7_二极管混频器

一、二极管平衡混频器
i1 vs/2 信号电压 vs=Vsmcosωst cosω cosω 应与( 本振电压 v0=V0mcosω0t i应与(i -i )成比例， + + v 0 1 s/2 成比例， 2 v i2 其中的条件为 V0m>Vsm 为简化运算， 为简化运算，设比例系 1 1 D 2 rd ———(—vs+v0) S(t) 1。 v v 数为1 数为 i1= r +R d RL 2 等效电路 1 1 v v i2= ———(v0-—vs) S(t) rd+RL R 2 D1 S(t)=(1/2)+(2/π)cosω S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t Tr1 - (2/3π)cos3ω0t (2/3π)cos3ω i1 + +(2/5π)cos5ω0t+…… (2/5π)cos5ω vs + v 0 i i1和i2经变压器Tr2相互感应后 经变压器T 2 输出的总电流i 输出的总电流i为 D2 1 v S(t i=i1-i2 = ———vsS(t) rd+RL R
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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 1 1 ———(—vs+v0) S(t) v v i1= r +R d RL 2 1 1 v v i2= ———(v0-—vs) S(t) rd+RL R 2
等效电路 本页完 继续
二
极
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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm /2π 开关频率 ω0/2π 产生的电流分别为 1 1 ———(—v +v ) (v(t>0) v v S ) R i1= rd+RL 2 s 0 0 0 (v0<0) i2= 1 1 ———(v0-—vs) (S(t>0) v v v0 ) rd+RL R 2 0
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本 节 学 习 要 点 和 要 求
掌握二极管平衡混频器的工作原理
了解二极管环形混频器的基本工作原理
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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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm 由等效图可以看出，信号 由等效图可以看出， vs加在两个二极上的极性总 是一个正向，一个反向。 是一个正向，一个反向。
+ -
+ v 0 D2
i2 rd
等效电路
S(t)=(1/2)+(2/π)cosω S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t - (2/3π)cos3ω0t (2/3π)cos3ω +(2/5π)cos5ω0t+…… (2/5π)cos5ω 继续
二
极
二极管平衡混频器输出总电流
管
混
+
频
D1
器
rd RL RL + vi/2 + vi/2 -
+ vs -
+ v 0 D2
原理性电路 引入开关函数后，可以简 引入开关函数后， 化两个电流表达式。 化两个电流表达式r。 D + vs/2 vs/2 + D2
1 d
i1 + v 0 i2 rd
RL RL
+ vi/2 + vi/2 -
(v0<0) 1 (v0>0) (v 引入开关函数 S(t)= 0 (v0<0) (v
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
+ v 0 D2
i2 rd
等效电路
ωs，ω0±ωs，3ω0 ±ωs ，5ω0 ±ωs，
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二
极
二极管平衡混频器的好处
管
混
+
频
D1
器
rd i1 RL RL + vi/2 + vi/2 -
+ v 0 D2 原理性电路 + D1 rd i1 + v 0 D2 i2 rd RL RL + vi/2 + vi/2 -
vs/2 vs/2
+ -
(v0<0) 1 (v0>0) (v 引入开关函数 S(t)= 0 (v0<0) (v
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
D2 D4 D3 + v 0
环形混频器电原理图
在二极管平衡混频器的输出信号中， 在二极管平衡混频器的输出信号中， 仍包含有ω 这个频率， 仍包含有ωs这个频率，ωs与(ω0-ωs)比 较接近，容易对( 产生干扰， 较接近，容易对(ω0-ωs)产生干扰，为 了消除ω 可使用二极管环形混频器。 了消除ωs，可使用二极管环形混频器。 本页完
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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t + + v 0 vs/2 i2 RL 其中的条件为 V0m>Vsm D 2 rd /2π 开关频率 ω0/2π 1 1 等效电路 ———(—vs+v0) S(t) v v i1= r +R d RL 2 S(t) f = ω /2π 1 1 1 0/2π v v i2= ———(v0-—vs) S(t) rd+RL R 2 t 1 (v0>0) (v O 开关函数 S(t)= S(t)=(1/2)+(2/π)cosω S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t 0 (v0<0) (v - (2/3π)cos3ω0t (2/3π)cos3ω S(t)实际上是一个周期性变化 +(2/5π)cos5ω0t+…… (2/5π)cos5ω 的矩形波，变化的频率为ω /2π 的矩形波，变化的频率为ω0/2π。 利用傅立叶级数把S(t)展开得 利用傅立叶级数把S(t)展开得 本页完 继续
vs/2 vs/2 + -
+ v 0 D2
i2 rd
等效电路
+ 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
