振幅调制解调与混频电路资料PPT课件.ppt
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1、第第 4 章振幅调制、解调章振幅调制、解调与混频电路与混频电路4.4 混频电路(混频电路(Mixer/ConverterMixer/Converter)4.4.1混频电路的组成模型混频电路的组成模型4.4.2混频器主要性能指标混频器主要性能指标4.4.3混频电路混频电路4.4.4混频失真混频失真1.4.4.1混频电路的组成模型(混频电路的组成模型(P227 4.1.2P227 4.1.2)一、混频的基本概念一、混频的基本概念1接收机的分类接收机的分类(1)直(接)直(接)放(大)式放(大)式技术难点技术难点:由于从天线收到的不同电台信号其载波频率不同,:由于从天线收到的不同电台信号其载波频率不
2、同,而高频放大器的中心频率应调谐在载波频率上,所以高频放而高频放大器的中心频率应调谐在载波频率上,所以高频放大器应是中心频率可调的谐振放大器,其性能(增益、选择大器应是中心频率可调的谐振放大器,其性能(增益、选择性等)不可能做得很好。性等)不可能做得很好。2.(2)超外差式()超外差式(P5)高放高放:是中心频率可调的谐振:是中心频率可调的谐振放大器(有时省去)。放大器(有时省去)。本振本振:振荡频率也是可调的,且与载频的差值是固定的。:振荡频率也是可调的,且与载频的差值是固定的。中放中放:是频率固定的的谐振放大器,其性能:是频率固定的的谐振放大器,其性能(增益、选择增益、选择性等性等)可以做
3、得很好。可以做得很好。整台接收机的性能主要由中频放大器决定。整台接收机的性能主要由中频放大器决定。3.混频混频:将载频为:将载频为fc的高频已调波的高频已调波vs(t)不失真不失真地变换为载频为地变换为载频为fI的中频已调波的中频已调波vI(t)。不失真不失真:包络不变(:包络不变(AM)或频率偏移规律不变()或频率偏移规律不变(FM)例例:调幅广播(:调幅广播(AM)中波段)中波段 fc 为为5351605kHz,本机振,本机振荡器的振荡频率荡器的振荡频率fL为为10002070kHz,中频(,中频(fI=fL-fc)固定为固定为465 kHz。(1 1)调幅广播()调幅广播(AMAM):)
4、:(2 2)调频广播()调频广播(FMFM););(3 3)电视图象中频:)电视图象中频:(4 4)电视伴音第二中频:)电视伴音第二中频:2几种常用中频几种常用中频4.1作用作用 频频谱谱搬搬移移:将将载载频频为为 fc 的的已已调调信信号号 vS(t)不不失失真真地地变变换换为为载频为载频为 fI 的已调信号的已调信号 vI(t)。fL、fI、fc 之间的关系为之间的关系为2组成模型组成模型 为为典典型型的的频频谱谱搬搬移移电电路路,可用乘法器和滤波器实现。可用乘法器和滤波器实现。3原理原理(1)混频混频二、混频实现模型二、混频实现模型5.设设 若若 fL fc 时时,经经乘乘法法器器,将将
5、 vS(t)的的频频谱谱不不失失真地搬移到真地搬移到 L 的两边:的两边:一一边边搬搬到到 L+c 上上,构构成成载载波波角角频频率率为为 L+c 的调幅信号;的调幅信号;另一边搬到另一边搬到 L-c 上,载波角频率为上,载波角频率为 L-c。若若令令 I=L-c,则则前前者者为为无无用用的的寄寄生生分分量量,而而后后者者为为有用中频分量有用中频分量。(2)滤波滤波 用调谐在用调谐在 I=L-c 上的带通滤波器取出有用的分量。上的带通滤波器取出有用的分量。6.四、频谱搬移电路小结(四、频谱搬移电路小结(P229表)表)振幅调制、振幅解调(检波)、混频都属于频谱搬移振幅调制、振幅解调(检波)、混
6、频都属于频谱搬移过程,都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实现。过程,都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实现。输入信号输入信号参考信号参考信号输出信号输出信号滤波器滤波器7.一混频增益一混频增益 定定义义:混混频频器器的的输输出出中中频频信信号号电电压压 Vi(或或功功率率PI)对对输输入入信信号号电电压压 Vs(或或功功率率 PS)的的比比值值,用用分分贝贝表表示示(与与混混频频损损耗耗 Lc 类似类似)或或二二噪声系数噪声系数4.4.2混频器主要性能指标(混频器主要性能指标(P253P253)8.定定义义:输输入入信信号号噪噪声声功功率率比比 (PS/Pn)I 对对输输出出中中频
