项产生的乘积项12a乘积中包含有中频信号其幅值等于3aim正比于干扰信号幅度um的平混频图624交叉调制干扰互调干扰定义互调干扰是有两个或多个干扰电台信号作用于混频器的输入端经混频器的非线性产生的假中频的组合频率分量这些分量只要落在中频通带内就会形成干扰
第6章
第6章
混频
式(6.2―17)和式(6.2―18)组成二
极管混频器电流方程式。式(6.2―17) 中第一项是本振电压与输入信号经
二极管混频产生的中频分量电流，
这一项是混频器正常输出，称为正
向混频；
第6章
混频第二项ຫໍສະໝຸດ 输出的中频电压作用于二极管形成的中频电流，所以与正
向混频电流极性相反。
第6章
混频
式(6.2―18)中第一项是由信号 电压形成的信号电流；第二项是 输出中频电压与本振电压经过二 极管混频而产生的信号电流，由 于这种混频是输出信号与本振相 混，和正向混频方向相反，所以 叫做反向混频。
称为混频比
第6章
混频
满足上式的p、q所形成的组合频率都 能通过混频器形成信号与本振的组合频 率干扰。组合频率的阶数n=p+q,阶数n越 高，组合频率分量的幅度越小，五阶以 上组合频率分量的幅度很小，可不计，
第7章 混频.
混频
图7.1.1 混频器输入、输出信号的波形和频谱
混频
接收机中使用混频器的原因： ① 若减小接收机的体积，降低电路设计制造和调整难度； ② 改善接收机灵敏度、选择性。
混频
采用混频器（变频器）接收机性能提高的原因：
增强； 3〉选中频时应考虑组合频率的影响，使其远离混频过程中可
能产生的组合频率。
混频
2. 一个外来干扰和本振产生的组合频率干扰（副波道干扰 或称寄生通道干扰）
若外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足:
|±pfL±rfn1|=fI , p、r=0, 1, 2, …
会产生干扰作用，常将这类组合频率干扰称为寄生通道干扰, 其中中频干扰和镜频干扰影响很大。 1) 中频干扰
混频
第七章 混频
§7.1 概述 §7.2 晶体三极管混频器 §7.3 场效应管混频器（了解） §7.4 晶体二极管混频器 §7.5 混频器的干扰
混频
§7.1 概述
一、混频 为使高频信号经频率变换后所携带的有用信息保持不变，
要求电路仅将高频信号的各个频率分量搬移至新的频域，而各 分量的频率间隔和相对幅度保持不变，这个过程称为混频。
2us 2RL RVD
[K1(Lt)
K1(Lt
)]
2us 2RL RVD
K2 (Lt)
2Usm 2RL
cosst
RVD
[4
cosLt
4
3
cos 3Lt
]
K1(Lt)
0
K2(Lt)
0
混频
(a)
Lt
Lt
(b)
混频器原理分析
郑州轻工业学院课程设计任务书题目三极管混频器工作原理分析专业、班级学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容分析三极管混频器工作原理。
二、基本要求1：混频器工作原理，组成框图，工作波形，变频前后频谱图。
2：晶体管混频器的电路组态和优缺点。
3：自激式变频器电路工作原理分析。
4：完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务书，设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙述清楚，图纸齐备。
5：设计时间为一周。
三、主要参考资料1、李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.62、谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.103、张肃文高频电子线路高等教育出版社 2004.11完成期限：2010.6.24-2010.6.27指导教师签名：课程负责人签名：2010年6月20日目录第一章混频器工作原理------------------------------------------4第一节混频器概述------------------------------------------------4第二节晶体三极管混频器的工作原理和组成框图---------5第三节三极管混频器的工作波形和变频前后频谱图------8第二章晶体管混频器的电路组态和优缺点------10第一节三极管混频器的电路组态和优缺点-------第二节三极管混频器的技术指标------第三章自激式变频器电路工作原理分析--------------------12第一节自激式变频器工作原理分析---------------------12第二节自激式变频器与他激式变频器的比较------------------------13 第四章心得体会---------------------------------------14第五章参考文献---------------------------------------15第一章混频器工作原理第一节混频器概述1.1.1混频器简介变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。
晶体三极管混频器
