变频

变频就是把一个高频信号变成另一个频率不同的信号，而原来信号的调制规律仍然保持不变。例如，原来是已调幅信号，经过变频后得到的仍然是已调幅信号，而且幅度变化的规律和原信号完全一样。在无线电技术中，变频的应用很广。超外差收音机工作原理的基本特点，就在于把所收到的高频信号变成所谓中频信号。在这篇文章中，我们来介绍一些有关超外差收音机的变频的知识。

为了比较形象地说明问题，我们先来看看两个频率不同的等幅振荡相加时会发生什么情况。图1a和b画出了两个频率不同的信号u\(_{1}\)和u2，它们的频率分别是f\(_{1}\)和f2，把这两个电压加起来所得到的总电压u=u\(_{1}\)+u2如图1c所示。可以看出，总电压u已经不是等幅振荡了，它的振幅是随时间而变的，变化的频率为前两个频率之差，即f\(_{2}\)-f1。这种现象称为差拍。

不同频率的电压相加为什么会产生差拍呢？从图中可以看到，在某些时间内，例如从t＝0到t=t\(_{1}\)的期间，u1和u\(_{2}\)基本上方向相同：u1为正时，u\(_{2}\)也为正；u1为负时，u\(_{2}\)也为负；而且两个电压差不多同时达到自己的振幅值。因此这时总电压的幅度最大（图1c）。但是由于u1的频率较低，它以后的各个振幅越来越落后于u\(_{2}\)的振幅。因而总电压u的幅度也逐渐减小。经过一段时间，例如到了t2～t\(_{3}\)的期间，u1和u\(_{2}\)差不多恰好方向相反，因而总电压u的幅度最小。以后，电压u1继续“落后”，到了t\(_{4}\)～t5的时间内，两个电压又变得方向相同，总电压幅度又达到最大。由此可见，总电压u的幅度是周期性变化的，它的变化频率等于u\(_{2}\)和u1的频率差f\(_{2}\)-f1。这一点可以这样来想象。例如，f\(_{1}\)=8赫，f2=10赫，那么，在每秒钟内，u\(_{2}\)比u1“落后”两个整周期，或者说，半秒钟内就“落后”一个整周期。因此，u\(_{1}\)和u2的幅度每秒钟内“重合”两次，即总电压u的振幅每秒钟内有两次达到最大值，也就是变化频率为2赫，等于f\(_{2}\)-f1=10-8。实际上，f\(_{1}\)和f2可能是若干千赫或兆赫的高频，但是发生差拍的道理完全一样。

促发生差拍，还不能得到差频。因为图1c的总电压u的振幅虽然按f\(_{2}\)-f1的频率在变化，但是这个电压中并没有频率为（f\(_{2}\)-f1）的电压分量，它只不过是两个频率为f\(_{1}\)和f2的电压分量单纯地选加起来而已。只有把这个造加电压通过一个非线性元件，使它的波形发生变化，产生出新的频率分量以后，才能得到差频分量。例如，把u=u\(_{1}\)+u2加到一个二极管检波器上，就得到了如图1d所示的单向脉冲电流i检，它们在各个高频周期中的平均值如图1d中的虚线所示。很明显，这个平均电流的波形在周期性地变化，变化频率为（f\(_{2}\)-f1），也就是说图1d的单向脉冲中包含有差频分量。

由于u\(_{1}\)和u2都是等幅振荡，所以图1d中的脉冲幅度只是按照差频f\(_{2}\)-f1周期性地变化，平均电流的变化幅度在各个周期中都相等。因此，得到的差频分量也是等幅振荡，如图1e所示。

现在假设u\(_{1}\)是已调幅的高频信号（图2a），而u2是高频等幅振荡（图2b），那么，电压u\(_{1}\)+u2的幅度除了按照差频f\(_{2}\)-f1周期性地变化外，还按着调幅信号的规律而变化（图2c）。这样，经过检波（或其它非线性变换）所得到的脉冲电流i\(_{a}\)就带有调幅信号的痕迹（图2d），因此，产生的差频分量就不是等幅的，它的幅度将随着调幅信号的规律而变化（图2e）。于是我们就得到了已调幅差频信号，实现了变频过程。

