频率混合电路:应用和拓扑类型

2020年1月14日,

史密斯图上的混合信号射频电路板

每次听到“mixer”这个词，我就会想起我作为DJ时吸引观众(小规模)的经历。最先吸引我注意的频率导向设备之一是均衡器。然而，在那个时候，这一切都是关于手和眼的协调，以追求完美的均衡设置。即便如此，使用混音器、808、放大器和转盘等设备，结合频率来创造一种新的、更好的声音还是很吸引人的。

以至于促使我也加入了高中游行乐队。随着时间的推移，我发现我对音频和频率控制的热爱是坚定不移的，这让我成为了一个音响发烧友。总的来说，即使在人类发展的最初阶段，我们这个物种也被不同的频率所吸引，以及如何将正确的频率以适当的顺序组合在一起，就能产生像我最喜欢的贝多芬第五交响曲这样的音乐作品。

在电子领域，当然有放大器、立体声混音器和转盘，但也有其他设备提供更集中和更准确的频率混合。这些设备被称为频率混合器，它们在我们所说的频率混合电路中使用。此外，这种性质的设备在各种应用中都有使用，在接下来的几段中，我将讨论它们的应用方法和功能。

什么是频率混合器?

在电子学领域，混频器是一种新型的混频器非线性电路它可以从两个应用信号产生新的频率。此外，最纯粹形式的频率混合器接受两个应用信号，并创建新的信号等于原始频率的差和。此外，还可以在标准频率混合器中生成其他频率成分。

一般来说，作为一个整体，混频器被用来将信号从一个频率范围转移到另一个频率范围，这个过程被称为外差。外差化的总体需求是为了减轻传输的不便或进行额外的信号处理。例如，超外差接收机的一个重要组件是混频器，它的使用主要围绕将接收到的信号移动到标准中频(IF)。此外，频率混频器也用于调制无线电发射机中的载波信号。

超外差接收机(superhet)是一种无线电接收机，它使用混频将施加的信号转换为固定的中频，这使信号比最初施加的频率更方便处理。

什么是频率混合器的种类?

总之，频率混频器的关键特性是在其输出中产生一个成分，这是两个应用信号的结果。此外，具有非线性特性的电子装置可作为混合器使用。此外，无源混合器使用单个或多个二极管，并利用其电压和电流之间的非线性关系，以提供倍增功能。此外，在无源混合器中，首选输出信号的功率总是小于输入信号。

然而，有源混频器利用一个放大装置，例如，晶体管来增加产品信号的整体强度。在有源混合器的情况下，它们改善了端口之间的隔离，但权衡包括更高的噪声和更低的功耗效率。此外，主动混合器具有对过载容忍度较低的特性。

最后，你可以从分立的组件构建混合器，或者它们可以是集成电路的一部分，或者它们可以是混合模块。

不同频率的混合器拓扑?

以下是三种类型的频率混频器拓扑。

一个不平衡的混合机:这种拓扑类型产生一个标准的乘积信号，但它也允许两个应用信号通过并作为其输出的组成部分出现。
单平衡混合器:这种拓扑类型包括一种安排，其中它的一个输入应用于差分或平衡电路，以便LO(本振)或RF信号输入中的任何一个在输出处被抑制，而不是同时被抑制。
一种双平衡混合器制造技术:这里，在这种拓扑中，它的两个输入都应用于平衡差分电路，以确保应用的信号都不出现，只有乘积信号出现在其输出。

双平衡混合器通常比不平衡混合器和单平衡混合器更复杂，需要更高的驱动水平。此外，对混合器拓扑类型的选择总是包括对特定或给定应用程序的权衡。

在史密斯图上保持的射频混频器电路

通过混合电路工作可能需要繁琐的信号完整性平衡。

混频电路的应用与功能

所有频率混合电路的特性包括它们的特性，如转换增益，转换损耗和噪声数字。

此外，用作混频器的非线性电子元件包括偏压在其截止点附近的晶体管，二极管、较低频率的晶体管和模拟乘法器。甚至驱动到饱和的铁磁芯电感也用作频率混合电路。在非线性光学方面，有一些具有非线性特性的晶体用来混合两种频率的激光来产生所谓的光学外差。

现在，让我们仔细看看二极管，这是前面提到的作为频率混合器使用的组件之一。二极管可以用来创造一个不平衡的混合器，尽管是一个简单的。这种混合频率类型可以产生原始频率以及它们的差和。使二极管特别适合这项任务的是它的非欧姆行为，这意味着它不遵循欧姆定律，即它的电阻不是恒定的。此外，合适的二极管不会在通过它的电流中再现其驱动电压的频率，这为它提供了首选的频率操作。

什么是其他形式的频率混频器功能?

我已经提到了频率混合器的各种组件和拓扑类型，但还有另一种功能方式可以实现相同的结果，那就是切换。通过开关功能的频率混合器使用更小的输入信号，并在LO的每个相位上通过反向或非反向信号。此外，在操作上，这相当于一个包装的双平衡混频器，因为LO驱动明显高于信号振幅。

此外，开关混合器的目标是利用硬开关在信号电平上获得线性运算，并由LO驱动。从数学上讲，开关混合器非常类似于乘法混合器。然而，它没有使用本振正弦波项，而是使用sgum函数。同时,在频域，开关混合器操作导致通常的和频率和差频率，并进一步项。

开关混合器的总体优势是它可以提供更大的转换增益和更低的噪声图(NF)，效率更高。此外，这种功能是由于开关晶体管或二极管的能力，要么像一个小电阻(当开关关闭时)或一个大电阻(当开关打开时)，同时允许最小的噪声，在任何情况下。在电路评估方面，我们可以通过增加本振振幅来使用许多电子领域中我们今天看到的乘法混合器，作为开关混合器。