高频电路基础第6章 混频器.pptx

第 6 章混 频 器频谱变换调制：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高频电路基础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——频谱的线性搬移高频电路基础混频器在高频电路系统中应用的例子广播收音机变频器一种检测电路高频电路基础混频原理利用元件（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：不满足叠加定理高频电路基础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，则有高频电路基础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。高频电路基础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 次倍频信号高频电路基础例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。高频电路基础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。高频电路基础由于vbe(t)=VScoswSt +VLcoswLt，代入iC(t)表达式，有高频电路基础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高频电路基础例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。高频电路基础由于所以高频电路基础上式中只有 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：高频电路基础所以混频跨导为 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。高频电路基础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高频电路基础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型晶体管单管混频器选择合适的工作点和本振幅度，可以使得场效应管得到最大的变频跨导，但又不会产生过大的失真高频电路基础减少输出中无用分量的方法高频电路基础 混频器中只有n=2的交叉乘积项中含有的和频或差频分量是需要的，其他所有组合频率分量都是无用输出。为了阻止无用输出，实际的混频器在以下几方面采取措施：在输出端用滤波器取出需要的频率成分，抑制无用输出在电路结构上采取一定的抵消、补偿等手段消除无用输出改变非线性器件工作状态非线性电路的线性时变工作状态 两个信号作用在一个非线性器件上，一个大信号，另一个小信号 小信号的幅度相当小，在其变化的动态范围内，近似认为非线性器件可以作线性化近似，即