圖2-1(a)中,本振電壓 Vo 和信號(hào)電壓 Vs 都加載晶體管的基極與發(fā)射極之間,利用基極與發(fā)射極之間的非線性特性來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻。按照晶體管的組態(tài)和本振電壓注入點(diǎn)的不同,有如下四種基本電路。其中(a)、(b)為共射混頻電路;(c)、(d)為共基混頻電路。這四種組態(tài)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
電路(a),信號(hào)電壓由基極輸入,本振電壓由基極注入。
優(yōu)點(diǎn):因?yàn)樗妮斎胱杩馆^大,因此用做混頻時(shí),本振電路容易起振,需要注入的本振功率也比較小。
缺點(diǎn):因?yàn)樾盘?hào)輸入電路與振蕩電路相互影響比較大(直接耦合),可能產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。特別當(dāng) Ws 與 Wl 的相對(duì)頻差不大時(shí),牽引現(xiàn)象比較嚴(yán)重,不宜采用此種電路。
電路(b),信號(hào)電壓由基極輸入,本振電壓由發(fā)射極注入。
優(yōu)點(diǎn):它的輸入信號(hào)與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射機(jī)注入?;ハ嘤绊懏a(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí),對(duì)于本振電壓來(lái)說(shuō)是共基電路,起輸入阻抗較小,不易過(guò)激勵(lì),因此振蕩波形好,失真小。
缺點(diǎn):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(yōu)點(diǎn):在較高的頻率工作時(shí)(幾十兆赫),因?yàn)楣不娐返?fa比共發(fā)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(shí)也采用這種電路。
缺點(diǎn):在較低的頻率工作時(shí),變頻增益低,輸入阻抗也低,因此在頻率較低時(shí)不宜采用此電路。
第二節(jié) 三極管混頻器的技術(shù)指標(biāo)
(一) 混頻跨導(dǎo)
混頻跨導(dǎo) gc 的定義為輸出中頻電流振幅 IIm 與輸入高頻信號(hào)電壓振幅 Usm 之比,可得
這說(shuō)明混頻器變頻跨導(dǎo) gc 等于時(shí)變跨導(dǎo) g(t)的傅里葉展開(kāi)式中基波振幅 g1 的一半。在數(shù)值上,變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo) gt的基波分量的一半,可以通過(guò)求 gt的基波分量 g1 來(lái)求得變頻跨導(dǎo)。
由此可以看出在三極管工作在線性范圍是混頻增益與跨導(dǎo)成正比。
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晶體管跨導(dǎo)與晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)也存在一定的關(guān)系,下面為他們的關(guān)系曲線,其中
(二)混頻增益
上面介紹了如何求混頻跨導(dǎo) g,得到圖 2-2 加電壓后的晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線.也可以求出混頻電壓增益和混頻功率增益。下面畫(huà)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(dǎo),goc 為輸出電導(dǎo),gc 為混頻跨導(dǎo);gL 為負(fù)載電導(dǎo)。由圖2-3 可得:
(三)變頻壓縮(抑制)
在混頻器中,輸出與輸入信號(hào)幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實(shí)際上,由于非線性器件的限制,當(dāng)輸入信號(hào)增加到一定程度時(shí),中頻輸出信號(hào)的幅度與輸入不再成線性關(guān)系!
