《高频电子技术》课件第9章.ppt

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第九章调幅、检波与混频:频谱线性搬移电路

9.1概述

9.2频率变换电路分析基础

9.3相乘器及频率变换作用

9.4幅度调制

9.5调幅电路分析

9.6幅度解调

9.7混频器

9.1概述

在通信系统及各种电子设备中,为了有效地实现信息传

输及信号的功率、频率变换功能,广泛采用调制、解调、混

频、倍频和振荡器等电路。这些电路的共同特征,是输出信

号中除了含有输入信号的频率成分外,还出现了不同于输入

信号频率的其它频率分量,也就是说,这些电路都具有频率

变换功能,属于非线性电子线路。

频率变换电路种类很多,根据不同的特点,又可分为频

谱的线性搬移电路和频谱的非线性变换电路。在频率变换过

程中,输入信号的频谱结构不发生变化,即变换前后各频率

分量的比例关系不变,只是在频率轴上进行了不失真的搬移

(允许只取其中的一部分),这类电路称为频谱线性搬移电

路。本章将讨论的振幅调制与解调、混频等电路就属于这一

类电路。

9.2频率变换电路分析基础

9.2.1非线性元件的特性描述

在描述非线性元件的特性之前,先将线性元件与非线性

元件的特性进行比较,初步认识用非线性元件进行频率变换

的原理。

线性元件的工作特性符合直线性关系,例如,线性电阻

的特性符合欧姆定律,即它的伏安特性是一条直线,如图9

-1所示。

图9-1正弦信号作用在电阻上

如果在电阻两端加入某一频率的正弦电压,那么电阻中

的电流仍然是这个频率的正弦信号,它不会产生新的频率分

量,这一点可从欧姆定律的表示式或图9-1所示的伏安特性

曲线得出,图中画出了U为正弦信号时I的波形,可以看出,

电流I仍然为这个频率的正弦信号。

非线性电阻的伏安特性则不是直线关系,例如晶体二极

管,它的正向工作特性是指数曲线,而反向工作特性在一定

范围内表现为与横轴近似平行的直线,如图9-2所示。

图9-2正弦信号作用在二极管上

在第一章实验2中已观察到,二极管两端加入某一频率的正

弦电压时,流过二极管的电流波形不再是正弦信号,而是一个被

切去负半周的半个正弦波。这个电流波形也可以通过图9-2所示

的伏安特性作图得到。对于这个电流波形,由傅里叶级数分析可

知,它不仅含有基波频率分量,也包括直流成分和各次谐波成分。

这表明,非线性元件具有频率变换作用,它能将单频正弦信号变

换为频谱成分比较复杂的多频信号,我们可以根据需要选择所需

的频率分量。例如,在实验2中,用低通滤波器滤除了直流和高

频分量,只取出音频分量,就构成了检波器。同样,如果用滤波

器滤除交流分量,只取出它的直流分量,就构成了整流器。检波

和整流是非线性元件完成频率变换的两个简单例子。

非线性元件是组成非线性电路的基本单元,也是有源电

子器件在一定工作条件下等效电路的组成部分。高频电路中

常用的有非线性电阻器和非线性电容器。非线性电阻器是指

伏安特性,即电压与电流之间的变化特性呈非线性的器件,

如图9-2所示;非线性电容器是指伏库特性,即电压与电荷

之间的变化特性呈非线性的器件,如图9-3所示。

_

+u

C

C0

Cmin

O

u

图9-3变容二极管的C-u曲线

非线性元件与线性元件相比,有两个突出特性。

第一个特性是,非线性元件有多种含义不同的参数,而

且这些参数都是随激励信号的大小而变化的。

以非线性电阻器件为例,常用的参数有直流电导、微分

电导、平均电导三种。

直流电导又称静态电导,它是指非线性电阻器件伏安特

性曲线上任一点与原点之间连线的斜率,如图9-4所示,用

g0表示,其值为

IQ

g0

UQ

它表明直流电流与直流电压之间的关系。在对非线性电

阻元件进行直流工作分析时,可用g0参量。应注意g0与线性

电阻元件的电导g的区别:g是与工作电压大小无关的常数,

而g0则是工作电压UQ(或I

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