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第十一章 混频

第十一章 混频. 主要内容. 11.1 概述 [1] 11.2 晶体管混频 [2] 11.3 场效应管混频 [3] 11.4 集成混频电路 [2] 11.5 组合频率干扰及非线性失真 [1] 11.6 零中频频谱变换 [0]. 重点和难点. 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换. 掌握混频原理和混频电路，混频器中出现的组合频率干扰及非线性失真 实际混频电路的分析. 11.1 概述. 11.1 概述

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第十一章 混频

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  1. 第十一章 混频

  2. 主要内容 11.1 概述[1] 11.2 晶体管混频[2] 11.3 场效应管混频[3] 11.4 集成混频电路[2] 11.5 组合频率干扰及非线性失真[1] 11.6 零中频频谱变换[0]

  3. 重点和难点 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 掌握混频原理和混频电路，混频器中出现的组合频率干扰及非线性失真 实际混频电路的分析

  4. 11.1 概述 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 一、 混频与变频 • 变频: 本振与混频为一个管 • 混频: 混频独立为一个管 • FM信号混频 • 设：载频 f0，本振频率 fL ，中频 fi • fL - f0 = fi低中频方案(广播、电视) • fL+ f0 = fi高中频方案(SSB电台)

  5. FM信号的混频 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换

  6. 二、 对混频器的主要要求 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 信号失真小 • 仅对信号载频进行变换，即: • 保持原AM波的包络变化规律 • 保持原FM波的频率变化规律 噪声系数小 • 因混频器处于系统前端 混频增益AVC大 • 可提高灵敏度和系统信躁比 选择性好 • 抑制组合频率和干扰

  7. 三、 混频器的分析方法 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 vS(ω0)、vL(ωL)幅度均较小 • 采用幂级数法(p201) • v = V0m+V1mcosω1t +V2mcosω2t • 代入幂级数展开式，取前四项，得

  8. 三、 混频器的分析方法 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 含有

  9. 三、 混频器的分析方法 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 vS(ω0)小、vL(ωL)大 • 采用时变参量法 (p203 6-31式) • i = (I0+ I1cosωLt + I2cos2ωLt +...)+ (go+ g1mcosωLt +g2mcos2ωLt +...) VsmcosωSt • 乘积项： g1mcosωLtVsmcosωSt • 含有 项

  10. 三、 混频器的分析方法 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 乘法混频器 (p190) • 令：v1=Vcm(1+mcosΩt)cosω0t v2= VLmcosωLt   (本地参考信号）   (ω0 ≈ωL ) • 则：v3= Kv1v2            = KVcmVLm(1+mcosΩt)cosω0tcosωLt            = (K/2)VcmVLm(1+mcosΩt)cos(ω0+ωL)t             + (K/2)VcmVLm(1+mcosΩt)cos(ω0-ωL)t  • 经带通滤波器（f0’ =f0 + fL , B =2F) • v上混频=(VcmVLm(1+mcosΩt)cos(ω0+ωL)t • 经带通滤波器（ f0’ =f0 - fL , B =2F) • v下混频=(K/2)VcmVLm(1+mcosΩt)cos(ω0-ωL)t  

  11. 11.2 晶体管混频 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 一、基本电路(图11-2 p341) • 带通滤波器 (选频网络) • 中心频率：ωi=ωL-ω0 • 保证输出vi(ωi)的通带,与输入vs(ω0)的通带相同

  12. 二、混频原理 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 采用时变参量分析法 • 输入信号 vs(t) 几mV • 在不同工作点（跨导）处，瞬时为线性放大 • 本振信号 vL(t) 50~200mv • 改变工作点的周期性函数

  13. 三、混频器主要参数(图11-3 p343) 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换

  14. 工作状态选择(图11-4 p343) 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换

  15. 工作状态选择(图11-4 p343) 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 例 • 小于10MHz工作时，为使Apc大、Nf小， • 综合选择：Ie= 0.2~1mA ,  VL= 50~250mV

  16. 四、实例 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 电视机混频电路(图11-6 p344) • 回路并接 1.2K, 降低Q值,η=2(强耦合)，以保证 8MHz 的全电视信号通过 • Ie=2mA，略大(可提高 Apc)，前有高放级，Nf影响较小

  17. 四、实例 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 广播接收机变频电路(图8-7 p247)

  18. 四、实例 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 双频手机的混频电路 (图11-7 p345) • fGSM=900MHz，fDCS=1800MHz • f i=215MHz，fL<fs

  19. 11.3 场效应管混频 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 双极性晶体管 • 含有许多高次方项，易产生组合频率干扰和失真 场效应管 • 平方律特性 • 可避免出现高次项 • 且v2项的系数为常数 • 可减少组合频率干扰和失真

  20. 一、混频电路 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 图11-9 p348 • 结型 • 双栅MOS型

