五变频器(高频电子技术).docVIP

高频电子技术 第五章 变频器 §5.1 概述 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。如电阻、电容、空气芯电感等。从伏安特性曲线上来看是一条直线。 非线性元件：参数与通过元件的电流或施于其上的电压有关。如通过二极管的电流大小不同，二极管的内阻值不同，带磁芯的电感线圈其电感量随通过线圈的电流变化。从伏安特性曲线上来看是一条曲线。 时变参量元件：元件参数按照一定的规律随时间变化。如某大信号作用于晶体管的基极，由于大信号的控制作用，引起晶体管静态工作点随大信号的变化而变化，从而使晶体管的跨导随时间变化。 §5.2 非线性元件的特性 5.2.2 非线性元件的频率变换作用(P160) 1．线性电路 如果在线性电阻元件上加某一频率的正弦电压，那么在电阻中就会产生同一频率的正弦电流，即电压和电流具有同样的波形。图5.2.4（P160） 2.非线性电路 如果在二极管两端加某一频率的正弦电压，那么在二级管中产生的电流波形与电压并不相同，如果将该电流用傅里叶级数展开，可以发现其频谱中包含电压频率成分外，还产生了的各次谱波及直流成分，即二极管具有频率变换的能力。图5.2.5（P160） 例：设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线形状，即，当该元件上施加两个正弦电压和时，可以求出电流的表达式： 可见，电流中不仅出现了输入电压的二次谐波，还出现了和频和差频以及直流成分，这些都是输入电压中没有包含的。 5.2.3 非线性电路不满足叠加定理(P161) 线性电阻： 非线性电阻假如根据叠加定理，应为和分别单独作用产生的电流之和，即： 但实际上： 上述两式显然不相同，即非线性电路不能应用叠加原理。 §5.4 线性时变参量电路分析法 5.4.1 时变跨导电路分析（P168） 晶体管在小信号工作状态下的电流源可以写成（混合π模型） 如果可以使器件的跨导按某一频率随时间作周期性变化，则函数i中就会出现不同角频率的两个三角函数的乘积项，从而形成两个不同频率的和频和差频分量，提供实现频率变换的可能性。 时变跨导电路原理图：图5.4.1（P169） ************************************************************************************** 简谐振动物体在受到大小跟位移成正比，而方向恒相反的合外力作用下的运动在点的Taylor展开式为 等式右端称为在点的Taylor级数。 ************************************************************************************** 一个振幅较大的简谐振荡电压与幅度较小的电压信号同时作用于晶体管（非线性器件）的输入端，其中较大，而较小，可以认为器件参量基本上是受控制，而对于，在其变化范围内近似认为器件参量为常数（处于线性工作状态）。 器件参量（跨导）随简谐振荡电压周期性改变，因此该电路为线性时变参量（跨导）电路。 在的情况下，可以认为该电路是信号电压为，静态工作点电压为的小信号放大器。此时（忽略三极管内部反馈和集电极电压反作用）基极与集电极电流的关系可以表示为，其中，为工作点电压和信号电压的和。 将上式用泰勒级数在处展开，得 由于很小，忽略二次方以上各项的影响，可得 由上式可以看出，显然为电流量纲，为（静态工作点电压）时的静态集电极电流；为晶体管跨导（与相乘后体现输入信号在集电极中的电流）。显然和都是简谐振荡电压的函数（是的函数：）。 将和代入上式可得 （由5.3.2节相关知识可得集电极电流为） 由上式可以看出，受控制的晶体管跨导的基波和谐波分量与信号的乘积将产生和频与差频所组成的新的频率分量。 5.4.4 开关函数分析法（P173） 图5.4.6（a）（P174）二极管开关工作状态原理图 设小信号：，大信号： 则二极管的通断主要受大信号的控制，工作于开关状态。 通过负载的电流： 将二极管的开关作用用开关函数表示为 则通过负载的电流为 为周期的周期函数，展开傅里叶级数得 故通过负载的电流： 可见，电流中包含如下成分： (1) 和的频率成分与； (2)当时，可得到和的和频与差频； (3) 与的奇次谐波的和频与差频； (4) 的偶次谐波分量； (5) 当时，由可得到直流成分。 如果为本地振荡频率，为信号频率，负载回路调谐于或，就可以实现变频。 §5.5 变频器的工作原理 一、变频器工作原理（P175） 所谓变频，就是把高频信号经过频率变换，变为一个固定频率。实际中，通常是把已调高频信号的载波频率通过频率变换，从高频变为中频，同时保持其调制规律不变。 具有这种功能的电路称为混频电路（混频器）或变频电路（变频器）。 例：图5.5.1（P176） 输出的中频调幅波与