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1、第4章 非線性電路、時變參量電路和變頻器,4.1 概述,4.2 非線性元器件的特性描述,4.7 二極管混頻器,4.9 混頻器中的干擾,4.3非線性電路分析法元器件,4.4 線性時變參量分析法,4.5 變頻器的工作原理,4.8 差分對模擬相乘器混頻電路,4.6 晶體管混頻器,4.1概述 本書第4章介紹的小信號放大電路為線性放大電路。線性放大電路的特點是其輸出信號與輸入信號具有某種特定的線性關系。從時域上講, 輸出信號波形與輸入信號波形相同, 只是在幅度上進行了放大； 從頻域上講, 輸出信號的頻率分量與輸入信號的頻率分量相同。 然而, 在通信系統(tǒng)和其它一些電子設備中, 需要一些能實現(xiàn)頻率變換的電路
2、。這些電路的特點是其輸出信號的頻譜中產(chǎn)生了一些輸入信號頻譜中沒有的頻率分量, 即發(fā)生了頻率分量的變換, 故稱為頻率變換電路。 ,頻率變換電路屬于非線性電路, 其頻率變換功能應由非線性元器件產(chǎn)生。 在高頻電子線路里, 常用的非線性元器件有非線性電阻性元器件和非線性電容性元器件。 前者在電壓電流平面上具有非線性的伏安特性。如不考慮晶體管的電抗效應, 它的輸入特性、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性均具有非線性的伏安特性, 所以晶體管可視為非線性電阻性器件。 后者在電荷電壓平面上具有非線性的庫伏特性。如第4章介紹的變?nèi)荻O管就是一種常用的非線性電容性器件。,雖然在線性放大電路里也使用了晶體管這一非線性器件, 但是必
3、須采取一些措施來盡量避免或消除它的非線性效應或頻率變換效應, 而主要利用它的電流放大作用。 例如, 使小信號放大電路工作在晶體管非線性特性中的線性范圍內(nèi), 在丙類諧振功放中利用選頻網(wǎng)絡取出輸入信號中才有的有用頻率分量而濾除其它無用的頻率分量, 等等。 ,4.2.1非線性元件的工作特性,4.2.3,如果加在二極管上的電壓ud=UQ+Usmcosst，且Usm較小，UQ UT。流過二極管的電流為,令， 。則,利用,id(t)可以寫為：,4.2 非線性電路分析法,1. 冪級數(shù)分析法,當PN結(jié)二極管的電壓、電流值較小時，流過二極管的電流id(t)可寫為:,利用三角函數(shù)公式：,可以將id(t)表達為：,
4、以上分析進一步表明：單一頻率的信號電壓作用于非線性元件時，在電流中不僅含有輸入信號的頻率分量s，而且還含有各次諧波頻率分量ns。,當兩個信號電壓 ud1=Udmlcoslt 和 ud2=Udm2cos 2t 同時作用在非線性元件時，根據(jù)以上的分析可得簡化后的id(t)表達式為：,利用三角函數(shù)的積化和差公式：,可以推出id(t)中所含有的頻率成份為：,其中，（p，q=1，2，3.）。,休息1,休息2,4.3.2 折線分析法,線性時變電路分析法,2 乘法器電路分析,4.4.3 模擬相乘器及基本單元電路,等各種技術領域,模擬乘法器可應用于：,4.3.1 模擬相乘器的基本概念,模擬乘法器具有兩個輸入端
5、（常稱X輸入和Y輸入）和一個輸出端（常稱Z輸出）， 是一個三端口網(wǎng)絡，電路符號如右圖所示：,ux,uy,uz,理想乘法器：,uz(t)=kux(t)uy(t),或Z=kXY,一、乘法器的工作象限,乘法器有四個工作區(qū)域，可由它的兩個輸入電壓的極性確定。,輸入電壓可能有四種極性組合：,如果：兩個輸入信號只能為單極性的信號的乘法器為“單象 限乘法器”；一個輸入信號適應兩種極性，而一個只能是一種單 極性的乘法器為“二象限乘法器”； 兩個輸入信號都能適應正、 負兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。,二、理想乘法器的基本性質(zhì),1、乘法器的靜態(tài)特性,（1）,（3）當X=Y或X=-Y，Z=KX2或Z=-KX2
