ch4非線性電路ppt課件

1、第四章非線性電路、時(shí)變參量第四章非線性電路、時(shí)變參量電路和變頻器電路和變頻器電路性質(zhì)：非線性電路性質(zhì)：非線性分析方法：冪級(jí)數(shù)法、折線法分析方法：冪級(jí)數(shù)法、折線法基礎(chǔ)知識(shí)：泰勒級(jí)數(shù)、頻譜的概念、三角變換基礎(chǔ)知識(shí)：泰勒級(jí)數(shù)、頻譜的概念、三角變換電路基礎(chǔ)與模電中的很多結(jié)論不再適用電路基礎(chǔ)與模電中的很多結(jié)論不再適用折線法是學(xué)習(xí)第五章功率折線法是學(xué)習(xí)第五章功率放大器的重要基礎(chǔ)！放大器的重要基礎(chǔ)！本章內(nèi)容本章內(nèi)容l4.1 概述概述l4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征l4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法l4.4 線性時(shí)變參量電路分析法線性時(shí)變參量電路分析法l4.5 混頻器的工作原理混頻器的工作原

2、理l4.6 晶體晶體(三極三極)管混頻器管混頻器l4.7 二極管混頻器二極管混頻器l4.8 差分對(duì)模擬乘法器混頻電路差分對(duì)模擬乘法器混頻電路l4.9 混頻器中的干擾混頻器中的干擾第四章第四章 非線性電路分析法和混頻器非線性電路分析法和混頻器2 24.1 概述概述電路是若干無源元件或和有源元件的有序聯(lián)結(jié)體。電路是若干無源元件或和有源元件的有序聯(lián)結(jié)體。它可以分為線性與非線性兩大類。它可以分為線性與非線性兩大類。n 時(shí)變參量元件：元件的參數(shù)按一定規(guī)律隨時(shí)間變化時(shí)。時(shí)變參量元件：元件的參數(shù)按一定規(guī)律隨時(shí)間變化時(shí)。n例如：變頻器的變頻跨導(dǎo)。例如：變頻器的變頻跨導(dǎo)。 1、從元件角度：、從元件角度：n 線性

3、元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大小線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大小n無關(guān)。例如：無關(guān)。例如：R，L，C。實(shí)際上，絕大多數(shù)物理器件，作為線性元件工作是有實(shí)際上，絕大多數(shù)物理器件，作為線性元件工作是有條件的，或者是近似的。條件的，或者是近似的。n 非線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大非線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大n小有關(guān)。例如：變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容小有關(guān)。例如：變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容 。JC3 3 2、從電路角度：、從電路角度：n 線性電路：線性電路是由線性元件構(gòu)成的電路。它的輸出輸線性電路：線性電路是由線性元件構(gòu)成的電路。它的輸出輸n入關(guān)系用線性代數(shù)方程

4、式或線性微分方程表示。線性電路的入關(guān)系用線性代數(shù)方程式或線性微分方程表示。線性電路的n主要特征是具有疊加性和均勻性。主要特征是具有疊加性和均勻性。n 非線性電路：非線性電路中至少包含一個(gè)非線性元件，它非線性電路：非線性電路中至少包含一個(gè)非線性元件，它n的輸出輸入關(guān)系用非線性函數(shù)方程或非線性微分方程表示。的輸出輸入關(guān)系用非線性函數(shù)方程或非線性微分方程表示。n非線性電路不具有疊加性與均勻性。這是它與線性電路的重非線性電路不具有疊加性與均勻性。這是它與線性電路的重要區(qū)別。要區(qū)別。4 44.1 概述概述201020( )()()if vaa v Va v V5 54.1 概述概述n 由于非線性電路的輸

5、出輸入關(guān)系是非線性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)信由于非線性電路的輸出輸入關(guān)系是非線性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)信號(hào)通過非線性電路后，在輸出信號(hào)中將會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)所沒號(hào)通過非線性電路后，在輸出信號(hào)中將會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)所沒有的頻率成分，也可能不再出現(xiàn)輸入信號(hào)中的某些頻率成分。有的頻率成分，也可能不再出現(xiàn)輸入信號(hào)中的某些頻率成分。這是非線性電路的重要特性。這是非線性電路的重要特性。n 時(shí)變參量電路：若電路中僅有一個(gè)參量受外加信號(hào)的控制時(shí)變參量電路：若電路中僅有一個(gè)參量受外加信號(hào)的控制n而按一定規(guī)律變化時(shí)，稱這種電路為參變電路，外加信號(hào)為而按一定規(guī)律變化時(shí)，稱這種電路為參變電路，外加信號(hào)為n控制信號(hào)。例如：模擬相乘器與變頻器。控制信

6、號(hào)。例如：模擬相乘器與變頻器。4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征l非線性元件的三個(gè)主要特征非線性元件的三個(gè)主要特征l（1輸出量與輸入量不是線性關(guān)系；輸出量與輸入量不是線性關(guān)系；l這將導(dǎo)致靜態(tài)這將導(dǎo)致靜態(tài)(直流直流)電阻與動(dòng)態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)(交流交流)電阻電阻的不一致的不一致l（2具有頻率變換作用；具有頻率變換作用；l混頻器正是利用了非線性元件的這個(gè)特性混頻器正是利用了非線性元件的這個(gè)特性l（3不滿足疊加原理。不滿足疊加原理。l這一特征其實(shí)是由第這一特征其實(shí)是由第(1)個(gè)特征決定的個(gè)特征決定的第四章第四章 非線性電路分析法和混頻器非線性電路分析法和混頻器6 6（特征（特征1輸出與輸入量的非線性

7、關(guān)系輸出與輸入量的非線性關(guān)系l為了更好地了解非線性元件，我們先研究一下線性元件的特點(diǎn)：R純電阻v輸入量vi輸出量ivRi1則有vitan1,1tanRR即此直線的斜率為4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征第四章第四章 非線性電路分析法和混頻器非線性電路分析法和混頻器7線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻是一樣的線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻是一樣的4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征（1輸出與輸入量的非線性關(guān)系輸出與輸入量的非線性關(guān)系vi0V0I0)(Vv電壓靜態(tài)是一個(gè)直流如果0)(Ii電流靜態(tài)是一個(gè)直流則輸出RIVtan100因此靜態(tài)電阻為tVvSsin)(電壓動(dòng)態(tài)是一個(gè)很小的交流如果tIiS

