混频电路原理与分析

混频电路原理与分析
6.5.1 概 述
1. 混频器的作用与组成 混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一
固定的频率上(常称为中频)，而保持原信号的特征(如调 幅规律)不变。
混频器的电路组成如图所示
vs t
混频器
非线性器件
滤波器
vi
v0
本机
t
fo
f
振荡器
t
fi
f
f0
f
混频前后的频谱关系
vS
vo
ωS
i(t )f(0 vV BB )f(v 0V BB )v s 2 1 ! f(v 0V BB )v s 2
1f( n!
n ()v 0V BB )v s n
由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各项，则i(t)近
按工作特点分： 单管混频、 平衡混频、 环型混频
从两个输入信号在时域上的处理过程看： 叠加型混频器、 乘积型混频器
4. 混频器的性能指标
1)变频(混频)增益： 混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的 幅值之比。 2)噪声系数： 高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。 3)选择性： 抑制中频信号以外的干扰的能力。 4)非线性干扰： 抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。
它谐振于输入信号频率s。L2C2组成输出中频回路，它谐振
于中频i=o–s。
设输入信号 vsV sm ，c本o 振ss(t电) 压
voVocosot
实际上，发射结上作用有三个电压 vbeVBB vovs
晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4种电路形式
+ vs –
+ vo
–
+
vs
fi
+
+ fi
–
vs
采用中心频率不同的带通滤波器(0–s)或(0+s)则可 完成低中频混频或高中频混频。
6.5.2 晶体三极管混频器
1. 基本电路和工作原理
+
ic
T +
+
v ce
vbe – –
L1 C1
vs
L2 C2
vi
+–
+–
v0
V BB
–+ V CC
上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，VBB为基
极偏置电压，VCC为集电极直流电压，L1C1组成输入回路，
所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：
1. 晶体三极管混频器 它有一定的混频增益
2. 场效应管混频器 它交调、互调干扰少
3. 二极管平衡混频器和环形混频器 它们具有动态范围大 组合频率干扰少的优点
2)乘积型混频器
乘积型混频器由模拟乘法器 和带通滤波器组成 其实现模型如图所示 设输入信号为普通调幅波
函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法 来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定 量分析。
i = a0+a1v+a2v2+a3v3+……
2.变跨导分析法 在混频时，混频管可看着一个参数(跨导)在改变的线
性元件，即变跨导线件元件。
时变电导
iC
a'
b'
a
b
a" b"
0 0
v0 v B E v BE
5)工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度 上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工 作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量 指标相互兼顾，整机取得良好的效果。
5. 混频器电路类型
1)叠加型混频器
图示中的非线 vs(t) 性器件具有
v 非线性 i 器件
带通
vI(t)
如下特性：
图(c)和(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，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)，因为共基电路的截止频率f比共发电路的f要大很多，所以变频增益 较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。
晶体管混频器的分析方法
1.幂级数分析法 在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件
vs(t)
vo(t) 带通 vI(t)
vL(t) 乘积型混频器实现模型
v s(t) V s( m 1 m ac o t)c s o stsvo(t)V om co ost
V 0 ( t ) k v s v 0 ( t ) K 2 V sV m o ( 1 m m a c t o )[ s 0 c s ) o t cs o 0 (s s ) t ](
变跨导分析法
由 于 信 号 电 压 Vsm 很 小 ， 无 论 它工作在特性曲线的哪个区域，都 可以认为特性曲线是线性的(如图上 ab 、 ab 和 ab 三 段 的 斜 率 是 不 同 的)。因此，在晶体管混频器的分析 中，我们将晶体管视为一个跨导随 本振信号变化的线性参变元件。
vs
因Vo>>Vsm使晶体管工作在线 性时变状态，所以晶体管集电极静
vo(t)
叠加型混频器实现模型
i f(v ) a 0 a 1 v a 2 v 2 a 3 v 3
对其2次方进行分析：a 2 v 2 a 2 ( v s v o ) 2 a 2 v s 2 a 2 v o 2 2 a 2 v s v o
在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到(0+s)和 (0-s)。若用带通滤波器取出所需的中频成分(和频或差 频)，可达到混频的目的。
vI
ωo
ωo-ωS
ωo+ωS
2. 为什么要变频？
变频的优点： 1)变频可提高接收机的灵敏度 2)提高接收机的选择性 3)工作稳定性好 4)波段工作时其质量指标一致性好
变频的缺点： 容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰
3. 变频器的分类
按器件分： 二极管混频器、 三极管混频器、 三极管变频器、 模拟乘法器混频器、 场效应管混频器、 场效应管变频器
态电流ic(t)和跨导gm(t)均随 v o 作周 期性变化。
V BB
t
加电压后的晶体管转移特性曲线
由于信号vs远小于v0，可以近似认为对器件的工作状态 变化没有影响。此时流过器件的电流为
i(t) = f(v)= f(v0+ vs+ vBB)
可将v0+ vBB看成器件的交变工作点，则i(t)可在其工作点 (v0+ vBB)处展开为泰勒级数
vo
–
–
+ vo
–
fi
++来自百度文库
vs
vo
fi
––
(a)
(b)
(c)
(d)
图(a)电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振 荡注入功率较小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。
图(b)电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相 互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入 阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。