通信电子线路课程设计说明书题目系、部：电气与信息工程系学生姓名：**指导教师：贾雅琼职称讲师专业：电子信息工程班级：电子0903班完成时间：2011-12-11摘要混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程，它是使信号自某一个频率变换成另一个频率。
完成这种功能的电路称为混频器。
混频技术的应用十分广泛。
混频器是超外差式收音机中的关键部件。
直放式接收机高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大，灵敏度较低。
采用超外差技术后，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。
因为放大功能主要在中放，可以用良好的滤波电路。
采用超外差接收后，调整方便，放大量、选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号的频率低，性能指标容易得到满足。
混频器在一些发射设备中也是必不可少的。
在频分多址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要的地位。
此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器的重要组成部分。
因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。
关键词：信号；频率；混频器ABSTRACTFrequency mixing, say again, is also a kind of variable frequency spectrum of linear moving process; it is to make the signal from a certain frequency conversion to another frequency. Complete the functions of the circuit are called the mixer. Mixing technique used widely. The mixer is the super heterodyne key component. Straight put type small signal detection, high-frequency receivers working frequency variation range, the working frequency of high-frequency channels of influence is bigger, a low sensitivity. Using specialized super heterodyne technology after receiving signal frequency mixing into a fixed frequency, put large basic from receive frequency influence, such, frequency signal within the amplification good consistency, sensitivity can do so tall that selective is better also. Because magnifier function mainly in putting can use good filter circuits. Using specialized super heterodyne after receipt and easy to adjust, put large, selectivity consists mainly of intermediate frequency part decision, and intermediate frequency is of high frequency signals low frequency, performance index easily be satisfied. The mixer in some launch equipment is also essential. In frequency division multiple accesses signal synthesis, microwave relay communications, satellite communications, etc system also has its important position. In addition, the mixer is also much electronic equipment, measurement instrument important component.Key words signal；frequency；mixer目录1.三极管混频器的设计内容及要求 (1)1.1设计内容 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计框图及原理说明 (1)1.3.1混频原理框图 (1)1.3.2混频原理说明 (1)2. 设计电路及原理与仿真 (3)2.1本地振荡电路 (3)2.1.1振荡起振条件 (3)2.1.2电路及电路参数选择 (3)2.1.3电路仿真 (5)2.2混频电路 (6)2.2.1混频原理电路 (6)2.2.2晶体管混频器电路类型 (7)2.2.3设计电路及电路参数选择 (8)2.2.4电路仿真及调试 (9)总结 (12)参考文献 (13)致谢 (14)附录I (15)附录II (18)1.三极管混频器的设计内容及要求1.1设计内容在本次通信电子线路课程设计中我采用了Multisim仿真软件对三极管混频器进行设计及绘制，并模拟仿真，在仿真的基础上再做了实物。