8、sin)(電流動(dòng)態(tài)是一個(gè)很小的交流則輸出Rdidvivvtan1lim0因此動(dòng)態(tài)電阻為可見線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻是一樣的可見線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻是一樣的iv8 8非線性元件輸入輸出關(guān)系曲線非線性元件輸入輸出關(guān)系曲線以二極管為例以二極管為例vi根據(jù)二極管特性可畫出根據(jù)二極管特性可畫出i-v曲線曲線vi4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征（1輸出與輸入量的非線性關(guān)系輸出與輸入量的非線性關(guān)系9非線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻不一樣非線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻不一樣vi0)(Vv電壓靜態(tài)是一個(gè)直流如果0V0I0)(Ii電流靜態(tài)是一個(gè)直流則輸出tan100IV因此靜態(tài)電阻為tVvSsi

9、n)(電壓動(dòng)態(tài)是小交流如果tIiSsin)(電流動(dòng)態(tài)是小交流則輸出tan1lim0didvivv動(dòng)態(tài)電阻為可見非線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻是不一樣的可見非線性元件的靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻是不一樣的10（特征（特征2非線性元件的頻率變換作用非線性元件的頻率變換作用的關(guān)系是與輸出量入量假如一個(gè)非線性元件輸iv)(2器件就有這種特性CMOSvki的標(biāo)準(zhǔn)余弦波時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)tVvSScostkVtVkiSSSS222cos)cos(輸出信號(hào)tkVkVtkVSSSSS2cos2121)2cos1 (21222注意注意Vs是余弦波的振幅，是一個(gè)常數(shù)是余弦波的振幅，是一個(gè)常數(shù)直流分量直流分量2倍頻分量倍頻分量4

10、.2 非線性元件的特征非線性元件的特征11通過非線性器件的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)在頻率上發(fā)生變化。通過非線性器件的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)在頻率上發(fā)生變化。分別畫出輸入輸出信號(hào)的頻譜輸入信號(hào)頻譜輸入信號(hào)頻譜)(iFS)(SV輸出信號(hào)頻譜輸出信號(hào)頻譜)(OFS2)21(2SkV可見信號(hào)經(jīng)過非線性電路后頻率發(fā)生了變換可見信號(hào)經(jīng)過非線性電路后頻率發(fā)生了變換4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征（2非線性元件的頻率變換作用非線性元件的頻率變換作用12（特征（特征3非線性電路不滿足疊加原理非線性電路不滿足疊加原理l什么是疊加原理？電路1X1Y2X2Y21XX 21YY 則稱該電路滿足疊加原理則稱該電路滿足疊加原

11、理4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征輸入輸入輸出輸出13（特征（特征3非線性電路不滿足疊加原理非線性電路不滿足疊加原理4.2 非線性元件的特征非線性元件的特征的關(guān)系是與輸出量入量假如一個(gè)非線性元件輸iv2vki2111111)sin(,sintVkitVv輸出為時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)2222222)sin(,sintVkitVv輸出為時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)為tVtVvv221121sinsin22211)sinsin(tVtVk輸出信號(hào)為tVtkVtVktVk2211222211sinsin2sinsin顯然不等于顯然不等于i1+i2，即不滿足疊加原理，即不滿足疊加原理14221122(sin)

12、(sin)k Vtk Vt15圖解法圖解法解析法解析法4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3 非線性電路分析法l根據(jù)具體電路的不同，解析的分析方法是根據(jù)具體電路的不同，解析的分析方法是多種多樣的，最常見也最實(shí)用的方法有多種多樣的，最常見也最實(shí)用的方法有2種：種：l冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法l用泰勒級(jí)數(shù)將特性曲線在某一點(diǎn)展開成級(jí)用泰勒級(jí)數(shù)將特性曲線在某一點(diǎn)展開成級(jí)數(shù)形式數(shù)形式l折線法折線法l將曲線近似看成若干首尾相接的線段連接將曲線近似看成若干首尾相接的線段連接而成的折線而成的折線第四章第四章 非線性電路分析法和混頻器非線性電路分析法和混頻器164.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法l非線性器件的伏安特性非

13、線性器件的伏安特性,可用下面的非線可用下面的非線性函數(shù)來表示：性函數(shù)來表示：)(vfi 處各階導(dǎo)數(shù)存在這個(gè)函數(shù)在如果根據(jù)高等數(shù)學(xué)知識(shí)0)(,Vvfi則 可以表示成泰勒級(jí)數(shù)的形式。230102030()()().ibb vVb vVb vV.)(! 31 , )(! 21 , )( , )(03020100VfbVfbVfbVfb 其中17171.泰勒級(jí)數(shù)展開式泰勒級(jí)數(shù)展開式01!nnv Vnd ibn dv184.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法2. 泰勒級(jí)數(shù)的取舍泰勒級(jí)數(shù)的取舍oVoIiv0BCA（1信號(hào)電壓小，且工作于線性工作區(qū)信號(hào)電壓小，且工作于線性工作區(qū)（BC段）段）只取前兩項(xiàng)只取前兩項(xiàng)010

14、()ibb vV（2信號(hào)電壓小，且工作于起始彎曲部分信號(hào)電壓小，且工作于起始彎曲部分（0B段）段）oVoI取前三項(xiàng)取前三項(xiàng)201020()()ibb v Vb v V19iv0BCA4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法（3信號(hào)電壓很大，且工作于信號(hào)電壓很大，且工作于AC段段至少取前四項(xiàng)至少取前四項(xiàng)230102030()()()ibb v Vb v Vb v V留意：這只是各系數(shù)的數(shù)學(xué)意義，留意：這只是各系數(shù)的數(shù)學(xué)意義，由于由于f(v)的表達(dá)式在實(shí)際情況下往往的表達(dá)式在實(shí)際情況下往往不知道，所以不能直接通過這些公不知道，所以不能直接通過這些公式求各系數(shù)式求各系數(shù)01!nnv Vnd ibn dv如何通過

15、測(cè)繪的曲線圖近似求得各系數(shù)？如何通過測(cè)繪的曲線圖近似求得各系數(shù)？l一般情況下，只研究一般情況下，只研究f(v)的前的前3項(xiàng)即可，即項(xiàng)即可，即忽略第忽略第4項(xiàng)及其以后的各項(xiàng)。項(xiàng)及其以后的各項(xiàng)。202010)()(VvbVvbbi的物理意義先看0b時(shí)的輸出直流電流即輸入電壓為直流電壓000)(VVfb 0V所以一旦確定直流工作電壓00bV 對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)即為通過作圖找到4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法20靜態(tài)工作點(diǎn)電流靜態(tài)工作點(diǎn)電流如何通過作圖得到b0vi0V0b4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法21b1的幾何意義和求法010 (

