非線性電路、時(shí)變參量電路.ppt

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1、第4章 非線性電路、時(shí)變參量電路和變頻器,4.1 概述,4.2 非線性元器件的特性描述,4.7 二極管混頻器,4.9 混頻器中的干擾,4.3非線性電路分析法元器件,4.4 線性時(shí)變參量分析法,4.5 變頻器的工作原理,4.8 差分對(duì)模擬相乘器混頻電路,4.6 晶體管混頻器,4.1概述 本書第4章介紹的小信號(hào)放大電路為線性放大電路。線性放大電路的特點(diǎn)是其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)具有某種特定的線性關(guān)系。從時(shí)域上講, 輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形相同, 只是在幅度上進(jìn)行了放大； 從頻域上講, 輸出信號(hào)的頻率分量與輸入信號(hào)的頻率分量相同。 然而, 在通信系統(tǒng)和其它一些電子設(shè)備中, 需要一些能實(shí)現(xiàn)頻率變換的

2、電路。這些電路的特點(diǎn)是其輸出信號(hào)的頻譜中產(chǎn)生了一些輸入信號(hào)頻譜中沒有的頻率分量, 即發(fā)生了頻率分量的變換, 故稱為頻率變換電路。 ,頻率變換電路屬于非線性電路, 其頻率變換功能應(yīng)由非線性元器件產(chǎn)生。 在高頻電子線路里, 常用的非線性元器件有非線性電阻性元器件和非線性電容性元器件。 前者在電壓電流平面上具有非線性的伏安特性。如不考慮晶體管的電抗效應(yīng), 它的輸入特性、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性均具有非線性的伏安特性, 所以晶體管可視為非線性電阻性器件。 后者在電荷電壓平面上具有非線性的庫(kù)伏特性。如第4章介紹的變?nèi)荻O管就是一種常用的非線性電容性器件。,雖然在線性放大電路里也使用了晶體管這一非線性器件, 但

3、是必須采取一些措施來盡量避免或消除它的非線性效應(yīng)或頻率變換效應(yīng), 而主要利用它的電流放大作用。 例如, 使小信號(hào)放大電路工作在晶體管非線性特性中的線性范圍內(nèi), 在丙類諧振功放中利用選頻網(wǎng)絡(luò)取出輸入信號(hào)中才有的有用頻率分量而濾除其它無用的頻率分量, 等等。 ,,4.2.1非線性元件的工作特性,,,,4.2.3,,如果加在二極管上的電壓ud=UQ+Usmcosst，且Usm較小，UQ UT。流過二極管的電流為,令， 。則,利用,id(t)可以寫為：,4.2 非線性電路分析法,1. 冪級(jí)數(shù)分析法,當(dāng)PN結(jié)二極管的電壓、電流值較小時(shí)，流過二極管的電流id(t)可寫為:,利用三角函數(shù)公式

4、：,可以將id(t)表達(dá)為：,以上分析進(jìn)一步表明：?jiǎn)我活l率的信號(hào)電壓作用于非線性元件時(shí)，在電流中不僅含有輸入信號(hào)的頻率分量s，而且還含有各次諧波頻率分量ns。,當(dāng)兩個(gè)信號(hào)電壓 ud1=Udmlcoslt 和 ud2=Udm2cos 2t 同時(shí)作用在非線性元件時(shí)，根據(jù)以上的分析可得簡(jiǎn)化后的id(t)表達(dá)式為：,利用三角函數(shù)的積化和差公式：,可以推出id(t)中所含有的頻率成份為：,其中，（p，q=1，2，3.）。,,休息1,休息2,,4.3.2 折線分析法,,線性時(shí)變電路分析法,,,,,,,,,,,,2 乘法器電路分析,4.4.3 模擬相乘器及基本單元電路,等各種技術(shù)領(lǐng)域,模擬乘法器可應(yīng)用于：,

5、4.3.1 模擬相乘器的基本概念,模擬乘法器具有兩個(gè)輸入端（常稱X輸入和Y輸入）和一個(gè)輸出端（常稱Z輸出）， 是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，電路符號(hào)如右圖所示：,ux,uy,uz,理想乘法器：,uz(t)=kux(t)uy(t),或Z=kXY,一、乘法器的工作象限,乘法器有四個(gè)工作區(qū)域，可由它的兩個(gè)輸入電壓的極性確定。,輸入電壓可能有四種極性組合：,如果：兩個(gè)輸入信號(hào)只能為單極性的信號(hào)的乘法器為“單象 限乘法器”；一個(gè)輸入信號(hào)適應(yīng)兩種極性，而一個(gè)只能是一種單 極性的乘法器為“二象限乘法器”； 兩個(gè)輸入信號(hào)都能適應(yīng)正、 負(fù)兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。,二、理想乘法器的基本性質(zhì),1、乘法器的靜態(tài)特性,