实验五 晶体三极管混频实验
实验五晶体三极管混频实验一、实验内容1、掌握了解三极管混频器的工作原理；2、了解混频器的寄生干扰。
二、实验原理1、混频器的工作原理混频器的功能是已调波信号（高频）不失真地变换为另一已调波信号，保持原调制规律不变。
为实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。
本振用于产生一个等幅高频信号UL，与输入信号US经混频器后所产生的差频信号，经带通滤波器滤出。
除输入信号电压Us和本振电压UL外，还存在干扰和噪声。
它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干扰，影响输入信号的接收。
干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的，不可避免，其中影响最大的是中频干扰和镜像干扰。
2、实验电路图中，本振电压为11.2MHZ从晶体管的发射极e输入，信号频率为8.2MHZ 从晶体三极管的基极B输入，混频后的中频信号由晶体三管的集电极C输出。
输出端的带通滤波器必须调谐在中频Fi上，本实验中频为3MHZ。
三、实验内容1、用频率计测量混频器的输入输出频率，观察输入输出信号的波形；2、用示波器观察输入波形为调幅波时的输出波形。
四、实验步骤（一）模块上电将LC振荡器模块③晶体三极管混频器模块④接通电源。
（二）中频频率的观测1、将LC振荡器调整到“串S”、1C09（150P）状态下，其产生的振荡频率为11.9MHZ信号作为本实验的本振信号，接晶体三极管混频器本振输入2P01，高频信号发生器输出8.9MHz，VP-P=0.5V信号接晶体三极管混频器本振输入2P02。
用示波器观测2TP03波形，测量其中频值。
顺时针调整2W01，输观察2TP03的波形变化。
2、混频的综合观测。
将调制信号为1KHZ载波频率为8.9MHZ的调幅波，作为本实验的晶体三极管混频器射频输入，用双踪示波器的观察2TP01、2TP02、2TP03各点波形，特别注意观察2TP02和2TP03两点波形的包络是否一致。
晶体管混频器
了v0成份，说明差频输出电 流已经与本振信号无关。
iC
差频输出电流的式中没有 混 频 器
ii是混频器输出的中频电流 Vs是混频器输入信号电压振幅 g1 Vs—是混频器输出电流的振幅 2
Q
O
VBB
晶体管转移特性曲线
vBE
信号 输入 + vs -
+ v0 本机 振荡
中 vi 频 输 出 本页完 继续
+ v - +s v - 0 (a) + v - s (b)
(a)共发混频组 + v 态，信号电压 - s + vi 和本振电压均 v - 0 由基极注入。 (c) (b)共发混频组 态，信号电压 + vs + vi 由基极注入， v0 本振电压由射 极注入。 (d)
(c)共基混频组 态，信号电压 vi 和本振电压均 由射极注入。
+ v - +s v - 0 (a) + v - s (b) (a)共发混频组 + v 态，信号电压 - s + vi 和本振电压均 v - 0 由基极注入。 (c) (b)共发混频组 态，信号电压 + vs + vi 由基极注入， v0 本振电压由射 极注入。 (d) (c)共基混频组 态，信号电压 vi 和本振电压均 由射极注入。
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四种晶体管混频器电路组态 晶 体 管 混 频 原 理
晶 体 管 混 频 器 的 增 益
例 题
实 际 电 路 分 析 举 例
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晶
体
一、四种晶体管混频器的电路组态 介绍共射混频组态电路优缺点
应用于信道产品中混频器的简单分析
Technology Analysis技术分析DCW77数字通信世界2020.050 引言随着通信系统的发展，混频器广泛的应用于各种通信设备中，如超外差接收机，就是利用混频将接收到的高频信号变成一个固定的中频信号，再进行放大，从而使接收机的灵敏度和选择性大大提高。
此外，在发射机里也要利用混频器来改变载频，混频是个典型的频谱搬移过程，这个过程在实际生产中通过非线性器件来实现。
常用的混频器有晶体管混频器和场效应管混频器，在实际生产中用得最多的是晶体管双平衡混频器。
1 双平衡混频器（DBM）分析图1为双平衡混频器的原理图，该混频器采用了四个特性相同的混频二极管接成环形。
本振和信号通过变压器耦合，将不平衡的输入变换为平衡的输出，再加到二极管桥路的两对角上。
中频从本振或信号输入变压器的中心点引出。
图1 双平衡混频器原理图由本振偶次谐波差拍产生的电流在中频负载上互相抵消，而由本振奇次谐波差拍产生的电流在中频负载上互相叠加。
由本振奇次谐波差拍产生的电流出现在中频端，而由本振偶次谐波差拍产生的电流出现在信号输入端。