16、)v Vdibf Vdv0 V即曲線在靜態(tài)工作點(diǎn)處的斜率v0V0bi從圖中可讀出這從圖中可讀出這段距離，記為段距離，記為xxbVfb001)( 則這一點(diǎn)的斜率4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法22b2的求法的求法l在圖中任取在圖中任取V0附近一點(diǎn)電壓附近一點(diǎn)電壓VBl通過作圖得到相應(yīng)的電流通過作圖得到相應(yīng)的電流iBl從而可列出方程從而可列出方程l此方程只有此方程只有b2一個(gè)未知數(shù)，故可求之。一個(gè)未知數(shù)，故可求之。202010)()(VVbVVbbiBBB大家可以對(duì)照教材大家可以對(duì)照教材133頁(yè)的實(shí)例理解這個(gè)過程頁(yè)的實(shí)例理解這個(gè)過程一旦確定了這一旦確定了這3個(gè)系

17、數(shù)，那么任意給定一個(gè)輸入信號(hào)，個(gè)系數(shù)，那么任意給定一個(gè)輸入信號(hào)，我們都可以求出輸出信號(hào)的表達(dá)式了。我們都可以求出輸出信號(hào)的表達(dá)式了。4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法23兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路l為什么要分析這種情況？為什么要分析這種情況？l因?yàn)橄鹿?jié)要講的一種混頻器正是根據(jù)這個(gè)因?yàn)橄鹿?jié)要講的一種混頻器正是根據(jù)這個(gè)原理來實(shí)現(xiàn)的。原理來實(shí)現(xiàn)的。303202010)()()(VvbVvbVvbbi設(shè)tVtVVv22110coscos其中的tVtVVv22110coscos)(因此項(xiàng)不含直流成分注意)(0Vv這一點(diǎn)是大家在做

18、題時(shí)一定要注意的地方這一點(diǎn)是大家在做題時(shí)一定要注意的地方4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法24兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路的表達(dá)式中的表達(dá)式代入將iVv)(0322113222112221110)coscos()coscos( )coscos(tVtVbtVtVbtVtVbbi)coscos(221110tVtVbbttVVbtVbtVb221122222212212coscos2coscostVbttVVbttVVbtVb233232222113221221313313coscoscos3coscos3cos對(duì)含余弦相

19、乘的項(xiàng)進(jìn)行積化和差，直到?jīng)]有余弦相乘的項(xiàng)對(duì)含余弦相乘的項(xiàng)進(jìn)行積化和差，直到?jīng)]有余弦相乘的項(xiàng)4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法25兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路l整理后的表達(dá)式有整理后的表達(dá)式有13項(xiàng)，我們用項(xiàng)，我們用k0k12來來簡(jiǎn)化表示各項(xiàng)的系數(shù)：簡(jiǎn)化表示各項(xiàng)的系數(shù)：tktkki22110coscostktk24132cos2costktk)cos()cos(216215tktk28173cos3costktk)2cos()2cos(211021911121212cos(2)cos(2)ktkt2倍頻倍頻3倍頻倍頻和頻和

20、頻差頻差頻4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法2627其其頻頻譜譜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如下下圖圖所所示示：輸入信號(hào)頻譜輸入信號(hào)頻譜1 2 輸出電流信號(hào)頻譜輸出電流信號(hào)頻譜1 12 13 2 12 12 122 122 22 23122 122 觀察輸出表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律觀察輸出表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路兩個(gè)余弦波的疊加信號(hào)經(jīng)過非線性電路l信號(hào)頻率變換的規(guī)律信號(hào)頻率變換的規(guī)律l（1含有新的頻率成分；含有新的頻率成分；l（2如果把頻率成分表示成如果把頻率成分表示成p1 q2的

21、形式，的形式，其中其中p和和q是大于等于是大于等于0的整數(shù)，則的整數(shù)，則p+q一定小于等一定小于等于冪級(jí)數(shù)表達(dá)式中的最高次數(shù)；于冪級(jí)數(shù)表達(dá)式中的最高次數(shù)；l（3頻率組合總是成對(duì)出現(xiàn)的；頻率組合總是成對(duì)出現(xiàn)的；l具體分析具體分析k0k12還可發(fā)現(xiàn)還可發(fā)現(xiàn)l（4p+q為偶數(shù)的項(xiàng)的系數(shù)只與為偶數(shù)的項(xiàng)的系數(shù)只與b0，b2,有關(guān)，有關(guān)，而與而與b1,b3,無關(guān)，反之亦然無關(guān)，反之亦然l（5令令p+q=m，則含有，則含有p1 q2的項(xiàng)的系數(shù)只的項(xiàng)的系數(shù)只與與bm及及bm以后的以后的b有關(guān)，而與有關(guān)，而與b0至至bm-1無關(guān)無關(guān) 這兩點(diǎn)比較常用這兩點(diǎn)比較常用4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1

22、 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法28選用具有適當(dāng)特性的非線性元選用具有適當(dāng)特性的非線性元件，或者選擇合適的工作范圍，件，或者選擇合適的工作范圍，例題例題4.3.1l若一非線性電路滿足教材若一非線性電路滿足教材134頁(yè)的頁(yè)的4.3.8式，式，當(dāng)輸入信號(hào)為當(dāng)輸入信號(hào)為l（1輸出信號(hào)都有哪些頻率分量？輸出信號(hào)都有哪些頻率分量？l（2求輸出信號(hào)中，差頻分量的頻率及求輸出信號(hào)中，差頻分量的頻率及其振幅。其振幅。)(3000cos2 . 02000cos3 . 04 . 0伏特tt4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法2929例題4.3.1解答1）24.3.8式中最高次項(xiàng)的次數(shù)是因?yàn)?,

23、0qp2)qp(q21其中成分有輸出信號(hào)中含有的頻率的規(guī)律可知根據(jù)冪級(jí)數(shù)分析法得到p直流成分0, 1qp分量即分量Hzft1000,20001, 0qp分量即分量Hzft1500,3000qpqp, 1, 1分量即分量Hzft2500,5000qpqp, 1, 1分量即分量Hzft500,10000, 2qp分量即分量Hzft2000,00042, 0qp分量即分量Hzft3000,00064.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法30例題例題4.3.1解答解答2）l由上面分析可知，差頻分量的頻率為由上面分析可知，差頻分量的頻率為500Hzl要求振幅需要計(jì)算：要求振幅

24、需要計(jì)算：ttv3000cos2 . 02000cos3 . 04 . 0ttVv3000cos2 . 02000cos3 . 002)3000cos2 . 02000cos3 . 0(50 )3000cos2 . 02000cos3 . 0(408tttti4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法31例題4.3.1解答2）（續(xù)）tttttti3000cos2000cos6 0003cos22000cos4.5 )3000cos2 . 02000cos3 . 0(40822只有這一項(xiàng)能產(chǎn)生差頻只有這一項(xiàng)能產(chǎn)生差頻tt0005cos30001cos3這一項(xiàng)積化和差后差