6、（1）,（3）當(dāng)X=Y或X=-Y，Z=KX2或Z=-KX2，,輸出與輸入是平方律特性（非線性）。,2、乘法器的線性和非線性,理想乘法器屬于非線性器件還是線性 器件取決于兩個(gè)輸入電壓的性質(zhì)。,一般：,當(dāng)X或Y為一恒定直流電壓時(shí)，Z=KCY=KY， 乘法器為一個(gè)線性交流放大器。,當(dāng)X和Y均不定時(shí)，乘法器屬于非線性器件。,（2）當(dāng)X=C（常數(shù)），Z=KCY=KY，,Z與Y成正比（線性關(guān)系）,基本電路結(jié)構(gòu),是一個(gè)恒流源差分放大電路，不同之處在于恒流源管VT3的基極輸入了信號(hào)uy(t)，即恒流源電流Io受uy(t)控制。,4.3.2模擬相乘器的基本單元電路,1、二象限變跨導(dǎo)模擬相乘器,ube1,ube2

7、,ube3,由圖可知： ux = ube1 - ube2,根據(jù)晶體三極管特性，VT1、VT2集電極電流為：,VT3的集電極電流可表示為：,可得：,同理可得：,式中， 為雙曲正切函數(shù)。,,差分輸出電流io為:,可以看出，當(dāng)ux <<2UT 時(shí)，,ic1、ic2與 近似成線性關(guān)系。,可近似為:,差分放大電路的跨導(dǎo)gm為:,uo,恒流源電流Io為: （uy0）,,輸出電壓uo為 :,由于uy控制了差分電路的跨導(dǎo)gm，使輸出uo中含有uxuy相乘項(xiàng)，故稱為變跨導(dǎo)乘法器。,變跨導(dǎo)乘法器輸出電壓uo中存在非相乘項(xiàng)，而且要求uyube3，所以只能實(shí)現(xiàn)二象限相乘。,,,,,4.4.3 開關(guān)函數(shù)分析

8、法,4.5變頻器的工作原理,1. 變頻器的作用與組成 變頻即對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率變換，將其載頻變換到某一固定的頻率上(常稱為中頻)，而保持原信號(hào)的特征(如調(diào)幅規(guī)律)不變。 變頻器的電路組成如圖所示,2. 為什么要變頻？ 變頻的優(yōu)點(diǎn)： 1)變頻可提高接收機(jī)的靈敏度 2)提高接收機(jī)的選擇性 3)工作穩(wěn)定性好 4)波段工作時(shí)其質(zhì)量指標(biāo)一致性好 變頻的缺點(diǎn)： 容易產(chǎn)生鏡像干擾、中頻干擾等干擾,3. 變頻器的分類,,平衡混頻、,按器件分：,二極管混頻器、,三極管混頻器、,三極管變頻器、,場(chǎng)效應(yīng)管混頻器、場(chǎng)效應(yīng)管變頻器,模擬乘法器混頻器、,按工作特點(diǎn)分：,單管混頻、,環(huán)型混頻,從兩個(gè)輸入信號(hào)在時(shí)域上的處理過程看

9、：,疊加型混頻器、,乘積型混頻器,4. 混頻器的性能指標(biāo),上述的幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該正確選擇管子的工 作點(diǎn)、合理選擇本振電路和中頻頻率的高低，使得幾個(gè)質(zhì)量 指標(biāo)相互兼顧，整機(jī)取得良好的效果。,5)工作穩(wěn)定性：主要指振蕩器的頻率穩(wěn)定度,疊加型混頻器實(shí)現(xiàn)模型,圖示中的非線性器件具有 如下特性：,對(duì)其2次方進(jìn)行分析：,在二次方項(xiàng)中出現(xiàn)了和的相乘項(xiàng)，因而可以得到(0+s)和 (0-s)。若用帶通濾波器取出所需的中頻成分(和頻或差 頻)，可達(dá)到混頻的目的。,所用非線性器件的不同，疊加型混頻器有下列幾種：,1. 晶體三極管混頻器,它有一定的混頻增益,2. 場(chǎng)效應(yīng)管混頻器,它交調(diào)、互調(diào)干擾少,3.