6、，,輸出與輸入是平方律特性（非線性）。,2、乘法器的線性和非線性,理想乘法器屬于非線性器件還是線性 器件取決于兩個輸入電壓的性質(zhì)。,一般：,當X或Y為一恒定直流電壓時，Z=KCY=KY， 乘法器為一個線性交流放大器。,當X和Y均不定時，乘法器屬于非線性器件。,（2）當X=C（常數(shù)），Z=KCY=KY，,Z與Y成正比（線性關系）,基本電路結(jié)構(gòu),是一個恒流源差分放大電路，不同之處在于恒流源管VT3的基極輸入了信號uy(t)，即恒流源電流Io受uy(t)控制。,4.3.2模擬相乘器的基本單元電路,1、二象限變跨導模擬相乘器,ube1,ube2,ube3,由圖可知： ux = ube1 - ube2,
7、根據(jù)晶體三極管特性，VT1、VT2集電極電流為：,VT3的集電極電流可表示為：,可得：,同理可得：,式中， 為雙曲正切函數(shù)。,差分輸出電流io為:,可以看出，當ux 2UT 時，,ic1、ic2與 近似成線性關系。,可近似為:,差分放大電路的跨導gm為:,uo,恒流源電流Io為: （uy0）,輸出電壓uo為 :,由于uy控制了差分電路的跨導gm，使輸出uo中含有uxuy相乘項，故稱為變跨導乘法器。,變跨導乘法器輸出電壓uo中存在非相乘項，而且要求uyube3，所以只能實現(xiàn)二象限相乘。,4.4.3 開關函數(shù)分析法,4.5變頻器的工作原理,1. 變頻器的作用與組成 變頻即對信號進行頻率變換，將其載
8、頻變換到某一固定的頻率上(常稱為中頻)，而保持原信號的特征(如調(diào)幅規(guī)律)不變。 變頻器的電路組成如圖所示,2. 為什么要變頻？ 變頻的優(yōu)點： 1)變頻可提高接收機的靈敏度 2)提高接收機的選擇性 3)工作穩(wěn)定性好 4)波段工作時其質(zhì)量指標一致性好 變頻的缺點： 容易產(chǎn)生鏡像干擾、中頻干擾等干擾,3. 變頻器的分類,平衡混頻、,按器件分：,二極管混頻器、,三極管混頻器、,三極管變頻器、,場效應管混頻器、場效應管變頻器,模擬乘法器混頻器、,按工作特點分：,單管混頻、,環(huán)型混頻,從兩個輸入信號在時域上的處理過程看：,疊加型混頻器、,乘積型混頻器,4. 混頻器的性能指標,上述的幾個質(zhì)量指標是相互關聯(lián)的
9、，應該正確選擇管子的工 作點、合理選擇本振電路和中頻頻率的高低，使得幾個質(zhì)量 指標相互兼顧，整機取得良好的效果。,5)工作穩(wěn)定性：主要指振蕩器的頻率穩(wěn)定度,疊加型混頻器實現(xiàn)模型,圖示中的非線性器件具有 如下特性：,對其2次方進行分析：,在二次方項中出現(xiàn)了和的相乘項，因而可以得到(0+s)和 (0-s)。若用帶通濾波器取出所需的中頻成分(和頻或差 頻)，可達到混頻的目的。,所用非線性器件的不同，疊加型混頻器有下列幾種：,1. 晶體三極管混頻器,它有一定的混頻增益,2. 場效應管混頻器,它交調(diào)、互調(diào)干擾少,3. 二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器,它們具有動態(tài)范圍大 組合頻率干擾少的優(yōu)點,乘積型混頻器實
10、現(xiàn)模型,乘積型混頻器由模擬乘法器 和帶通濾波器組成,其實現(xiàn)模型如圖所示,設輸入信號為普通調(diào)幅波,采用中心頻率不同的帶通濾波器(0s)或(0+s)則可 完成低中頻混頻或高中頻混頻。,4.6 晶體管混頻器,1. 基本電路和工作原理,上圖為晶體三極管混頻器的原理電路。圖中，VBB為基極偏置電壓，VCC為集電極直流電壓，L1C1組成輸入回路，它諧振于輸入信號頻率s。L2C2組成輸出中頻回路，它諧振于中頻i=os。 設輸入信號 ，本振電壓,實際上，發(fā)射結(jié)上作用有三個電壓,晶體管混頻器的分析方法,1.冪級數(shù)分析法,2.變跨導分析法,在混頻時，混頻管可看著一個參數(shù)(跨導)在改變的線性元件，即變跨導線件元件。
