哈尔滨工业大学：《高频电子线路》课程教学资源（PPT课件）第九章 变频电路

高频电子线路第九章变频电路主要内容：概述第一节第二节晶体三极管混频第三节场效应管混频器第四节二极管混频器第五节模拟乘法器混频器第六节混频器的干扰与失真哈木滨工程大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 第九章 变频电路 第一节 概述 第二节 晶体三极管混频 第三节 场效应管混频器 第四节 二极管混频器 第五节 模拟乘法器混频器 第六节 混频器的干扰与失真 主要内容：

高频电子线路第一节概述一、变频电路的功能1、变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频频率，而保持其调制规律不变2、变频电路功能的时域表示法和频域表示法。下图是以输入普通调幅波u=U(l+msinQt)sinot为例表示的输入输出波形以及输入输出的频谱。u时域表示法n变频器频域表示法01-x+00+-★变频电路的主要应用之一是用于超外差接收机中，将高频载频变换成固定中频载频信号，然后通过高性能的中频放大器进行放大，使整个接收机灵敏度和选择性大大提高。哈京旗工程大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 第一节 概述 一、变频电路的功能 1、变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频频率，而保持其调制规律不变。 2、变频电路功能的时域表示法和频域表示法。 变频电路的主要应用之一是用于超外差接收机中，将高频载频变换成固定中频载频信号， 然后通过高性能的中频放大器进行放大，使整个接收机灵敏度和选择性大大提高。 下图是以输入普通调幅波 为例表示的输入输出波形以及 输入输出的频谱。 时域表示法 (1 sin )sin s sm a s u U m t t = +   频域表示 法

首-高频电子线路二、变频器的组成1、变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成。①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成混频器滤波器输人回路非线性器件uius本机振荡器②非线性器件用于频率变换。常用的非线性器件有晶体三极管、二极管、场效应管、差分对管和模拟乘法器等。③输入信号u，与本振信号uL通过非线性器件后会产生很多新的频率分量。其通过带通滤波器可选出其中之一，称其为中频频率。若带通滤波器取称低中颊fi-f称高中频。诺带通滤波器取哈京麟工蕉大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 二、变频器的组成 1、变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成。 ①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成 I L s f f f = − s u I L s f f f = + L u ②非线性器件用于频率变换。常用的非线性器件有晶体三极管、二极管、 场效应管、差分对管和模拟乘法器等。 ③输入信号 与本振信号 通过非线性器件后会产生很多新的频率分量。 其通过带通滤波器可选出其中之一，称其为中频频率。若带通滤波器取 称高中频。若带通滤波器取 称低中频。 混频器 二、变频器的组成 1、变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成。 ①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成

首页良高频电子线路三、变频器的技术指标1、变频增益Um（输出中频电压振幅)①变频电压增益AAuU.（输入高频信号电压振幅）P(输出中频信号功率)A②变频功率增益RPs(输入高频信号功率)2、选择性，（通常用矩形系数表示）NF3、噪声系数4、失直与干扰哈京旗工技大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 三、变频器的技术指标 1、变频增益 ①变频电压增益 uc, A Im ( ) ( ) uc sm U A U = 输出中频电压振幅 输入高频信号电压振幅 ②变频功率增益 pc, A ( ) ( ) I pc S P A P = 输出中频信号功率 输入高频信号功率 2、选择性，（通常用矩形系数表示） 3、噪声系数 NF 4、失直与干扰

高频电子线路第二节晶体三极管混频器一、晶体三极管混频器的工作原理1、下图是晶体三极管混频器的原理电路。其中V为直流偏置电压，u.为输入信号，u为本振信号。集电极回路调谐于中频の。O+ulCuLCbHHHHCcVVccobb哈京旗工蕉大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 第二节 晶体三极管混频器 一、晶体三极管混频器的工作原理 1、下图 是晶体三极管混频器的原理电路。其中 为直流偏置电压， 为 输入信号， 为本振信号。集电极回路调谐于中频 。 Vbb s u L u I

高频电子线路2、工作原理输入信号u,=Umcoso,t为小信号；本振信号：ui=ULmcoso,t为大信号即 U>>UU he晶体三级管的发射结加有三个电压Vbb、u和U。，晶体三极管工作于非线性状态。而对于V+u来说u由于12很小，可以认为是在b、u的作用下，晶体管的工作点在变化。Ui...在每一个工作点，对u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哈京旗工程大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 2、工作原理 一个大信号和一个小信号 同时作用于非线性元件 输入信号： 为小信号； 本振信号： 为大信号 即 晶体三级管的发射结加有三个电压 和 ，晶体三极管 工作于非线性 状态。而对于 来说，由于 很小，可以认为是在 的作用 下，晶体管的工作点在变化。 在每一个工作点，对 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。 cos s sm s u U t =  cos L Lm L u U t =  U U Lm sm  V u bb L 、 V u bb L 、 s u s u V u bb L + us