25、頻分量差頻分量mA3差頻分量的振幅為4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.1 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法323333非線性元件非線性元件帶通濾波器帶通濾波器運(yùn)用運(yùn)用ivov混頻或倍頻原理框圖混頻或倍頻原理框圖4.3.2 折線分析法折線分析法l冪級(jí)數(shù)法適用于中等大小的信號(hào)冪級(jí)數(shù)法適用于中等大小的信號(hào)l當(dāng)信號(hào)振幅更大時(shí)，冪級(jí)數(shù)取的項(xiàng)數(shù)必須當(dāng)信號(hào)振幅更大時(shí)，冪級(jí)數(shù)取的項(xiàng)數(shù)必須增多，分析難度加大，所以不再適用，此增多，分析難度加大，所以不再適用，此時(shí)應(yīng)采用折線分析法時(shí)應(yīng)采用折線分析法l折線分析法：折線分析法：l將非線性器件的實(shí)際特性曲線根據(jù)需要和將非線性器件的實(shí)際特性曲線根據(jù)需要和可能，用一條或多條線

26、段來近似，然后再可能，用一條或多條線段來近似，然后再進(jìn)行分析，計(jì)算。進(jìn)行分析，計(jì)算。4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法3435vBBZViC近似為近似為vBBZViCl此折線可以表示為Ci)(0BZBVv 當(dāng))(BZBBZBCVvVvg當(dāng)”后的截止電壓是晶體管特征“折線化BZV段折線的斜率）是跨導(dǎo)（即第2CgiC的近似表達(dá)式即級(jí)數(shù)法中的f(v)折線法只適用于大信號(hào)情況折線法只適用于大信號(hào)情況用折線分析法分析大輸入信號(hào)vBBZViCBBVtttt對(duì)應(yīng)相角這一小段時(shí)間iC 0t0也稱為截止角稱為半流通角所以，稱為流通角我們把這段相角記為,2cc4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.

27、2 折線分析法折線分析法36電流余弦脈沖ic的表達(dá)式BZViCBBVtvB)(BZBcCVvgi考慮在流通角內(nèi)考慮在流通角內(nèi)bbmvV設(shè)輸入信號(hào) 的振幅為VbmtVVvbmBBBcos則代入代入vB)cos(BZbmBBcCVtVVgi得0tcc即綠線對(duì)應(yīng)的相角正好是,t時(shí)所以當(dāng)我們?cè)谏鲜街腥0剛好降到此時(shí)Ccit4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.2 折線分析法折線分析法37cosc的表達(dá)式的表達(dá)式iCBZVBBVtvBVbm0tt)cos(0 )(BZcbmBBcVVVg得續(xù)上頁(yè)bmBBBZcVVVcos得我們?cè)诤竺鎸W(xué)習(xí)第我們?cè)诤竺鎸W(xué)習(xí)第5章，章，功率放大器時(shí)，主要應(yīng)功率放大

28、器時(shí)，主要應(yīng)用折線法，所以這個(gè)公用折線法，所以這個(gè)公式相當(dāng)重要！式相當(dāng)重要！4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.2 折線分析法折線分析法38電流最大值iCmax的表達(dá)式tiC 0iCmax恰好取到最大值時(shí)當(dāng)從圖中可以看出Cit,0,)cos(maxBZbmBBcCVtVVgi0t)0cos(BZbmBBcVVVg)(BZbmBBcVVVg)1 (bmBZBBbmcVVVVg恰好為恰好為cosc)cos1 (cbmcVg此式在功率放大器一章有用此式在功率放大器一章有用4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.3.2 折線分析法折線分析法394.4 線性時(shí)變參量電路分析法40一一 時(shí)

29、時(shí)變變跨跨導(dǎo)導(dǎo)電電路路 晶晶體體管管在在高高頻頻小小信信號(hào)號(hào)工工作作狀狀態(tài)態(tài)下下， 如如果果忽忽略略oey的的影影響響，則則集集電電極極電電流流ci為為：tVgvgisbemmbemc cos icic式式中中：femyg 為為定定常常的的跨跨導(dǎo)導(dǎo)，此此時(shí)時(shí)晶晶體體管管作作為為線線性性元元件件應(yīng)應(yīng)用用，無無變變頻頻作作用用。tcosVvsbembe 41如如果果設(shè)設(shè)一一個(gè)個(gè)振振幅幅較較大大的的信信號(hào)號(hào)tVvoomo cos 與與一一個(gè)個(gè)振振幅幅較較小小的的信信號(hào)號(hào)tVvssms cos 同同時(shí)時(shí)作作用用于于晶晶體體管管的的輸輸入入端端tcosVVvoomBBB vBvBEic4.4 線性時(shí)變參

30、量電路分析法一、時(shí)變跨導(dǎo)電路大信號(hào)作為晶體管的附加偏置42由由晶晶體體管管集集電電極極電電流流ci與與基基電電極極電電壓壓之之間間成成非非線線性性關(guān)關(guān)系系，即即可可表表示示為為：)v(fiBEc 其其中中：sBBEvVv 將將上上式式在在時(shí)時(shí)變變工工作作點(diǎn)點(diǎn)Bv上上利利用用泰泰勒勒級(jí)級(jí)數(shù)數(shù)展展開開，可可得得.v )v(f21v )v(f)v(fi2sBsBBc 由由于于sv值值很很小小，可可以以忽忽略略二二次次方方及及其其以以上上各各項(xiàng)項(xiàng)，vBvBEic()()( )( )CBBscosif vf vvitg t v4.4 線性時(shí)變參量電路分析法一、時(shí)變跨導(dǎo)電路式式中中： 無無關(guān)關(guān)但但與與的的

31、控控制制為為時(shí)時(shí)變變跨跨導(dǎo)導(dǎo)，受受無無關(guān)關(guān)。但但與與的的控控制制為為時(shí)時(shí)變變的的靜靜態(tài)態(tài)電電流流，受受so0vsBEoBBBsocooBBBv,vv)v(f)t(g)vV(f)v(fv,v)t(i)vV(f)v(fs 434.4 線性時(shí)變參量電路分析法一、時(shí)變跨導(dǎo)電路非線性器件非線性器件線性時(shí)變參量元件線性時(shí)變參量元件12vv與 差不多12vvvov1v2i0TBETBEV/scEV/scEveiiiveiii212211而而3T的的集集電電極極電電流流：)e1(i)ii1(iiiiT1V/v1E1E2E1E2E1Eo 為為差差模模輸輸入入信信號(hào)號(hào)電電壓壓。4.4 線性時(shí)變參量電路分析法二、模

