混頻器

　　在電子學(xué)中，混頻器是一種非線性電路，它可以由施加到它的兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生新的頻率。其最常見的應(yīng)用是頻率分別為f1和f2的兩個(gè)信號(hào)加在一個(gè)混頻器上，產(chǎn)生原來兩頻率的和f1+f2與差f1-f2的新信號(hào)，稱作外差。實(shí)際混頻器還有可能產(chǎn)生其他頻率分量。

　　混頻器廣泛用于將信號(hào)從一個(gè)頻率范圍搬移到另一個(gè)，此過程稱作外差作用，以便于傳輸或進(jìn)一步的信號(hào)處理。例如，超外差收音機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件是一個(gè)用來搬移接收到的信號(hào)到一個(gè)共同的中頻。混頻器也用于在無線電發(fā)射機(jī)中調(diào)制載波。

類型

　　混頻器的本質(zhì)特性是它在輸出信號(hào)中產(chǎn)生一個(gè)兩路輸入信號(hào)的乘積的分量。具有非線性（如指數(shù)）特性的器件可以用作混頻器。無源混頻器使用一個(gè)或多個(gè)二極管，并依賴于其電壓和電流之間的非線性關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)乘法計(jì)算。在無源混頻器中，得到的輸出信號(hào)的功率總是比輸入信號(hào)低。

　　有源混頻器使用放大器件（如晶體管或真空管）來增加輸出信號(hào)的強(qiáng)度。有源混頻器提高了端口之間的隔離度，但可能會(huì)增大噪聲和功耗。有源混頻器對(duì)過載的耐受性較差。

　　混頻器可以做成分立器件，也可以是集成電路的一部分，也可以作為混合模塊提供。

　　混頻器也可按其拓?fù)浞诸悾?/span>

• 　　非平衡混頻器，產(chǎn)生乘積信號(hào)的同時(shí)會(huì)允許兩個(gè)輸入信號(hào)通過并作為輸出的成分存在。

• 　　單平衡混頻器會(huì)將其中一個(gè)輸入加到平衡（差分）電路中，以使本地振蕩（LO）或信號(hào)輸入（RF）施加在輸入上，但并不是兩個(gè)輸入都有。

• 　　雙平衡混頻器將兩個(gè)輸入都加在了差分電路中，于是兩個(gè)輸入信號(hào)都不會(huì)出現(xiàn)，只有乘積信號(hào)會(huì)出現(xiàn)在輸出中。雙平衡混頻器相對(duì)于非平衡與單平衡混頻器更加復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)電平也更高。

　　對(duì)一個(gè)特定應(yīng)用來說選取混頻器的類型是一個(gè)權(quán)衡的過程。

　　混頻器電路具有變頻增益（或損耗）和噪聲系數(shù)等特性。

　　用作混頻器的非線性電子器件包括二極管、晶體管近截止偏置，在低頻下有模擬乘法器。充到飽和的磁芯電感也被使用。在非線性光學(xué)中，具有非線性特性的晶體用于混合兩種頻率的激光用于產(chǎn)生光外差。

二極管

　　二極管可以用來制作簡單的不平衡混頻器。這種類型的混頻器產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)包含原始頻率以及它們的和與差。二極管的顯著特性是它的非線性（或非歐姆行為），這意味著它的響應(yīng)（電流）不與其輸入（電壓）成正比。因此二極管不會(huì)再生流過它的電流的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率，這就可以控制所需頻率。通過理想二極管的電流I作為電壓V的函數(shù)為

　　{\displaystyleI=I_{\mathrm{S}}\left(e^{qV_{\mathrm{D}}\overnkT}-1\right)}{\displaystyleI=I_{\mathrm{S}}\left(e^{qV_{\mathrm{D}}\overnkT}-1\right)}

　　其中V以e指數(shù)出現(xiàn)是很重要的。指數(shù)函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù)為

　　{\displaystylee^{x}=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{x^{n}}{n!}}}{\displaystylee^{x}=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{x^{n}}{n!}}}

　　對(duì)于較小的x（即電壓較小）可以通過這個(gè)級(jí)數(shù)的前幾項(xiàng)來估計(jì)：

　　{\displaystylee^{x}-1\approxx+{\frac{x^{2}}{2}}}{\displaystylee^{x}-1\approxx+{\frac{x^{2}}{2}}}

　　假設(shè)兩個(gè)輸入信號(hào)之和{\displaystylev_{1}+v_{2}}{\displaystylev_{1}+v_{2}}加在一個(gè)二極管上，產(chǎn)生的輸出電壓與流過二極管（可能是通過提供加在與二極管串聯(lián)的電阻器兩端的電壓）成正比。然后，忽略二極管方程中的常量，輸出電壓的形式就會(huì)為

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(v_{1}+v_{2})+{\frac{1}{2}}(v_{1}+v_{2})^{2}+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(v_{1}+v_{2})+{\frac{1}{2}}(v_{1}+v_{2})^{2}+\dots}

　　正如預(yù)期的那樣，右邊的第一項(xiàng)是原始的兩個(gè)信號(hào)，接著是二者之和的平方，寫作{\displaystyle(v_{1}+v_{2})^{2}=v_{1}^{2}+2v_{1}v_{2}+v_{2}^{2}}{\displaystyle(v_{1}+v_{2})^{2}=v_{1}^{2}+2v_{1}v_{2}+v_{2}^{2}}，其中乘積信號(hào)是很明顯的。省略號(hào)表示所有二者和的更高次冪，對(duì)于小信號(hào)來說我們認(rèn)為可以忽略。

　　假設(shè)兩個(gè)不同頻率的正弦輸入信號(hào)輸入到該二極管，使得{\displaystylev_{1}=\sinat}{\displaystylev_{1}=\sinat}，{\displaystylev_{2}=\sinbt}{\displaystylev_{2}=\sinbt}。信號(hào){\displaystyleV_{0}}V_{0}就會(huì)為：

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sinat+\sinbt)^{2}+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sinat+\sinbt)^{2}+\dots}

　　展開平方項(xiàng)就會(huì)得到：

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sin^{2}at+2\sinat\sinbt+\sin^{2}bt)+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sin^{2}at+2\sinat\sinbt+\sin^{2}bt)+\dots}

　　將除了{(lán)\displaystyle\sinat\sinbt}{\displaystyle\sinat\sinbt}之外的項(xiàng)都忽略并運(yùn)用積化和差恒等式

　　{\displaystyle\sina\sinb={\frac{\cos(a-b)-\cos(a+b)}{2}}}{\displaystyle\sina\sinb={\frac{\cos(a-b)-\cos(a+b)}{2}}}

　　得到，

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=\cos((a-b)t)-\cos((a+b)t)+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=\cos((a-b)t)-\cos((a+b)t)+\dots}

　　說明了混頻器是如何產(chǎn)生新頻率的。

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