高频电子电路第4章非线性电路、时变参量电路、变频器技术分析.ppt

2、掌握线性时变参量电路分析法。 4、了解各种干扰，特别是混频器中所产生地各种干扰。 3、掌握混频器的工作原理。 1、掌握非线性电路地主要特点与分析方法。 无线电元件 线性元件 时变参量元件 非线性元件 ：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关。 ：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压有关。 ：元件参数按照一定规律随时间变化。 图5.1.1 串联电路 线性电路时 时变线性电感电路时 非线性电感电路时 描述线性电路、时变参量电路和非线性电路的方程式分别是常系数线性微分方程、变系数线性微分方程和非线性微分方程。 分析方法:图解法和解析法两类。 图解法: 根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电路中的电流和电压波形。 解析法: 借助于非线性元件特性曲线的数学表示式列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压。 图 5.2.1 线性电阻的伏安 特性曲线 图 5.2.2 半导体二极管的伏安 特性曲线 与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是直线。 一、非线性元件的工作特性 图 5.2.4 线性电阻上的电压 与电流波形 图 5.2.5 正弦电压作用于二极管 产生非正弦周期电流 输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。电流中包含电压中没有的频率成分。 二、非线性元件的频率变换作用 传输特性: 设： 直流分量； 基波分量和谐波分量： 组合频率分量： “非线性”具有频率变换作用。 三、非线性电路不满足叠加原理 三、非线性电路不满足叠加原理 传输特性 : 常用的非线性元件的特性曲线可表示为 式中a0，a1，… ，an为各次方项的系数，它们由下列通式表示 i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ … +anvn+… 上述特性曲线可用幂级数表示为 一、幂级数分析法 若函数i=f(v)在工作点附近的各阶导数存在，可以在工作点附近展开为幂级数，即泰勒级数。 工作点Q1: 工作点Q2: 在曲线上选择一个点代入方程，求解b2 从频域考察非线性能够揭示非线性的频率变换作用，因此，选择如下信号作为幂级数的输入电压。 将和项展开，可得 i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ … +anvn+… p + q ≤ n n最高次数为3的多项式的频谱结构图 图 5.3.3 晶体三极管的转移 特性曲线用折线近似 信号较大时，所有实际的非线性元件几乎都会进入饱和或截止状态。此时，元件的非线性特性的突出表现是截止、导通、饱和等几种不同状态之间的转换。 二、折线分析法 图 5.3.3 折线法分析非线性电路 线性时变电路：指电路元件的参数按一定规律随时间变化，且这种变化与元件的电流或电压无关。 一、时变跨导电路分析 振幅较大的振荡电压与幅度较小的任意形式电压信号同时作用于调谐放大器的非线性器件的输入端。 若vs足够小，可以忽略上式中vs的二次方及其以上各次方项，将电压代人上式，得： 当两个信号同时作用于一个非线性器件，其中一个振幅很小，处于线性工作状态，另一个为大信号工作状态时，可以使这一非线性系统等效为线性时变系统。 图 5.4.2 晶体三极管差分对模拟乘法器原理电路 二、模拟乘法器电路分析 图 5.4.3 折线归一化电流与Ｚ值的关系 只有两个输入电压幅度较小，晶体管处于线性区时，乘法器才呈现理想特性。 图 5.4.6 大小两个信号同时作用于非线性元件时 的原理性电路 四、开关函数分析法 图 5.4.7 开关的控制信号及其开关函数 在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频。 （以调幅为例 ） 在接收机中， fi称为中频。一般其值为 其中fo是本地振荡频率。 超外差式接收机 1.定义 举例 经过混频器变频后，输出频率为 混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形状不变。 图 5.4.2 变频前后的频谱图 2.混频的实质 线性频率变换 频谱搬移 设： 3.混频器的性能指标 A.变频(混频)增益： 混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的幅值之比。 B.噪声系数： 高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。 C.选择性： 抑制中频以外的信号的干扰的能力。 D.非线性干扰： 抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。 1.电路 将集电极电流用泰勒级数展开 时变电导 v0 vs 中频输出电流: 2.变频跨导 输出的中频电流振幅与输入的高频信号电压振幅之比