变频器与混频器

变频器

变频器的作用就是将高频信号经过频率变换,变为一个固定频率,同时保持调制规律不变。有时也称为混频器。

主要指标

  • 变频增益:变频电压增益:输出电压振幅与高频输入信号电压振幅之比 $A_{v0}=\frac{V_{im}}{V_{sm}}$;变频功率增益:中频输出功率/高频输入信号功率。
  • 失真(distortion)包括线性失真(频率失真)与非线性失真。
  • 干扰(interference)
  • 选择性
  • 噪声系数

晶体管混频器

晶体管混频器按组态分可以分为:

  1. 共射
  2. 共基

我们认为,晶体管的跨导只受 $v_0$ 影响作 $\omega_0$ 周期性地变化。根据之前的分析,集电极电流为:

我们从中分离中频 $\omega_i=\omega_0-\omega_s$ 的分量:

我们定义变频跨导 $g_c=\frac{I_{im}}{V_{sm}}=\frac{1}{2}g_1$

而总的跨导为:

我们进行一定的近似,只取前两项:$g(t)=g_0+g_1\cos\omega_0t$

若 $g_\max\gg g_\min$,即 $g_1\approx g_0$,那么我们可以认为变频跨导:

实验证明:

于是我们将电路等效为:

因此得到:

二极管混频器

二极管平衡混频器

如图,二极管可以看作受 $v_0$ 控制的开关,故我们有:

变压器的输出与 $i_1-i_2$ 成比例:

从而得到频率分量 $\omega_s$ 和 $(2n-1)\omega_0\pm\omega_s$

环形混频器(双平衡混频器)

此时的开关函数分为可以分为:正半周 $S(t)$ 和 负半周 $S^*(t)=S(t+\frac{T}{2})$,也就是下图:

我们从上一节的结论直接推出:

因此,最终变压器得到的电流为:

对比

两种混频器的优缺点

晶体管混频器

  1. 优点
    1. 有变频增益
  2. 缺点:
    1. 动态范围小
    2. 组合频率干扰严重
    3. 噪声较大
    4. 存在反向辐射

二极管混频器

  1. 优点:
    1. 组合频率小
    2. 动态范围大
    3. 噪声小
    4. 本振电压无反向辐射
  2. 缺点
    1. 变频增益小于1

除了上面讲的混频器外,还有一种变频器叫“自激式变频器”,具体可以参考一下 混频器原理分析