10、 二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器,它們具有動(dòng)態(tài)范圍大 組合頻率干擾少的優(yōu)點(diǎn),乘積型混頻器實(shí)現(xiàn)模型,乘積型混頻器由模擬乘法器 和帶通濾波器組成,其實(shí)現(xiàn)模型如圖所示,設(shè)輸入信號(hào)為普通調(diào)幅波,,采用中心頻率不同的帶通濾波器(0s)或(0+s)則可 完成低中頻混頻或高中頻混頻。,4.6 晶體管混頻器,1. 基本電路和工作原理,上圖為晶體三極管混頻器的原理電路。圖中，VBB為基極偏置電壓，VCC為集電極直流電壓，L1C1組成輸入回路，它諧振于輸入信號(hào)頻率s。L2C2組成輸出中頻回路，它諧振于中頻i=os。 設(shè)輸入信號(hào) ，本振電壓,實(shí)際上，發(fā)射結(jié)上作用有三個(gè)電壓,晶體管混頻器的分析方法,1.冪級(jí)數(shù)分

11、析法,2.變跨導(dǎo)分析法,在混頻時(shí)，混頻管可看著一個(gè)參數(shù)(跨導(dǎo))在改變的線性元件，即變跨導(dǎo)線件元件。,在小信號(hào)運(yùn)用的條件下，也可以將某些非線性元器件函數(shù)表達(dá)式用冪級(jí)數(shù)函數(shù)近似，使問題簡(jiǎn)化。用這種方法來分析非線性電路可突出說明頻率變換作用，不便于作定量分析。,i = a0+a1v+a2v2+a3v3+,晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式,,圖(a)電路對(duì)振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時(shí)所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點(diǎn)。，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點(diǎn)。 圖(b)電路的輸入信號(hào)與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí)，對(duì)

12、于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。 圖(c)和(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時(shí)，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時(shí)一般都不采用。但在較高的頻率工作時(shí)(幾十MHz)，因?yàn)楣不娐返慕刂诡l率f比共發(fā)電路的f要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時(shí)采用這種電路。,由于信號(hào)電壓Vsm很小，無論它工作在特性曲線的哪個(gè)區(qū)域，都可以認(rèn)為特性曲線是線性的(如圖上ab、ab和ab三段的斜率是不同的)。因此，在晶體管混頻器的分析中，我們將晶體管視為一個(gè)跨導(dǎo)隨本振信號(hào)變化的線性參變?cè)?變跨導(dǎo)分析法,加電壓后的晶體

13、管轉(zhuǎn)移特性曲線,因VoVsm使晶體管工作在線性時(shí)變狀態(tài)，所以晶體管集電極靜態(tài)電流ic(t)和跨導(dǎo)gm(t)均隨 作周期性變化。,由于信號(hào)vs遠(yuǎn)小于v0，可以近似認(rèn)為對(duì)器件的工作狀態(tài)變化沒有影響。此時(shí)流過器件的電流為 i(t) = f(v)= f(v0+ vs+ vBB) 可將v0+ vBB看成器件的交變工作點(diǎn)，則i(t)可在其工作點(diǎn)(v0+ vBB)處展開為泰勒級(jí)數(shù) 由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各項(xiàng)，則i(t)近似為,其中f(v0+vBB)是vs=0時(shí)僅隨v0變化的電流，稱為時(shí)變靜態(tài)電流，f(v0+ vBB)隨v0+vBB而變化，稱為時(shí)變電導(dǎo)g(t

14、)，電流可以寫為 i(t) Io(t)+g(t) vs(t) 將 vBB+v0=VBB+V0mcos0t vs= Vsmcosst 代入式展開并整理，得,,若中頻頻率取差頻 ， 則混頻后輸出的中頻電流為 其振幅為,由上式引出變頻跨導(dǎo)gc的概念，它的定義為,輸出的中頻電流振幅Ii與輸入高頻信號(hào)電壓的振幅Vs成正比。若高頻信號(hào)電壓振幅Vsm按一定規(guī)律變化，則中頻電流振幅Ii也按相同的規(guī)律變化。,混頻器除混頻跨導(dǎo)外，還有輸入導(dǎo)納、輸出導(dǎo)納、混頻增益等參數(shù)。前述已知在晶體管混頻器的分析中，把晶體管看成一個(gè)線性參變?cè)虼丝刹捎梅治鲂⌒盘?hào)線性放大器時(shí)所用的等效電路來分析混頻