7、频信信号号噪声功率比噪声功率比 (PI/Pn)o 的比值,即的比值,即 接接收收机机的的噪噪声声系系数数主主要要取取决决于于它它的的前前端端电电路路,若若无无高高频频放大器,主要由混频电路决定放大器,主要由混频电路决定。三三1 dB 1 dB 压缩电平压缩电平(P PI1dB I1dB)当当 PS较小时,较小时,PI 随随 PS 线性增大,混频增益为线性增大,混频增益为定值定值;当当 PS较大时,较大时,PI 随随 PS 增大趋于缓慢。增大趋于缓慢。9.定定义义:比比线线性性增增长长低低 1 dB 时时所所对对应应的的输输出出中中频频功功率率电电平平,称称 1dB 压缩电平压缩电平,用,用 P
8、I1dB 表示。表示。意意义义:PI1dB 所所对对应应的的 PS 是是混混频器动态范围的上限电平。频器动态范围的上限电平。四四混频失真混频失真来源:来源:(1)接收机输入端存在的干扰信号;接收机输入端存在的干扰信号;(2)混混频频器器件件非非线线性性,使使输输出出电电流流包包含含众众多多无无用用组组合合频频率率分分量量,若若某某些些靠靠近近中中频频,则则中中频频滤滤波波器器无无法法将将它它们们滤滤除,叠加在有用中频信号上,引起失真称除,叠加在有用中频信号上,引起失真称混频失真混频失真。10.五五隔离度隔离度混混频频器器各各端端口口之之间间在在理理论论上上应应相相互互隔隔离离,确确保保任任一一
9、端端口上的功率不会窜到其他端口上。口上的功率不会窜到其他端口上。实际上,总有极少量功率在各端口之间窜通。实际上,总有极少量功率在各端口之间窜通。定定义义:本本端端口口功功率率与与其其窜窜通通到到另另一一端端口口的的功功率率之之比比(用用分贝表示分贝表示)。意义:意义:用来评价窜通大小的性能指标。用来评价窜通大小的性能指标。危危害害:在在接接收收机机中中,本本振振端端口口功功率率向向输输入入端端口口的的窜窜通通危危害害最最大大。为为保保证证混混频频性性能能,加加在在本本振振端端口口的的本本振振功功率率都都比比较较大大,当当它它窜窜通通到到输输入入信信号号端端口口时时,就就会会通通过过输输入入信信
10、号号回回路路加加到到天天线线上上,产产生生本本振振功功率率的的反反向向辐辐射射,严严重重干干扰扰邻邻近接收机。近接收机。11.一、二极管环形混频器(双平衡混频器)一、二极管环形混频器(双平衡混频器)1电路电路(与(与P239P239图图4-2-84-2-8相比:相比:ABAB端接反,输出电压反相)端接反,输出电压反相)4.4.3混频电路混频电路(本振信号(本振信号vL应是大信号,高频已调波应是大信号,高频已调波vs 应应是小信号)是小信号)D1-D4:工作在受工作在受vL控制的开关状态。控制的开关状态。12.Tr2初级线圈初级线圈a,b,c三点短路三点短路vo(t)=vs(t)当当vL(t)0
11、时:时:D2、D3(on),D1、D4(off)2隔离度:隔离度:较低,主要靠各二极管的匹配特性和变压器中较低,主要靠各二极管的匹配特性和变压器中心抽头的对称性来实现隔离。心抽头的对称性来实现隔离。13.二、由乘法器和滤波器构成的混频器二、由乘法器和滤波器构成的混频器乘法器:乘法器:线性模拟乘法器线性模拟乘法器MC1595 开关型乘法器开关型乘法器MC1596、MC1496(vL应是大信号)应是大信号)例:例:P246 图图4-2-14 vc(t)vL(t)v(t)vs(t)BPF:fo=fIvL(t)vs(t)14.三、三极管混频电路三、三极管混频电路(三极管始终导通,三极管始终导通,vL是
