《高频电子线路》课件-05频谱的线性搬移电路.ppt

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《高频电子线路》课件-05频谱的线性搬移电路

引 言 前面在分析高频电路基础上介绍了: 1、高频放大器(小信号、功率) 2、正弦波振荡器 下面将介绍的另一类电路:频率搬移与控制电路,包括: 1、线性搬移及应用(5、6章):主要用于幅度调制与解调、混频等 2、非线性搬移及应用(7章):频率调制与解调、相位调制与解调 3、反馈控制(8章):包括AGC、AFC、APC(PLL) 第5章 频谱的线性搬移电路 5.1 非线性电路的分析方法 5.2 二极管电路 5.3 差分对电路 5.4 其它频谱线性搬移电路 频谱搬移的概念:频谱搬移电路是通信系统最基本的单元电路之一,主要完成将信号频谱从一个位置搬移至另一个位置。 频谱搬移的分类:频谱的线性搬移和非线性搬移两大类。 5.1 非线性电路的分析方法 一、非线性函数的级数展开分析法 1、非线性函数的泰勒级数 非线性器件的伏安特性,可用下面的非线性函数来表示: 式中,u为加在非线性器件上的电压。一般情况下, u=EQ+u1+u2,其中EQ为静态工作点,u1和u2为两个输入电压。用泰勒级数将式(5-1)展开,可得 式中,an(n=0,1,2,…)为各次方项的系数,由下式确定: 2、只输入一个余弦信号时 先来分析一种最简单的情况。令u2=0,即只有一个输入信号,且令u1=U1cosω1t,代入式(5-2),有: 由(5-8)式可得: 单一频率信号作用于非线性电路时,其输出除包含原来频率成分外,还有其多次谐波成分。 如果在其输出端加一窄带滤波器,可作为倍频电路。 若要使输出包含任意所需有频率成分(即在输出有任意频率成分),不能在非线性电路输入端只输入一个单一频率信号来完成。 为了便于区别,u1称为输入信号,为要处理的信号,通常占据一定带宽,u2 称为参考信号或控制信号,通常为单一频率成分信号(通常频谱搬移电路中有f2f1)。 由式(5-5)可得,此时除包含两个输入信号成分外,还包括各种乘积项u1 n-m u2 m 例如:若作用在非线性器件上的两个电压均为余弦信号,即u1=U1cosω1t, u2=U2cosω2t,利用式(5-7)和三角函数的积化和差公式 通过以上分析可得: (1)、多个信号作用于非线性电路时,其输出端包含多种频率成分:基波、各次谐波以及各种组合分量,其中绝大多数频率成分是不需要的。 (2)、在频谱搬移电路中,必须包含选频电路,以滤除不必要的成分。 (3)、在频率搬移电路中,如何减少无用的组合分量的数目及其强度,是非常重要的,通常从 三个方面考虑: A、从非线性器件的特性考虑,使其非线性接近平方律特性。 B、从电路考虑,如采用多个电路组合成平衡电路,以抵消部分无用成分。 C、从两个输入信号的大小配合上考虑。 二、 线性时变电路分析法 1、线性时变参数分析法的原理 对式(5-1)在EQ+u2上对u1用泰勒级数展开,有 由上式可见,就非线性器件的输出电流与输入电压的关系上看类似于线性系统,但其系数却是时变的。 2、线性时变参数分析法的应用 下面,考虑u1和u2都是余弦信号,u1=U1cosω1t,u2=U2cosω2t,则时变偏置电压EQ(t)=EQ+U2cosω2t,为一周期性函数,故I0(t)、g(t)也必为周期性函数,可用傅里叶级数展开,得: 也可从式(5-11)中获得 例5-1 一个晶体二极管,用指数函数逼近它的伏安特性,即: 5.2 二极管电路 二极管频率搬移电路的特点:电路简单、工作频带宽等。 一、 单二极管电路 单二极管电路的原理电路如图5-4所示,输入信号u1和控制信号(参考信号)u2相加作用在非线性器件二极管上。图中用传输函数为H(j?)的滤波器取出所需信号。 通常u2u1,且u20.5V,即二极管工作在大信号状态。 忽略输出电压u。对回路的反作用, 这样,加在二极管两端的电压uD为: 由前已知,U2U1,而uD=u1+u2,可进一步认为二极管的通断主要由u2控制,可得 设u2=U2 cosω2t,则u2≥0对应于2nπ-π/2≤ω2t≤ 2nπ+π/2,n=0,1,2,…, 故有(5-31)式写为: 式中,g(t)为时变电导,受u2的控制;K(ω2t)为开关函数,它在u2的正半周时等于1,在负半周时为零,即 K(ω2t)是一周期性函数,其周期与控制信号u2的周期相同,可用一傅里叶级数展开,其展开式为:

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