(四)選擇性
變頻器的輸出電流中包含很多頻率分量,但其中只有中頻分量是有用的。為了抑制其他各種不需要的頻率分量,要求輸出端的帶通濾波器有較好的選擇性,即希望有較理想的幅頻特性,它的矩形系數(shù)盡可能接近于 1。
(五)噪聲系數(shù)
因?yàn)樽冾l器在接收機(jī)的最前端,主要是變頻器的噪聲決定接收機(jī)的噪聲系數(shù)。因此,為了提高接收機(jī)的靈敏度,必須降低變頻器噪聲,即盡量選擇噪聲系數(shù)小、變頻損耗小或變頻增益大的混頻器。
噪聲系數(shù)是衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲對(duì)靈敏度影響程度的一個(gè)指標(biāo)。接收機(jī)的總噪聲系數(shù)為:
式中:F0 表示接收機(jī)的總噪聲系數(shù);FR 表示高頻放大器的噪聲系數(shù);FC表示混頻器的噪聲系數(shù);FI 表示中頻放大器的噪聲系數(shù);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(shí))或額定功率傳輸系數(shù)(kpaC<1 時(shí))。
為了提高接收機(jī)的靈敏度,必須使總噪聲系數(shù) F0 要小,而接收機(jī)多級(jí)電路總噪聲系數(shù)主要由第一級(jí)高頻放大器決定,也就是說(shuō),要保證高放噪聲系數(shù)小和額定功率放大量大的要求。混頻器位于接收機(jī)的第二級(jí),其噪聲系數(shù)、額定功率放大量或額定功率傳輸系數(shù)對(duì)整機(jī)噪聲系數(shù)也存在一定的影響,特別是對(duì)于無(wú)高放的接收機(jī),混頻器噪聲系數(shù)、額定功率放大量或額定功率傳輸系數(shù)及對(duì)整機(jī)噪聲系數(shù)的影響更大。
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(六)失真和干擾
混頻器除了有頻率失真和非線性失真外,還會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾,如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)制、阻塞等干擾。所以對(duì)混頻器不僅要求頻率特性好,而且還要求非線性器件盡可能少產(chǎn)生一些不需要的頻率分量,以減小造成干擾的可能。
副波道干擾:由于接收機(jī)前端選擇性不好外界干擾信號(hào)竄入而引起的干擾。
最強(qiáng)兩個(gè)的副波道干擾:中頻干擾、鏡像干擾
(1) 中頻干擾
當(dāng)干擾頻率等于或接近于接收機(jī)中頻時(shí),如果接收機(jī)前端電路的選擇性不夠好,干擾電壓一旦漏到混頻器的輸入端,混頻器對(duì)這種干擾相當(dāng)于一級(jí)(中頻)放大器,放大器的跨導(dǎo)為 gm(t)中的 gm0,從而將干擾放大,并順利地通過(guò)其后各級(jí)電路就會(huì)在輸出端形成干擾。
(2) 鏡像干擾
設(shè)混頻器中 fL>fs當(dāng)外來(lái)干擾頻率 fn=fL+fI時(shí),un與uL 共同作用在混頻器輸入端也會(huì)產(chǎn)生差頻 fn-fL=fI,從而在接收機(jī)輸出端聽(tīng)到干擾電臺(tái)的聲音,示意如下圖:
交叉調(diào)制干擾:在有用中頻信號(hào)的包絡(luò)上疊加了干擾信號(hào)的包絡(luò)而引起互調(diào)干擾,干擾信號(hào)之間彼此混頻而產(chǎn)生接近中頻的信號(hào)而引起。
組合頻率的干擾:混頻器本身的組合頻率中無(wú)用頻率分量所引起的干擾。對(duì)混頻器而言,作用于非線性器件的兩個(gè)信號(hào)為輸入信號(hào) us(fc)和本振電壓 uL(fL)則非線性器件產(chǎn)生的組合頻率分量為
(1) 干擾哨聲:有用信號(hào)和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾。
產(chǎn)生原因:輸入到混頻器的有用信號(hào)與本振信號(hào),由于非線性作用,除了產(chǎn)生有用的中頻外,還產(chǎn)生許多無(wú)用的組合頻率分量,如果它們中的有些頻率分量正好接近中頻(或落在中頻通帶內(nèi)),則這些成分將和有用中頻同時(shí)經(jīng)過(guò)中放加到檢波器上。通過(guò)檢波器的非線性特性,這些接近中頻的組合頻率與有用中頻差拍檢波,產(chǎn)生差拍信號(hào)(可聽(tīng)音頻),形成干擾哨聲。
(2) 寄生通道干擾:外來(lái)干擾與本振的組合頻率干擾。
產(chǎn)生原因:混頻器輸入回路選擇性差,使f n信號(hào)輸入,與本振頻率f L經(jīng)變頻后產(chǎn)生許多頻譜率分量,且滿足時(shí),該干擾將通過(guò)混頻后由f n→f I并經(jīng)中放,在檢波器中檢波后在輸出端聽(tīng)到干擾的聲音。
(七)混頻器的隔離度
從理論上來(lái)看,混頻器各個(gè)端口之間是互相隔離的,任意一個(gè)端口上的功率都不會(huì)泄露到其他端口上。但實(shí)際上,總有部分功率在各個(gè)端口之間相互泄露。利用隔離度就可以評(píng)價(jià)這種泄露的程度。由于本振端口的功率最大,如果泄露到信號(hào)端口會(huì)形成向外的輻射損耗,嚴(yán)重地干擾附近的接收機(jī),這種影響最壞,因此一般情況下只規(guī)定本振端口到其他端口的隔離度。具體的定義有兩個(gè),一個(gè)是本振功率與其泄露到信號(hào)端口的功率之比;另外一個(gè)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(shù)來(lái)表示。
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