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零频率IF

时间:2018-03-05 作者:John Dunn 阅读:
超外差原理是,任何频率的输入信号都与“本地振荡器”的频率“混合”,在称为IF的“中频”产生新的信号。本设计实例将介绍一种混频安排,其中本地振荡器以输入信号的频率运行,产生零赫的IF。

超外差接收机中使用的缩写词“IF”代表“中频”,所以对于一个追求语言纯粹的人,本文标题中出现了“频率频率”的并列就显得荒谬。但是我决定不在意。谈论一款中频器件或电路或系统或其它任何东西都太简单了,所以我要恳请你的宽容。

超外差原理是,任何频率的输入信号都与“本地振荡器”的频率“混合”,在我们称为IF的“中频”产生新的信号。在典型的AM收音机中,IF是455kHz;而在典型的FM收音机中,IF是10.7MHz。在这两种情况下,本地振荡器都以输入信号的频率运行,但由IF移频。如果你在纽约市收听WINS的AM电台,选台到1010kHz,则本地振荡器将以1465kHz的频率工作。

但这里我们将看到一种混频安排,其中本地振荡器以输入信号的频率运行,产生零赫的IF,正如标题所说。

下图是用于超外差接收的零频率IF级,只要其频率wm = 2×pi×fm足够接近第二本地振荡器频率wc= 2×pi×fc,输入#1就被传递到输出。输入频率有多接近必须借助一对低通滤波器来设置。两个低通滤波器的截止频率越低,选择范围越窄。

DI2-F1-201803

图1:零频率IF和公式,首次考查。

理想的乘法器是我们的混频器。其操作基于三角函数公式:cos a x cos b = ½ x (cos (a+b) + cos (a-b)) ,如图1所示。

但是,可以用另一种方式应用这种代数关系。我们可以用“a”代表“wc”,“b”代表“wm”,或者反过来,都没关系。

DI2-F2-201803

图2:零频率IF和公式,第二次考查。

在这种情况下,我们使用等价三角函数公式:cos b x cos a = ½(cos (b+a) + cos (b-a))。

这种差别并没产生什么不同,图1和图2的最终结果相同。采用 SPICE的零频率IF仿真如图3所示。

DI2_F3_201803

图3:采用 5kHz低通滤波器零频率IF仿真。

...或更窄的带通,像图4那样。

DI2-F4-201803

图4:采用约500Hz低通滤波器的零频率IF仿真。

整个带通是低通滤波器截止频率的两倍。使用1MHz的本地振荡器频率,针对图中显示的单个RC滤波器,计算出的带通如图5所示。

DI2_F5_201803

图5:零频率IF带通。

要注意10:1的带宽比与10:1的低通滤波器截止频率比,它们为:1/(2 pi x 3160 x 0.01E-6) = 5037 Hz ...和... 1/(2 pi x 3160 x 0.1E-6) = 503.7Hz。

这项技术被应用于美国海军CVA VAST测试系统的Building Block 38(BB38)中,BB38被称为低频波分析仪。但零频IF并非 源于此,而是借鉴现已停产的惠普HP3590A分析仪。

然而,戏法只能玩一次。四混频器可能会受到DC偏移的干扰。为避免这个问题,用极低频高通角对低通滤波器实施直流阻断。结果,IF带通在中心频率处具有无限深但非常窄的陷波。

《电子技术设计》2018年3月刊版权所有,转载请注明来源及链接。

20160630000123

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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