15、器的參數(shù)。,,晶體管混頻器的主要參數(shù),i,(1) 混頻輸入導(dǎo)納 混頻輸入導(dǎo)納為輸入信號(hào)電流與輸入信號(hào)電壓之比，在計(jì)算混頻器的輸入導(dǎo)納時(shí)，可將圖所示的等效電路作進(jìn)一步的簡(jiǎn)化?；祛l器的輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧于1。對(duì)頻率s而言，輸出可視為短路，同時(shí)考慮到CbeCbc，由此得到輸入等效電路如圖所示，并可以算出混頻輸入導(dǎo)納為 輸入導(dǎo)納的電導(dǎo)部分為 而電納部分（電容）一般總是折算到輸入端調(diào)諧回路的電容中去。,混頻輸出導(dǎo)納為輸出中頻電流與輸出電壓之比，輸出導(dǎo)納是對(duì)中頻i而言在輸出端呈現(xiàn)的導(dǎo)納。因此，調(diào)諧于s的輸入回路可視為短路，得到輸出等效電路如圖所示，并可算出混頻輸出導(dǎo)納為,輸出等效電路,輸出

16、導(dǎo)納中的電導(dǎo)為,,(2) 混頻輸出導(dǎo)納,在混頻中，由于輸入是高頻信號(hào)，而輸出是中頻信號(hào)，二者頻率相差較遠(yuǎn)，所以輸出中頻信號(hào)通常不會(huì)在輸入端造成反饋，電容Cbc的作用可忽略。另外，gce一般遠(yuǎn)小于負(fù)載電導(dǎo)GL，其作用也可以忽略。由此可得到晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路如圖所示,(3) 混頻跨導(dǎo) gc,晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路,由于g(t)是一個(gè)很復(fù)雜的函數(shù)，因此要從上式來求g1是比較困難的。從工程實(shí)際出發(fā)，采用圖解法，并作適當(dāng)?shù)慕疲祛l跨導(dǎo)可計(jì)為：,g1是在本振電壓加入后，混頻管跨導(dǎo)變量中基波分量,(4) 混頻器的增益 將混頻輸入電納和輸出電納歸并在輸入、輸出端的調(diào)諧回路的電容中去，則得到晶體

17、三極管的等效電路如圖所示，圖中負(fù)載電導(dǎo)gL是輸出回路的諧振電導(dǎo)。,故混頻電壓增益,晶體三極管混頻器等效電路,由圖可以算出,混頻功率增益,如果電路匹配，使goc=gL，則可得到最大混頻功率增益,(1) 混頻電路 下圖是電視機(jī)中的混頻器電路。由高頻放大器輸入的信號(hào)，經(jīng)雙調(diào)諧電路耦合加到混頻管的基極，本振電壓通過耦合電容C1也加到基極上。本振信號(hào)的頻率要比信號(hào)的圖像載頻高38MHz，為了減小兩個(gè)信號(hào)之間的相互影響，耦合電容C1的值取得很小。,電視機(jī)的混頻電路,3. 晶體三極管混頻器的實(shí)際電路,為使輸出電路在保證帶寬下具有良好的選擇性，常采用雙調(diào)諧耦合回路，并在初級(jí)回路中并聯(lián)電阻R，用以降低回路Q值，

18、滿足通帶的要求。次級(jí)回路用C2，C3分壓，目的是與75電纜特性阻抗相匹配。,下圖為晶體管混頻器實(shí)用電路的交流通路。應(yīng)用在日立CTP-236D型彩色電視機(jī)ET-533型VHF高頻頭內(nèi)。圖中的V1管用作混頻器，輸入信號(hào)(即來自高放的高頻電視信號(hào)，頻率為fs)由電容C1耦合到基極；本振信號(hào)由電容C2也耦合到基極，構(gòu)成共射混頻方式，其特點(diǎn)是所需要的信號(hào)功率小，功率增益較大?；祛l器的負(fù)載是共基式中頻放大器(V2構(gòu)成)的輸入阻抗。,晶體管混頻器實(shí)用電路,(2) 變頻電路 下圖是晶體管中波調(diào)幅收音機(jī)常用的變頻電路，其中本地振蕩和混頻都由三極管3AG1D完成。,圖中，R1，R2，R3是偏置電阻，L4，C4，

