高频电子线路课件9-1

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第九章 变频电路第一节 概述一，变频电路的功能(一)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。 (二)对于调幅波、调频波或调相波，通过变频 电路后，仍然是调幅波、调频波或调相波。 1,当输入为调幅波 us (t ) U sm [1 ma sin t ] sin st 时， 输出电压仍为调幅波 uI (t ) U Im[1 ma sin t ] sin I t

2,当输入为调角波 us (t ) U sm cos[ st m f sin t ] 时， 输出电压仍为调角波 uI (t ) U Im cos[ I t m f sin t ]

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(三)变频电路的时域、频域表示法： 以调幅波为例：

从频域可知，变频电路是线性频谱搬移电路。

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二，变频电路的组成1,输入回路： 选取中心频 率为fs的调 幅波或调角 波。 2,非线性器件：产生新的频率分量。常用三极管、 二极管、场效应管、差分对管和模拟乘法器等。 3, 滤波器：选取中心频率为中频fI (低中频fI =fL fs ,高中频fI =fL + fs )的信号，fI 是固定的。 4,本机振荡器：产生fL 分量. 因为fI 是固定的,所以 fL要随fs变化而变化,必须满足fL =fI + fs或fL =fI – fs.

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三，变频器的技术指标(一)变频增益 U Im (输出中频电压振幅 ) Auc 1,变频电压增益Auc: U sm (输入高频电压振幅 )PI (输出中频信号功率 ) Apc 2,变频功率增益Apc : Ps (输入高频信号功率 )

(二) 选择性：滤波器选取中频fI滤除不需要频率 的能力 (三)噪声系数：作为接受机的最前端，变频器的 噪声系数必须很小。 (四)失真和干扰：要求非线性器件尽可能少产生 不需要的频率分量。

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第二节 三极管混频器一、 工作原理(一)电路：

VBB , VCC:直流偏置电压； us :输入信号；

uL :本振信号；LC回路：调谐于中频 fI 。

uBE VBB us (t ) uL (t )

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(二)电路的输入条件： 1,输入条件： us为小信 号， uL为大信号。 2,为分析简单，设: us U sm cos s t , uL U Lm cos Lt , 且U sm U Lm3,晶体管在VBB、u L、u s 共同 作用下工作于非线性状 态, 由于u s 很小, 可将VBB u L 看 成直流偏压(即工作点), u s 看成输入小信号 .

因为uL是变化的, 所以工作点在变化。而 在每一个工作点，对 us 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 。

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(三)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达式：

晶体三极管的： uBE VBB us (t ) uL (t )正向传输特性为： ic f (uBE )

1 2 iC f [VBB u L (t )] f [VBB u L (t )]u s (t ) f [VBB u L (t )]u s (t ) ... 2

因为us很小，在us的变化范围内正向传输特性为 线性。所以可以将函数iC = f( uBE

)在时变偏压 VBB + uL (t)上展开成泰勒级数。则：

因为us很小，可以忽略高次项，所以：iC f [VBB uL (t )] f [VBB uL (t )]us (t )

f [VBB u L (t )]:u BE VBB u L (t )时的集电极电流 其中： f [VBB u L (t )]:u BE VBB u L (t )时的晶体管的跨导

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因为uL (t )是大信号，晶体管工作 于非线性，所以 f [VBB uL (t )] 和f [VBB uL (t )]随uL (t )变化而变化，且呈非线 形。则有：

f [VBB u L (t )] I C 0 I c1m cos Lt I c 2 m cos 2 Lt ... f [VBB u L (t )] g 0 g1 cos Lt g 2 cos 2 Lt ...其中I C 0、I C1m、I C 2 m、g 0、g1、g 2是只加振荡信号时的集 电极电 流中的直流、基波、二 次谐波分量的幅值以及 跨导的平均分 量、基波、二次谐波分 量的幅值。它们是固定 值。

2,输入us后产生的电流：

在输入信号us (t ) U sm cos s t作用下, 集电极电流为 iC f [VBB u L (t )] f [VBB u L (t )]us (t ) [ I C 0 I c1m cos Lt I c 2 m cos 2 Lt ...] [ g 0 g1 cos Lt g 2 cos 2 Lt ...] U sm cos s t

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I C 0 I c1m cos L t I c 2 m cos 2 Lt ... g1 g1 U sm [ g 0 cos s t cos( L s )t cos( L s )t 2 2 g2 g2 cos(2 L s )t cos(2 L s )t ...] 2 2 3,通过带通滤波器取出中频(设取中低频),则： g1 g1 iI U sm cos( L s )t U sm cos I t 2 2 g1 比较：输入 u s (t ) U sm cos s t , 输出 iI U sm cos I t 2

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4,推导：

已知 u s (t ) U sm cos s t则iI U sm

g1 cos I t 2

当输入调幅波 us (t ) U sm (1 ma cos t ) cos s t 则iI U sm g1 (1 ma cos t ) cos I t 2

当输入调角波 us (t ) U sm cos( s t m cos t ) 则iI U sm g1 cos( I t m cos t ) 2

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5, 混频器的变频跨导：g1 U sm I Im (输出中频电流振幅 ) g1 2 定义：g c U sm (输入高频电压振幅 ) U sm 2

g1是时变跨导 g (t ){即f [VBB uL (t )]} 的基波分量

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二，晶体三极管混频器的等效电路1,由于本振电压为大 信号，对输入小信号 us来说可以等效为时 变参量的线性电路。 所以等效电路如图95,其中gc是时变跨导。 2, 输入回路调谐于fs ,输出回路调谐于fI 3, 技术指标 /( g g ) g cU gc U Im U I s oc L 变频电压增益： Auc U sm U Us g oc g L s

gc PI 2 gL 变频功率增益： Apc ( ) 2 Ps U g oc g L g ic g s ic

2 U I gL

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gc 2 gL 由Apc ( ) g oc g L g ic 当g L g oc时，输出电路匹配， Apc 最大： Apc max gc 4 g ic g oc2

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三，具体电路和工作状态的选择(一)根据输入信号us 可构成共射和共基两种 组态，又根据本振信号 的注入可分为基

极注入 和射极注入两种组态， 因此有四种组态。 电路组态： a.基极输入,基极注入 b.基极输入,射极注入 c.射极输入,射极注入 d.射极输入,基极注入

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(二)具体电路

图9-7是收音机中 常用的变频电路， 晶体管除了完成 混频任务外，还 兼作本机振荡器 的振荡管，为互 感耦合的自激振 荡器。本振电压 由电容耦合到晶 体管的发射极。

+ Us -

+ U -

L

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例 已知混频晶体三极管的正向传输特性为 i a0 a2u 2 a3u3 , 式中，u U sm cos st U Lm cos Lt ,U Lm U sm 混频器的中频取 I L s ,试求混频器的 变频跨导gc题意分析：对于U sm cos s t来说是线性时变关系， 可先求出时变跨导 1 g (t ),从而有ic g (t )us , iI g cus , 而变频跨导g c g1 , g1是 2 g (t )的基波。

本题U Lm U sm , 可以看成工作点随大信 号U Lm cos Lt变化，