超外差原理如图1。本地振荡器产生频率为f1的等幅正弦信号，输入信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号，通常f1>fc。这两个信号在混频器中变频,输出为差频分量，称为中频信号,fi=f1-fc为中频频率。图2表示输入为调幅信号的频谱和波形图。输出的中频信号除中心频率由fc变换到fi外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。

超外差原理的典型应用是超外差接收机（图3）。从天线接收的信号经高频放大器放大，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器变频，得到中频信号，再经中频放大、检波和低频放大，然后送给用户。接收机的工作频率范围往往很宽，在接收不同频率的输入信号时，可以用改变本地振荡频率f1的方法使混频后的中频fi保持为固定的数值。

它可以在中频进行放大、解调得到基带信号。外差接收的本振光控制可通过中频锁定进行，较易实现，故较多被采用。

图中表示典型的光外差接收机方框图。图中光纤3dB方向耦合器和双光检测器构成了平衡光相干检测器。这种检测器可充分利用信号光和本振光功率，又能利用平衡作用消除本振激光器强度涨落引起的噪声。

锁频控制部分的作用是控制本振激光器的注入电流或温度，使本振光频率和信号光载频相差一固定的中频，从而稳定中频频率。

图中没有表示出偏振跟踪环路。可以采用使中频幅度保持一定的偏振跟踪方法。

幅移键控、频移键控、相移键控都可用外差接收方法。一般是在内调制时用频移键控，外调制时用微分相移键控。

接收机的输入信号uc往往十分微弱（一般为几微伏至几百微伏），而检波器需要有足够大的输入信号才能正常工作。因此需要有足够大的高频增益把uc放大。早期的接收机采用多级高频放大器来放大接收信号，称为高频放大式接收机。后来广泛采用的是超外差接收机，主要依靠频率固定的中频放大器放大信号。

和高频放大式接收机相比，超外差接收机具有一些突出的优点。

①　容易得到足够大而且比较稳定的放大量。

②　具有较高的选择性和较好的频率特性。这是因为中频频率IF是固定的，所以中频放大器的负载可以采用比较复杂、但性能较好的有源或无源网络，也可以采用固体滤波器，如陶瓷滤波器（见电子陶瓷）、声表面波滤波器（见声表面波器件）等。

③　容易调整。除了混频器之前的天线回路和高频放大器的调谐回路需要与本地振荡器的谐振回路统一调谐之外，中频放大器的负载回路或滤波器是固定的，在接收不同频率的输入信号时不需再调整。

超外差接收机的主要缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等(见混频器)。例如，当接收频率为fc的信号时,如果有一个频率为f=fc if的信号也加到混频器的输入端，经混频后也能产生|fc-f|=fim的中频信号，形成对原来的接收信号fc的干扰，这就是像频干扰。解决这个问题的办法是提高高频放大器的选择性，尽量把由天线接收到的像频干扰信号滤掉。另一种办法是采用二次变频方式。

二次变频超外差接收机的框图如图4。第一中频频率选得较高，使像频干扰信号的中心频率与有用输入信号uc的中心频率差别较大，使像频信号在高频放大器中受到显著的衰减。第二中频频率选得较低，使第二中频放大器有较高的增益和较好的选择。

光外差接收机，利用外差原理，将接收的信号光束经光混频器变换为预定的低载频(中频)信号后再进行高增益放大和检波的光接收机。