这是双平衡混频器的重要特点。
2 混频器重要指标2.1 变频损耗混频器的变频损耗是其最基本的一个指标，对接收机而言，混频器变频损耗直接影响到接收机的接收灵敏度，变频损耗增大了，变频后的中频信号变小，噪声电平抬高，使输出信噪比降低，接收灵敏度降低。
对发射机而言，混频器变频损耗也直接影响发射的功率，从而影响电台通信距离。
影响混频器变频损耗有几个，通常使用的混频器一般带宽都很宽，其变频损耗在很宽的频带内会有一些波动，因此，在器件选型的时候要尽量选择合适的混频器，使用其变频损耗波动小的频段。
另外，如果本振驱动不够的话，变频损耗也会增加，生产中信道产品上常用的混频器都是+7dBm 本振驱动（现有的混频器本振驱动有：+7dBm ，+10dBm ，+13dBm ，+17dBm ，+23dBm ，+27dBm ），该类混频器在本振输入0dBm 以上情况下都能够正常工作，变频损耗几乎也不会受影响。
高频电子课程设计晶体管混频器
目录目录 (1)第一章混频器的工作原理分析 (2)第一节三极管混频器的工作原理及组成框图 (2)第二节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图 (4)第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点 (5)第一节三极管混频器的电路组态及其优缺点 (5)第二节三极管混频器的技术指标 (6)第三章自激式变频器电路工作原理分析 (9)第一节自激式变频器工作原理分析 (9)第二节自激式变频器与他激式变频器的比较 (10)第四章心得体会 (11)第一章混频器的工作原理分析第一节三极管混频器的工作原理及组成框图1.1 组成框图变频（混频）是将高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。
通常指将高频信号的载波频率从高频变为中频,同时必须保持其调制规律不变。
具有这种功能的电路称为混频电路或变频电路，亦称为混频器或变频器。
一般变频器应由四部分组成，即输入回路、非线性器件、带通滤波器和本机振荡器组成，如图1-1所示，图中本机振荡器用来提供本振信号频率f L。
输入高频调幅波s v，与本振等幅波L v，经过混频后输出中频调幅v。
输出的中频调幅波与输入的高频调幅波的调制规律完全相同。
亦即波i变频前与变频后的频谱结构相同，只是中心频率由f s改变为f i，亦即产生了频谱搬移。
图1-1 晶体管混频器的组成框图混频器工作原理：晶体三极管混频器的原理性电路如图1-2所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压BB v 信号电压s u 和本振电压L u 。
为了减小非线性器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅U U SM LM ，也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。
在一个大信号L u 和一个小信号s u 同时作用于非线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元件，如图1-5所示。
1t 时刻，在偏压BB v 和本振电压L u 的共同作用下，它的工作点在A 点，此时s u 较小。
因此，对s u 而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。
第17 讲 混频
第6章
混频
3. 混频失真与干扰
混频器的失真有频率失真和非 线性失真。此外，由于器件的非线 性还存在着组合频率干扰。这些组 合频率干扰往往是伴随有用信号而 存在的，严重地影响混频器的正常 工作。因此，如何减小失真与干扰 是混频器研究中的一个重要问题。
第6章
混频
在忽略晶体管输出阻抗的情况下， 经集电极回路带通滤波器的滤波，取出 的中频电压
ui gc RLU sm cos i t U Im cos i t 其中：RL为并联谐振回路的有载谐振电阻
第6章
混频
例如： 若输入信号us是普通调幅
波，us=Usmo(1+macosΩt)cosωCt。只 要带通滤波器的带宽足够，即B>> 2 Ω，带内阻抗可近似认为等于有载谐 振阻抗RL。输出的中频电压近似等于 ui=gcRLUsmo(1+macosΩt)cosωit。可见， 它仍然是普通AM波信号。
1、掌握相乘器和混频的基本概念。 2、了解晶体管混频分析方法，理解混频工作 原理，并掌握求变频跨导gc方法，理解组合 频率干扰类型、现象、成因，掌握产生条件， 以及各类型中产生最强干扰的两个干扰条件，
了解非线性失真类型及成因。
3、掌握用相乘器电路实现混频的方法并加以
分析。
第6章
混频
6.1 概述
混频的基本概念和实现模式
1要尽量避免us与u1的相互影响2不要妨碍中频电流的流通混频电路形式a的本振电压由基极注入需要本振提供的功率小但信号电压对本振的影响较混频电路形式b的本振电压由发射极注入需要本振提供的功率大但信号对本振影响小
第6章
混频
第6章
混频
混频器工作原理详解
混频器工作原理详解混频器是一种电子设备，主要用于将多个频率的信号混合在一起。
它在通信、雷达、广播、电视、无线电及音频等领域中广泛应用。