32、擬乘法器電路分析那么：差分輸出電流為：那么：差分輸出電流為：21ccodiii)1 ()1 (/1121211TVvEEEEEEoeiiiiiiio1Cii o2Cii 可可以以看看出出當(dāng)當(dāng)1 Z的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)1Ci , 2Ci與與Z近近似似成成線線性性關(guān)關(guān)系系在在常常溫溫下下（T=300K） mV26qKTVT ，所所以以當(dāng)當(dāng)mVv261 差差動(dòng)動(dòng)放放大大器器工工作作 在在放放大大區(qū)區(qū)域域內(nèi)內(nèi)，這這時(shí)時(shí)有有： 1mo2C1mo1CvgivgiT1VvZ 式式中中：12C11Cmovivig 為為放放大大器器T1，T2的的跨跨導(dǎo)導(dǎo)一一般般當(dāng)當(dāng)Z很很能能小小時(shí)時(shí)：1 ZZeeKT4qiV4ig

33、oTomo 有有ZZOi又又由由于于oi是是受受交交流流信信號(hào)號(hào)2v控控制制的的，式式 中中oI表表 示示 靜靜 態(tài)態(tài) 直直 流流 分分 量量 ， 而而g為為3T的的跨跨導(dǎo)導(dǎo) ，一一般般若若eR足足夠夠大大時(shí)時(shí)，在在eRg1 1121221122)(viRKTqRvgiiRRiRivoCCmoCCCCCCCoiovo121211222)(2vKvKvgvRKTqvIRKTqvgvIRKTqvoCoCoCo可見，該電路實(shí)現(xiàn)了乘法功能，即具可見，該電路實(shí)現(xiàn)了乘法功能，即具有頻率變換作用。其缺點(diǎn)是輸出端存有頻率變換作用。其缺點(diǎn)是輸出端存在非相乘項(xiàng)，因此它不是理想的乘法在非相乘項(xiàng)，因此它不是理想的乘法

34、器。采用雙模擬乘法器可解決此問題。器。采用雙模擬乘法器可解決此問題。4.4.2 模擬乘法器電路分析模擬乘法器電路分析vov1v2i0令令 Kv2=K ，則，則vo又可表示為又可表示為 K 可視為可視為 v1的電壓放大系數(shù)時(shí)變電壓放大系數(shù)也是時(shí)的電壓放大系數(shù)時(shí)變電壓放大系數(shù)也是時(shí)變參量的一種）變參量的一種） 。因此，模擬乘法器電路可看作是時(shí)變。因此，模擬乘法器電路可看作是時(shí)變參量電路的一種。參量電路的一種。 ov21100vKvvKv21vv1vov0KK1v1v如如果果回回路路端端電電壓壓:)t(v)t(vv21d 而而 tVtvtVtvmm222111cos)(cos)( ,且且m2m1VV

35、 ，)V5 . 0V(m2 即即有有： 0,00,122vvvRridLdd4.4 線性時(shí)變參量電路分析法二、開關(guān)函數(shù)分析法+vd-id id id id取取開開關(guān)關(guān)函函數(shù)數(shù) 0v,00v,1)t(S22dLddvtSRri)(1drD的正向?qū)娮?050v2S (t)4.4 線性時(shí)變參量電路分析法二、開關(guān)函數(shù)分析法22122( )coscos.23S ttt12114( 1)1cos(21)2(21)nnntn取取開開關(guān)關(guān)函函數(shù)數(shù) 0v,00v,1)t(S2251的頻譜的頻譜di1 2 22 12 12 123 123 二、開關(guān)函數(shù)分析法) 12cos() 12() 1(4 ) 12cos

36、() 12() 1(4)(212112211121tnnvtnnvvvRrinnnnLdd可見電流可見電流 i i 中包括的頻率成分中包括的頻率成分v1和和v2的頻率成分的頻率成分 1 和和 2v1和和v2的各奇次諧波頻率的和頻與差頻的各奇次諧波頻率的和頻與差頻 (2n-1) 2 1 v2的偶次諧波頻率的偶次諧波頻率 2n 24.5 混頻器的工作原理l1.什么是什么是“混頻混頻”？l教材教材144頁(yè)給出了混頻的概念，但是由于頁(yè)給出了混頻的概念，但是由于我們還沒學(xué)習(xí)到調(diào)制與解調(diào)，所以我們同我們還沒學(xué)習(xí)到調(diào)制與解調(diào)，所以我們同時(shí)給出一個(gè)比較簡(jiǎn)明的概念：時(shí)給出一個(gè)比較簡(jiǎn)明的概念：l將將2個(gè)或個(gè)或2個(gè)

37、以上不同頻率的信號(hào)輸入到一個(gè)以上不同頻率的信號(hào)輸入到一個(gè)非線性電路中，通過選頻網(wǎng)絡(luò)從輸出信個(gè)非線性電路中，通過選頻網(wǎng)絡(luò)從輸出信號(hào)中可提取出號(hào)中可提取出“差頻或差頻或“和頻信號(hào)，通和頻信號(hào)，通常稱這種非線性電路為常稱這種非線性電路為“混頻器混頻器”第四章第四章 非線性電路分析法和混頻器非線性電路分析法和混頻器52高頻高頻放大放大中頻中頻放大放大解調(diào)器解調(diào)器混頻器混頻器本地本地振蕩器振蕩器低頻低頻放大放大自動(dòng)自動(dòng)增益增益控制控制輸入輸入回路回路 4.5 變頻器的工作原理 作用：將高頻信號(hào)變換為固定的中頻信號(hào)。具有這種作用的作用：將高頻信號(hào)變換為固定的中頻信號(hào)。具有這種作用的電路稱為混頻器電路稱為混

38、頻器mixer或變頻器或變頻器(convertor)。2.混頻器是如何實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的會(huì)產(chǎn)生差頻。輸入到非線性電路中，后不同頻率的余弦波疊加我們?cè)谇懊鎸W(xué)過，兩個(gè)余弦波分別是：如果這兩個(gè)不同頻率的),(cos這里是為了分析簡(jiǎn)便能是一個(gè)單一余弦波要注意實(shí)際的語(yǔ)音不可低頻語(yǔ)音信號(hào)tVvSSS)t(cosV000通常由振蕩器產(chǎn)生高頻載波信號(hào)v4.5 混頻器的工作原理混頻器的工作原理542.混頻器是如何實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的l假設(shè)非線性電路的表達(dá)式為4.5 混頻器的工作原理混頻器的工作原理20)(vvkiS代入上式可得與則將0vvS200)coscos(tVtVkiSStVtkVtVktVk2211222211c

39、oscos2coscos)(21202VVkStkVtkVSS02022cos212cos21直流分量倍頻分量tVkVtVkVSSSS)cos()cos(0000和頻分量差頻分量分別畫出其頻譜552.混頻器是如何實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的4.5 混頻器的工作原理混頻器的工作原理語(yǔ)音輸入信號(hào)頻譜語(yǔ)音輸入信號(hào)頻譜)(SFS)(SV載波輸入信號(hào)頻譜載波輸入信號(hào)頻譜)(0F0)(0V輸出輸出信號(hào)信號(hào)頻譜頻譜S2)(outF020S0S0設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)S2S20從低頻搬移從低頻搬移到了高頻到了高頻要注意若采用差頻，搬移后頻譜要左右翻轉(zhuǎn)要注意若采用差頻，搬移后頻譜要左右翻轉(zhuǎn)56572.混頻器是如何實(shí)

