混频电路(课堂PPT)
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时域表示法
频域表示法
4
2. 变频器的组成
变频器是由混频器和本地振荡器两部分组成。
①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成
②非线性器件用于频率变换
晶体三极管 二极管
常用的非线性器件
场效应管 差分对管
模拟乘法器
……
5
非线性器件特点
1、具有多种不同含义的参数，而且这些参数都是随激 励量的大小而变化。如电阻，包括直流电导（静态电导） 和交流电导（增量电导或微分电导）。
各混频器特点
二极管混频器
变频增益小于1、噪声系数低、相对三极管混频器 组合频率分量少、电路简单、可工作在微波段。
晶体三极管混频器
有一定的变频增益、三者中组合频率多、电路简单 、要求本振电压幅值较小。
模拟乘法器混频器
有一定的变频增益、组合频率少、对本振电压幅 度要求不严格、频率牵引小、不能在甚高频以上的 频段工作。
2、非线性元件不满足叠加原理。
i
IQ
Q Di Dv
0
v
VQ
6
3.混频器的功能
混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络。
ucs (t)
us (fs)
混频器 uI (fI) uI (t)
t
us的频谱
fs-F fs fs+F
f
有两个输入信号：
uL (fL)
uL (t)
uL的频谱
t
t
uI的频谱
是由 us在输入回路中产生输入电流和 us与uL经反向混频产生输入电流之差。
等效电路
i
i
s
I
二极管开关混频器等效电路
由is和iI的关系式得出，其中：
g 2 g d/ ,g 1 (1 /2 1 /)g d
☺ 混频器工作于全匹配的条件
乘法器
Ωmax
带通滤波器
uI
ωs ωL
uL 2 Ωmax
ωI=ωL-ωs
ωI=ωL-ωs
6. 混频器主要性能指标
(1) 变频增益：变频电压增益: Au 输 输入 出高 中频 频电 电压 压振 振U U幅 幅Is
变频功率增益
:
APc
PI PS
(2) 噪声系数:
Fn
Pc Pni
PI
输 输
入 出
端 端
11
第2节 二极管混频电路
1. 二极管混频器的优点
平衡型混频器 环形混频器
电路结构简单、噪声低、动态范围大、组合频率分量少。如果采用肖
特基表面势垒二极管，工作频率可高达微波频段，因而应用广泛。
2. 二极管平衡混频器
电路条件
(1) 本振电压uL足够大，
I
晶体二极管工作在受uL控
制的开关状态。
I
(2) 输入回路的次级调谐 于ωs；输出回路的初级调 谐于ωI。相当于两个带通 滤波器。
扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
本地 振荡器
无线通信接收设备的基本组成
**中频：调幅收音机（465kHz）；调频收音机（10.7MHz）
电视图像38MHz，电视伴音31.5MHz
变频器是由混频器和本地振荡器两部分组成。
变频器目的是提高设备性能。
3
第1节 概述
1、变频电路的功能
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。
13
3．当输出回路调谐于 ωI=ωL-ωs时，则输出中频电流为
iI1gdU sm co sIt1 2gdU Im co sIt
是 us和uL正向混频产生的中频电流和中频输出电压反作用产生的中频电流之差。
4．当输入回路调谐于ωs时，流过输入回路的电流是：
i s 1 2 g d U s m c o s s t 1 g d U I m c o s L I t 1 2 g d U s m c o s s t 1 g d U I m c o s s t 14
输出低中频 输出高中频
4. 混频器的基本工作原理：
混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是
获得两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频
谱线性搬移功能。
输入已调波： u s U sc otc so sts us
非线性 元件
带通滤 波器
本振信号: uLULcoL st
uL
2Ωmax
两信号的乘积项：
ωI= ωL-ωs
uIU sU Lco tsco stsco Lts 1 2U sU Lco tscoL s(s)tcoL s(s)t
us
乘法器
带通滤 uI 波器
如果带通滤波器的中心频率为
uL
ILs ,带宽 B2max
us