11、,在小信號運用的條件下，也可以將某些非線性元器件函數(shù)表達式用冪級數(shù)函數(shù)近似，使問題簡化。用這種方法來分析非線性電路可突出說明頻率變換作用，不便于作定量分析。,i = a0+a1v+a2v2+a3v3+,晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式,圖(a)電路對振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點。，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點。 圖(b)電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。 圖(c)和
12、(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時(幾十MHz)，因為共基電路的截止頻率f比共發(fā)電路的f要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時采用這種電路。,由于信號電壓Vsm很小，無論它工作在特性曲線的哪個區(qū)域，都可以認為特性曲線是線性的(如圖上ab、ab和ab三段的斜率是不同的)。因此，在晶體管混頻器的分析中，我們將晶體管視為一個跨導隨本振信號變化的線性參變元件。,變跨導分析法,加電壓后的晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線,因VoVsm使晶體管工作在線性時變狀態(tài)，所以晶體管集電極靜態(tài)電流ic(t)和跨導gm(t)均
13、隨 作周期性變化。,由于信號vs遠小于v0，可以近似認為對器件的工作狀態(tài)變化沒有影響。此時流過器件的電流為 i(t) = f(v)= f(v0+ vs+ vBB) 可將v0+ vBB看成器件的交變工作點，則i(t)可在其工作點(v0+ vBB)處展開為泰勒級數(shù) 由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各項，則i(t)近似為,其中f(v0+vBB)是vs=0時僅隨v0變化的電流，稱為時變靜態(tài)電流，f(v0+ vBB)隨v0+vBB而變化，稱為時變電導g(t)，電流可以寫為 i(t) Io(t)+g(t) vs(t) 將 vBB+v0=VBB+V0mcos0t vs= Vsmcosst 代入式展開
14、并整理，得,若中頻頻率取差頻 ， 則混頻后輸出的中頻電流為 其振幅為,由上式引出變頻跨導gc的概念，它的定義為,輸出的中頻電流振幅Ii與輸入高頻信號電壓的振幅Vs成正比。若高頻信號電壓振幅Vsm按一定規(guī)律變化，則中頻電流振幅Ii也按相同的規(guī)律變化。,混頻器除混頻跨導外，還有輸入導納、輸出導納、混頻增益等參數(shù)。前述已知在晶體管混頻器的分析中，把晶體管看成一個線性參變元件，因此可采用分析小信號線性放大器時所用的等效電路來分析混頻器的參數(shù)。,晶體管混頻器的主要參數(shù),i,(1) 混頻輸入導納 混頻輸入導納為輸入信號電流與輸入信號電壓之比，在計算混頻器的輸入導納時，可將圖所示的等效電路作進一步的簡化?；?/p>
15、頻器的輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧于1。對頻率s而言，輸出可視為短路，同時考慮到CbeCbc，由此得到輸入等效電路如圖所示，并可以算出混頻輸入導納為 輸入導納的電導部分為 而電納部分（電容）一般總是折算到輸入端調(diào)諧回路的電容中去。,混頻輸出導納為輸出中頻電流與輸出電壓之比，輸出導納是對中頻i而言在輸出端呈現(xiàn)的導納。因此，調(diào)諧于s的輸入回路可視為短路，得到輸出等效電路如圖所示，并可算出混頻輸出導納為,輸出等效電路,輸出導納中的電導為,(2) 混頻輸出導納,在混頻中，由于輸入是高頻信號，而輸出是中頻信號，二者頻率相差較遠，所以輸出中頻信號通常不會在輸入端造成反饋，電容Cbc的作用可忽略。另外，g