混频器的工作原理基于非线性元件的特性，其中最常见的非线性元件是二极管。
1.基本原理混频器的基本原理是利用非线性元件的非线性特性，将多个输入信号混合成一个信号。
混频器主要有两个输入端口（RF端口和LO端口）和一个输出端口。
其中RF端口输入射频信号，LO端口输入本地振荡信号（Local Oscillator），输出端口输出两个输入信号的混频信号。
2.输入信号的混合混频器的基本操作是将RF信号和LO信号相乘，得到两个频率分量的和频（Sum frequency）和差频（Difference frequency）信号。
混频器的核心部分是非线性元件，通常是二极管。
当RF信号输入混频器时，它与LO信号结合并通过非线性元件。
由于二极管的非线性特性，它会产生两个新的频率成分，一个是和频信号，频率为RF频率加上LO频率，另一个是差频信号，频率为RF频率减去LO频率。
这两个信号将通过输出端口输出。
3.阻止RF信号通过混频器还有一个重要的功能是阻止RF信号通过。
在通信系统中，LO信号的频率远高于RF信号，因此RF信号会通过LO端口到达射频接收器，引起干扰。
为了阻止RF信号通过LO端口，混频器采用了一个带通滤波器，用于选择只有和频和差频通过，而阻止RF信号通过。
4.选取合适的LO频率混频器的工作效果与LO信号的频率选择有关。
一般来说，LO频率应该选择为RF频率加上或减去一个中频（Intermediate Frequency），以使得差频信号与中频相等。
这样可以方便后续的信号处理和解调等操作。
5.非理想因素混频器在实际应用中会受到一些非理想因素的影响，包括本振泄露（LO Leakage）、直流偏置（DC Offset）、相位不匹配（Phase Mismatch）和幅度不平衡（Amplitude Imbalance）等。
高频电子电路4.4混频器原理及电路课件
新材料与新工艺
随着新材料和工艺的发展，未来混频器将采用更先进的材料和工艺， 以提高性能和降低成本。
智能化与自动化
未来混频器将向智能化和自动化方向发展，能够自适应地完成信号 处理任务，提高系统的自动化水平。
THANKS
感谢观看
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
频率特性
01
02
03
频率范围
混频器能够处理的信号频 率范围，通常由电路元件 的物理特性决定。
频率响应
混频器对不同频率信号的 处理能力，通常用增益和 相位响应来表示。
频率稳定性
混频器在长时间内保持其 性能参数不变的能力，特 别是在温度和环境变化时。
按电路形式
可以分为单端式和平衡式混频器。单端式混频器只有一个信号输入端，而平衡式 混频器则有两个信号输入端，可以减小本振信号的泄露和干扰。
混频器的基本原理
工作过程
输入信号和本振信号分别加在混频器的非线性元件上，通过非线性效应产生新 的频率分量，经过滤波器选频后得到所需的输出信号。
主要参数
混频器的性能主要取决于其工作频率、噪声系数、动态范围、失真系数等参数。
场效应管混频器
场效应管混频器由两个场效应管组成，一个作为输入管， 一个作为输出管。输入信号通过输入管进入，经过混频器 内部电路的调制，产生一个输出信号。输出信号的频率与 输入信号的频率不同，实现了混频功能。
场效应管混频器的优点是线性范围宽、噪声低、动态范围 大。缺点是电路复杂、调试困难，适用于高频信号的处理 。
ERA
定义与作用
定义
混频器是一种将两个不同频率的信号 进行混合，产生第三个频率信号的电 子器件。
高频晶体管混频器
高频晶体管混频器一、实验目的1、加深对晶体管混频器基本原理的理解。
2、掌握高频晶体管混频器的设计和调试方法。
二、实验仪器直流电压源、高频信号发生器、示波器、万用表、多孔板及相关元器件三、实验原理3.1 电路原理混频器的实质是非线性电路，通过器件的非线性效应产生新的频率分量，最后通过滤波器选择出所需要的频率分量，滤除其它的频率分量。
其中晶体管起信号混频作用，两个输入信号分别Vin1和Vin2，电容Cin1、Cin2、Cout 为信号输入和输出的耦合电容，起隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影响，保证各级工作的稳定性，电容Ce 对高频信号相当于短路，消除偏置电阻Re 对高频信号的负反馈作用，提高高频信号的增益；电阻元件Rb1，Rb2，Re 决定晶体管的工作点；电路中的电感L 和电容C 组成的谐振电路起选频作用，在产生的组合频率中选择所需要的中频输出信号。
3.2 线性时变电路分析晶体三极管混频器的等效原理图如下所示。
在晶体三极管的发射极上作用有三个电压，即直流偏置电压Vbb ，信号电压Us 和本振电压Ul ，通常本振电压振幅Ul>>Us ，也就是本振信号为大信号，而输入信号为小信号，在大信号Ul 和小信号Us 同时作用于非线性器件时，Vbb+Ul 可认为是时变偏置电压，它决定了混频器的工作点。
而对于小信号Us 来说是工作在时变状态下的线性工作方式。
混频器的集电极电流iC 可以表示为)()(f i l s bb be C u u V f u ++== 。
因为Us 很小，在Us 的变化范围内，正向传输时线性的，)(f i be C u =在Vbb+Ul 上对Us 泰勒展开为：s l bb l bb u u V f u V f *)()(i 'c +++=（忽略高阶影响）。