管
混
+ vs/2 + vs/2 -
频
D1
器
+ Tr2 vi — 2 + vi — 2 -
二、二极管环形混频器
Tr1 二极管环形混频器就是在 + 二极管平衡混频器的基础上 vs 增加了两个反向连接的二极 管。在分析过程中可以利用 二极管平衡混频器的结论。 二极管平衡混频器的结论。 二极管环形混频器与二极 管平衡混频器的区别为： 管平衡混频器的区别为： v0>0时，D1、D3导通，D2、 >0时 导通， D4截止； 截止；
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二
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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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t + + v 由结果知， 由结果知，二极管混 - i RL 0 vs/2 2 S(t)=(1/2)+(2/π)cosω S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t 频器亦能生成差频， 频器亦能生成差频，再 - (2/3π)cos3ω0t (2/3π)cos3ω D2 r 通过滤波电路可将其取 d +(2/5π)cos5ω0t+…… (2/5π)cos5ω 出。 等效电路 i1和i2经变压器Tr2相互感应后 经变压器T 输出的总电流i 输出的总电流i为 1 1 S(t = ———S(t)Vsmcosωst cosω v S(t i=i1-i2 = ———vsS(t) rd+RL R rd+RL R (1/2)+(2/π)cosω (2/3π)cos3ω t+(2/5π)cos5ω (1/2)+(2/π)cosω0t- (2/3π)cos3ω0t+(2/5π)cos5ω0t+… cosω i= —————————————————————— · Vsmcosωst rd+RL R 把上式中的cosω cosω cos3ω cos5ω 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， 展开整理，可得出总电流中生成了新的频率分量，分别为 ωs，ω0±ωs，3ω0 ±ωs ，5ω0 ±ωs，…… 本页完 继续
西藏·林芝尼洋河 西藏 林芝尼洋河
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引言
晶体管混频器的主要优点是变频增益高， 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； 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； 组合频率较多，干扰严重；噪声较大；在无高放的接 收机中， 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。 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， 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 范围大、噪声小、本振无反向幅射等优点。 益小于1。 益小于 。
一、二极管平衡混频器
二极管平衡混频器产生的频率 ωs、ω0±ωs、3ω0 ±ωs、5ω0 ±ωs… 晶体管混频器产生的频率 ω0、2ω0、3ω0、…、ωs、ω0±ωs、 2ω0 ±ωs、3ω0 ±ωs… 二者相比较可知，二极管平 二者相比较可知， 衡混频器输出频率的组合分量 大为减少。同时可以看出， 大为减少。同时可以看出，二 极管平衡混频器中没有了ω 极管平衡混频器中没有了ω0， 说明本振器无反向辐射。 说明本振器无反向辐射。
vs/2 vs/2 + -
+ v 0 D2
i2 rd
等效电路
+ v s -
+ -
v0
vi
晶体管混频器 本页完 继续
二
极
▶二极管平衡混频器内容结束页
管
混
+
频
D1
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 ωs、ω0±ωs、3ω0 ±ωs、5ω0 ±ωs… 晶体管混频器产生的频率 ω0、2ω0、3ω0、…、ωs、ω0±ωs、 2ω0 ±ωs、3ω0 ±ωs… 二者相比较可知，二极管平 二者相比较可知， 衡混频器输出频率的组合分量 大为减少。同时可以看出， 大为减少。同时可以看出，二 极管平衡混频器中没有了ω 极管平衡混频器中没有了ω0， 说明本振器无反向辐射。 说明本振器无反向辐射。
vs/2
+ v 0 D2 原理性电路 + + D2 D1 rd i1 + v 0 i2 rd RL RL + vi/2 + vi/2 -
因为V 因为V0m>Vsm，所以本振 电压相当于一个开关信号， 电压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ω /2π 频率ω0/2π。
Tr2 i
本页完 继续
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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t
+ -
+ v 0 D2
i2 rd
等效电路
S(t)=(1/2)+(2/π)cosω S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t - (2/3π)cos3ω0t (2/3π)cos3ω +(2/5π)cos5ω0t+…… (2/5π)cos5ω i1和i2经变压器Tr2相互感应后 经变压器T 输出的总电流i 输出的总电流i为 1 v S(t i=i1-i2 = ———vsS(t) rd+RL R
vs/2
等效电路 本页完 继续
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 cosω cosω 本振电压 v0=V0mcosω0t 其中的条件为 V0m>Vsm /2π 开关频率 ω0/2π 产生的电流分别为 1 1 ———(—v +v ) (v >0) v v R i1= rd+RL 2 s 0 0 0 (v0<0) i2= 1 1 ———(v0-—vs) (v0>0) v v rd+RL R 2 0