第5章頻譜的線(xiàn)性搬移電路5.1非線(xiàn)性電路的分析方法

5.2二極管電路

5.3差分對(duì)電路5.4其它頻譜線(xiàn)性搬移電路思考題與習(xí)題

1兩種類(lèi)型的頻譜變換電路①

頻譜搬移電路：將輸入信號(hào)的頻譜沿頻率軸搬移。例：振幅調(diào)制、解調(diào)、混頻電路。

特點(diǎn)：僅頻譜搬移，不產(chǎn)生新的頻譜分量。

②頻譜非線(xiàn)性變換電路：將輸入信號(hào)的頻譜進(jìn)行特定的非線(xiàn)性變換。

例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路。

特點(diǎn)：產(chǎn)生新的頻譜分量。2本章重點(diǎn)：1、討論頻譜線(xiàn)性搬移數(shù)學(xué)模型2、介紹頻譜線(xiàn)性搬移的實(shí)現(xiàn)電路

頻譜的搬移必須用非線(xiàn)性電路來(lái)完成，其核心是非線(xiàn)性器件。非線(xiàn)性電路的分析方法：冪級(jí)數(shù)法線(xiàn)性時(shí)變電路分析法3第一節(jié)

非線(xiàn)性電路的分析方法一、非線(xiàn)性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線(xiàn)性器件的伏安特性：i=f(u)

UQ為靜態(tài)工作點(diǎn)，設(shè)

u＝UQ+u1+u2(5-1)式的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)：u1

和u2

為兩個(gè)輸入電壓。（5-1）4n一、非線(xiàn)性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法分析：（1）u2=0，即只有一個(gè)輸入信號(hào)，令u1＝U1cosω1t利用三角公式

當(dāng)只加一個(gè)信號(hào)時(shí)，只能得到輸入信號(hào)頻率的基波分量和各次諧波分量，但不能獲得任意頻率的信號(hào)，也不能完成頻譜在頻域上的任意搬移。5分析：（2）有兩個(gè)信號(hào)u1和u2作用于非線(xiàn)性器件一、非線(xiàn)性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法利用三角函數(shù)積化和差公式設(shè)u1＝U1cosω1t，u2＝U2cosω2t組合頻率有ωp,q=|±pω1±qω2|結(jié)論：由于器件的非線(xiàn)性特性，其輸出端不僅包含了輸入信號(hào)的頻率分量，還有輸入信號(hào)頻率的各次諧波分量以及輸入信號(hào)頻率的組合分量。6分析：（2）有兩個(gè)信號(hào)u1和u2作用于非線(xiàn)性器件一、非線(xiàn)性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法組合頻率有ωp,q=|±pω1±qω2|①凡是p+q

為偶數(shù)的組合分量，均由冪級(jí)數(shù)中n為偶數(shù)且大于等于p+q

的各次方項(xiàng)產(chǎn)生的；

②凡是p+q

為奇數(shù)的組合分量均由冪級(jí)數(shù)中n為奇數(shù)且大于等于p+q

的各次方項(xiàng)產(chǎn)生的。這些組合頻率分量產(chǎn)生的規(guī)律:7一、非線(xiàn)性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法頻譜搬移電路必須具有選頻功能。大多數(shù)頻譜搬移電路所需的是非線(xiàn)性函數(shù)展開(kāi)式中的平方項(xiàng)，或者說(shuō)，是兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)。

(1)從非線(xiàn)性器件的特性考慮。(2)從電路考慮。(3)從輸入信號(hào)的大小考慮。如何實(shí)現(xiàn)接近理想的乘法運(yùn)算？8二、線(xiàn)性時(shí)變電路分析法若u1足夠小其中：時(shí)變靜態(tài)電流時(shí)變電導(dǎo)或跨導(dǎo)9二、線(xiàn)性時(shí)變電路分析法i＝I0(t)+g(t)u1：線(xiàn)性時(shí)變工作狀態(tài)！分析：設(shè)u1＝U1cosω1t，u2＝U2cosω2t，時(shí)變偏置電壓：時(shí)變靜態(tài)電流：時(shí)變電導(dǎo)或跨導(dǎo)：10二、線(xiàn)性時(shí)變電路分析法線(xiàn)性時(shí)變工作狀態(tài)！線(xiàn)性時(shí)變電路雖然大大減少了組合頻率分量的數(shù)目，但仍有大量的不需要的頻率分量，故需要用濾波器選出所需的頻率分量。i＝I0(t)+g(t)u1線(xiàn)性時(shí)變電路完成頻譜的搬移頻率分量為分量中只有ω2的各次諧波分量和其與ω1的組合分量。11例1一個(gè)晶體二極管,用指數(shù)函數(shù)逼近它的伏安特性,即(5―21)在線(xiàn)性時(shí)變工作狀態(tài)下,上式可表示為式中將u1=0時(shí)的電壓代入i得到將u1=0時(shí)的電壓代入i求導(dǎo)得到12第二節(jié)二極管電路二極管電路的優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、噪聲低、組合頻率分量少、工作頻帶寬等。二極管電路的主要缺點(diǎn)：一、單二極管電路無(wú)增益。輸入信號(hào)：u1控制信號(hào)：分析：u2＝U2cosω2tU2