设本振电压)cos()(t U t u l lm l ω=，在没有信号输入的情况下，vin1 VCC Rb1 R b2 Re Ce Vout L C Cin1 Cout Cin2 vin2 C L c C b C s u L u ++--bbV cc V +-I u)2cos()()cos()()()(210't t g t t g g t g u V f l l l bb ωω++==+式中Io ，Icm1，Icm2，go ，g1，g2分别是只加本振电压时，集电极时变电流中的直流分量，基波分量，二次谐波分量的幅值以及时变跨导中的平均分量，基波分量，二次谐波分量的幅值。
晶体三极管混频器.ppt
同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率PI
与输入高频信号功率Ps之比,即
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
K pc
P1 Ps
通常用分贝数表示变频增益,有
Kvc
20lg U1 Us
(dB)
K pc
10lg U1 Us
(dB)
2)
混频器的噪声系数NF定义为
NF
输入信噪比(信号频率) 输出信噪比(中频频率)
Ic0(t) (gm0 gm1 cosLt gm2 cos 2Lt )us (10―93)
经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流iI
i1
1 2
gm1U s
cos(L
c )t
1 2
gm1U s
cos1t
gCUs cos1t I1 cos1t
(10―94)
图10.―100 (a)中波AM收音机的变频电路 (b)FM收音机变频电路 《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
图10.―100 (a)中波AM收音机的变频电路 (b)FM收音机变频电路 《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
图10.―102为二极管环形混频器,其输出电流io为
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
4)变频压缩(抑制) 在混频器中,输出与输入信号幅度应成线性关系。 实际上,由于非线性器件的限制,当输入信号增加到一定 程度时,中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系,如 图10.―55所示。
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
中 频输 出 电 平/d B
第5章 混频
gm1 cos l t us gm1 cos l t U sm (t )cos st
能够产生中频电流：
1 ii g m1U sm (t ) cos(l s )t l s i 2 gcUsm (t )cos it Iim (t )cos it
uo
fi
t
t
fs
f
fi
f
第5章
混频
实现模型
us(t)
KM
BPF u
l
ui
混频电路的组成框图如下
带 通 us um ui 相乘电路 (ωs) (ωl± s) 滤 波 器 (ωi =ωl-ωs) ω ul (ωl) 本机振荡器
中心频率为中频 带宽B=2Fmax
第5章
混频
混频器的性能指标： 1.混频增益KPc 所谓混频增益Kc 是指混频器输出的中频信号振幅 Ui或功率Pi与输入信号振幅Us或功率Ps之比，即
gm(t)的波形； (2). 求混频跨导gc ； (3). 求中频电流 i i 和输出电压ui ；
+ + iB +
iC RL
iC
L C
-
us u1
uBE
-
ui
+
0 U' B
EB EC
uBE
(4). 求混频电压增益KVC。
iC
2 60uBE mA uBE U B
0
uBE U B
第5章
混频
Ism(t) + Usm(t) gio
Iim(t)
gcUsm(t) RL Uim(t) +
-
混频器_458108799
清华大学微电子学研究所May 27混频器的分析与设计池保勇清华大学微电子学研究所设计室z参考书：池保勇、余志平、石秉学，CMOS射频集成电路分析与设计，清华大学出版社，§9提要z描述混频器的性能参数描性数z非线性类型的混频器z乘法器类型的混频器：输出频谱分析、转换增益分析噪声系数分析线性度分析中增益分析、噪声系数分析、线性度分析、中频输出接口电路、射频输入接口电路z其它类型的混频器z衡量Mixer性能的基本参数z典型值描述混频器的性能参数混频器基础z 混频器是无线收发机中实现变频操作的电路z 混频器会产生输入信号中所没有的频率成分，因此不是线性时不变系统z 相对于射频输入信号来说，混频器是线性的：LO),Mix(X αLO),Mix(X LO),X αMix(X 2121⋅+=⋅+z SSB NF: 如果镜像信号频带位置不存在有用信号，这时测量出的噪声系数称为单边带噪声系数，用于描述超外差和低中频接收机的噪声性能z DSB NF:如果有用信号同时出现在射频信号频带和镜像信号频带上，这时测量出的噪声系数称为双边带噪像信号频带上这时测量出的噪声系数称为双边带噪声系数，用于描述零中频接收机的噪声性能强干扰信号会使得小功率有用信号发生增益压缩，u t P o w e rO u t