19、C1B，C6組成振蕩回路，L3是反饋線圈。中頻回路L5C5的并聯(lián)阻抗對(duì)本振頻率而言可視為短路，因此，3AG1D構(gòu)成共基極變壓器耦合振蕩器。由磁性天線接收到的無線電信號(hào)經(jīng)過L1，C1A，C2組成的輸入回路，選出所需頻率的目標(biāo)信號(hào)，再經(jīng)L1與L2的變壓器耦合，送到晶體管的基極。本振信號(hào)經(jīng)C7注入晶體管的發(fā)射極，混頻后由集電極輸出。L3對(duì)中頻可視為短路，C5，L5調(diào)諧于中頻，以便抑制混頻輸出電流中的無用頻率分量(如fs, f0, f0+fs, 2f0fs 等)。輸出中頻分量fi=f0-fs，經(jīng)L6耦合至后級(jí)中頻放大器。,混頻器的Apc、噪聲系數(shù)NF等都與工作點(diǎn)電流Ic及本振電壓V0的大小有關(guān)，具體數(shù)

20、學(xué)關(guān)系比較復(fù)雜，這里只介紹一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在中波廣播收音機(jī)中，最典型的曲線如圖所示，這是鍺三極管的情況；若為硅管，Apc的最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流Ie要略大一點(diǎn)。,4. 晶體管混頻器工作狀態(tài)的實(shí)際選擇,三極管混頻器 優(yōu)點(diǎn)：有變頻增益 缺點(diǎn)：1、動(dòng)態(tài)范圍較小 2、組合頻率干擾嚴(yán)重 3、噪聲較大 4、存在本地輻射,二極管混頻器 優(yōu)點(diǎn)：1、動(dòng)態(tài)范圍較大 2、組合頻率干擾少 3、噪聲較小 4、不存在本地輻射 缺點(diǎn)：無變頻增益,二極管可以工作在小信號(hào)非線性狀態(tài)，也可以工作在受大信號(hào)v0控制的開關(guān)狀態(tài)。小信號(hào)時(shí)平衡混頻器的分析采用冪級(jí)數(shù)分析法，混頻時(shí)輸入信號(hào) ，輸出回路則諧振在中頻i

21、上。,4.7 二極管混頻器,平衡混頻器原理電路,二極管的伏安特性可用冪級(jí)數(shù)表示： 為簡(jiǎn)化分析，忽略輸出電壓對(duì)二極管的反作用，則,1. 平衡混頻器,利用三角公式展開，并分類整理，可得,當(dāng) 很小時(shí)，級(jí)數(shù)可只取前四項(xiàng)，得,由上式可見，經(jīng)過二極管非線性變換后，出現(xiàn)了許多新頻率，但其中只有 才是我們所需要的。這是由平方項(xiàng) 產(chǎn)生的。其它頻率分量都是無用 的產(chǎn)物，必須將它們抑制掉。,i1、i2以相反方向流過輸出端變壓器初級(jí)，使變壓器次級(jí)負(fù)載電流il1, = i1i2,由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中產(chǎn)生了輸 入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波20和 2s、30和3s；輸入頻

22、率及其諧波所形成的各種組合 頻率0+ s、0s、0+2s、02s、20+s、 20s。 平衡混頻器輸出電流的頻率成份為： s、 0+ s、0s、 20+s、 20s、 3s,環(huán)形混頻器由兩個(gè)平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出中頻信號(hào)是平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。,2. 環(huán)形混頻器,由平衡混頻器得：,環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為： 0+ s、0s,目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個(gè)用于0.5500MHz的典型環(huán)形混頻器(SRA-1雙平衡混頻器)的外形及電路示于下圖。 使用時(shí)，8，9端外接信號(hào)

23、電壓s，3，4端相連，5，6端相連，然后在3，5端間加本振電壓L，中頻信號(hào)由1，2端輸出。此電路除用作混頻器外，還可以用作相位檢波器、電調(diào)衰減器、調(diào)制器等。,封裝環(huán)形混頻器的外形與電路,兩信號(hào)相乘可以得到其和、差頻分量，因此兩信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)混頻是最直觀的方法，利用模擬相乘器可構(gòu)成乘積型混頻器。,MCI596構(gòu)成的集成混頻電路,4.8 差分對(duì)模擬相乘器混頻電路,MCI596是集成化模擬乘法器芯片，由它構(gòu)成的混頻電路，可大大減小由組合頻率分量產(chǎn)生的各種干擾，另外還具有體積小、重量輕、調(diào)整容易、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。,被混頻的信號(hào)電壓由端子輸入，最大值約15mV；本振電壓由端子輸入，振幅約100mV；相乘后

