第二講:三極管混頻器的電路組態及技術指標
發布時間:2013-07-13 責任編輯:eliane
【導讀】第一講中我們分析了混頻器的工作原理,而混頻器一般可以分為三極管混頻器、場效應管混頻器、模mo擬ni乘cheng法fa器qi構gou成cheng的de混hun頻pin器qi以yi及ji基ji於yu混hun頻pin二er極ji管guan非fei線xian性xing元yuan件jian構gou成cheng的de混hun頻pin器qi。接jie下xia來lai我wo們men將jiang對dui比bi分fen析xi三san極ji管guan混hun頻pin器qi的de幾ji種zhong電dian路lu組zu態tai及ji其qi優you缺que點dian,並bing講jiang解jie三san極ji管guan混hun頻pin器qi的de幾ji個ge主zhu要yao的de技ji術shu指zhi標biao。


圖2-1(a)中,本振電壓 Vo 和信號電壓 Vs 都加載晶體guandejijiyufashejizhijian,liyongjijiyufashejizhijiandefeixianxingtexinglaishixianbianpin。anzhaojingtiguandezutaihebenzhendianyazhurudiandebutong,youruxiasizhongjibendianlu。qizhong(a)、(b)為共射混頻電路;(c)、(d)為共基混頻電路。這四種組態各有其優缺點。
電路(a),信號電壓由基極輸入,本振電壓由基極注入。
優點:因為它的輸入阻抗較大,因此用做混頻時,本振電路容易起振,需要注入的本振功率也比較小。
缺點:因為信號輸入電路與振蕩電路相互影響比較大(直接耦合),可能產生牽引現象。特別當 Ws 與 Wl 的相對頻差不大時,牽引現象比較嚴重,不宜采用此種電路。
電路(b),信號電壓由基極輸入,本振電壓由發射極注入。
優點:它(ta)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)與(yu)本(ben)振(zhen)電(dian)壓(ya)分(fen)別(bie)從(cong)基(ji)極(ji)輸(shu)入(ru)和(he)發(fa)射(she)機(ji)注(zhu)入(ru)。互(hu)相(xiang)影(ying)響(xiang)產(chan)生(sheng)牽(qian)引(yin)現(xian)象(xiang)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)小(xiao)。同(tong)時(shi),對(dui)於(yu)本(ben)振(zhen)電(dian)壓(ya)來(lai)說(shuo)是(shi)共(gong)基(ji)電(dian)路(lu),起(qi)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)較(jiao)小(xiao),不(bu)易(yi)過(guo)激(ji)勵(li),因(yin)此(ci)振(zhen)蕩(dang)波(bo)形(xing)好(hao),失(shi)真(zhen)小(xiao)。
缺點:需要較大的本振功率輸入。
電路(c)和(d)都是共基極混頻器,分別為同極注入式和分極注入式。
優點:在較高的頻率工作時(幾十兆赫),因為共基電路的 fa比共發電路的 fβ要大很多,所以變頻增益較大。因此在較高頻率工作時也采用這種電路。
缺點:在較低的頻率工作時,變頻增益低,輸入阻抗也低,因此在頻率較低時不宜采用此電路。
第二節 三極管混頻器的技術指標
(一) 混頻跨導
混頻跨導 gc 的定義為輸出中頻電流振幅 IIm 與輸入高頻信號電壓振幅 Usm 之比,可得
這說明混頻器變頻跨導 gc 等於時變跨導 g(t)的傅裏葉展開式中基波振幅 g1 的一半。在數值上,變頻跨導是時變跨導 gt的基波分量的一半,可以通過求 gt的基波分量 g1 來求得變頻跨導。

由此可以看出在三極管工作在線性範圍是混頻增益與跨導成正比。
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晶體管跨導與晶體管的靜態工作點也存在一定的關係,下麵為他們的關係曲線,其中

(二)混頻增益
上麵介紹了如何求混頻跨導 g,得到圖 2-2 加電壓後的晶體管轉移特性曲線.也可以求出混頻電壓增益和混頻功率增益。下麵畫出混頻電路的等效電路,如圖 2-3 所示。

圖2-3 中,gic 為輸入電跨導,goc 為輸出電導,gc 為混頻跨導;gL 為負載電導。由圖2-3 可得:

(三)變頻壓縮(抑製)
在zai混hun頻pin器qi中zhong,輸shu出chu與yu輸shu入ru信xin號hao幅fu度du應ying成cheng線xian性xing關guan係xi。實shi際ji上shang,由you於yu非fei線xian性xing器qi件jian的de限xian製zhi,當dang輸shu入ru信xin號hao增zeng加jia到dao一yi定ding程cheng度du時shi,中zhong頻pin輸shu出chu信xin號hao的de幅fu度du與yu輸shu入ru不bu再zai成cheng線xian性xing關guan係xi!
(四)選擇性
變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)中(zhong)包(bao)含(han)很(hen)多(duo)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang),但(dan)其(qi)中(zhong)隻(zhi)有(you)中(zhong)頻(pin)分(fen)量(liang)是(shi)有(you)用(yong)的(de)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)其(qi)他(ta)各(ge)種(zhong)不(bu)需(xu)要(yao)的(de)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang),要(yao)求(qiu)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)性(xing),即(ji)希(xi)望(wang)有(you)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)幅(fu)頻(pin)特(te)性(xing),它(ta)的(de)矩(ju)形(xing)係(xi)數(shu)盡(jin)可(ke)能(neng)接(jie)近(jin)於(yu) 1。
(五)噪聲係數
因yin為wei變bian頻pin器qi在zai接jie收shou機ji的de最zui前qian端duan,主zhu要yao是shi變bian頻pin器qi的de噪zao聲sheng決jue定ding接jie收shou機ji的de噪zao聲sheng係xi數shu。因yin此ci,為wei了le提ti高gao接jie收shou機ji的de靈ling敏min度du,必bi須xu降jiang低di變bian頻pin器qi噪zao聲sheng,即ji盡jin量liang選xuan擇ze噪zao聲sheng係xi數shu小xiao、變頻損耗小或變頻增益大的混頻器。
噪聲係數是衡量接收機內部噪聲對靈敏度影響程度的一個指標。接收機的總噪聲係數為:
式中:F0 表示接收機的總噪聲係數;FR 表示高頻放大器的噪聲係數;FC表示混頻器的噪聲係數;FI 表示中頻放大器的噪聲係數;kpaR 表示高頻放大器額定功率放大量;kpaC 表示混頻器額定功率放大量(kpaC>1 時)或額定功率傳輸係數(kpaC<1 時)。
為了提高接收機的靈敏度,必須使總噪聲係數 F0 要yao小xiao,而er接jie收shou機ji多duo級ji電dian路lu總zong噪zao聲sheng係xi數shu主zhu要yao由you第di一yi級ji高gao頻pin放fang大da器qi決jue定ding,也ye就jiu是shi說shuo,要yao保bao證zheng高gao放fang噪zao聲sheng係xi數shu小xiao和he額e定ding功gong率lv放fang大da量liang大da的de要yao求qiu。混hun頻pin器qi位wei於yu接jie收shou機ji的de第di二er級ji,其qi噪zao聲sheng係xi數shu、額定功率放大量或額定功率傳輸係數對整機噪聲係數也存在一定的影響,特別是對於無高放的接收機,混頻器噪聲係數、額定功率放大量或額定功率傳輸係數及對整機噪聲係數的影響更大。
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(六)失真和幹擾
混頻器除了有頻率失真和非線性失真外,還會產生各種非線性幹擾,如組合頻率、交叉調製和互相調製、阻zu塞sai等deng幹gan擾rao。所suo以yi對dui混hun頻pin器qi不bu僅jin要yao求qiu頻pin率lv特te性xing好hao,而er且qie還hai要yao求qiu非fei線xian性xing器qi件jian盡jin可ke能neng少shao產chan生sheng一yi些xie不bu需xu要yao的de頻pin率lv分fen量liang,以yi減jian小xiao造zao成cheng幹gan擾rao的de可ke能neng。
副波道幹擾:由於接收機前端選擇性不好外界幹擾信號竄入而引起的幹擾。
最強兩個的副波道幹擾:中頻幹擾、鏡像幹擾
(1) 中頻幹擾
當dang幹gan擾rao頻pin率lv等deng於yu或huo接jie近jin於yu接jie收shou機ji中zhong頻pin時shi,如ru果guo接jie收shou機ji前qian端duan電dian路lu的de選xuan擇ze性xing不bu夠gou好hao,幹gan擾rao電dian壓ya一yi旦dan漏lou到dao混hun頻pin器qi的de輸shu入ru端duan,混hun頻pin器qi對dui這zhe種zhong幹gan擾rao相xiang當dang於yu一yi級ji(中頻)放大器,放大器的跨導為 gm(t)中的 gm0,從而將幹擾放大,並順利地通過其後各級電路就會在輸出端形成幹擾。
(2) 鏡像幹擾
設混頻器中 fL>fs當外來幹擾頻率 fn=fL+fI時,un與uL 共同作用在混頻器輸入端也會產生差頻 fn-fL=fI,從而在接收機輸出端聽到幹擾電台的聲音,示意如下圖:

