二极管混频器

RL
RL
+ vi/2 + vi/2 -
Tr2 i
本页完 继续
二
极
二极管平衡混频器生成的新频率成分
管
混
频
D1
器
rd + vi/2 + vi/2 -
一、二极管平衡混频器
+
i1 RL vs/2 信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t + + v 由结果知，二极管混 0 vs/2 i2 RL S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t 频器亦能生成差频，再 - (2/3π)cos3ω0t D 2 rd 通过滤波电路可将其取 +(2/5π)cos5ω0t+…… 出。 等效电路 i1和i2经变压器Tr2相互感应后 输出的总电流i为 1 1 S(t)V cosω t = ——— i=i1-i2 = ———vsS(t) sm s rd+RL rd+RL (1/2)+(2/π)cosω0t-(2/3π)cos3ω0t+(2/5π)cos5ω0t+… Vsmcosωst i= —————————————————————— · rd+RL 把上式中的cosωst与cosω0t、cos3ω0t、cos5ω0t…各项相乘后再 展开整理，可得出总电流中生成了新的频率分量，分别为 ωs，ω0ωs，3ω0 ωs ，5ω0 ωs，…… 本页完 继续
二
极
vo<0时D1D3截止， D2D4导通分析
管
混
频
D1
器
T
二、二极管环形混频器
Tr1 r2 二极管环形混频器就是在 - + + + 二极管平衡混频器的基础上 - D2 vs + 增加了两个反向连接的二极 D4 管。在分析过程中可以利用 + 二极管平衡混频器的结论。 + D 3 二极管环形混频器与二极 + - v + 管平衡混频器的区别为： 0 环形混频器电原理图 v0>0时，D1、 D3 导通， D2、 D4截止； 在二极管平衡混频器的输出信 v0<0时，D1、 D3 截止， D2、 号中，仍包含有 ωs 这个频率， ωs D4导通。 与 (ω0-ωs) 比较接近，容易对 (ω0区别：即在本振电压v0的 ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使 正、负半周中，都有二极管 用二极管环形混频器。 导通，都产生电流。 本页完 继续
二
极
二极管平衡混频器的好处
管
混
+
频
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱD1
器
rd i1 RL RL + vi/2 + vi/2 -
一、二极管平衡混频器
二极管平衡混频器产生的频率： vs/2 + ωs、ω0ωs、3ω0 ωs、5ω0 vs/2 ω s… 晶体管混频器产生的频率： ω0、2ω0、3ω0、…、ωs、ω0ωs、 2ω0 ωs、3ω0 ωs…
一、二极管平衡混频器
i1 RL vs/2 信号电压 vs=Vsmcosωst 开关函数其实是由本机振 本振电压 v0=V0mcosω0t + + v 0 vs/2 i2 RL 荡产生的，其频率与本振频 其中的条件为 V0m>Vsm 率相同。 D 2 rd 开关频率 ω0/2π 1 1 等效电路 ——— ( — vs+v0) S(t) i1= r +R d L 2 S(t) f =ω /2π 1 1 1 0 i2= ———(v0-—vs) S(t) rd+RL 2 t 1 (v0>0) O 开关函数 S(t)= S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t 0 (v0<0) - (2/3π)cos3ω0t S(t)是一个周期性变化的矩形 +(2/5π)cos5ω0t+…… 波，变化的频率为ω0/2π。 利用傅立叶级数把S(t)展开得： 本页完 继续
引入开关函数S(t)
管
混
Tr1 + vs -
频
D1
器
Tr2
一、二极管平衡混频器
信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 开关频率 ω0/2π 产生的电流分别为 1 1 ———(—vs+v0) ( v( >0) S ) 0t r + R i1= d L 2 0 (v0<0) i2= 1 1 v( >0) ———(v0-—vs) (S ) 0t rd+RL 2 0
vs/2 vs/2
+ v 0 D2 原理性电路 + + -
D1 +
rd i1
RL RL