40、現(xiàn)頻譜搬移的輸出取差頻中頻下變頻器iosfff輸出取和頻高中頻上變頻器iosfff混頻器的作用l主要用于信號(hào)的頻譜搬移及調(diào)制解調(diào)4.5 混頻器的工作原理混頻器的工作原理58特點(diǎn)：必須保持調(diào)制規(guī)律不變。特點(diǎn)：必須保持調(diào)制規(guī)律不變。AGC輸入輸入回路回路本地本地振蕩器振蕩器混頻器混頻器中頻中頻放大放大解調(diào)器解調(diào)器高頻高頻放大放大低頻低頻放大放大波形描述波形描述特點(diǎn)：必須保持調(diào)制規(guī)律不變。特點(diǎn)：必須保持調(diào)制規(guī)律不變?；祛l器混頻器波波形形描描述述Ff iFf iifFf sFf ssf0f0相對(duì)幅度f中頻調(diào)幅波中頻調(diào)幅波高頻調(diào)幅波高頻調(diào)幅波本振信號(hào)本振信號(hào)總結(jié)：混頻是頻譜的線性搬移總結(jié)：混頻是頻譜的線

41、性搬移過程，即混頻前后的頻過程，即混頻前后的頻譜結(jié)構(gòu)相同，亦即保持譜結(jié)構(gòu)相同，亦即保持了調(diào)制規(guī)律不變的特點(diǎn)。了調(diào)制規(guī)律不變的特點(diǎn)。頻譜搬移頻譜搬移頻頻譜譜描描述述頻譜變換電路60 非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線性器件非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線性器件產(chǎn)生與輸入信號(hào)波形的頻譜不同的信號(hào)。產(chǎn)生與輸入信號(hào)波形的頻譜不同的信號(hào)。 當(dāng)頻率變換前后，信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號(hào)當(dāng)頻率變換前后，信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號(hào)頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻譜變換，具頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻譜變換，具有這種特性的電路稱之為線性頻譜變換電路頻譜搬移電有這種特性的電

42、路稱之為線性頻譜變換電路頻譜搬移電路）。路）。線性頻譜變換電路：線性頻譜變換電路：3. 變頻器的質(zhì)量指標(biāo)（1變頻電壓增益的概念電壓振幅不是載波輸入有用信號(hào)的振幅輸出的差頻或和頻電壓變頻電壓增益)(vcA混頻電路混頻電路0vvS0-S帶通濾波帶通濾波tVkVSS)cos(00LSLSvcRkVVRVkVA00子中根據(jù)定義在上面這個(gè)例LR要注意此結(jié)果并非適用于所有電路和信號(hào)，具體情況要具體計(jì)算要注意此結(jié)果并非適用于所有電路和信號(hào)，具體情況要具體計(jì)算4.5 混頻器的工作原理混頻器的工作原理6162（4 4噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比

43、的比值。（2 2選擇性：選擇性：抑制中頻信號(hào)以外的干擾的能力。抑制中頻信號(hào)以外的干擾的能力。（3 3非線性干擾：非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。上述的幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該正確選擇管子的工上述的幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該正確選擇管子的工作點(diǎn)、合理選擇本振電路和中頻頻率的高低，使得幾個(gè)質(zhì)量作點(diǎn)、合理選擇本振電路和中頻頻率的高低，使得幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)相互兼顧，整機(jī)取得良好的效果。指標(biāo)相互兼顧，整機(jī)取得良好的效果。3. 變頻器的質(zhì)量指標(biāo)（5 5工作穩(wěn)定性工作穩(wěn)定性634. 變頻器的分類（1按器件分：按器件分：二極管混頻器

44、、二極管混頻器、三極管混頻器、三極管混頻器、場(chǎng)效應(yīng)管變頻器場(chǎng)效應(yīng)管變頻器模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器（2按工作特點(diǎn)分：按工作特點(diǎn)分：?jiǎn)喂芑祛l單管混頻環(huán)型混頻環(huán)型混頻平衡混頻、平衡混頻、不包括本振信號(hào)在內(nèi)的電路部分稱為混頻器。不包括本振信號(hào)在內(nèi)的電路部分稱為混頻器。4.6 晶體(三極)管混頻器l本節(jié)的結(jié)構(gòu)本節(jié)的結(jié)構(gòu)l晶體三極管混頻器的電路組態(tài)種類及優(yōu)缺晶體三極管混頻器的電路組態(tài)種類及優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)l晶體三極管混頻的原理晶體三極管混頻的原理第五章第五章 非線性電路分析法和混頻器非線性電路分析法和混頻器644.6.1 晶體三極管混頻器電路組態(tài)種類及優(yōu)缺點(diǎn)晶體三極管混頻器電路組態(tài)種類及優(yōu)缺點(diǎn)l按三極管的

45、交流接地點(diǎn)不同來分按三極管的交流接地點(diǎn)不同來分l按兩個(gè)輸入信號(hào)是否從同一極輸入來分按兩個(gè)輸入信號(hào)是否從同一極輸入來分共發(fā)射極共發(fā)射極共基極共基極同極輸入同極輸入不同極輸入不同極輸入4.6 晶體晶體(三極三極)管混頻器管混頻器6565共發(fā)射極、信號(hào)從同極輸入三極管混頻器fi+vsvo( a)理解。頁(yè)超外差接收機(jī)電路來大家可結(jié)合教材第是本振信號(hào)。信號(hào)書上簡(jiǎn)稱為是攜帶信息的有用信號(hào)符號(hào)說明9; ,:0vvS圖圖(a)電路對(duì)振蕩電壓來說是共發(fā)電路電路對(duì)振蕩電壓來說是共發(fā)電路輸出阻抗較大對(duì)諧振回路影響?。┹敵鲎杩馆^大對(duì)諧振回路影響?。┗祛l時(shí)所需本地振蕩注入功率較小混頻時(shí)所需本地振蕩注入功率較?。ㄟ@主要是

