变频与混频电路本科
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回忆：混频器在通信系统中的地位
超外差式接收机框图
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教学重点
•为什么要进行变频；
•变频器的基本原理及数学分析；
•变频干扰。
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教学难点
• 变频器的基本原理及数学分析 • 变频干扰
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10.1 引言
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10.1 基本概念
⊙ 变频电路：
将输入的已调信号变换为另一频率的已调（固定中频）信号 完成频谱在频率轴上的线性搬移。实现信号频谱线性 变换的一种电路在频域上起着减（加）法器的作用。
⊙ 分类：
①变频器（自激式变频器） 电路中自身产生控制信号（由一个非线性器件产生振荡和 混频作用） ②混频器（他激式变频器） 需由外部的振荡器提供本振输入控制信号。
信号从一个高频段搬移到另一个高频段。
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强调：混频器的特点
3.混频电路通常位于接收机前端, 不但输入已调波信号很小,
而且若外来高频干扰信号能够通过混频电路之前的选频网络 ,
则也可能进入混频电路。 4.混频电路中的非线性器件对于实现频谱搬移这一功能是必不 可少的。 但是另一方面, 其非线性特性不但会产生许多无用的 组合频率分量, 给接收机带来干扰, 而且会使中频分量的振幅 受到干扰, 这两类干扰统称为混频干扰。它们都会使有用信号 产生失真。 由于以上两个特点, 混频电路的干扰来源比其它非 线性电路要多一些。 分析这些干扰产生的具体原因, 提出减小 或避免干扰的措施, 是混频电路讨论中的一个关键问题。
和本地振荡信号 uL(t)=ULMcos ωLt。
忽略二次项以上的变频管电流采用幂级数表示：
i a0 a1 us (t ) uL (t ) a2 us (t ) uL (t )
可得到：
2
a2 2 2 i a0 U Sm U Lm 2 a1 U Sm cos s t U LM cos L t 下变频器 a2 2 2 U Sm cos 2 s t U Lm cos 2 L t 2 a2U SmU LM cos s L t cos s L t
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三种频谱线性搬移功能比较 首页 上页
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10.2 非线性器件变频的机理（补充内容）
在非线性元件上加上的输入已调信号
uS(t)=Usmcosωst 和本地振荡信号 uL(t)=ULMcos
ωLt。变频管电流采Fra bibliotek幂级数表示：i a0 a1 us (t ) uL (t ) a2 us (t ) uL (t ) a3 us (t ) uL (t )
应用： 超外差接收机的关键部件 接力通信、卫星通信系统 频率合成器、频谱分析仪
● ● ●
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变频电路框图
本质：利用非线性器件产生所需要的新的频率分量。
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问题：为什么一定要进行混频？
由于设计和制作工作频率较原载频低的固定中频放大器 比较容易,且增益高, 选择性好,所以采用混频方式可大大 提高接收机的性能并使接收机的设备大大简化。
上变频器
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10.1.3 变频器的主要技术指标 首页
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• 变频增益——电压增益KVC、功率增益KPC（通常用分贝） PI 中频输出电压 U I 中频输出信号功率 KVC , K PC 高频输入电压 U S 高频输入信号功率 PS • 选择性——只输出所需的中频信号。 • 工作稳定性——控制信号（本振信号）的频率稳定度。 • 非线性失真——变频电路的输出信号频率和输入信号频率 不同，变频过程中可能产生失真。 • 噪声系数 • 变频器位于接收机的前端，它所产生的噪声对接收机 整机影响最大，因此要求它的噪声性能要好。
2 3
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可得到： 1 2 i a0 a 2 U sm U 2 Lm 2 3 3 3 2 a1U sm a 3U sm a 3U smU Lm cos s t 4 2 1 1 2 3 a 2U sm cos 2 s t a 3U sm cos 3 s t 2 4 3 3 3 2 a1U Lm a 3U Lm a 3U smU Lm cos L t 4 2 1 1 2 3 a 2U Lm cos 2 L t a 3U Lm cos 3 L t 2 4 a 2U smU Lm cos s L t cos s L t
［ 1+mauΩ(t)］ cos 2πfIt 。可见 , 调幅信号频谱从中心频率为 fc
处平移到中心频率为fI处, 频谱宽度不变, 包络形状不变，故 混频也属于频谱线性变换技术。 2.混频电路的输入输出均为高频已调波信号。 由前几节的讨 论可知, 调幅电路是将低频调制信号搬移到高频段, 检波电路 是将高频已调波信号搬移到低频段 , 而混频电路则是将已调波
⊙ 组成：非线性元件、本地振荡器、中频滤波器