16、ce一般遠小于負載電導GL，其作用也可以忽略。由此可得到晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路如圖所示,(3) 混頻跨導 gc,晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路,由于g(t)是一個很復雜的函數(shù)，因此要從上式來求g1是比較困難的。從工程實際出發(fā)，采用圖解法，并作適當?shù)慕?，混頻跨導可計為：,g1是在本振電壓加入后，混頻管跨導變量中基波分量,(4) 混頻器的增益 將混頻輸入電納和輸出電納歸并在輸入、輸出端的調(diào)諧回路的電容中去，則得到晶體三極管的等效電路如圖所示，圖中負載電導gL是輸出回路的諧振電導。,故混頻電壓增益,晶體三極管混頻器等效電路,由圖可以算出,混頻功率增益,如果電路匹配，使goc=gL，則可得到最大混頻
17、功率增益,(1) 混頻電路 下圖是電視機中的混頻器電路。由高頻放大器輸入的信號，經(jīng)雙調(diào)諧電路耦合加到混頻管的基極，本振電壓通過耦合電容C1也加到基極上。本振信號的頻率要比信號的圖像載頻高38MHz，為了減小兩個信號之間的相互影響，耦合電容C1的值取得很小。,電視機的混頻電路,3. 晶體三極管混頻器的實際電路,為使輸出電路在保證帶寬下具有良好的選擇性，常采用雙調(diào)諧耦合回路，并在初級回路中并聯(lián)電阻R，用以降低回路Q值，滿足通帶的要求。次級回路用C2，C3分壓，目的是與75電纜特性阻抗相匹配。,下圖為晶體管混頻器實用電路的交流通路。應用在日立CTP-236D型彩色電視機ET-533型VHF高頻頭內(nèi)。
18、圖中的V1管用作混頻器，輸入信號(即來自高放的高頻電視信號，頻率為fs)由電容C1耦合到基極；本振信號由電容C2也耦合到基極，構(gòu)成共射混頻方式，其特點是所需要的信號功率小，功率增益較大?；祛l器的負載是共基式中頻放大器(V2構(gòu)成)的輸入阻抗。,晶體管混頻器實用電路,(2) 變頻電路 下圖是晶體管中波調(diào)幅收音機常用的變頻電路，其中本地振蕩和混頻都由三極管3AG1D完成。,圖中，R1，R2，R3是偏置電阻，L4，C4，C1B，C6組成振蕩回路，L3是反饋線圈。中頻回路L5C5的并聯(lián)阻抗對本振頻率而言可視為短路，因此，3AG1D構(gòu)成共基極變壓器耦合振蕩器。由磁性天線接收到的無線電信號經(jīng)過L1，C1A，
19、C2組成的輸入回路，選出所需頻率的目標信號，再經(jīng)L1與L2的變壓器耦合，送到晶體管的基極。本振信號經(jīng)C7注入晶體管的發(fā)射極，混頻后由集電極輸出。L3對中頻可視為短路，C5，L5調(diào)諧于中頻，以便抑制混頻輸出電流中的無用頻率分量(如fs, f0, f0+fs, 2f0fs 等)。輸出中頻分量fi=f0-fs，經(jīng)L6耦合至后級中頻放大器。,混頻器的Apc、噪聲系數(shù)NF等都與工作點電流Ic及本振電壓V0的大小有關，具體數(shù)學關系比較復雜，這里只介紹一些實驗結(jié)果。在中波廣播收音機中，最典型的曲線如圖所示，這是鍺三極管的情況；若為硅管，Apc的最大點所對應的電流Ie要略大一點。,4. 晶體管混頻器工作狀態(tài)的
20、實際選擇,三極管混頻器 優(yōu)點：有變頻增益 缺點：1、動態(tài)范圍較小 2、組合頻率干擾嚴重 3、噪聲較大 4、存在本地輻射,二極管混頻器 優(yōu)點：1、動態(tài)范圍較大 2、組合頻率干擾少 3、噪聲較小 4、不存在本地輻射 缺點：無變頻增益,二極管可以工作在小信號非線性狀態(tài)，也可以工作在受大信號v0控制的開關狀態(tài)。小信號時平衡混頻器的分析采用冪級數(shù)分析法，混頻時輸入信號 ，輸出回路則諧振在中頻i上。,4.7 二極管混頻器,平衡混頻器原理電路,二極管的伏安特性可用冪級數(shù)表示： 為簡化分析，忽略輸出電壓對二極管的反作用，則,1. 平衡混頻器,利用三角公式展開，并分類整理，可得,當 很小時，級數(shù)可只取前四項，得