12、大信号,是大信号,vs是小信号是小信号线性时变状态)线性时变状态)1四种混频电路形式四种混频电路形式共同点共同点:利用:利用发射结的非线性发射结的非线性进行混频。进行混频。不同点不同点:(1)共)共E:工作频率低;:工作频率低;共共B:工作频率高。:工作频率高。15.不同点不同点:(2)vs、vL加在同一极的,信号会牵引本振;加在同一极的,信号会牵引本振;vs、vL加在不同极的,牵引小,本振波形好。加在不同极的,牵引小,本振波形好。(3)vL加在加在E极,输入电阻小,本振电路负载重,不易极,输入电阻小,本振电路负载重,不易起振;起振;vL加在加在B极,输入电阻大,本振电路负载轻,容易极,输入电
13、阻大,本振电路负载轻,容易起振。起振。16.2工作原理工作原理L1C1:输入信号回路,调谐在输入信号回路,调谐在 fcL2C2:输出中频回路,调谐在:输出中频回路,调谐在 fI本本振振电电压压 vL=VLmcos Lt 接接在在基基极极回回路路中中,VBB0 为为基基极极静态偏置电压静态偏置电压。vBE(t)=VBB0+vL(t)+vS(t)将将 VBB0+vL(t)作作为为T的的等等效效基基极极偏偏置置电电压压,用用 vBB(t)表表示示,称称 为为 时时 变变 基基 极极 偏偏 置置 电电 压压,当当 输输 入入 信信 号号 电电 压压 vS(t)=Vsmcos ct很很小小,满满足足线线
14、性性时时变变条条件件时时,三三极极管管集集电电极极电电流为:流为:iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS17.iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS在时变偏压作用下,在时变偏压作用下,gm(vL)的傅氏级数展开式为:的傅氏级数展开式为:gm(vL)=gm(t)=g0+gm1cos Lt+gm2cos2 Lt+其中,基波分量其中,基波分量 gmlcos Lt 与输入信号电压与输入信号电压 vS 相乘相乘gmlcos Lt Vsmcos ct=gmlVsmcos(L-c)t+cos(L+c)t令令 I=L-c,得中频电流分量为,得中频电流分量为iI =IImcos It =
15、其中其中称称为为混混频频跨跨导导,定定义义为为输输出出中中频频电电流流幅幅值值 IIm 对对输输入入信信号号电电压压幅幅值值 Vsm 之之比比,其其值值等等于于 gm(t)中中基基波波分分量量幅幅度度 gm1 的的一一半。半。18.若若设设中中频频回回路路的的谐谐振振电电阻阻为为 Re,则则所所需需的的中中频频输输出出电电压压 vI=-iIRe,相应的,相应的混频增益混频增益为为AC=-gmc Re(1)电路组成)电路组成3实例(实例(P260P260中波广播收音机的三极管混频器电路)中波广播收音机的三极管混频器电路)19.本本振振为为电电感感三三点点式式电电路路。本本振振电电压压输输出出由由
16、耦耦合合线线圈圈 Le 加加到到 T1 管管的的发发射射极上。极上。天天线线上上感感生生的的信信号号电电压压通通过过耦耦合合线线圈圈 La 加加到到输输入入信信号号回回路路,再再通通过过耦耦合合线线圈圈 Lb 加加到到 T1 管管的基极上。的基极上。20.C为三个电容和线为三个电容和线圈的最上部分所等圈的最上部分所等效的电容效的电容 直流通路:直流通路:本振等效电路:本振等效电路:混频等效电路:混频等效电路:(2)各组成模块等效电路)各组成模块等效电路(B极输入,极输入,E极注极注入,共入,共E)21.(3)同步调谐)同步调谐靠输入靠输入LC回路和本振回路和本振LC回路的双联可调电容进行同步回
17、路的双联可调电容进行同步调谐,调谐,输入回路的值低,本振回路的值高,主要靠输入回路的值低,本振回路的值高,主要靠本振选台。本振选台。对对输输入入信信号号频频率率,本本振振LCLC回回路路严严重重失失谐谐,Le 回回路路看看作作对对输输入入信信号号短短路路;对对本本振振信信号号频频率率,输输入入LC回回路路严严重重失失谐谐,而而且且Lb 的的值值较较小小,Lb 看看作作对对本本振振信信号号短短路路,避避免免输输入入信信号号和本振信号互相干扰。和本振信号互相干扰。对对本本振振信信号号频频率率,输输入入LC回回路路严严重重失失谐谐,而而且且La 的的值值较小,较小,La 看作看作对本振信号短路,对本
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