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⊙ 常用的中频数值
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• 调幅收音机：465（455）kHz
• 调频收音机：10.7MHz • 微波接收机、卫星接收机：70MHz或140MHz 21.4MHz、30MHz
⊙
• 其他： 500kHz、1MHz、1.5MHz、4.3MHz、5MHz、
3 2 cos s 2 L t cos s 2 L t a 3U smU Lm 4 3 2 a 3U sm U Lm cos2 s L t cos2 s L t 4
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在非线性元件上加上的输入已调信号 uS(t)=Usmcosωst
⊙混频器的类型
三极管混频器 场效应管混频器 二极管平衡混频器
二极管环形混频器
集成模拟混频器
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二、基本原理
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⑤
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强调：混频器的特点
1.输出是中频为 fI的已调波信号uI(t)。通常取fI=fL-fc。以输入 是普通调幅信号为例 , 若us(t)=Ucm［1+mauΩ(t)］ cos2πfct, 本振 信号为 uL(t)=ULmcos 2πfLt, 则输出中频调幅信号为 uI(t)=UIm
混频器原理及电路PPT课件
当接收该电台广播时，接收机的本振频率 fL fI fc 1396Kz
由于变频比
fc
fI
931 465
2
可推算出：当 p 1 ，q 2
可gc 构 利U成ICCI用晶第体输 输4管入 出章混高 中所频频 频述器电 电的。压 流时振 振变幅 幅跨导12电g1 路， 由中u如I于频果时输12Ug变出L1R偏电LU置U压cc(电u则t)I为压c集os电：UB极I(tt)电UE流IB(为t )ucLo(ts)It
+ u-c + uL -
VT
fI+F fI fI+F
f
高频调制波 uc ( fc ) 本地振荡信号 uL( fL )
fc
fL f
一个中频输出信号：uI ( fI )
两个输入信号与输出信号之间的关系：输入信号us 与输出信号uI
的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心
频率：其中 fI fL fc
fI
f
L
fL
cos
t
cos I t
ICI cos t cos I t
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双极型晶体三极管混频器基本电路的交流通道 : 共射极混频电路 ：本振信号由基极串联方式注入 本振信号由射极注入
共基极混频电路：
VT +-uc +-uL
(a) VT
+-uc +-uL
(c)
CL C
L
VT
+-uc u+-L (b) VT
3.3变频、混频
载频为f 载频为 c的 普通调幅波 或
2010-12-31
频率为f 频率为 L的 本振信号
fI = fc + fL fI = fc − fL 或 fI = fL − fc
载频为中频f 载频为中频 I的 调幅波
的称为上混频， 的称为下混频。 fI > fc 的称为上混频， fI < fc 的称为下混频。
16
变频、 变频、混频
i = 2gDu2 S2 (ω1t ) 4 4 = 2gDU2m cos(ω2t ) cos(ω1t ) − cos(3ω1t ) + ⋅ ⋅ ⋅ 3π π 4 = gDU2m{cos[(ω1 + ω2 )t ] + cos[(ω1 −ω2 )t ]}
π
4 gDU2m{cos[(3ω1 + ω2 )t ] + cos[(3ω1 −ω2 )t ]} + ⋅ ⋅ ⋅ − 3π
L3电感量很小，对中频近于短路， 电感量很小，对中频近于短路， 因此， 因此，变频器的负载仍然可以看 作是由中频回路所组成。 作是由中频回路所组成。
双连电容 调谐
对于输入信号频率来说，本地振荡回路的阻抗很小，而 对于输入信号频率来说，本地振荡回路的阻抗很小， 且发射极是部分地接在线圈L 且发射极是部分地接在线圈 4上，所以发射极对输入高 频信号来说相当于接地。 频信号来说相当于接地。 2010-12-31
2010-12-31
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变频、 变频、混频
1、输入信号与本振信号产生的组合频率干扰 、
f p.q = ± pf L ± qfc
P、q 为任意正整数 、
当 P = q =1时，可得中频 fI = fL- fc 时 除此以外的组合频率分量均为无用分量， 除此以外的组合频率分量均为无用分量，当其中的某 些频率分量接近于中频，并落入中频通频带范围内时， 些频率分量接近于中频，并落入中频通频带范围内时，就 能与有用中频信号一道须利地通过中放加到检波器， 能与有用中频信号一道须利地通过中放加到检波器，并与 有用中频信号在检波器中产生差拍，形成低频干扰， 有用中频信号在检波器中产生差拍，形成低频干扰，使得 收听者在听到有用信号的同时还听到差拍哨声。 收听者在听到有用信号的同时还听到差拍哨声。这种组合 频率干扰也称为哨声干扰 哨声干扰。 频率干扰也称为哨声干扰。 当转动接收机调谐旋钮时，哨声音调也跟随变化， 当转动接收机调谐旋钮时，哨声音调也跟随变化， 这是哨声干扰区分其他干扰的标志。 这是哨声干扰区分其他干扰的标志。
高频第7章混频电路ppt课件
双极型晶体三极管混频器根本电路的交流通道 :
共射极混频电路 ：本振信号由基极串联方式注入； 本振信号由射极注入.