因为 V0m>Vsm ，如图所示， 当 V0>0 时 ， D1 、 D2 均导通 ， 产生电流i1和i2。
+ v 0 i2 + D 2 rd 等效电路
+ vi/2 + vi/2 -
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二
极
一、二极管平衡混频器 原理性电路 等效电路
管
混
Tr1 + vs -
频
D1
器
Tr2
一、二极管平衡混频器
信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 因为 V0m>Vsm ，当 V0<0 时， D1、D2均截止，电路不产生 电流。
vs/2 + + -
+ v 0 D2 原理性电路
D1 -
rd + i1
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本 节 学 习 要 点 和 要 求
1、二极管平衡混频器
2、二极管环形混频器(双平衡混频器)
返回
二
极
一、二极管平衡混频器 原理性电路 等效电路
管
混
Tr1 + vs -
频
D1
器
Tr2
一、二极管平衡混频器
信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 由等效图可以看出，信号 vs 加在两个二极上的极性总 是一个正向，一个反向。
Tr1 + vs
D2 i3
D3 + v 0 D4
-
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二
极
(2)vo<0时二极管环形混频器的电流
管
混
+ vs/2 + vs/2 -
频
i2
器
Tr2 + vi — 2 + vi — 2 -
二、二极管环形混频器
(1)v0>0时，D1、D3导通， D2、D4截止时。 电路即前面所述的二极管 平衡混频器，输出电流i’为 1 i’=i1-i3= ———vsS(t) rd+RL (2)v0<0时，D2、D4导通， D1、D3截止时。 电路本质上仍是前面所述 的二极管平衡混频器，只是 v0反相时开关函数的导通时 间移相了半个周期(T/2)，令 其为S*(t) 。输出电流i”为 -1 i”=i4-i2= ———vsS*(t) rd+RL
二
极
(1)vo>0时二极管环形混频器的电流
管
混
+ vs/2 + vs/2 -
频
D1 i1
器
Tr2 + vi — 2 + vi — 2 -
二、二极管环形混频器
(1)v0>0时，D1、D3导通， D2、D4截止时。 电路即前面所述的二极管 平衡混频器，输出电流i’为 1 i’=i1-i3= ———vsS(t) rd+RL
+ v 0 D2
-
i2 rd
等效电路
S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t - (2/3π)cos3ω0t +(2/5π)cos5ω0t+…… 继续
二
极
二极管平衡混频器输出总电流
管
混
+
频
D1
器
rd
一、二极管平衡混频器
i1 vs/2 信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t i应与(i -i ) + + v 成比例， 0 1 2 vs/2 i2 其中的条件为 V0m>Vsm 为简化运算，设比例系 1 1 D2 rd ——— ( — v + v ) 数为 1 。 i1= r +R s 0 S(t) d L 2 等效电路 1 1 i2= ———(v0-—vs) S(t) rd+RL 2 D1 S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t Tr1 - (2/3π)cos3ω0t i1 + +(2/5π)cos5ω0t+…… vs + v 0 i i1和i2经变压器Tr2相互感应后 2 输出的总电流i为 D2 1 i=i1-i2 = ———vsS(t) rd+RL
二
极
vo>0时D1D3导通， D2D4截止分析
管
混
频
D1
器
二、二极管环形混频器
Tr2 Tr1 二极管环形混频器就是在 + + 二极管平衡混频器的基础上 + D2 vs 增加了两个反向连接的二极 + + D4 管。在分析过程中可以利用 + 二极管平衡混频器的结论。 D3 二极管环形混频器与二极 + + v 管平衡混频器的区别为： 0 环形混频器电原理图 v0>0时，D1、 D3 导通， D2、 D4截止； 在二极管平衡混频器的输出信 号中，仍包含有 ωs 这个频率， ωs 与 (ω0-ωs) 比较接近，容易对 (ω0ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使 用二极管环形混频器。 本页完 继续