21、,由上式可見，經(jīng)過二極管非線性變換后，出現(xiàn)了許多新頻率，但其中只有 才是我們所需要的。這是由平方項 產(chǎn)生的。其它頻率分量都是無用 的產(chǎn)物，必須將它們抑制掉。,i1、i2以相反方向流過輸出端變壓器初級，使變壓器次級負載電流il1, = i1i2,由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中產(chǎn)生了輸 入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波20和 2s、30和3s；輸入頻率及其諧波所形成的各種組合 頻率0+ s、0s、0+2s、02s、20+s、 20s。 平衡混頻器輸出電流的頻率成份為： s、 0+ s、0s、 20+s、 20s、 3s,環(huán)形混頻器由兩個平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點是輸出中頻信號是
22、平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。,2. 環(huán)形混頻器,由平衡混頻器得：,環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為： 0+ s、0s,目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個用于0.5500MHz的典型環(huán)形混頻器(SRA-1雙平衡混頻器)的外形及電路示于下圖。 使用時，8，9端外接信號電壓s，3，4端相連，5，6端相連，然后在3，5端間加本振電壓L，中頻信號由1，2端輸出。此電路除用作混頻器外，還可以用作相位檢波器、電調(diào)衰減器、調(diào)制器等。,封裝環(huán)形混頻器的外形與電路,兩信號相乘可以得到其和、差頻分量，因此兩信號相
23、乘實現(xiàn)混頻是最直觀的方法，利用模擬相乘器可構(gòu)成乘積型混頻器。,MCI596構(gòu)成的集成混頻電路,4.8 差分對模擬相乘器混頻電路,MCI596是集成化模擬乘法器芯片，由它構(gòu)成的混頻電路，可大大減小由組合頻率分量產(chǎn)生的各種干擾，另外還具有體積小、重量輕、調(diào)整容易、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。,被混頻的信號電壓由端子輸入，最大值約15mV；本振電壓由端子輸入，振幅約100mV；相乘后的信號由第端子輸出經(jīng)帶通濾波后，即可獲得中頻信號輸出。輸入端不接調(diào)諧回路時 為寬頻帶應用。,本電路可對高頻或甚高頻信號進行混頻，如s的頻率為200MHz時，電路的混頻增益約為9dB，靈敏度為14V，當輸入端接有阻抗匹配的調(diào)諧回路時，
24、可獲得更高的混頻增益。輸出帶通濾波器的中心頻率約9MHz，其3dB帶寬為450kHz。,MCI596構(gòu)成的集成混頻電路,有用信號諧波和本振信號諧波產(chǎn)生的干擾 -組合頻率干擾(干擾哨聲),混頻器的輸出信號中所包含的各種頻率分量為：,p，q為任意正整數(shù)，分別代表本振頻率和信號頻率的諧波次數(shù)。,只有p=q=1對應的頻率為 f0-fs 的分量是所需要的中頻信號。,如果某些組合頻率落在諧振回路的通頻帶內(nèi)，這些組合頻率分量就和有用的中頻分量一樣，通過中放進入檢波器，并在檢波電路中與有用信號產(chǎn)生差拍，這時在接收機的輸出端將產(chǎn)生哨叫聲，形成有害的干擾。這種干擾又稱為干擾哨叫。,4.9混頻器的干擾,減小這種干擾
25、的措施: 1. 輸入信號vs,本振電壓vo都不易過大。 2.適當選擇晶體管的靜態(tài)工作點，使混頻器既能產(chǎn)生有用頻率變換，而又不致產(chǎn)生無用的組合頻率干擾。 3.選擇合適的中頻，將接收機的中頻選在接收機頻段外,例如，設加給混頻器輸入端的有用信號頻率fs=931kHz，本振頻率fo=1396kHz。經(jīng)過混頻器的頻率變換產(chǎn)生出眾多組合頻率分量，,其中的fi=fo-fs=465kHz是有用的中頻信號。而其它分量是無用或有害的。 如當q=2，p=-1時，fi =2fs fo=2931-1396=466kHz=fi+F (此處F=1kHz)。若中頻放大器的通頻帶2f0.7=4kHz，則頻率fi =466kHz