首页良高频电子线路3、晶体三极管混频器的时变参量分析①混频器的时变参量表示式晶体三极管的u=V+Umcosの,t+Umcosot，正向传输特性为i=f(ube、uce）因为u的值很小，在u的变化范围内正向传输特性是线性的。所以，可以将函数i.=f(ue）在时变偏压V+u,(t)上展开成泰勒级数，则i=[V +u()]+f"[Vb +u ()]u ()+"[Vb +u()]u()+.对于小信号u，，其高阶导数很小，可近似为i=f[Vh+u,(o]+f'[Vb+u,()]u,(t)ic=g为=V+u()式中，[V+u(]为ue=V+()时集电极电流；[V+(0]=au时晶体三极管的跨导。由于本振电压为大信号，工作于非线性状态，J[Vh+u,()和g均随u,(t)变化呈非线性，则f [Vbb +u,(t)] = Ico + Iem cosO,t+ Ie2m cos2o,t+..f'[Vb +u,(o)]= g(t)= go +g, coso,t +g2 cos2o,t+..式中，1ov1em、Ic2m、g0、g、g2分别为u=V+u,(0)时集电极电流中的直流、基波、二次谐波分量的幅值及跨导的平均分量、基波和二次谐波分量的幅值。哈京旗工程大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 3、晶体三极管混频器的时变参量分析 ①混频器的时变参量表示式 晶体三极管的 u V U t U t be bb Lm L sm s = + + cos cos   ，正向传输特性为 ( ) c be ce i f u u = 、 因为 的值很小，在 的变化范围内正向传输特性是线性的。所以，可以将函数 在时变偏压 上展开成泰勒级数，则 ce u s u ( ) i f u c be = ( ) V u t bb L +       1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 c bb L bb L s bb L s i f V u t f V u t u t f V u t u t = + + + + + +   对于小信号 us ，其高阶导数很小，可近似为 i f V u t f V u t u t c bb L bb L s = + + +  ( ) ( ) ( )    式中， 为 时集电极电流； 为 时晶体三极管的跨导。 f V u t  bb L + ( ) ( ) be bb L u V u t = +  bb L ( ) be ic f V u t g u   + = =  ( ) be bb L u V u t = + 由于本振电压为大信号，工作于非线性状态， 和g均随 变化呈非线 性，则 f V u t  bb L + ( ) () L u t   0 1 2 ( ) cos cos2 bb I c c m L c m L f V u t I I t I t + = + + +     0 1 2 f V u t g t g g t g t  bb L L L + = = + + + ( ) ( ) cos cos2   式中， 分别为 时集电极电流中的直流、基波、 二次谐波分量的幅值及跨导的平均分量、基波和二次谐波分量的幅值。 c c m c m 0 1 2 0 1 2 I I I g g g 、 、 、 、 、 ( ) bw bb L u V u t = +

首页良高频电子线路②输入后产生的混频电流在输欠信号u()=Umcoso,1作用下，集电极电流为i=f[Vb+u,()]+'[Vb+u()]u,(t)=(lco+Iclmcoso,t+lc2mcos2o,t+.-)+(go+g,coso,t+g2cos2o,t+..)Um.coso,t= lo+/am.coso,+/e2m cos20,++U.g cos 0,1+g cos(o -0,)+号cos(o, +0, )++cos(20 -0,)+cos(20, +0, +.③通过带通滤波器取出中频若中频频率取差频の,=①-①，则混频后通过带通滤波器输出中频电流为i, =U.号cos(o, -0,)其振幅为=8U。表明中频电流振幅与高频输入信号振幅U成正比。若输入信号为调幅波，U(l+mcosQt)cos@t，则输出中频电流为i, ==g/Um(1+m,cos2t)coso,t哈京旗工程大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 ②输入 后产生的混频电流 s u 在输入信号 u t U t s sm s ( ) cos =  作用下，集电极电流为     0 1 2 0 1 2 1 1 2 2 0 1 2 0 ( ) ( ) ( ) ( cos cos 2 ) ( cos cos 2 ) cos cos cos 2 cos cos( ) cos( ) cos(2 ) cos(2 2 2 2 2 c bb L bb L s c c m L c m L L L sm s c c m L c m L sm s L s L s L s L s i f V u t f V u t u t I I t I t g g t g t U t g g g g I I t I t U g t t t t                 = + + +  = + + + + + + +  = + + + + + − + + + − + +   )t  +   ③通过带通滤波器取出中频 若中频频率取差频    I L s = − ，则混频后通过带通滤波器输出中频电流为 1 cos( ) 2 I sm L s g i U t = −   其振幅为 Im 1 。表明中频电流振幅与高频输入信号振幅 成正比。 1 2 sm I g U = Usm 若输入信号为调幅波， U m t t sm a s (1 cos )cos +   ，则输出中频电流为 1 1 (1 cos )cos 2 I sm a I i g U m t t = +  

首-高频电子线路④混频器的变频跨导8。变频跨导是输出中频电流振幅I与输入高频信号振幅U之比，即Im定义:g.g1Usm2在数值上变频跨导是时变跨导g(t)的基波分量的一半，可以通过g(t)的基波分量g来求变频跨导g(t)cos ,tdo,tg1元1g(t)coso,tdo,g.g122哈京旗工蕉大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 ④混频器的变频跨导 c g 变频跨导是输出中频电流振幅 I Im 与输入高频信号振幅 Usm 之比，即 Im 1 1 2 sm I c U g g = = 在数值上变频跨导是时变跨导 的基波分量的一半，可以通过 的基波分量 来求变频跨导 g t() g t() 1 g 1 1 ( )cos d L L g g t t t      − =  1 1 1 ( )cos d 2 2 c L L g g g t t t      − = =  定义:

2高频电子线路晶体三极管混频器的等效电路io++g.Ugo0gicüsgU10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。输入回路调谐于のs，输出回路调谐于の，等效电路各参量可根据定义和混合元等效电路求出。哈京旗工程大学

高频电子线路 首页 上页 下页 退出 哈尔滨工程大学 二、晶体三极管混频器的等效电路 ◆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。 s u ◆输入回路调谐于 ，输出回路调谐于 ，等效电路各参量可根据定义和混合 等 效电路求出。 s I 