Tr1 + vs
D2 i4
- v + 0 D4
-
其中开关函数 S*(t)=S(t+T/2) 同样利用傅立叶级数展开得 S*(t)=(1/2)-(2/π)cos t 0<0) 1 (ω v0 开关函数 (t)= +(2/3πS* )cos3 ω0t +…… 0 (v0>0) 总电流i为i’和i”之和(与全波整 流相似) 1 i=i’+i” = ———vs[S(t)-S*(t)] 本页完 rd+RL 继续
+ v 0 D2 原理性电路 + + -
D1
rd i1 RL RL + vi/2 + vi/2 -
vs/2 vs/2
+ v 0
i2 rd
(v0<0) 1 (v0>0) 引入开关函数 S(t)= 0 (v0<0)
D2
等效电路 本页完 继续
二
极
分析开关函数S(t)的意义
管
混
+
频
D1
器
rd + vi/2 + vi/2 -
管
混
频
D1
器
二、二极管环形混频器
Tr2 Tr1 + 二极管环形混频器就是在 + vi — vs/2 + 二极管平衡混频器的基础上 D2 2 vs + + 增加了两个反向连接的二极 vi vs/2 D4 — 管。在分析过程中可以利用 2 二极管平衡混频器的结论。 D3 二极管环形混频器与二极 + v 管平衡混频器的区别为： 0 环形混频器电原理图 v0>0时，D1、 D3 导通， D2、 D4截止； 在二极管平衡混频器输出的信 号中，仍包含有 ωs 这个频率， ωs 与 (ω0-ωs) 比较接近，容易对 (ω0ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使 用二极管环形混频器。 本页完 继续
+ vs -
+ v 0 D2
原理性电路 引入开关函数后，可以简 化两个电流表达式。 r D vs/2 vs/2 + + 1 d
i1 + v 0 i2 rd
RL RL
(v0<0) 1 (v0>0) 引入开关函数 S(t)= 0 (v0<0)
D2
+ vi/2 + vi/2 -
等效电路 本页完 继续
二
极
二
极
管
混
vs/2 vs/2 + +
频
D1
器
rd i1 RL RL + vi/2 + vi/2 -
一、二极管平衡混频器
信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 1 1 ——— ( — vs+v0) S(t) i1= r +R d L 2 1 1 i2= ———(v0-—vs) S(t) rd+RL 2
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引言
晶体管混频器的主要优点是变频增益高，但它 有如下一些缺点：动态范围较小，一般只有几十毫 伏；组合频率较多，干扰严重；噪声较大；在无高 频功率放大器的接收机中，本振电压可以通过混频 管极间电容从天线辐射能量，形成干扰，称为反向 幅射。 二极管混频器组成的平衡混频器和环形混频器 的优缺点正好与上述情况相反。它有组合频率小， 动态范围大、噪声小、本振无反向幅射等优点。但 变频增益小于1。
RL RL
所以本振信号相当于一个 开关信号，令两个二极管工 作在开关状态。开关频率为 本振信号的频率ω0/2π。
vs/2
- v + 0 i2 + D 2 rd 等效电路
+ vi/2 + vi/2 -
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二
极
分析两个二极管产生的电流
管
混
Tr1
频
D1
器
Tr2
一、二极管平衡混频器
信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 开关频率 ω0/2π 产生的电流分别为 1 1 ———(—vs+v0) (v0>0) i1= rd+RL 2 0 (v0<0) i2= 1 1 ———(v0-—vs) (v0>0) rd+RL 2 0
+ v 0 D2
i2 rd
等效电路
二者相比较可知，二极管平 衡混频器输出电流中频率的组 合分量大为减少。同时可以看 出，二极管平衡混频器输出电 流中没有了 ω0 ，说明本振器无 反向辐射。
+ v s -
+ -
v0
vi
晶体管混频器 本页完 继续
二
极
二、二极管环形混频器 二极管环形混频器原理图 两种二极管混频器的区别