则经带通滤波器的输出为：
uI
1 2
UsUL
c
平衡混频器原理电路
12
原理分析
1．开关工作状态下，流过二极管D1
、D2的电流 i1
g
d
k
Lt
uL
us
uI 2
;
i2
gd k
L
t
uL
Hale Waihona Puke Baidu
us
uI 2
2．在无带通滤波的条件下，流过输出回路的电流为
i i1 i2 g d k(L t)(u s u I)
设 u s U s m c o sst,u I U Im c o sIt ，则
高 中
频 /噪信 声号 功 频 /噪信 声号 功
率 率
比 比
Pn0
因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系
数影响大。 所以希望混频级的 F n 越小越好。
(3) 失真与干扰 变频器的失真主要有 :
(4) 选择性
频率失真 非线性失真
在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干扰 信号，为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选 择性，矩形系数趋近于1。
fI-F fI fI+F
f
高频调制波 us ( fs )
本地振荡信号 uL( fL)
fs
fL f
一个中频输出信号：uI ( fI )
输入信号与输出信号的关系：
输入信号us与输出信号uI的包络形状相同，频谱结构相同，只是填 充频谱不同，即其中心频率不同：
其中： fI fLfs
fI
fL fs fL fs
第7章 混频电路 教学基本要求
1. 掌握混频电路的功能及组成 2. 掌握典型混频器的电路组成、工作原理和 性能特点 3. 掌握混频干扰的来源和抑制方法
1
章节安排
7.1 概述 7.2 二极管混频器 7.3 晶体三极管混频器 7.4 模拟乘法器混频器 7.5 混频器的干扰及失真
2
无线电接收设备组成
天线开关
ost
c
os(L
s )t
uL
1 2
UsUL
c
ost
cosI
t
uI
UI costcosIt
ω s
ωL- ωs
ω L ωL+ ωs
5. 振幅调制、检波与混频器的相互关系
(1) 调幅(DSB为例)
uΩ
乘法器
uDSB 带通滤波器
uo
2Ωmax
（2）检波
ωo
uDSB
乘法器
低通滤波器
uΩ
uo
（3）混频 uDSB= us
频域表示法
4
2. 变频器的组成
变频器是由混频器和本地振荡器两部分组成。
①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成
②非线性器件用于频率变换
晶体三极管 二极管
常用的非线性器件
场效应管 差分对管
模拟乘法器
……
5
非线性器件特点
1、具有多种不同含义的参数，而且这些参数都是随激 励量的大小而变化。如电阻，包括直流电导（静态电导） 和交流电导（增量电导或微分电导）。
各混频器特点
二极管混频器
变频增益小于1、噪声系数低、相对三极管混频器 组合频率分量少、电路简单、可工作在微波段。
晶体三极管混频器
有一定的变频增益、三者中组合频率多、电路简单 、要求本振电压幅值较小。
模拟乘法器混频器
有一定的变频增益、组合频率少、对本振电压幅 度要求不严格、频率牵引小、不能在甚高频以上的 频段工作。
2、非线性元件不满足叠加原理。
i
IQ
Q Di Dv
0
v
VQ
6
3.混频器的功能
混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络。
ucs (t)
us (fs)
混频器 uI (fI) uI (t)
t
us的频谱
fs-F fs fs+F
f
有两个输入信号：
uL (fL)
uL (t)
uL的频谱
t
t
uI的频谱
是由 us在输入回路中产生输入电流和 us与uL经反向混频产生输入电流之差。
等效电路
i
i
s
I
二极管开关混频器等效电路
由is和iI的关系式得出，其中：
g 2 g d/ ,g 1 (1 /2 1 /)g d
☺ 混频器工作于全匹配的条件
乘法器
Ωmax
带通滤波器
uI
ωs ωL
uL 2 Ωmax
ωI=ωL-ωs
ωI=ωL-ωs
6. 混频器主要性能指标
(1) 变频增益：变频电压增益: Au 输 输入 出高 中频 频电 电压 压振 振U U幅 幅Is
变频功率增益
:
APc
PI PS
(2) 噪声系数:
Fn
Pc Pni
PI
输 输
入 出
端 端
11
第2节 二极管混频电路
1. 二极管混频器的优点
平衡型混频器 环形混频器
电路结构简单、噪声低、动态范围大、组合频率分量少。如果采用肖