24、的信號(hào)由第端子輸出經(jīng)帶通濾波后，即可獲得中頻信號(hào)輸出。輸入端不接調(diào)諧回路時(shí) 為寬頻帶應(yīng)用。,本電路可對(duì)高頻或甚高頻信號(hào)進(jìn)行混頻，如s的頻率為200MHz時(shí)，電路的混頻增益約為9dB，靈敏度為14V，當(dāng)輸入端接有阻抗匹配的調(diào)諧回路時(shí)，可獲得更高的混頻增益。輸出帶通濾波器的中心頻率約9MHz，其3dB帶寬為450kHz。,MCI596構(gòu)成的集成混頻電路,,有用信號(hào)諧波和本振信號(hào)諧波產(chǎn)生的干擾 --組合頻率干擾(干擾哨聲),混頻器的輸出信號(hào)中所包含的各種頻率分量為：,p，q為任意正整數(shù)，分別代表本振頻率和信號(hào)頻率的諧波次數(shù)。,只有p=q=1對(duì)應(yīng)的頻率為 f0-fs 的分量是所需要的中頻信號(hào)。,如果某

25、些組合頻率落在諧振回路的通頻帶內(nèi)，這些組合頻率分量就和有用的中頻分量一樣，通過中放進(jìn)入檢波器，并在檢波電路中與有用信號(hào)產(chǎn)生差拍，這時(shí)在接收機(jī)的輸出端將產(chǎn)生哨叫聲，形成有害的干擾。這種干擾又稱為干擾哨叫。,4.9混頻器的干擾,減小這種干擾的措施: 1. 輸入信號(hào)vs,本振電壓vo都不易過大。 2.適當(dāng)選擇晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使混頻器既能產(chǎn)生有用頻率變換，而又不致產(chǎn)生無用的組合頻率干擾。 3.選擇合適的中頻，將接收機(jī)的中頻選在接收機(jī)頻段外,例如，設(shè)加給混頻器輸入端的有用信號(hào)頻率fs=931kHz，本振頻率fo=1396kHz。經(jīng)過混頻器的頻率變換產(chǎn)生出眾多組合頻率分量，,其中的fi=fo-fs=4

26、65kHz是有用的中頻信號(hào)。而其它分量是無用或有害的。 如當(dāng)q=2，p=-1時(shí)，fi =2fs fo=2931-1396=466kHz=fi+F (此處F=1kHz)。若中頻放大器的通頻帶2f0.7=4kHz，則頻率fi =466kHz的分量落在中放通帶內(nèi)，與465KHz的中頻信號(hào)一起被中頻放大并加給檢波器。因?yàn)闄z波器由非線性元器件組成，也有頻率變換作用，則會(huì)產(chǎn)生fi fi=466-465=1kHz的差拍信號(hào)送到接收機(jī)終端，形成被人耳聽到的哨叫。,2、外來干擾信號(hào)和本振產(chǎn)生的干擾,(1) 組合副波道干擾,如果混頻器之前的輸入回路和高頻放大器的選擇性不夠好，除了要接收的有用信號(hào)外，干擾信號(hào)也會(huì)

27、進(jìn)入混頻器。,當(dāng)干擾頻率fn與本振頻率fo滿足,會(huì)產(chǎn)生組合副波道干擾。,時(shí)，,(2) 副波道干擾,在組合副波道干擾中，某些特定頻率形成的干擾稱為副波道干擾。這種干擾主要有中頻干擾和鏡像干擾。,1)中頻干擾,當(dāng)干擾信號(hào)的頻率等于或接近fi 時(shí)的干擾。,2)鏡像頻率干擾,fn=fo+fi=,提高前端輸入回路的選擇性，將干擾抑制在通帶外，可在混頻器的輸入端加中頻陷波電路，濾除外來的中頻干擾。如圖所示。,(a) 串聯(lián)LC陷波電路 (b) 并聯(lián)LC陷波電路,抑制中頻干擾的主要方法,如果把fo當(dāng)作鏡子，則,相當(dāng)于fs的象，所以稱,為鏡像干擾頻率，即,,抑制鏡頻干擾的方法: 1.提高