＞0.5V，且有U2>>U1忽略輸出電壓u0對(duì)回路的反作用。二極管兩端的電壓uD

:

uD=u1+u213一、單二極管電路輸入信號(hào)：u1控制信號(hào)：分析：u2＝U2cosω2tU2＞0.5V，且有U2>>U1uD=u1+u2二極管伏安特性折線(xiàn)近似一般，Up較小，U2>>Up

令Up=014一、單二極管電路分析：uD=u1+u2開(kāi)關(guān)函數(shù)15一、單二極管電路分析：開(kāi)關(guān)函數(shù)的傅里葉分解：16一、單二極管電路分析：若u1＝U1cosω1t，為單一頻率信號(hào)，代入上式有流過(guò)二極管的電流頻率分量有:

(1)ω1和ω2;

(2)ω2的偶次諧波分量;

(3)組合頻率分量(2n+1)ω2±ω1

，n=0，1，2，…。作業(yè)：5-1、5-2、5-317二、二極管平衡電路1、電路等效電路18

2．工作原理二、二極管平衡電路分析：設(shè)U2＞0.5VU2>>U1且若忽略輸出電壓的反作用，則uD1

、uD2：uD1=u2+u1

uD2=u2－u1電流i1、i2分別為：

i1、i2在T2次級(jí)產(chǎn)生的電流分別為:19

2．工作原理二、二極管平衡電路次級(jí)總電流：考慮u1＝U1cosω1t20

2．工作原理二、二極管平衡電路頻率分量有:

(1)ω1;

(2)組合分量(2n＋1)ω2+ω1

，n=0，1，2，…。如何減少控制信號(hào)的泄漏？保證電路的對(duì)稱(chēng)性！21二極管橋式電路如何保證電路的對(duì)稱(chēng)性?

(1)選用特性相同的二極管;用小電阻與二極管串接，使二極管等效正、反向電阻彼此接近。(2)變壓器中心抽頭要準(zhǔn)確對(duì)稱(chēng)；采用雙線(xiàn)并繞法繞制變壓器，并在中心抽頭處加平衡電阻。（3）要選擇開(kāi)關(guān)特性好的二極管，如熱載流子二極管。22實(shí)際橋式電路圖5-8二極管橋式電路二極管橋式電路23三、二極管環(huán)形電路u2正半周時(shí)：u2負(fù)半周時(shí)：負(fù)載RL上產(chǎn)生的總電流：24三、二極管環(huán)形電路負(fù)載RL上總電流：又：得到：25負(fù)載RL上產(chǎn)生的總電流為：三、二極管環(huán)形電路26負(fù)載RL上產(chǎn)生的總電流：當(dāng)u1=U1cosω1t時(shí)，雙向開(kāi)關(guān)函數(shù)：輸出電流：分析電流成分：27圖5-11實(shí)際的環(huán)形電路1、將每臂用兩個(gè)二極管并聯(lián)解決二極管特性參差性問(wèn)題1234282、采用環(huán)形電路組件解決二極管特性參差性問(wèn)題雙平衡混頻器組件電原理圖雙平衡混頻器組件的外殼29例2在圖5-13的雙平衡混頻器組件的本振口加輸入信號(hào)u1，在中頻口加控制信號(hào)u2，輸出信號(hào)從射頻口輸出。忽略輸出電壓的反作用。

uD1=u1－u2uD2=u1+u2

uD3=－u1－u2uD4=－u1+u2

i1=gDK(ω2t－π)uD1

i2=gDK(ω2t)uD2

i3=gDK(ω2t－π)uD3

i4=gDK(ω2t)uD430作業(yè)5-15-25-331第三節(jié)差分對(duì)電路單差分對(duì)電路1.電路※雙差分對(duì)電路一、單差分對(duì)電路①兩個(gè)晶體管和兩個(gè)電阻精密配對(duì)；②恒流源I0