VT
+- uc +- uL
(a)
CL
共基极混频电路：
VT
+-uc uL+(b)
C L
VT +- uc +- uL
3. 振幅调制、检波与混频器的相互关系
(1) 调幅(DSB为例)
uΩ
乘法器
uDSB 带通滤波器
uc
〔2〕检波
uDSB
乘法器 uc
〔3〕混频 uDSB
= uc
乘法器
2Ωma x
ωo
低通滤波器
uΩ
Ωmax
带通滤波器
uI
uL ωc
2 Ωmax
ωI=ωL-
ωL
ωC
ωI=ωL-ωc
混频器主要性能目的
1.混频增益
vR F
非线性 器件
带通滤 波器
vIF
vL
本机O振 荡器
混频器的普通构造框图
2 混频器任务原理 混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口网络。
uc (t)
uc
t
混频器 uI uL
uc的频谱
uL (t)
t
Fc-F fc fc+F
f uL的频谱
uI (t) t
uI的频谱
fI-F fI fI+F
f
有两个输入信号：
第六章小结
• 调角信号的根本概念，包括定义、表达式、频谱 构造、有效带宽及功率等参数。
第9章-变频电路
cos 3L
s
t
1 3
g dU Im
cos 3L
I
t
1 3
g dU Im
cos 3L
I
t
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③当输出回路调谐于 I L 时s ，则输出中频电流为
iI
1
gdUsm cosIt
1 2
g dUIm
cos I t
是由 us和uL 正向混频产生的中频电流和中频输出电压反作用产生的中频电流之差。 ④．当输入回路调谐于s 时，流过输入回路初级的电流是
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②输入 后产生的混频电流 在输入us 信号 us (t) Usm cosst 作用下，集电极电流为
ic f Vbb uL (t) f Vbb uL (t)us (t)
(Ic0 Ic1m cosLt Ic2m cos 2Lt ) (g0 g1 cosLt g2 cos 2Lt )Usm cosst
在每一个工作点，对us 来说都是
工作于线性状态，只不过不同的工 作点其线性参量不同。这种随时间 变化的参量称为时变参量。
一个大信号和一个小信号 同时作用于非线性元件
高频电子线路 3、晶体三极管混频器的时变参量分析
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①混频器的时变参量表示式 晶体三极管的 ube Vbb ULm cosLt Usm cosst ，正向传输特性为 ic f (ube、uce )
高频电子线路 二、晶体三极管混频器的等效电路
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us
◆由于本振电压为大信号，对于输入信号 为小信号来说可以等效为时变参量的线性 电路。可用上图所示电路等效。
◆输入回路调谐于s ，输出回路调谐于I ，等效电路各参量可根据定义和混合 等
混频电路原理与分析
混频电路原理与分析混频电路是一种由多个电子器件构成的电路，用于将两个或多个频率不同的信号进行混合并得到一个包含原始信号频率差的输出信号。
混频电路在无线通信、雷达、无线电广播等领域都有广泛应用。
混频电路的原理可以通过以下步骤进行分析：1.混频器混频器是混频电路的核心组件，其根据原理大致分为三种：非线性混频器、自激混频器和平衡混频器。
其中，非线性混频器是最为常见的一种类型。
2.信号输入3.混频器作用混频器的主要作用是将多个输入信号进行频率变换。
在非线性混频器中，其基本原理是利用信号的非线性特性产生新的频率成分。
通过控制输入信号的幅度、相位差等参数，可以得到不同频率的混频结果。
混频器通常由二极管、三极管等器件组成。
4.中频处理混频电路中的一些信号处理电路主要用于进行中频处理。
中频处理的目的是将混频器混合后的信号调整到基带或特定频率范围内，以便后续的信号处理。
中频处理器通常由滤波器、放大器等器件组成。
5.输出经过混频和中频处理后，混频电路的输出信号包含了原始信号频率差。
输出信号可以被进一步处理和分析，从而获取所需的信息。
混频电路的分析可以从以下几个方面展开：1.混频器参数混频器的性能参数对混频电路的性能有重要影响。