28、混頻器前各級(jí)電路的選擇性 2. 提高接收機(jī)的中頻頻率fi，以使鏡像頻率與信號(hào)頻率fs的頻率間距(2fi)加大，有利于選頻回路對(duì),3.還可采用鏡能抑制混頻電路，將鏡像頻率信號(hào)部分抵消。,鏡像頻率干擾,抑制。,例 某超外差收音機(jī)，其中頻fi=465kHz。 (1) 當(dāng)收聽fs1=550kHz電臺(tái)節(jié)目時(shí)，還能聽到fn1=1480kH強(qiáng)電臺(tái)的聲音，分析產(chǎn)生干擾的原因。 (2) 當(dāng)收聽fs2=1480kHz電臺(tái)節(jié)目時(shí)，還能聽到fn2=740kHz強(qiáng)電臺(tái)的聲音，分析產(chǎn)生干擾原因。 解 ： (1) 因?yàn)閒n1=fs1+2f1=550+2465=1480kHz；根據(jù)上述分析，fn1為鏡頻干擾。

29、(2) 因?yàn)閒s2=1480kHz fi=465kHz所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而fn2=740kHz, fo22fn2=19452740=465kHz=fi故這種干擾為組合副波道干擾。,3、其他類型的干擾,1) 交叉調(diào)制(交調(diào))干擾,產(chǎn)生的原因：,當(dāng)所接收電臺(tái)的信號(hào)和干擾電臺(tái)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)輸入端時(shí)，如果接收機(jī)調(diào)諧于信號(hào)頻率，可以清楚地收到干擾信號(hào)電臺(tái)的聲音，若接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)頻率失諧，干擾臺(tái)的聲音也消失。,由混頻器3次方以上的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。其現(xiàn)象為：,設(shè)混頻器的轉(zhuǎn)移特性用冪級(jí)數(shù)表示,若干擾信號(hào),作用在混頻器上的,將此式代入上式并經(jīng)必要的三角變換后，可

30、得s的電流成分is為,其中,為無失真包絡(luò)項(xiàng)，,為失真包絡(luò)項(xiàng)，,即為交調(diào)干擾項(xiàng)，顯然，交調(diào)項(xiàng)由,也就是說交調(diào)是由轉(zhuǎn)移特性曲線的三次方項(xiàng)產(chǎn)生，且與,成正比。當(dāng),時(shí)，交調(diào)項(xiàng)起作用，當(dāng),這在聽覺上就表現(xiàn)為聽到有用信號(hào)的聲音同時(shí)，可以聽到干擾信號(hào) 的聲音，而一但有用信號(hào)停止播音，干擾臺(tái)聲音也隨之消失。,引起，,交調(diào)項(xiàng)消失。,以上分析表明，交調(diào)是由非線性特性中的三次或更高次非線性項(xiàng)產(chǎn)生的，因此克服交調(diào)干擾的主要方法為: 1.提高混頻電路前級(jí)的選擇性抑制干擾； 2.選擇合適的器件和合適的工作狀態(tài)，使混頻器的非線性高次方項(xiàng)盡可能?。? 3.采用抗干擾能力較強(qiáng)的平衡混頻器和模擬乘法器混頻電路。,2) 互相

31、調(diào)制(互調(diào))干擾,當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的干擾進(jìn)入到混頻器的輸入端時(shí)，它們與本振電壓v0一起加到混頻管的發(fā)射結(jié)。由于器件的非線性作用，它們將產(chǎn)生一系列組合頻率分量。如果某些分量的頻率等于或接近于中頻時(shí)，就會(huì)形成干擾，稱為互調(diào)干擾。,接收機(jī)調(diào)諧于信號(hào)頻率，可以清楚地收到干擾信號(hào)電臺(tái)的聲音，若接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)頻率失諧，干擾臺(tái)的聲音仍然存在。,由非線性器件二次方以上的特性引起，因此存在二階互調(diào)和三階互調(diào)及高階互調(diào)。,現(xiàn)象：,產(chǎn)生的原因：,若有兩個(gè)干擾信號(hào)進(jìn)入到混頻器，它們分別為,這時(shí),所得的ic中包含一系列組合頻率分量，其頻率可用下列通式表示,若兩干擾信號(hào)形成的新的組合頻率,即組合頻率與本振頻率f0之差落

32、在中頻范圍,那么，它就會(huì)和接收信號(hào)所產(chǎn)生的中頻一樣通過中放、檢波， 造成強(qiáng)烈干擾。,與信號(hào)頻率fs相近，,例: 當(dāng)fn1=1.5MHz，fn2=0.9MHz，若接收機(jī)在13.5MHz波段工作，向在哪幾個(gè)頻率上會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾？ 解： 若m，n=1則 fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2.4MHz fn1 fn2=1.5 0.9=0.6MHz (波段外) m=1，n=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHz## 2fn1 fn2=1.5 1.8=2.4MHz (波段外) m=2，n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.

