复旦李旦高频电路6.混频器讲义.pptx

第 6 章混 频 器 2017-4-8 高频电路基础 2 频谱变换 调制：将消息信号调制到载波上 变频：将已调信号改变到另一个载频。根据改变前后的频率高低，分成上变频和下变频 2017-4-8 高频电路基础 3 变频的作用 改变载波的频率（上变频、下变频），达到某个需要的频率。 通过变频，可以实现对不同频率的输入信号以同一个频率进行放大，从而满足对于增益、带宽、矩形系数等一系列指标 在改变频率的过程中不改变频谱的形状——频谱的线性搬移 2017-4-8 高频电路基础 4 混频器在高频电路系统中应用的例子 广播收音机 一种检测电路 变频器 2017-4-8 高频电路基础 5 混频原理 利用元件（二极管、三极管、场效应管等）的非线性，对两个信号实现非线性运算 非线性电路具有频率变换作用，可以实现混频 非线性电路的特点：不满足叠加定理 2017-4-8 高频电路基础 6 非线性电路的幂级数分析方法 非线性电路的分析，一般需要知道非线性元件的特性的数学表达式。由于一般的特性表达式均可以幂级数表示，所以常常采用幂级数分析方法。下图以二极管为例，VB确定工作点的偏置电压，v1与v2都是输入信号，则流过二极管的电流为 若不考虑负载压降，则有 2017-4-8 高频电路基础 7 若将器件的非线性特性（不局限于e指数）在工作点附近作幂级数展开，则有 可见，在流过器件的电流中存在两个信号的各自的平方项、立方项等，也存在两个信号的交叉乘积项。 设法在负载上提取此项，可以完成信号的n次方或相乘等非线性运算结果。 2017-4-8 高频电路基础 8 非线性电路的频率变换作用 当v1和v2都是简谐信号时，输出信号的 (v1＋v2)n 项为 所以，在 (v1＋v2)n 项中将出现输入信号中所没有的频率成分wn = | pw1±qw2 |，其中 p + q = n ，称为组合频率输出信号 当只有一个输入信号时，(v1＋v2)n 项退化为vsn，此时的输出信号中含有频率为wn = nws的成分，即输入信号的 n 次倍频信号 2017-4-8 高频电路基础 9 例1 双极型晶体管混频电路 已知右图电路中，晶体管的转移特性为ic = Is exp (vBE/VT)，两个输入分别为 输出回路谐振在wS+wL上，回路谐振阻抗为RL 。 试分析其输出。 2017-4-8 高频电路基础 10 假定由偏置电阻确定的偏置电压为VBB，则将 iC 在工作点附近展开（3次项及以上忽略）后，有 可以看到，其中0次项就是静态工作点，1次项就是线性项gmvbe(t)，而2次项（及更高次项）是非线性项。 2017-4-8 高频电路基础 11 由于vbe(t)=VScoswSt +VLcoswLt，代入iC(t)表达式，有 2017-4-8 高频电路基础 12 由于输出回路谐振在wS+wL上，所以上述表达式中频率为wS+wL 的成分可输出，即 输出电压为 可见这是一个上变频电路。如果其中vs是输入信号，vC是输出的中频信号，则其变频跨导和变频电压增益分别为 2017-4-8 高频电路基础 13 例2 结型场效应管混频电路 右图为场效应管混频的原理电路，两个输入分别为 输出回路谐振在中频wL -wS上 。 试分析其输出。 2017-4-8 高频电路基础 14 由于 所以 2017-4-8 高频电路基础 15 上式中只有 vL 和 vS 的交叉乘积项能够产生中频成分，展开该项： 显然，最后一项能产生中频电流成分： 2017-4-8 高频电路基础 16 根据混频跨导的表达式可知，混频跨导正比于VL ，所以增加VL在一定范围内可以使混频跨导增加。 然而VL又不能过大。若VL过大，使得场效应管进入截止或饱和（结型场效应管则由于pn结进入正向偏置而产生栅流），则此时的混频跨导不会增加，而非线性失真将迅速增加。 通常选择合适的静态工作点和本振幅度，使得场效应管的动态工作点正好介于截止与饱和之间，此时可以得到最大的变频跨导，但又不会产生过大的失真。 所以混频跨导为 2017-4-8 高频电路基础 17 当静态工作点选择在放大区，且vL的幅度恰恰使得场效应管工作到截止与饱和的边缘（即VL ＝VGS(off) / 2）时，混频器具有最大的混频跨导。 结型场效应管的最大跨导位于VGS = 0处，其值为 将VL ＝VGS(off) / 2 以及 gm0=2IDSS/VGS(off) 代入前面混频跨导表达式，得到结型场效应管混频器的最大混频跨导为 2017-4-8 高频电路基础 18 场效应管混频器的特点 由于场效应管具有平方律电流特性，不会产生高于二阶的谐波，所以它的非线性失真一般比晶体管混频器小 由于场效应管的跨导比较小，所以混频增益一般小于双极