常见的参数包括混频器的增益、损耗、带宽、线性度、射频和中频阻抗匹配等。
通过分析这些参数，可以评估混频电路的性能。
2.信号质量混频电路的输出信号质量是衡量其性能的重要指标。
信号质量可以通过信噪比、谐波失真、互调失真等参数来评估。
3.抑制频率混频电路中的抑制频率是指混频器能够抑制掉输入信号中不需要的频率成分。
通过分析混频电路的抑制频率特性，可以得到抑制效果，进而提高信号质量。
4.杂散分量混频器一般会引入一些非线性失真，会产生一些额外的频率成分，即杂散分量。
通过分析混频器的非线性特性，可以预测和减小这些杂散分量对系统性能的影响。
5.系统灵敏度混频电路的系统灵敏度是指其对输入信号强度的敏感性。
通过分析系统灵敏度，可以确定系统的工作范围和输入信号要求。
混频器电路工作原理
混频器电路工作原理
混频器电路是一种基础电路，可将频率不同的两个或多个信号进行混合。
其工作原理可以通过以下步骤进行描述：
1. 输入信号传输：混频器电路通常有两个输入端，分别连接频率不同的信号源。
这些信号可以是来自不同频段的信号，如射频（RF）信号和本地振荡器（LO）信号。
2. 加法混合：混频器电路中包含一个非线性元件，如二极管。
当两个输入信号同时输入到混频器电路中时，它们通过非线性元件进行混合。
这是通过非线性元件的非线性特性实现的，在这个过程中，输入信号之间互相作用，以产生新的频率成分。
3. 输出频率选择：混频器电路会产生包含输入信号频率的和、差以及其他混频项的输出信号。
然而，通常只有某些特定的混频项是有用的。
因此，输出信号需要通过滤波器进行频率选择，以滤除不需要的混频项。
4. 输出信号放大：为了增强信号的强度，输出信号通常需要经过放大器进行放大，以便于后续处理或传输。
总之，混频器电路通过非线性元件将输入信号混合，然后经过频率选择和放大处理，最终产生混合后的输出信号。
这种电路在无线通信、频谱分析、调频广播等领域具有广泛的应用。
实验五 混频电路
实验五混频电路
（一）实验目的
1.掌握变频原理、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理
2.掌握利用乘法器实现混频、混频器信号的测量方法
（二）实验内容
1.观察混频器输出的波形
2.分析实验结果
混频（或变频）的功能是将已调信号的频谱沿频谱轴做线性搬移，混频电路由乘法器和中频带通滤波器组成。
频频电路的形式有很多种，如图1-1所示为三极管混频电路。
它包括晶体三极管、输入信号源、本振信号源、输出回路和馈电回路。
图1-1 三极管混频电路
电路的输入回路工作在输入信号的载频上，而输出回路则工作在中频上。
输入信号很小，故三极管近似为线性工作；本振信号与基极偏压共同构成时变工作点。
图1-1中，输入信号V1和本振信号V2分别加在晶体管的基极和发射极上，输出中频信号由R5、C3、L2构成的谐振回路取出。
运行仿真电路，双击示波器图标，可以得到输入AM信号（A通道）和中频信号（B通道）的仿真波形如图1-2所示。
图1-2上面的波形是混频电路的输入波形，下面的波形是混频电路的输出波形。
课件，混频电路输入波形（上部）和输出波形（下部）的载波频率是不同的。
图1-1 输入调幅波和混频电路输出波形图1-2为乘法器混频电路。
图1-2 乘法器混频电路图1-3为混频输入的调幅波及其混频器的输出波形。
图1-3 混频器输入的调幅波以及混频器的输出波形
（三）实验报告
1.写明实验目的
2.实验原理
3.实验过程
4.实验结果及分析。
混频电路原理
混频电路原理
混频电路是一种电子电路，用于将两个或多个不同频率的信号进行混合，生成新的频率组合。
混频电路通常有两个输入端和一个输出端。
混频电路的原理是利用非线性元件的特性。
非线性元件在电路中工作时，会产生交叉项，这些交叉项就是混频电路中所需的。
在混频电路中，通常使用非线性元件如二极管或晶体三极管作为混频器。
其中，二极管主要用于低频混频，晶体三极管则用于高频混频。
混频电路的基本原理是将两个输入信号通过非线性元件进行混合，产生新的频率组合。
混合后的信号中包含了原始信号的和差频率，可以通过滤波器将所需的频率分离出来。
混频电路主要有两种工作方式，即单边带调制（SSB）和双边
带调制（DSB）。
单边带调制的混频电路可以将信号的一边带滤波掉，只保留所需的频率。
双边带调制的混频电路则输出两个频率的信号。
混频电路在通信领域有很多应用，如无线电广播、电视和通信系统中的频率转换等。