33、9=3.9MHz (波段外) 2fn1 fn2=3 0.9=2.1MHz m=3，n=0 3fn1 =31.5=4.5MHz (波段外) m=0，n=3 3fn2 =30.9=2.7MHz 因此，考慮三次以下諧波fn1和fn2在13.5MHz波段內(nèi)對(duì)2.4MHz，3.3MHz，2.1MHz，2.7MHz等4個(gè)頻率會(huì)產(chǎn)生干擾。,3) 阻塞干擾,當(dāng)一個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)輸入端后，由于輸入電路抑制不良，會(huì)使前端電路內(nèi)放大器或混頻器的晶體管處于嚴(yán)重的非線性區(qū)域，使輸出信噪比大大下降。這種現(xiàn)象稱為阻塞干擾。,產(chǎn)生阻塞觀象的原因有兩種， 一種是強(qiáng)干擾作

34、用下晶體管特性曲線非線性所引起的阻塞， 一種是強(qiáng)干擾破壞了晶體管的工作狀態(tài)，使管子產(chǎn)生假擊穿。(干擾電壓消失后，晶體管還能夠還原)，使作為電流分配器的晶體管的正常工作狀態(tài)被破壞，產(chǎn)生了完全堵死的阻塞現(xiàn)象。,抑制互調(diào)的方法與抑制交調(diào)的方法相同， 除此外， 還可采用倍頻程帶通濾波器防止二階互調(diào)干擾的產(chǎn)生。,4) 相互混頻,由于本振源內(nèi)存在雜散邊帶功率，強(qiáng)干擾與雜散邊帶噪聲混頻產(chǎn)生的頻率分量落在中頻通帶內(nèi)形成中頻噪聲。,減小阻塞干擾的措施:,,提高混頻級(jí)前端電路的選擇性 交流負(fù)反饋 3. 輸入端加雙向限幅 4. 小電流工作,綜上所述，減小各種干擾的措施可歸納為：,,4.4 章末小結(jié),混頻電路與第9

35、章將要介紹的調(diào)制、 解調(diào)是通信系統(tǒng)中的重要組成部分。從頻域的角度來看, 它們都被稱為頻率變換電路, 屬于非線性電路范疇。本章作為學(xué)習(xí)這兩章的入門, 介紹了以下基礎(chǔ)知識(shí): (1) 頻率變換電路的輸出能夠產(chǎn)生輸入信號(hào)中沒有的頻率分量。頻率變換功能必須由非線性元器件實(shí)現(xiàn), 所以非線性元器件特性分析是頻率變換電路分析的基礎(chǔ)。 (2) 非線性元器件的特性分析建立在函數(shù)逼近的基礎(chǔ)上。 一般可采用超越函數(shù)(如指數(shù)函數(shù)、 雙曲函數(shù)等)、 折線函數(shù)或冪級(jí)數(shù)來逼近, 但要注意工作信號(hào)大小不同或偏置電壓不同時(shí), 適用的函數(shù)可能不一樣。 ,(3) 當(dāng)輸入是單一交流信號(hào)時(shí), 晶體管的輸出是輸入信號(hào)頻率的各次諧波；當(dāng)輸入是兩個(gè)交流信號(hào)迭加時(shí), 晶體管的輸出是輸入兩信號(hào)頻率的各次諧波的組合分量。然而, 實(shí)際頻率變換電路要求產(chǎn)生的頻率分量或組合分量只是其中極少數(shù)。所以, 需要采取一些措施來減少或抑制輸出頻率中的無用組合分量。 其中, 以差分電路為代表的平衡電路可抵消很大一部分無用頻率分量, 工作在線性時(shí)變狀態(tài)(開關(guān)狀態(tài)是其中一個(gè)特例)的晶體管也可使輸出無用頻率分量大大減少。 (4) 模擬乘法器是頻率變換電路中廣泛應(yīng)用的一種集成電路, 它除了能夠產(chǎn)生和頻與差頻信號(hào)之外, 還具有其它一些功能。,