特基表面势垒二极管，工作频率可高达微波频段，因而应用广泛。
2. 二极管平衡混频器
电路条件
(1) 本振电压uL足够大，
I
晶体二极管工作在受uL控
制的开关状态。
I
(2) 输入回路的次级调谐 于ωs；输出回路的初级调 谐于ωI。相当于两个带通 滤波器。
扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
本地 振荡器
无线通信接收设备的基本组成
**中频：调幅收音机（465kHz）；调频收音机（10.7MHz）
电视图像38MHz，电视伴音31.5MHz
变频器是由混频器和本地振荡器两部分组成。
变频器目的是提高设备性能。
3
第1节 概述
1、变频电路的功能
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。
13
3．当输出回路调谐于 ωI=ωL-ωs时，则输出中频电流为
iI1gdU sm co sIt1 2gdU Im co sIt
是 us和uL正向混频产生的中频电流和中频输出电压反作用产生的中频电流之差。
4．当输入回路调谐于ωs时，流过输入回路的电流是：
i s 1 2 g d U s m c o s s t 1 g d U I m c o s L I t 1 2 g d U s m c o s s t 1 g d U I m c o s s t 14
输出低中频 输出高中频
4. 混频器的基本工作原理：
混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是
获得两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频
谱线性搬移功能。
输入已调波： u s U sc otc so sts us
非线性 元件
带通滤 波器
本振信号: uLULcoL st
uL
2Ωmax
两信号的乘积项：
ωI= ωL-ωs
uIU sU Lco tsco stsco Lts 1 2U sU Lco tscoL s(s)tcoL s(s)t
us
乘法器
带通滤 uI 波器
如果带通滤波器的中心频率为
uL
ILs ,带宽 B2max
us
则经带通滤波器的输出为：
uI
1 2
UsUL
c
平衡混频器原理电路
12
原理分析
1．开关工作状态下，流过二极管D1
、D2的电流 i1
g
d
k
Lt
uL
us
uI 2
;
i2
gd k
L
t
uL
Hale Waihona Puke Baidu
us
uI 2
2．在无带通滤波的条件下，流过输出回路的电流为
i i1 i2 g d k(L t)(u s u I)
设 u s U s m c o sst,u I U Im c o sIt ，则
高 中
频 /噪信 声号 功 频 /噪信 声号 功
率 率
比 比
Pn0
因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系
数影响大。 所以希望混频级的 F n 越小越好。
(3) 失真与干扰 变频器的失真主要有 :
(4) 选择性
频率失真 非线性失真
在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干扰 信号，为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选 择性，矩形系数趋近于1。
fI-F fI fI+F
f
高频调制波 us ( fs )
本地振荡信号 uL( fL)
fs
fL f
一个中频输出信号：uI ( fI )
输入信号与输出信号的关系：
输入信号us与输出信号uI的包络形状相同，频谱结构相同，只是填 充频谱不同，即其中心频率不同：
其中： fI fLfs
fI
fL fs fL fs
第7章 混频电路 教学基本要求
1. 掌握混频电路的功能及组成 2. 掌握典型混频器的电路组成、工作原理和 性能特点 3. 掌握混频干扰的来源和抑制方法
1
章节安排
7.1 概述 7.2 二极管混频器 7.3 晶体三极管混频器 7.4 模拟乘法器混频器 7.5 混频器的干扰及失真
2
无线电接收设备组成
天线开关
ost
c
os(L
s )t
uL
1 2
UsUL
c
ost
cosI
t
uI
UI costcosIt
ω s
ωL- ωs
ω L ωL+ ωs
5. 振幅调制、检波与混频器的相互关系
(1) 调幅(DSB为例)
uΩ
乘法器
uDSB 带通滤波器
uo
2Ωmax
（2）检波
ωo
uDSB
乘法器
低通滤波器
uΩ
uo
（3）混频 uDSB= us