非线性时变参量电路

关于非线性时变参量电路第4章非线性、时变参量电路和变频器

4.1非线性电路的特性及分析方法4.2线性时变参量电路分析法4.3变频的工作原理4.4混频器中的干扰4.5外部干扰第2页,共30页，2024年2月25日，星期天4.1非线性电路的特性及分析方法常用的无线电元件：线性元件—元件参数与流过的信号无关；非线性元件—元件参数与流过的信号有关；时变参量元件—元件参数按照一定规律随时间变化时变参量电路—小信号时，元件可以近似为线性元件；大信号时，参数随时间变化。第3页,共30页，2024年2月25日，星期天非线性电路特性及分析方法（续）元件的描述方程有线性电路—

常系数线性微分方程；时变参量电路—变系数线性微分方程；非线性电路—非线性微分方程。非线性方程的分析方法有：图解法和解析法第4页,共30页，2024年2月25日，星期天非线性元件的频率变换作用非线性元件上的电压和电流波形上不相同的。将信号用傅立叶级数展开，发现信号的频谱中包含除基波频率成分外，还新产生基波的各次谐波及直流成分。因此非线性元件的输出信号比输入信号具有更为丰富的频率成分。非线性电路特性及分析方法（续）第5页,共30页，2024年2月25日，星期天4.3变频器的工作原理

变频就是把高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。这种频率变换通常是将已调高频信号的载波频率从高频变为中频，同时必须保持其调制规律不变。具有这种作用的电路称为混频电路或者变频电路，也称为混频器或者变频器。第6页,共30页，2024年2月25日，星期天图4.3.2变频电路的组成框图变频器的工作原理（续）第7页,共30页，2024年2月25日，星期天图4.3.3变频前后的调幅信号频谱图变频器的工作原理（续）相对振幅中频调幅波相对振幅高频调幅波本振信号第8页,共30页，2024年2月25日，星期天假定变频器（混频器）的伏安特性，输入信号分别为：代入得到：变频器的工作原理（续）选出需要的频率第9页,共30页，2024年2月25日，星期天变频器的主要质量指标：1）变频增益---输出电压振幅与高频输入信号电压振幅比2）失真和干扰---线性失真与非线性失真3）选择性---中频输出回路的特性4）噪声系数---变频器的工作原理（续）第10页,共30页，2024年2月25日，星期天4.4混频器中的干扰

讨论由于混频器的非线性效应产生的干扰是很重要的问题，也是衡量混频器质量的标准之一。混频器中产生的干扰有：组合频率干扰和副波道干扰、交叉调制（交调）和相互调制（互调）、阻塞干扰和相互混频等。第11页,共30页，2024年2月25日，星期天信号与本振信号存在的谐波频率和组合频率落在中频放大器的通频带内，与有用信号频率一道进入中频放大器，并被放大后加到检波器上。通过检波器的非线性效应，这些接近中频的组合频率与中频差拍检波，产生音频，最终以哨叫声的形式出现。混频器中的干扰（续）组合频率干扰和副波道干扰组合频率干扰信号与本振的组合频率：中频的通式：显然，只要满足关系：组合频率的干扰信号就能进入中频放大器，经差拍检波后，产生干扰哨声。第12页,共30页，2024年2月25日，星期天包括下列四种情况：其中第三和四种情况不存在，取，则第一和二种情况可写为：混频器中的干扰（续）第13页,共30页，2024年2月25日，星期天将两个式子合并成一个通式，该式说明：当中频一定时，只要信号频率接近上式计算出来的数值，就可能产生干扰哨声。混频器中的干扰（续）第14页,共30页，2024年2月25日，星期天如果混频器之前的输入回路和高频放大器的选择性不够好，除要接收有用信号外，干扰信号也会进入混频器。它们与本振频率的谐波同样可以形成接近中频频率的组合频率干扰，产生干扰哨声。干扰信号与本振频率满足下列关系时：混频器中的干扰（续）第15页,共30页，2024年2月25日，星期天当接收机调谐在信号频率时，产生的组合副波道干扰的干扰信号频率为：或者混频器中的干扰（续）第16页,共30页，2024年2月25日，星期天副波道干扰在上述的组合副波道干扰中，有些特定频率形成的干扰称为副波道干扰。典型的副波道干扰有：