在超外差收音机里，变频是通过变频器来实现的。变频器包括两部分，一是本机振荡器，一是混频器，如图3的方框图所示。本机振荡器产生一个频率为f\(_{ι}\)的等幅振荡，加到混频器上，在那里和所收到的频率为fc的高频已调幅信号相混合。f\(_{ι}\)通常比fc高一个中频f\(_{n}\)。混频器是一个非线性元件。由于混频的结果，就在变频器的输出端上得到了频率为fι-f\(_{c}\)=fn的中频信号（如图3中的波形所示）。

图4a中画了一个最简单的变频器电路。在这个电路中，信号电压u\(_{c}\)（图2a）和本机振荡电压uι（图2b）同时加在五极管的控制栅极上。由于这两个电压频率不同，就产生了差拍现象。作用在栅极上的总变变电压的幅度不但按照原来的调制信号变动，而且也按u\(_{ι}\)和uc的差频f\(_{ι}\)—fc变动（图2c）。

由于我们适当地选择了栅偏压E\(_{g}\)的数值，把电子管的工作点配置在特性曲线下端的弯曲部分（参看图4b），因此这时的情况和屏极检波时的情况相似。在交变电压的正半周，电子管中有屏流流过，在交变电压的负半周，电子管的屏流很小，甚至没有屏流。这样，电子管屏流变化的波形将如图2d所示。这个屏流中包含有频率均fι-f\(_{c}\)的中频分量，并且还有直流分量和其它高频分量。为了造出中频分量，在屏极电路中接入并联谐振回路，调谐到中频fn=f\(_{ι}\)-fc上。由于回路的谐振特性，其它频率分量在回路上所产生的电压降很小，这样，我们就在回路两端得到了一个频率为f\(_{ι}\)-fc的中频交变电压u\(_{n}\)，如图2e所示。比较图2a和图2e中的波形，可以看到，虽然载波频率不同，但是它们的形状是一模一样的。因此，un就是一个具有新的载波频率f\(_{n}\)、但形状和原来信号一样的信号，这样我们就完成了变频。

由于在这种电路中，信号电压u\(_{c}\)和本机振荡电压u2是加到电子管的同一栅极上混合起来得到变频的，因此通称为单栅变频电路。

目前流行的超外差收音机里，大多采用6A2、6SA7等七极管来变频。七极管变频的原理电路见图5。通常第一栅G\(_{1}\)上加着偏压Eg1和来自本机振荡器的等幅振荡u\(_{ι}\)，因此第一栅就叫做振荡栅。第三栅G3上加着偏压E\(_{g3}\)和收到的已调幅高频信号电压uc，因此这个栅极就叫做信号栅。G\(_{2}\)和G4接在一起成为帘栅极。G\(_{4}\)的作用和普通五极管的帘栅极一样。G2用来把G\(_{1}\)和G3屏蔽开来，以免本机振荡部分受到外来信号的影响。G\(_{5}\)是抑制栅极。和单栅变频时一样，电子管的屏极电路内接着一个调谐到中频fι-f\(_{c}\)的并联谐振回路。

阴极发射出的电子流，受到第一栅上所加本机振荡电压u\(_{2}\)的影响，就随着这个频率而起脉动变化；同时，由于第三栅加有外来的信号电压uc，电子流也将随信号频率而变化。因此，这两个不同频率的信号就在电子流中混合，产生差拍。这个差拍经过电子管中的非线性作用，就在屏流中产生中频分量。

在上述电路中，u\(_{c}\)和uι是加在电子管的而个不同的栅极上，因此这种类型的电路通称为双栅变频电路。

用七极管变频时，除了能起混频作用以外，还能自己完成产生本机振荡的任务。图6就是常见的七极管变频器电路的一种形式。由天线上收到的信号电压加在第三栅上，由阴极、第一栅G\(_{1}\)和第二栅G2所组成的三极管接成一个自耦变压器反馈式振荡器，自行产生出本机振荡供混频之用。这种既用作本机振荡器，又用作混频器的电子管，通常称为变频管。（莫愁）