p隔离度z隔离度定义为输入射频信号或本振信号到有用中频频带的馈通量z由于本振信号强度很高，馈通到中频的本振信号可能降低由于本振信号强度很高馈通到中频的本振信号可能降低后级的灵敏度z馈通到中频的射频成分会由于偶数阶非线性，在零中频接收机中引入直流失调问题z为了减小对其他接收机的干扰，中频信号和本振信号到射频输入端的反向隔离度也应该很高z大多数通信系统通常要求30-50dB的隔离度Spurious ResponseSpurious Response 混频器能产生很多本振信号和射频信号及他们的谐波之间z的频谱成分(fSPUR = m f RF+ n f LO,m/n均为整数），需要确保没有杂散成分落在有用中频带内z通常借助于EDA工具来分析杂散成分：App CADppz合理选择本振和中频频率以及进行合理的滤波可以减小杂散的影响典型参数CMOS工艺（0.18um)艺NF12～18dBIIP3＋5~＋10dBmGain 0～10dBGain输入阻抗50ΩS11（反射系数）<－10dB Port-to-Port Isolation10～40dB 功耗<2mAX1.8V零中频接收机面临的挑战z非线性类型混频器的变频原理非线性类型的混频器变频原理电路的非线性变频原理：电路的非线性Law Mixer Square－Law MixerSquare law MOSFET Mixer Square-law MOSFET MixerSquare law MOSFET Mixer(Cont) Square-law MOSFET Mixer (Cont.)Dual Gate MOSFET Mixer Dual-Gate MOSFET Mixerz输出频谱分析z转换增益分析z噪声系数分析z线性度分析z中频输出接口电路z射频输入接口电路乘法器类型的混频器z 理想开关−−−=−=sLO s B LO s B LO o o o i t i I t i I t I I I I I I I ]sgn[cos 2)](sgn[cos )](sgn[cos )()(342121ωωω=−−+=sin ∞tv g i RF RF m s ωcos 26,5=4/2/,t cosn ωA t]sng[ω1n LO n LO n π)(n πA n ==∑=∞sin ∑=−++=16,5])cos()[cos(2/2/n RF LO RF LO RF m o t n t n n n v g I ωωωωππ电压转换增益PLm R g G ⋅=π2电压转换增益：单平衡混频器的输出频谱想关z 理想开关∑∞−+++=3])cos()cos()cos(2[2/sin RF LO RF LO LO B RF m o t n t n t n I n v g I ωωωωωπ=12/n n πLmv R g G ⋅=π2电压转换增益：P由本振信号的各奇次谐si ⋅)3)(LO t V O V x V xV −tΔLOT )(0t p B I tBI −)(1t p t11−噪声分析基础噪声分析基础续噪声分析基础（续）单平衡混频器的噪声因子单平衡混频器的噪声因子（续）1I 2I 1M 2M i I I +=LOv sB 3vB 3I I +=inv 3M单平衡混频器的噪声因子（续）M3单平衡混频器的噪声因子（续）提高线性度的技术源简并技术提高线性度的技术：源简并技术mg inv B V −BV提高线性度的技术：三阶交调积消除其它类型的混频器总结z描述混频器的性能参数描性数z非线性类型的混频器z乘法器类型的混频器：输出频谱分析、转换增益分析噪声系数分析线性度分析中增益分析、噪声系数分析、线性度分析、中频输出接口电路、射频输入接口电路z其它类型的混频器。
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-
e
+
知道了变频跨导gc，即知道了混 频器对输入信号vs的放大能力。这 时可以把电路看成只有vs输入，不 必理会本机振荡的信号v0 。
2、混频器的变频电压增益Avc
Vi= —goc—I+iG—L = —ggo—ccV+—Gs L—
晶体管混频器等效电路
gic—混频器的输入电导 goc—混频器的输出电导 gc—混频器的变频跨导 GL—负载电导
+ -
vs -+v0
(c)
(c)共基混频组态，信 vi 号电压和本振电压均
由射极注入。
+ -
vs
+ - v0
(d)
(d)共基混频组态，信 vi 号电压由射极注入，
本振电压由基极注入。
本继页续完
晶
体
管 混 二、晶体管混频器的工作原理
频
器
二、晶体管混频器的工作原理
iiBC
变频电路工作在晶体 管的非线性区，所以分 析混频器工作时只取这 一段曲线进行研究。
变频器工作时，送至晶体管的 输入电压为
vBE= VBB+v0+vS
iC
Q
O
VBB
vBE
晶体管转移特性曲线
变频电路工作在晶体 管的非线性区，所以分 析混频器工作时只取这 一段曲线进行研究。
信号
输入
+ -
vs
+ -
v0
本机
振荡
中
vi
频 输
出
本继页续完
晶
体
管 混 晶体管混频器的变频原理
频
器
二、晶体管混频器的工作原理
组态，信号 电压和本振 电压均由基 极注入。
+ -
-+vv0s
(a)
(a)电路对振荡电压v0来说输 入阻抗较大，因此用作混频时， vi 本地振荡比较容易起振，需要 的本振注入功率也较小。但信 号输入电路与振荡电路相互影 响较大，产生牵引现象。