中频干扰和镜像干扰。混频器中的干扰（续）第17页,共30页，2024年2月25日，星期天中频干扰式中，取，得。亦即干扰频率等于或者接近于中频时，干扰信号将被混频器和各级中频放大器放大，以干扰哨声的形式出现。混频器中的干扰（续）第18页,共30页，2024年2月25日，星期天镜像干扰式中，取，得。亦即信号频率比本振频率低一个，干扰频率则比高一个。二者对称地分布在两侧，因此称为镜像频率干扰。它与差拍也产生，成为干扰信号。混频器中的干扰（续）fofsff镜像fifi组合频率干扰和副波道干扰都是由混频器自身特性所产生的。如果混频管的转移特性关系式中含有平方项，就可能会产生中频干扰和镜像干扰。第19页,共30页，2024年2月25日，星期天交叉调制（交调）如果接收机前端电路的选择性不够好，使有用信号与干扰信号同时加到接收机输入端，而且这两种信号都是受音频调制的，就会产生交叉调制干扰现象。表现形式：当接收机调谐在有用信号的频率上时，干扰台的调制信号听得清楚；而当接收机对有用信号频率失谐时，干扰电台调制信号的可听度减弱，并随着有用信号的信号消失而完全消失。混频器中的干扰（续）第20页,共30页，2024年2月25日，星期天交叉调制产生机理：是由晶体管特性曲线中的三次或者更高次非线性项所产生的。交叉调制系数：混频器中的干扰（续）第21页,共30页，2024年2月25日，星期天交叉调制系数与有用信号幅度无关，但与干扰信号幅度的平方成正比，因此提高前端电路的选择性，减小干扰信号幅度是克服交调的有效措施。只要干扰信号足够强，并进入接收机前端电路，就可能产生交调。混频器中的干扰（续）第22页,共30页，2024年2月25日，星期天互相调制（互调）有两个或多个干扰电台信号同时加到接收机混频器的输入端，由于放大器的非线性作用，使干扰信号彼此混频，就可能产生频率接近有用信号频率的互调干扰分量，与有用信号同时进入接收机的中频系统，经检波差拍后，产生哨叫声。混频器中的干扰（续）第23页,共30页，2024年2月25日，星期天只要干扰频率和信号频率满足下式时，即可产生互调现象。互调干扰是由高放（或混频）级的二次、三次和更高次非线性项所产生，而且干扰信号幅度愈大，互调干扰分量也愈大。混频器中的干扰（续）第24页,共30页，2024年2月25日，星期天例：当接收机接收3.5MHz有用信号时，另外两个电台分别工作在2.1MHz和1.4MHz。如果接收机前端电路选择性不好，这两个干扰频率进入接收机输入端，则由于高放(或混频)级的非线性特性，会在(2.1+1.4)MHz上产生互调分量，从而产生哨叫声。混频器中的干扰（续）第25页,共30页，2024年2月25日，星期天阻塞现象强信号阻塞是指强干扰与有用信号同时加入混频器时，混频器输出的有用信号幅度减少，甚至无法接收，这种现象就叫阻塞干扰。例如晶体三极管混频由于输入幅度过大，使三极管进入饱和或截止状态，有用信号的输出很小，甚至为零，这就是阻塞干扰。信号过强，甚至可能导致PN结被击穿。阻塞是由高放（或混频）级的二次、三次和更高次非线性项所产生。混频器中的干扰（续）应用：美国开发出的新式武器。无线摧毁敌方雷达等设备第26页,共30页，2024年2月25日，星期天产生各种干扰的主要原因：1）前端电路选择性不好；2）器件的非线性；3）器件的动态范围小；4）放大电路中频选择不当。混频器中的干扰（续）第27页,共30页，2024年2月25日，星期天总结组合频率干扰：信号与本振的组合频率接近中频。是由混频管的转移特性关系式中含有平方项，二次及以上的谐波项。组合副波道干扰：副波道干扰：输入的干扰与本振的组合频率接近中频。中频干扰:干扰频率等于或者接近于中频镜像干扰:干扰频率比本振频率高一个中频交调：是由晶体管特性曲线中的三次或者更高次非线性项所产生的。有用信号与干扰信号之间的交叉调制互调：干扰信号彼此混频阻塞：强干扰第28页,共30页，2024年2月25日，星期天克服干扰的措施：1）提高放大器前端电路的选择性；2）合理选择中频，能最大限度地减少组合频率干扰和