為對(duì)管提供射極電流；③輸出方式可采用單端輸出，也可采用雙端輸出。兩管靜態(tài)工作電流相等32其中2.傳輸特性雙端輸出：設(shè)Ｖ1、V2管的α≈1，則

ic1≈ie1，ic2≈ie2332.傳輸特性雙端輸出：差動(dòng)輸出電流i

0與輸入電壓u的關(guān)系式：差分電流i0為觀(guān)察ic1,ic2隨輸入電壓的u的變化規(guī)律，用ic1-I0/2(靜態(tài)工作電流)所以=RLi0342.傳輸特性分析：

1)ic1、ic2、io與差模輸入電壓u是非線(xiàn)性關(guān)系，與恒流源I0成線(xiàn)性關(guān)系。雙端輸出時(shí)，直流抵消，交流輸出加倍！差分電流：35輸出電流i0與輸入電壓u的關(guān)系式：2.傳輸特性分析：

2)輸入電壓很小時(shí)，傳輸特性近似為線(xiàn)性關(guān)系，即工作在線(xiàn)性放大區(qū)。當(dāng)|u|＜UT＝26mV時(shí)，

3)若輸入電壓很大，一般|u|>100mV時(shí)，電路呈限幅狀態(tài)，兩管接近于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。362.傳輸特性分析：4)小信號(hào)運(yùn)用時(shí)的跨導(dǎo)即為傳輸特性線(xiàn)性區(qū)的斜率，它表示電路在放大區(qū)輸出時(shí)的放大能力。

該式表明，gm與I0成正比。若I0隨時(shí)間變化，gm也隨時(shí)間變化，成為時(shí)變跨導(dǎo)gm(t)。

因此，可用控制I0的辦法組成線(xiàn)性時(shí)變電路。輸出電流i0與輸入電壓u的關(guān)系式：375)當(dāng)輸入差模電壓u=U1cosω1t時(shí)，由傳輸特性可得io波形。2.傳輸特性系數(shù)383.差分對(duì)頻譜搬移電路線(xiàn)性通道：非線(xiàn)性通道：濾波回路：大電阻Re“長(zhǎng)尾偶電路”可削弱V3的發(fā)射結(jié)非線(xiàn)性電阻的作用。39差分對(duì)電路的可控通道有兩個(gè)：一個(gè)為輸入差模電壓,另一個(gè)為電流源I0;故可把輸入信號(hào)和控制信號(hào)分別控制這兩個(gè)通道。由可知

i0與I0為線(xiàn)性關(guān)系，所以電流源為線(xiàn)性通道。

i0與u為非線(xiàn)性關(guān)系，所以差模輸入為非線(xiàn)性通道。3.差分對(duì)頻譜搬移電路403.差分對(duì)頻譜搬移電路當(dāng)忽略u(píng)be3后：又：所以：差動(dòng)輸出電流時(shí)變恒流源電流413.差分對(duì)頻譜搬移電路考慮|uA|＜26mV時(shí)，有因此，可以構(gòu)成頻譜線(xiàn)性搬移電路！42二、※雙差分對(duì)電路43二、雙差分對(duì)電路時(shí)變恒流源電流差動(dòng)輸出電流尾管查分對(duì)的差動(dòng)輸出電流44二、雙差分對(duì)電路雙差分對(duì)的差動(dòng)輸出電流i0與兩個(gè)輸入電壓uA、uB之間均為非線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)u1=U1cosω1t，u2=U2cosω2t

時(shí)，（式中，x1=U1／UT，x2=U2／UT）45二、雙差分對(duì)電路若U1、U2

＜26mV當(dāng)u1=U1cosω1t，u2=U2cosω2t

46二、雙差分對(duì)電路當(dāng)每管的可忽略，若Re2足夠大，滿(mǎn)足深反饋條件接入負(fù)反饋電阻，V5和V6的差動(dòng)輸出電流近似與uB成正比，而與I0的大小無(wú)關(guān)。47二、雙差分對(duì)電路當(dāng)時(shí)又uB的最大動(dòng)態(tài)范圍：48二、雙差分對(duì)電路uB的最大動(dòng)態(tài)范圍:施加反饋電阻后，雙差分對(duì)電路工作在線(xiàn)性時(shí)變狀態(tài)或開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，因而特別適合作為頻譜搬移電路。差動(dòng)輸出電流:493、圖5-20為MortorolaMC1596內(nèi)部電路圖，它是以雙差分電路為基礎(chǔ)，在Y輸入通道加入了反饋電阻，故Y通道輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍較大，X通道輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍很小。1、雙差分電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有增益，不用變壓器，易于集成化，對(duì)稱(chēng)性精確，體積小等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。

2、雙差分電路是集成模擬乘法器的核心。模擬乘法器種主要指標(biāo)有:工作