第6章混频器分解.pptx

第 6 章混 频 器 复旦大学电子工程系 陈光梦 2017-3-31 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 2017-3-31 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 2017-3-31 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 混频增益 电压增益 ，VI 、VS分别为中频电压与输入电压 功率增益 ，PI 、PS分别为中频功率与输入功率 噪声系数 线性动态范围 能够保持输出中频信号与输入信号成正比的输入信号范围，通常用变频压缩、三阶互调截点等参数表征 2017-3-31 高频电路基础 5 混频器的性能指标 2017-3-31 高频电路基础 6 非线性失真 混频本质上是依靠器件的非线性完成的。在混频过程中由于非线性造成的干扰是混频器非线性失真的主要来源，主要有：干扰哨声、交调失真、互调失真、倒易混频等 隔离度 混频器是一个三端口器件，要求三个口之间的信号互相隔离，隔离不好会引起串扰 本振稳定度 对于变频器来说，振荡器和混频器在一个器件中实现，要求本地振荡器具有一定的稳定度 2017-3-31 高频电路基础 7 混频器电路 从原理上区分，可以将混频电路分为两种 乘积型混频器 叠加型混频器 2017-3-31 高频电路基础 8 从电路上区分，可以将混频电路分为两种 有源混频器 以晶体管或场效应管作为混频器件 混频增益大于零（dB） 工作频率中到高 无源混频器 以二极管构成平衡电路或环形电路 混频增益小于零（dB） 工作频率高，动态范围大，线性好 2017-3-31 高频电路基础 9 非线性运算电路原理 利用元件（二极管、三极管、场效应管等）的非线性，可以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 非线性电路不满足叠加定理 2017-3-31 高频电路基础 10 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 2017-3-31 高频电路基础 11 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。 2017-3-31 高频电路基础 12 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 2017-3-31 高频电路基础 13 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。 2017-3-31 高频电路基础 14 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。 2017-3-31 高频电路基础 15 由于vbe(t)=VScoswSt +VLcoswLt，代入iC(t)表达式，有 2017-3-31 高频电路基础 16 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 2017-3-31 高频电路基础 17 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。 2017-3-31 高频电路基础 18 由于 所以 2017-3-31 高频电路基础 19 上式中只有 vL 和 vS 的交叉乘积项