频谱的线性搬移电路.ppt

第5章 频谱的线性搬移电路,功能：对信号进行频谱变换，以获得所需频谱的信号,频谱搬移电路概述：,线性搬移电路：从频域上看，搬移过程中输入信号频谱结构 不发生变化,振幅调制、解调电路 混频电路,非线性搬移电路：从频域上看，搬移过程中输入信号频谱结 构发生变化,频率调制、解调电路 相位调制、解调电路,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,本章内容：,5.1 非线性电路的分析方法,频谱搬移产生新的频率分量,频谱搬移电路属非线性电路,非线性电路分析方法： （1）幂级数展开分析法 （2）线性时变电路分析法,非线性器件的伏安特性 uEQ+u1+u2，EQ为静态工作点，u1、u2为两个输入电压 在EQ处对f(u)进行泰勒级数展开：,5.1.1 非线性函数的级数展开分析法,非线性函数,令u2=0，令u1U1cos1t 只有一个输入,n为奇数,n为偶数,输出电流包含的频率分量：1，n 1,只有一个输入时不能产生任意频率分量,新的频率分量,令u2=U2cos2t，令u1U1cos1t 有两个输入时,输出电流包含的频率分量：,p+q为偶数的组合分量由np+q的偶数的各次方项产生 p+q为奇数的组合分量由np+q的奇数的各次方项产生,当多个输入信号时,输出电流包含的频率分量：,非线性电路完成频谱的搬移,滤除不需要的频率分量,三个方面考虑: 1）从非线性器件的特性考虑：选择具有平方律特性的场效应管 2）从电路考虑：用平衡电路消除一部分无用频率分量 3）从输入信号的大小考虑：减小输入信号振幅。以减小高次谐 波分量强度,大多数情况下需要的是两个输入信号的乘积项,uEQ+u2+u1，在EQ+u2处将f(u)用泰勒级数展开,5.1.2 线性时变电路分析法,非线性函数,将非线性电路等效为线性时变电路分析法,若u1足够小，忽略u1的二次方及以上各次方项,时变工作点电流,时变跨导,时变偏置电压,线性时变,u1U1cos1t，u2U2cos2t， EQ（t）=EQ+U2cos2t 为周期性函数 故I0（t）、g（t）也必为周期性函数 用傅里叶级数展开,输出电流i0包含的频率分量为：,组合频率分量大大减少,因：,线性时变电路完成频谱的搬移,例1 ：一个晶体二极管，用指数函数逼近它的伏安特性，即,在线性时变工作状态下，上式可表示为,第一类修正贝塞尔函数,5.2 二极管电路,单二极管电路、二极管环形电路、二极管平衡电路,应用：振幅调制与解调、混频,优点：电路简单、噪声低、组合频率分量少、工作频带宽,主要缺点：无增益,u1输入信号 u2控制信号（参考信号）,5.2.1 单二极管电路,U2U1，U20.5V,大信号时，二极管工作在截止区和导通区,U2Uo，可忽略输出电压uo对回路的反作用,将伏安特性折线近似：,U2U1，uDu1+u2，二极管的通断主要由u2控制,一般的，Vp较小,有U2Vp，可令Vp=0,或在电路中加偏压EQ=Vp,u2U2 cos2t,令K(2t)为开关函数，在u2正半周时等于1，负半周时为零,为时变电导，受u2控制,线性时变电路,因 u2U2 cos2t， uDu1+u2，若 u1U1cos1t,流过二极管的电流iD中的频率分量：,1、2、2n2、（2n+1）21（n=0,1,2,）,思考：（1）若滤波器对2谐振，带宽为21，谐振电阻为RL 则uo中 包含的频率分量？uo的表达式？ （2）若考虑输出电压的反作用，则uo的表达式？,5.2.2 二极管平衡电路,基本思想：减少单二极管电路中不必要的频率分量,1原理电路,设 N1=N2，等效电路：,忽略输出电压的反作用：,2工作原理,uD1=u2+u1,U20.5V， U2U1，二极管开关主要受u2控制,i1、i2在T2次级产生的电流分别为:,uD2=u2-u1,令u1U1cos1t,因：,1、 21 、（2n+1）21（n=1,2,3）,输出电流iL中的频率分量：,当考虑RL的反映电阻对二极管电流的影响时,思考： （1）若滤波器对2谐振，带宽为21，谐振电阻为RL，则uo中 包含的频率分量？uo的表达式？ （2）若考虑输出电压的反作用，则uo的表达式？,平衡电路的另一种形式二极管桥式电路,原理电路：,实际桥式电路：,二极管平衡电路如图所示，u1及u2的注入位置如图所示，图中，u1=U1COS1t，u2=U2COS2t且U2U1.求u0(t)的表示式，并与图57所示电路的输出相比较. （作业5-4）,解：,二极管伏安特性为通过原点的理想特性。,例：,设变压器变比为1：1，忽略负载的影响：,当假设负载电阻RL时,与图5-7相比较，输出电压中少了1的基频分量，而多了2的基频分量，同时其他组合频率分量的振幅提高了一倍。,5.2.3 二极管环形电路(二极管双平衡电路）,1基本电路,u20时，VD1、VD2导通 VD3、VD4截止,u20时， VD3、VD4 导通 VD1、VD2截止,U20.5V， U2U1， 二极管开关主要受u2控制,平衡电路1、2在负载RL上产生的总电流： iL=iL1+iL2=(i1-i2)+(i3-i4),2工作原理,平衡电路1：,平衡电路2：,平衡电路1在RL上产生的电流iL1： iL1=i1-i2,平衡电路2在RL上产生的电流iL2： iL2=i3-i4,环形电路的开关函数波形：,单向开关函数,双向开关函数,单向开关函数,令u1=U1cos1t,输出电流iL中的频率分量：(2n+1)21（n=0,1,2,）,实际的环形电路：,双平衡混频器组件：,外壳：,电原理图：,突出特点：在工作频率范围内，从任意两个端口输入u1和u2，就可以在第三端得到所需的输出。,本振口加输入信号u1 中频口加控制信号u2 射频口输出信号uo,uD1= u1-u2 uD2= u1+u2 uD3= -u1-u2 uD4= -u1+u2,中频口 u2,本振口u1,射频口 uo,忽略输出电压的反作用,i1=gDK(2t-) uD1 i2=gDK(2t) uD2 i3=gDK(2t-) uD3 i4=gDK(2t) uD4,例2 双平衡混频组件的应用,U2U1,i = -i1+i2+i3-i4=（i2-i4）-（i1-i3） =2gDK(2t)u1 - 2gDK(2t-)u1 =2gDK(2t)u1,输出电流i：,5.3 差分对电路,5.3.1 单差分对电路,1.电路,设1、V2的1，有ic1ie1，ic2ie2,2. 传输特性,（1）ic1、ic2和io与差模输入电压u是非线性关系双曲正切函数关系，与恒流源I0成线性关系。 双端输出时，直流抵消，交流输出加倍。,（2）输入电压很小时，传输特性近似为线性关系，即工作在线性放大区。 当|x|1时,tanh（x2）x2， 当|u|VT26mV时，io=I0tanh（u/2VT）I0u/2VT。,（4）小信号运用时的跨导即为传输特性线性区的斜率，表示电路在放大区输出时的放大能力,（3）若输入电压很大,一般在|u|100mV时，电路呈现限幅状态，两管接近于开关状态，该电路可作为高速开关、限幅放大器等电路。,（5）当输入差模电压u=U1cos1t时，io波形,当u幅值足够大时：,表52 n(x)数值表,3. 差分对频谱搬移电路,线性通道,非线性通道,输入信号,控制信号,含两个信号的乘积，可实现频谱搬移,例：试推导图517所示单差分对电路单端输出时的输出电压表示式。（从V2集电极输出，且谐振回路对1谐振， 12,谐振阻抗为RL，带宽为22)（作业 56 ）,谐振回路对1谐振，谐振阻抗为RL，带宽为22,V1、V2、V5差分对电路 V3、V4、V6差分对电路 io= iI - iII=(i1+ i3) - (i2+ i4)=(i1 - i2) - (i4 - i3),5.3.2 双差分对电路,当 uA=U1cos1t，uB=U2cos2t时,U1，U226mV,理想乘法器,接入负反馈时的差分对电路,ube5 - ube6=VTln（ie5/ie6）,若Re2足够大，满足深反馈条件，所以：,将,代入,如果uA足够大：,如果uA足够小：,i5i6=I0，i50，i60, uB的最大动态范围,5.4 其它频谱线性搬移电路,5.4.1 晶体三极管频谱线性搬移电路,原理电路：,在时变工作点处，将u1展开成泰勒级数：,u1输入信号 u2参考信号，U2U1