46、因?yàn)楣舶l(fā)電路功率放大性能較高）（這主要是因?yàn)楣舶l(fā)電路功率放大性能較高）但因?yàn)樾盘?hào)輸入電路但因?yàn)樾盘?hào)輸入電路 與振蕩電路與振蕩電路相互影響較大相互影響較大(直接耦合，即串聯(lián)直接耦合，即串聯(lián))可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象指本振指本振v0頻率隨頻率隨vs頻率改變而改頻率改變而改變變4.6 晶體晶體(三極三極)管混頻器管混頻器66共發(fā)射極、信號(hào)從不同極輸入三極管混頻器共發(fā)射極、信號(hào)從不同極輸入三極管混頻器fi+vsvo( b)輸入信號(hào)輸入信號(hào) 與本振電壓與本振電壓 分別從基極輸入和發(fā)射極注入分別從基極輸入和發(fā)射極注入產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小對(duì)于本振電壓來說是共基電路對(duì)于

47、本振電壓來說是共基電路失真小失真小通常此時(shí)三極管起到雙重作用通常此時(shí)三極管起到雙重作用:振蕩與混頻振蕩與混頻而共基極的振蕩器穩(wěn)定性是最好的。而共基極的振蕩器穩(wěn)定性是最好的。缺點(diǎn)是需要較大的本振注入功率缺點(diǎn)是需要較大的本振注入功率但這一點(diǎn)不難實(shí)現(xiàn)但這一點(diǎn)不難實(shí)現(xiàn),因此這種方式的混頻器因此這種方式的混頻器在實(shí)際中應(yīng)用最多。在實(shí)際中應(yīng)用最多。4.6 晶體晶體(三極三極)管混頻器管混頻器6767不易過激勵(lì)，因此振蕩波形好，不易過激勵(lì)，因此振蕩波形好，共基極的晶體三極管混頻器fi+vsvo(c)fi+vsvo(d )兩種電路都是共基混頻電路兩種電路都是共基混頻電路低頻時(shí)變頻增益低低頻時(shí)變頻增益低(原因是

48、放大倍數(shù)低原因是放大倍數(shù)低)但在較高的頻率工作時(shí)但在較高的頻率工作時(shí)(幾十幾十MHz)，因?yàn)楣舶l(fā)射電路的，因?yàn)楣舶l(fā)射電路的f比共基電路比共基電路的截止頻率的截止頻率f要小很多要小很多,共基電路在高頻段反而變頻增益較大。共基電路在高頻段反而變頻增益較大。因此，在較高頻率工作因此，在較高頻率工作(如電視機(jī)電路如電視機(jī)電路)時(shí)采用這種電路。時(shí)采用這種電路。4.6 晶體晶體(三極三極)管混頻器管混頻器68三極管幾種組態(tài)的總結(jié)l高頻尤其是上高頻尤其是上100MHz時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用共基極組態(tài)的混頻器；共基極組態(tài)的混頻器；l中高頻幾百中高頻幾百kHz到幾十到幾十MHz時(shí)，可以時(shí)，可以采用共射組態(tài)的混

49、頻器；采用共射組態(tài)的混頻器；l攜帶信息的有用信號(hào)攜帶信息的有用信號(hào)vS與本地振蕩信號(hào)與本地振蕩信號(hào)v0盡量從不同極輸入；即使從同極輸入，應(yīng)盡量從不同極輸入；即使從同極輸入，應(yīng)當(dāng)使二者的耦合度降至最低。當(dāng)使二者的耦合度降至最低。4.6 晶體晶體(三極三極)管混頻器管混頻器69704.6.2 晶體三極管混頻原理本振電壓，振幅很大)(0tv輸入信號(hào)，振幅很小)(tvs分析方法：線性時(shí)變參量電路)(0tvVvBBB工作點(diǎn)此時(shí)此時(shí)iC = f (vBE)= f (VBB + v0+ vs )(tvs信號(hào)電壓為那么在任意一個(gè)時(shí)刻那么在任意一個(gè)時(shí)刻工作區(qū)的小信號(hào)可以看作在近似線性的SvSBBCvvfvfi)

50、()(于是有)(BBBvfV 點(diǎn)展開用泰勒級(jí)數(shù)在0vVvBBB.)()()(2210BBBBBBBVvbVvbbvf VBB O O ic t ebe ebe a 2 b2 a b a 1 b1 BEv較小黑色信號(hào)較大紅色信號(hào)Svv071 由于信號(hào)電壓由于信號(hào)電壓VsmVsm很小，無論它很小，無論它工作在特性曲線的哪個(gè)區(qū)域，都可工作在特性曲線的哪個(gè)區(qū)域，都可以認(rèn)為特性曲線是線性的以認(rèn)為特性曲線是線性的( (如圖上如圖上abab、a ab b和和a ab b三段的斜率是不同三段的斜率是不同的的) )。.)(303202010vbvbvbbvfBtVv000cos設(shè).coscos cos)(300

51、320020010tVbtVbtVbbvfB則02積化和差后產(chǎn)生03積化和差后產(chǎn)生 VBB O O ic t ebe ebe a 2 b2 a b a 1 b1 .432)(0000、中只有直流、可以發(fā)現(xiàn)Bvf.2coscos)(02010tItIIvfcmcmcB可以表示成CBBivfvf都代入上頁(yè)中的與將)()()(cos.2coscos)()(10002010tgtnggtgtggvfvfnnBB也可寫成同理720001cos( )ccmncnIIntIt-時(shí)變靜態(tài)電流-時(shí)變電導(dǎo)001020( )( )(coscos2.)CcsccmcmiItg t vIItIttVtgtggSScos

52、.)2coscos(02010tgVSS)cos(22,01分量項(xiàng)積化和差，產(chǎn)生差頻此展開后在晶體管混頻器的在晶體管混頻器的分析中，我們將晶分析中，我們將晶體管視為一個(gè)跨導(dǎo)體管視為一個(gè)跨導(dǎo)隨本振信號(hào)變化的隨本振信號(hào)變化的線性參變?cè)?。線性參變?cè)?。變頻跨導(dǎo)的概念l輸出電流中，差頻分量電流的振幅與輸入輸出電流中，差頻分量電流的振幅與輸入的信號(hào)的信號(hào)(注意指的是注意指的是vS而不是而不是v0)電壓振幅電壓振幅之比之比SSScVvg的振幅信號(hào)的振幅輸出電流中即)cos(0變頻跨導(dǎo)于三極管混頻器從前面的推導(dǎo)可知，對(duì),2211gVgVgSSc73gc的工程計(jì)算公式的工程計(jì)算公式的近似表達(dá)式以人們通過實(shí)驗(yàn)

53、找到是很難計(jì)算出來的，所11gg21)26(126bbETSEIIg121ggc2)26(12621bbETSEIImA工作點(diǎn)電流，單位是mVUT單位是模擬電子中的頻率攜帶信息的有用信號(hào)的Tf2即晶體管的特征角頻率，了解即可了解即可74混頻后頻率改變，包絡(luò)線不變75 輸出的中頻電流振幅輸出的中頻電流振幅IiIi與輸入高頻信號(hào)電壓的振幅與輸入高頻信號(hào)電壓的振幅VsVs成正比。若高頻信號(hào)電壓成正比。若高頻信號(hào)電壓振幅振幅VsVs按一定規(guī)律變化，則按一定規(guī)律變化，則中頻電流振幅中頻電流振幅IiIi也按相同的也按相同的規(guī)律變化。規(guī)律變化。 10cos()2iSSgiVt( )(1cos)cosssma