(b)共发混频 组态，信号
+ -
vs
电压由基极
+ -
v0
注入，本振 (b)
频
器
三、晶体管混频器的增益
混频器输出的差频电流ii的值为
iC
ii=Vsm —g21 cos(ω0-ωs)t
其中g1是晶体管在差频时的跨导 ii是混频器输出的中频电流 Vsm是混频器输入信号电压振幅
Q 频OI电i是流混的频幅器值输V，出BB与的差本vBE
ii的振幅为 Ii =Vsm —g21
振无晶关体。管转移特性曲线
1、混频器的变频跨导gc 2、混频器的变频电压增益Avc
频
器
的 的频特三率征、，频晶率ω体T。是管晶混体频管器本的身增益
1、混频器的变频跨导gc IE
gc (0.35 ~ 0.7)
26
2
b
+
V·s gic
I·i c
gcV·s goc
-
GL V·i
定义：gc=(Ii26
rbb'
返回
晶
体
管 混 一、四种晶体管混频器的电路组态 介绍共射混频组态电路优缺点
频
一、四种晶体管混频器的电路组态
LC回路谐
+ -
+vs
-v0
(a)
(振a)在共中发频混频 组态，信号 vi 电压和本振 电压均由基 极注入。
+ -
vs +
-v0
(c)
+ -
vs
+ -
v0
(b)
(b)共发混频
组态，信号
vi
电压由基极 注入，本振
iC
ii=Vsm —g21 cos(ω0-ωs)t
其中g1是晶体管在差频时的跨导
ii是混频器输出的中频电流
Vsm是混频器输入信号电压振幅 Vsm—g21是混频器输出电流的振幅
Q
O
VBB
vBE
晶体管转移特性曲线
信号
输入
+ -
vs
+ -
v0
本机
振荡
中
vi
频 输
出
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晶
体
管 混 三、晶体管混频器的增益
电压由射极
注入。
+ -
vs
+ - v0
(d)
器
(c)共基混频 组态，信号 vi 电压和本振 电压均由射 极注入。
(d)共基混频
组态，信号
vi
电压由射极 注入，本振
电压由基极
注入。
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晶
体
管 混 一、四种晶体管混频器的电路组态 介绍共射混频组态电路优缺点
频
器
一、四种晶体管混频器的电路组态
(a)共发混频
信号 输入
+ -
vs
+ -
v0
LC谐振回路与其中的(ω0-ωs)电
本机
流分量ii产生谐振，输出差频电压
振荡
vi。
中
vi
频 输
出
本继页续完
晶
体
管 混 频 器 差频输出电流的式中没有 晶体管混频器的输出电流表达式
二、晶体管混频器的工作原理了v0成份，说明差频输出电
流已经与本振信号无关。
混频器输出的差频电流ii的值为
上式变形为
—Ii = Vsm
—g21
Ii/Vsm反映混频器的放大能力， 称为变频跨导gc，与本振无关。
实信 输Vg验号 入s是c的得混-+具出频v体本的s器机表经-接+达验收v式公0到是式的通。过vi
中 频 输 出
gc= Ii/Vsm = g1/2
输入信号的振幅荡值。
本继页续完
其中ω 是晶接收的外体来信号管 混 s
晶体管混频器在工作时，必须 保证本机振荡频率v0远大于外来
iC
信号频率vs 。
变频器工作时，送至晶体管的 输入电压为
vBE= VBB+v0+vS 在vBE处利用泰勒级数展开可得 这段转移特性曲线近似为抛物线
Q
O
VBB
vBE
晶体管转移特性曲线
ic=b0+b1vBE+b2v2BE
把 vs=Vsmcosωst 和 v0=Vomcosω0t 代入混频电路产生新频率的电流， 其中有(ω0-ωs)差频成份。
电压由射极
注入。
(b)信号输入电路和本振电路
vi
相互牵引干扰可能性小，对于 本振电路来说是共基电路，输
入阻抗小，不易过激励，振荡
波形较好。但需要较大的本振
注入功率。这种电路应用较多。
本继页续完
晶
体
管 混 介绍共基混频组态电路优缺点
频
器
一、四种晶体管混频器的电路组态
(c) 和(d)电路在较低频率工作时，变频增益低，输入阻抗也 较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工 作时（几十MHz），因为共基电路的fα比共发电路的fβ要大很 多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时也有采用 这种电路的。
封返面回
引言
晶体管混频器就是利用晶体管的非线性输 入特性来进行频率变换的变频电路。
晶体管混频器的变频增益较高，因而在中 短波接收机和测量仪器中广泛应用。
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晶 体 管 混 频 器 主 页 主页
本
1、四种晶体管混频器电路组态
节
学 习
2、晶体管混频原理
要
点
3、晶体管混频器的增益
和
要
求
4、实际电路分析举例
O
vBE
晶体管转输入移特性曲线
因为有iC=βiB`
所以iC随vBE变化的曲线 也与晶体管输入特性曲线 形态相近。
iC随vBE变化的曲线称为
转移特性曲线。
本继页续完
晶
体
管 混 频 把非线性段放大 晶体管混频器的输入电压
器
二、晶体管混频器的工作原理
静态工作点Q
晶体管混频器在工作时，必须 保证本机振荡频率v0远大于外来 信号频率vs 。