交叉調製幹擾:在有用中頻信號的包絡上疊加了幹擾信號的包絡而引起互調幹擾,幹擾信號之間彼此混頻而產生接近中頻的信號而引起。
組合頻率的幹擾:混頻器本身的組合頻率中無用頻率分量所引起的幹擾。對混頻器而言,作用於非線性器件的兩個信號為輸入信號 us(fc)和本振電壓 uL(fL)則非線性器件產生的組合頻率分量為

(1) 幹擾哨聲:有用信號和本振產生的組合頻率幹擾。
產生原因:輸(shu)入(ru)到(dao)混(hun)頻(pin)器(qi)的(de)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)與(yu)本(ben)振(zhen)信(xin)號(hao),由(you)於(yu)非(fei)線(xian)性(xing)作(zuo)用(yong),除(chu)了(le)產(chan)生(sheng)有(you)用(yong)的(de)中(zhong)頻(pin)外(wai),還(hai)產(chan)生(sheng)許(xu)多(duo)無(wu)用(yong)的(de)組(zu)合(he)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang),如(ru)果(guo)它(ta)們(men)中(zhong)的(de)有(you)些(xie)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang)正(zheng)好(hao)接(jie)近(jin)中(zhong)頻(pin)(或落在中頻通帶內),則(ze)這(zhe)些(xie)成(cheng)分(fen)將(jiang)和(he)有(you)用(yong)中(zhong)頻(pin)同(tong)時(shi)經(jing)過(guo)中(zhong)放(fang)加(jia)到(dao)檢(jian)波(bo)器(qi)上(shang)。通(tong)過(guo)檢(jian)波(bo)器(qi)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)特(te)性(xing),這(zhe)些(xie)接(jie)近(jin)中(zhong)頻(pin)的(de)組(zu)合(he)頻(pin)率(lv)與(yu)有(you)用(yong)中(zhong)頻(pin)差(cha)拍(pai)檢(jian)波(bo),產(chan)生(sheng)差(cha)拍(pai)信(xin)號(hao)(可聽音頻),形成幹擾哨聲。
(2) 寄生通道幹擾:外來幹擾與本振的組合頻率幹擾。
產生原因:混頻器輸入回路選擇性差,使f n信號輸入,與本振頻率f L經變頻後產生許多頻譜率分量,且滿足
(七)混頻器的隔離度
從cong理li論lun上shang來lai看kan,混hun頻pin器qi各ge個ge端duan口kou之zhi間jian是shi互hu相xiang隔ge離li的de,任ren意yi一yi個ge端duan口kou上shang的de功gong率lv都dou不bu會hui泄xie露lu到dao其qi他ta端duan口kou上shang。但dan實shi際ji上shang,總zong有you部bu分fen功gong率lv在zai各ge個ge端duan口kou之zhi間jian相xiang互hu泄xie露lu。利li用yong隔ge離li度du就jiu可ke以yi評ping價jia這zhe種zhong泄xie露lu的de程cheng度du。由you於yu本ben振zhen端duan口kou的de功gong率lv最zui大da,如ru果guo泄xie露lu到dao信xin號hao端duan口kou會hui形xing成cheng向xiang外wai的de輻fu射she損sun耗hao,嚴yan重zhong地di幹gan擾rao附fu近jin的de接jie收shou機ji,這zhe種zhong影ying響xiang最zui壞huai,因yin此ci一yi般ban情qing況kuang下xia隻zhi規gui定ding本ben振zhen端duan口kou到dao其qi他ta端duan口kou的de隔ge離li度du。具ju體ti的de定ding義yi有you兩liang個ge,一yi個ge是shi本ben振zhen功gong率lv與yu其qi泄xie露lu到dao信xin號hao端duan口kou的de功gong率lv之zhi比bi;另外一個是本振功率與其泄露到中頻輸出端口的功率之比,兩者都用分貝數來表示。
相關閱讀:
如何用高輸入IP3混頻器實現VHF接收器設計
http://wap.0-fzl.cn/rf-art/80020992
如何消除電變頻器對其他設備的幹擾
http://wap.0-fzl.cn/emc-art/80020629
RF混頻器及其在3G無線基站接收器中的應用
http://wap.0-fzl.cn/rf-art/80000697
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