54、sv tVmtt若輸入調(diào)幅波10(1cos)cos()2ismaSgiVmtt則tffo非線性器件濾波器混頻器vsv0tff0tviffi本機(jī)振蕩器晶體三極管混頻器優(yōu)缺點(diǎn)76 優(yōu)點(diǎn)：變頻增益大于優(yōu)點(diǎn)：變頻增益大于1缺陷：缺陷：1、動(dòng)態(tài)范圍較小、動(dòng)態(tài)范圍較小 2、組合頻率干擾嚴(yán)重、組合頻率干擾嚴(yán)重 3、噪聲較大、噪聲較大 4、存在本地振蕩輻射本振電壓通過混頻晶、存在本地振蕩輻射本振電壓通過混頻晶體管極間電容的耦合從天線輻射出去，干擾其他接體管極間電容的耦合從天線輻射出去，干擾其他接收機(jī)的工作）收機(jī)的工作）4.7 二極管混頻器二極管混頻器l有了三極管混頻器為什么還要設(shè)計(jì)二極管有了三極管混頻器為什么

55、還要設(shè)計(jì)二極管混頻器？混頻器？l緣由：當(dāng)輸入信號(hào)振幅比較大時(shí)，三極管緣由：當(dāng)輸入信號(hào)振幅比較大時(shí)，三極管混頻器轉(zhuǎn)移函數(shù)用泰勒級(jí)數(shù)展開后，必須混頻器轉(zhuǎn)移函數(shù)用泰勒級(jí)數(shù)展開后，必須取很多項(xiàng)，導(dǎo)致混頻后輸出信號(hào)的頻率成取很多項(xiàng)，導(dǎo)致混頻后輸出信號(hào)的頻率成分太多，干擾嚴(yán)重。分太多，干擾嚴(yán)重。.)()()()(404303202010VvbVvbVvbVvbbi7777二極管混頻器的種類二極管混頻器的種類l二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器l利用對(duì)稱的電路抵消掉一部分無用頻率分利用對(duì)稱的電路抵消掉一部分無用頻率分量量l二極管環(huán)形混頻器雙平衡混頻器）二極管環(huán)形混頻器雙平衡混頻器）l是對(duì)二極管平衡混頻器的改進(jìn)

56、是對(duì)二極管平衡混頻器的改進(jìn)78784.7.1二極管平衡混頻器l電路原理圖vS中。經(jīng)互感耦合輸入到電路攜帶信息的有用信號(hào)Sv1D1L2D2L 0v個(gè)對(duì)稱的回路。形成的中點(diǎn)和跨接在本振信號(hào)2,210LLvvout經(jīng)互感耦合輸出。混頻后的差頻信號(hào)outv79二極管平衡混頻器原理分析vS1D1L2D2L 0vvout2Sv2Sv設(shè)輸入互感線圈的電壓感應(yīng)系數(shù)為設(shè)輸入互感線圈的電壓感應(yīng)系數(shù)為1的振幅的振幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般情況下Svv0,決定的導(dǎo)通和截止完全由和所以可以認(rèn)為021vDD截止和負(fù)半周期時(shí)導(dǎo)通和正半周期時(shí)即210210;DDvDDv80二極管平衡混頻器原理分析vS1D1L2D2L 0v2Sv2Sv)

57、(,21tSii我們引入一個(gè)開關(guān)函數(shù)的表達(dá)式和為了寫出電流i1i201)(ts0cos,00tv即正半周期當(dāng)0cos,00tv即負(fù)半周期當(dāng))21)(1)21)(1020121sLdsLdvvtsRrivvtsRriii可分別表示為和則81二極管平衡混頻器原理分析tt0cost)(tS展開所以可以用付立葉級(jí)數(shù)為一周期函數(shù),)(tStttts0005cos523cos32cos221)(82二極管平衡混頻器原理分析vS1D1L2D2L 0vvout2Sv2Svi1i2)(121如圖為的上半部分產(chǎn)生的電壓在RiLiLRi1)(222如圖為的下半部分產(chǎn)生的電壓在LRiLiLRi21的感應(yīng)系數(shù)也為設(shè)輸出

58、互感線圈LLoutRiRiv21則)21)()21)(00sLdLsLdLvvtsRrRvvtsRrR83二極管平衡混頻器原理分析sLdLoutvtsRrRv)(tVtttRrRSSLdLcos)5cos523cos32cos221(000S0S03S05比三極管混頻器產(chǎn)生的頻率成分要少很多比三極管混頻器產(chǎn)生的頻率成分要少很多S844.7.2 二極管環(huán)形混頻器l原理電路 Vs i2 D31 D24 D12 D43 + i1 i3 vi iL1.2+ iL3.4 RL B1 B2 + v s + v s + v 0 + v 0 85二極管環(huán)形混頻器原理分析 Vs i2 D31 D24 D12 D

59、43 + i1 i3 vi iL1.2+ iL3.4 RL B1 B2 + v s + v s + v 0 + v 0 與平衡混頻器完全一樣截止導(dǎo)通正半周期時(shí),42310DDDDv的平衡混頻器正半周期輸出極性反向成為一個(gè)與截止導(dǎo)通負(fù)半周期時(shí)031420,vDDDDv11)(,ts導(dǎo)致這樣的結(jié)果正半周期當(dāng)0v負(fù)半周期當(dāng)0v86二極管環(huán)形混頻器原理分析tt0cost)(tSttttS0005cos543cos34cos4)(87二極管環(huán)形混頻器原理分析tVtttRrRvSSLdLoutcos)5cos543cos34cos4(000S0S03S05分量又減少了比與二極管平衡混頻器相S,信噪比。有利

60、于降低噪聲，提高垃圾減少這些分量垃圾其他分量都是除了,0S88 目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個(gè)用于器已作為系列產(chǎn)品，一個(gè)用于0.5500MHz0.5500MHz的典型環(huán)形混頻器的的典型環(huán)形混頻器的外形及電路示于下圖。外形及電路示于下圖。 使用時(shí)，使用時(shí)，8 8，9 9端外接信號(hào)電壓端外接信號(hào)電壓n ns s，3 3、4 4端相連，端相連，5 5、6 6端相端相連，然后在連，然后在3 3，5 5端間加本振電壓端間加本振電壓n n0 0，中頻信號(hào)由，中頻信號(hào)由1 1，2 2端輸出。端輸出。此電路除用作混頻器