26、的分量落在中放通帶內(nèi)，與465KHz的中頻信號一起被中頻放大并加給檢波器。因為檢波器由非線性元器件組成，也有頻率變換作用，則會產(chǎn)生fi fi=466-465=1kHz的差拍信號送到接收機終端，形成被人耳聽到的哨叫。,2、外來干擾信號和本振產(chǎn)生的干擾,(1) 組合副波道干擾,如果混頻器之前的輸入回路和高頻放大器的選擇性不夠好，除了要接收的有用信號外，干擾信號也會進入混頻器。,當干擾頻率fn與本振頻率fo滿足,會產(chǎn)生組合副波道干擾。,時，,(2) 副波道干擾,在組合副波道干擾中，某些特定頻率形成的干擾稱為副波道干擾。這種干擾主要有中頻干擾和鏡像干擾。,1)中頻干擾,當干擾信號的頻率等于或接近fi
27、時的干擾。,2)鏡像頻率干擾,fn=fo+fi=,提高前端輸入回路的選擇性，將干擾抑制在通帶外，可在混頻器的輸入端加中頻陷波電路，濾除外來的中頻干擾。如圖所示。,(a) 串聯(lián)LC陷波電路 (b) 并聯(lián)LC陷波電路,抑制中頻干擾的主要方法,如果把fo當作鏡子，則,相當于fs的象，所以稱,為鏡像干擾頻率，即,抑制鏡頻干擾的方法: 1.提高混頻器前各級電路的選擇性 2. 提高接收機的中頻頻率fi，以使鏡像頻率與信號頻率fs的頻率間距(2fi)加大，有利于選頻回路對,3.還可采用鏡能抑制混頻電路，將鏡像頻率信號部分抵消。,鏡像頻率干擾,抑制。,例 某超外差收音機，其中頻fi=465kHz。 (1) 當
28、收聽fs1=550kHz電臺節(jié)目時，還能聽到fn1=1480kH強電臺的聲音，分析產(chǎn)生干擾的原因。 (2) 當收聽fs2=1480kHz電臺節(jié)目時，還能聽到fn2=740kHz強電臺的聲音，分析產(chǎn)生干擾原因。 解 ： (1) 因為fn1=fs1+2f1=550+2465=1480kHz；根據(jù)上述分析，fn1為鏡頻干擾。 (2) 因為fs2=1480kHz fi=465kHz所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而fn2=740kHz, fo22fn2=19452740=465kHz=fi故這種干擾為組合副波道干擾。,3、其他類型的干擾,1) 交叉調(diào)制(交調(diào))干擾,產(chǎn)生的原
29、因：,當所接收電臺的信號和干擾電臺同時進入接收機輸入端時，如果接收機調(diào)諧于信號頻率，可以清楚地收到干擾信號電臺的聲音，若接收機對接收信號頻率失諧，干擾臺的聲音也消失。,由混頻器3次方以上的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。其現(xiàn)象為：,設混頻器的轉(zhuǎn)移特性用冪級數(shù)表示,若干擾信號,作用在混頻器上的,將此式代入上式并經(jīng)必要的三角變換后，可得s的電流成分is為,其中,為無失真包絡項，,為失真包絡項，,即為交調(diào)干擾項，顯然，交調(diào)項由,也就是說交調(diào)是由轉(zhuǎn)移特性曲線的三次方項產(chǎn)生，且與,成正比。當,時，交調(diào)項起作用，當,這在聽覺上就表現(xiàn)為聽到有用信號的聲音同時，可以聽到干擾信號 的聲音，而一但有用信號停止播音，干擾臺聲
30、音也隨之消失。,引起，,交調(diào)項消失。,以上分析表明，交調(diào)是由非線性特性中的三次或更高次非線性項產(chǎn)生的，因此克服交調(diào)干擾的主要方法為: 1.提高混頻電路前級的選擇性抑制干擾； 2.選擇合適的器件和合適的工作狀態(tài)，使混頻器的非線性高次方項盡可能?。?3.采用抗干擾能力較強的平衡混頻器和模擬乘法器混頻電路。,2) 互相調(diào)制(互調(diào))干擾,當兩個或兩個以上的干擾進入到混頻器的輸入端時，它們與本振電壓v0一起加到混頻管的發(fā)射結(jié)。由于器件的非線性作用，它們將產(chǎn)生一系列組合頻率分量。如果某些分量的頻率等于或接近于中頻時，就會形成干擾，稱為互調(diào)干擾。,接收機調(diào)諧于信號頻率，可以清楚地收到干擾信號電臺的聲音，若接