  21. 二、场效应管混频特点 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 iD中无高次项 • 组合频率干扰小 • 动态范围大(vs可较大) • 输入、输出阻抗大 混频增益较低 • 收音机、电视机较少应用

  22. 11.4 集成混频电路 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 一、简单差动对管混频 • 为二象限乘法器混频 • 当vs较小时，ic中有Kv1v2项 • 选出下中频项 ωi=ωL-ω0

  23. 二、双差动模拟乘法混频电路 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 为四象限乘法器 (图11-11 p349) • 优点 • 抑制中频干扰能力强 • 寄生频道、组合信号少 • 互调和交调失真小 • 噪声低 • 且vL<vs(可互换)时 也无包络失真，但增益↓

  24. 三、ULN-2204单片收音机混频及本振电路 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 图11-12 p350

  25. 四、MC1596乘法器混频电路 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 图11-13 p351

  26. 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 组合频率干扰在中频附近（通带内）时难以消除 输入vs之外，存在邻波道信号vm，可产生寄生频道干扰和交叉调制失真 vs幅度较大时，易产生寄生调幅（包络失真）

  27. 一、组合频率干扰 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 vs与vL的不同谐波的一些组合频率分量，若在中频附近的 信号通带内，无法滤除，产生组合频率干扰　 例如:  晶体三极管ic中的组合频率分量 • fp,q= |±pfL±q f0| (表11-2 p352)

  28. 一、组合频率干扰 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 例1 • 接收vs的f0= 931kHz , 中频 fi= 465kHz • 则 本振vL的fL=1396kHz • 若：fp,q= 2 f0 - fL=1862-1396=466kHz • 466kHz在中频附近通带内，无法滤除 • 因检波器的非线性作用产生 • 466-465=1kHz (差拍信号干扰/哨声)   • 克服方法 • 减小器件非线性 • 采用平方律器件 • 重新选择中频

  29. 一、组合频率干扰 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 例2 • f0 = 930kHz , fi = 465kHz , 则 fL=1395kHz • fL- f0=1395 - 930=465kHz • 有用 fi • 2f0- fL=1860 -1395=465kHz  • 无用 fi /中频干扰

  30. 二、寄生频道 fM干扰 (组合副波道干扰) 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 • 将产生寄生频道干扰

  31. 二、寄生频道fM干扰 (组合副波道干扰) 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 例1 • f0 =1070kHz ,  fi =465kHz , fL=1535kHz , fM =1000kHz • fL - f0 =1535 -1070 = 465kHz • 有用 fi • 2fM – fL=2000 -1535 = 465kHz • 无用 fi /中频干扰 • 计算 fM : p=1, q=2 • fM=( pfL+ fi)/ q =(1535+465)/2=1000kHz

  32. 二、寄生频道fM干扰 (组合副波道干扰) 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 例1 • f0=660kHz , fi =465kHz , fL=1125kHz • p=0, q=1:  fM = 465kHz (产生中频干扰) • p=1, q=1:  fM = 1590kHz = f0+2fi = fL+fi • fM =1590kHz时, 产生镜像中频干扰 • 图11-14 p353 • p=2 , q=3：fM=... • p=3 , q=3：fM=...

  33. 三、非线性失真 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 包络失真和大信号阻塞 • vs过大时 • 包络失真：幂级数中的高次方项起作用影响包络 • 大信号阻塞：晶体管饱和或截止(限幅) 交叉调制失真 • 设vs之外，存在干扰台vM，则v be=vL +vs+vM • 若是vM调幅信号，将产生许多交叉调制信号，当某交叉调制信号的中心频率为fi时，则vM信号(干扰)和vs信号被同时放大和解调 互相调制失真 • 若vs之外，存在干扰台vM1、vM2，则产生类似交叉调制失真的互相调制失真

  34. 四、减小干扰和失真的措施 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 vs较小 提高混频前各级(天线回路,高放)的选频能力 采用具有乘法、平方律特性的器件 采用乘法器、平衡混频电路 合理选择fi

  35. 11.6 零中频频谱变换 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 零中频混频概念

  36. 一、零中频接收机 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 设输入为已调制信号X (t)(调幅、调角波)为

  37. 一、零中频接收机 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 经相乘器后 低通滤波器滤去高频，取出低频输出，即

  38. 一、零中频接收机 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 讨论 • 输入已调信号X(t)为调幅波 • 输入已调信号X(t)为调角波，经反正切电路得到角度

  39. 二、软件无线电中的零中频接收 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换

  40. 小结 11.1 概述 11.2 晶体管混频 11.3 场效应管混频 11.4 集成混频电路 11.5 组合频率干扰及非线性失真 11.6 零中频频谱变换 11.1 概述[1] • 混频的作用和原理 11.2 晶体管混频[2] • 混频电路分析 11.3 场效应管混频[3] 11.4 集成混频电路[2] • 电路分析 11.5 组合频率干扰及非线性失真[1] • 组合频率干扰、寄生频道干扰和交叉调制失真 11.6 零中频频谱变换[0]

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