它能够将不同频率的信号进行处理和转换，实现信号的接收和发送。
总之，混频电路利用非线性元件的特性，将两个或多个不同频
率的信号混合，生成新的频率组合。
它在通信领域中起着重要的作用，能够完成信号的处理和转换。
混频电路(课堂PPT)
13
3．当输出回路调谐于 ωI=ωL-ωs时，则输出中频电流为
iI1gdU sm co sIt1 2gdU Im co sIt
是 us和uL正向混频产生的中频电流和中频输出电压反作用产生的中频电流之差。
4．当输入回路调谐于ωs时，流过输入回路的电流是：
i s 1 2 g d U s m c o s s t 1 g d U I m c o s L I t 1 2 g d U s m c o s s t 1 g d U I m c o s s t 14
高 中
频 /噪信 声号 功 频 /噪信 声号 功
率 率
比 比
Pn0
因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系
数影响大。 所以希望混频级的 F n 越小越好。
(3) 失真与干扰 变频器的失真主要有 :
(4) 选择性
频率失真 非线性失真
在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干扰 信号，为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选 择性，矩形系数趋近于1。
晶体三极管在 Vbb，uL和us的作用 下工作于非线性状态。
由于 us很小，可以认为晶体管的 工作点在Vbb+uL的作用下发生变化。 在每一个工作点，对us来说都是工作 于线性状态，只不过不同的工作点其 线性参量不同。这种随时间变化的参 量称为时变参量。
19
2. 线性时变电路及分析法
线性时变电路：指电路元件的参数不是恒定不变的，而是按一定规律随时
对于小信号us，其高阶导数很小，可近似为：
i c fV b b u L ( t ) f V b b u L ( t ) u s ( t )
结论：
环形混频器与平衡
5.3 变频电路
（5-3-3）
如图5.3.2，本振信号为单一频率信号，其频率为fL; 输入信号为己调波，其频率为fc+F和fc-F； 输出信号频谱率为fl+F和fl-F。
图5.3.2 混频器的组成框图 混频器的主要性能指标： 1. 变频增益 变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UIm 与高频输入信号电压振幅Usm之比，即
图5.3.5 混频器的组态
图5.3.5中： (a)基极输入信号电压，基极注入本振电压：对信号和本 振电压而言是共射组态，它具有输入阻抗高，变频增益 大的优点，容易起振。但易产生频率牵引； (b)基极输入信号电压，发射极注入本振电压：对本振电 压而言是共基组态，对信号电压是共射组态，它具有输 入阻抗低，变频增益大的优点，容易起振。不产生频率 牵引； (c)发射极输入信号电压，发射极极注入本振电压：对信 号和本振电压而言是共基极组态，输入阻抗低，变频增 益小。在频率较高时，可采用这种组态； (d)发射极输入信号电压，基极注入本振电压：对信号是 共基极组态，输入阻抗低，变频增益小。在频率较高时， 可采用这种组态。
变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信 号功率Ps之比，即
2. 噪声系数 混频器的噪声系数NF定义为
3.失真与干扰 变频器的失真有频率失真和非线性失真。此外， 还会产生各种非线性干扰，如组合频率干扰、交 叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。所 以，对混频器不仅要完成频率变换，又能抑制各 种干扰。 4.变频压缩(抑制) 在混频器中，输出与输入信号幅度应成线性关系。 实际上，由于非线性器件的限制，当输入信号增 加到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不 再成线性关系，如图5.3.3所示。
图5.3.3 混频器输入-输出电平的关系 5. 选择性 混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号， 而不应该有其它不需要的干扰信号。但在混频器 的输出中，由于各种原因，总会混杂很多与中频 频率接近的干扰信号。