31、收機對接收信號頻率失諧，干擾臺的聲音仍然存在。,由非線性器件二次方以上的特性引起，因此存在二階互調(diào)和三階互調(diào)及高階互調(diào)。,現(xiàn)象：,產(chǎn)生的原因：,若有兩個干擾信號進入到混頻器，它們分別為,這時,所得的ic中包含一系列組合頻率分量，其頻率可用下列通式表示,若兩干擾信號形成的新的組合頻率,即組合頻率與本振頻率f0之差落在中頻范圍,那么，它就會和接收信號所產(chǎn)生的中頻一樣通過中放、檢波， 造成強烈干擾。,與信號頻率fs相近，,例: 當fn1=1.5MHz，fn2=0.9MHz，若接收機在13.5MHz波段工作，向在哪幾個頻率上會產(chǎn)生互調(diào)干擾？ 解： 若m，n=1則 fn1+ fn2=1.5+ 0.9=2
32、.4MHz fn1 fn2=1.5 0.9=0.6MHz (波段外) m=1，n=2 fn1+ fn2=1.5+ 1.8=3.3MHz# 2fn1 fn2=1.5 1.8=2.4MHz (波段外) m=2，n=1 2fn1+ fn2=3+ 0.9=3.9MHz (波段外) 2fn1 fn2=3 0.9=2.1MHz m=3，n=0 3fn1 =31.5=4.5MHz (波段外) m=0，n=3 3fn2 =30.9=2.7MHz 因此，考慮三次以下諧波fn1和fn2在13.5MHz波段內(nèi)對2.4MHz，3.3MHz，2.1MHz，2.7MHz等4個頻率會產(chǎn)生干擾。,3) 阻塞干擾,當一個強干擾
33、信號進入接收機輸入端后，由于輸入電路抑制不良，會使前端電路內(nèi)放大器或混頻器的晶體管處于嚴重的非線性區(qū)域，使輸出信噪比大大下降。這種現(xiàn)象稱為阻塞干擾。,產(chǎn)生阻塞觀象的原因有兩種， 一種是強干擾作用下晶體管特性曲線非線性所引起的阻塞， 一種是強干擾破壞了晶體管的工作狀態(tài)，使管子產(chǎn)生假擊穿。(干擾電壓消失后，晶體管還能夠還原)，使作為電流分配器的晶體管的正常工作狀態(tài)被破壞，產(chǎn)生了完全堵死的阻塞現(xiàn)象。,抑制互調(diào)的方法與抑制交調(diào)的方法相同， 除此外， 還可采用倍頻程帶通濾波器防止二階互調(diào)干擾的產(chǎn)生。,4) 相互混頻,由于本振源內(nèi)存在雜散邊帶功率，強干擾與雜散邊帶噪聲混頻產(chǎn)生的頻率分量落在中頻通帶內(nèi)形成中
34、頻噪聲。,減小阻塞干擾的措施:,提高混頻級前端電路的選擇性 交流負反饋 3. 輸入端加雙向限幅 4. 小電流工作,綜上所述，減小各種干擾的措施可歸納為：,4.4 章末小結(jié),混頻電路與第9章將要介紹的調(diào)制、 解調(diào)是通信系統(tǒng)中的重要組成部分。從頻域的角度來看, 它們都被稱為頻率變換電路, 屬于非線性電路范疇。本章作為學習這兩章的入門, 介紹了以下基礎知識: (1) 頻率變換電路的輸出能夠產(chǎn)生輸入信號中沒有的頻率分量。頻率變換功能必須由非線性元器件實現(xiàn), 所以非線性元器件特性分析是頻率變換電路分析的基礎。 (2) 非線性元器件的特性分析建立在函數(shù)逼近的基礎上。 一般可采用超越函數(shù)(如指數(shù)函數(shù)、 雙曲
35、函數(shù)等)、 折線函數(shù)或冪級數(shù)來逼近, 但要注意工作信號大小不同或偏置電壓不同時, 適用的函數(shù)可能不一樣。 ,(3) 當輸入是單一交流信號時, 晶體管的輸出是輸入信號頻率的各次諧波；當輸入是兩個交流信號迭加時, 晶體管的輸出是輸入兩信號頻率的各次諧波的組合分量。然而, 實際頻率變換電路要求產(chǎn)生的頻率分量或組合分量只是其中極少數(shù)。所以, 需要采取一些措施來減少或抑制輸出頻率中的無用組合分量。 其中, 以差分電路為代表的平衡電路可抵消很大一部分無用頻率分量, 工作在線性時變狀態(tài)(開關狀態(tài)是其中一個特例)的晶體管也可使輸出無用頻率分量大大減少。 (4) 模擬乘法器是頻率變換電路中廣泛應用的一種集成電路, 它除了能夠產(chǎn)生和頻與差頻信號之外, 還具有其它一些功能。,
非線性電路、時變參量電路.ppt
