振幅调制解调与混频电路乘法器教学PPT课件

-,1,第4章振幅调制、解调与混频电路,4.3乘法器（相乘器）,4.3.1非线性器件的相乘作用及其特性,4.3.2二极管平衡调制电路,4.3.3双差分对平衡调制器和模拟乘法器,-,2,线性器件（R、C、L等）组成的电路:不会产生新的频率成分,i中仅包含1、2两个频率成分。可以用叠加法进行分析，即总电流是两个信号源分别单独作用时产生的电流的叠加。而当电路中如包含非线性器件（二极管、三极管等），则会产生新的频率成分。,4.3.1非线性器件的相乘作用及其特性,-,3,一、正向导通时的二极管的非线性及组合频率,1.一般情况（v1、v2是任意的）,（在Q点泰勒级数展开，以及二项式展开）,D两端电压：,可见，在两个电压同时作用下，响应电流中：,(1)出现了两个电压的有用相乘2a2v1v2，(m=1，n=2),(2)出现了无用高阶相乘项，(m1，n2)。,-,4,设v1=V1mcos1t，v2=V2mcos2t，代入上式，由三角变换，可知该非线性器件的输出电流中包含有众多组合频率电流分量，用通式表示：,p,q=|p1q2|，(p，q=0，1，2。),其中，只有p=1，q=1的和频或差频(1,1=|12|)是有用的，而其他组合频率分量都是无用的。,例：对i中展开的项：产生（p=2,q=1）和(p=0,q=1)频率成分。,规律（P183）：凡是p+q为偶数的组合频率分量，均是由级数中n大于等于p+q的各偶次方项产生的；凡是p+q为奇数的组合频率分量，均是由级数中n大于等于p+q的各奇次方项产生的。,能产生的，除了，还有,-,5,消除无用组合频率分量的措施：,(1)器件特性：选有平方律特性的器件(如场效应管)；,(2)电路：组成对称平衡电路，抵消部分组合分量；,(3)输入电压：限制输入信号v1或v2大小，使非线性器件处于线性时变状态，减小组合分量。,-,6,2、当v1、v2都较小，三次方以上项可略去,由于i中含有：直流，。如i与v成平方关系（例FET的iD与vGS）,则即使v1、v2较大，也只有上述组合频率。,-,7,f(VQ+v1)和f(VQ+v1)均是与v2无关的系数，但它们都是v1的非线性函数，且随时间而变化，故称为时变系数或时变参量。,其中，f(VQ+v1)是v2=0时的电流，称时变静态电流，用I0(v1)或I0(t)表示；,f(VQ+v1)是增量电导在v2=0时的数值，称时变增量电导，用g(v1)或g(t)表示，则上式可表示为：,I0(v1)、g(v1)与v2无关，故i与v2的关系是线性的，但它们的系数是时变的，故称线性时变。,3、v1较大，v2较小,则i与v2成线性关系：,-,8,频率成份分析：,当v1=V1mcos1t时，I0(v1)和g(v1)将是角频率为1的周期性函数，它的傅里叶展开式由平均分量、1及各次谐波组成：,设v2=V2mcos2t，则i中产生的组合频率分量的频率分量为|p12|和p1。,例：1=c,2=,则有：直流，。可得AM(普通调幅波)，且无cq(q1)，容易滤波。,-,9,二、工作于开关状态下的二极管相乘作用和组合频率,优点:比导通状态下的组合频率要少得多,设,在大信号作用下，D工作于开关状态。,-,10,(1)当时，D导通（on）(2)当时，D截止（off）,综合（1）、（2）得：,现引入K1(1t)代表高度为1的单向周期性方波，,-,11,它的傅里叶级数展开式仅含奇数项，无偶数项，为,有时定义单向开关函数：,-,12,由此，可画出二极管的等效电路如图。,图中，二极管用开关等效，开关受v1(t)控制，按角频率1做周期性的启闭，闭合时的导通电阻为RD。,这时管子的导通与截止仅由v1控制而不受v2影响时。,在这种开关工作状态下，i的频率分量有：直流，1，2，（2n-1)12，2n1。可进一步减少p,q=|p12|中p为偶数的众多组合频率分量，无用分量大大减少，滤波更易。,-,13,例:载波，大信号调制信号，小信号,则i的频谱：,0c-cc+2c3c-3c+4c,通过带通滤波器（BPF）可得AM信号。最邻近的干扰频率相隔约c，容易滤除。,-,14,4.3.2二极管平衡调制电路,一、二极管单平衡调制电路,Vcm很大，在vc(t)作用下，D1、D2工作在开关状态。设二极管的导通电阻为RD。,（a）当vc(t)0时，D1、D2导通：,列出两个网孔的回路方程：,-,15,（b）当vc(t)0时，D2、D3导通，D1、D2截止：,1.RD0时,-,17,（b）当vc(t)0时，A、B、C三点应短路，等效为右图：,（b）当vc(t)0时，A、B、C三点应短路，等效为右图：,综上：,-,20,K1(t)和K2(t)的关系:,K2(t)的另一种定义:,-,21,4.3.3双差分对平衡调制器和模拟乘法器,一、基本电路,1.单管电路,2.差分放大电路(上册P189）,双曲正切函数,3.双差分对(下册P189）,-,22,三个差分对管：T1、T2和T3、T4分别由T5、T6提供偏置电流，组成的差分对管由电流I0提供偏置。,v1交叉地加在T1、T2和T3、T4的输入端，v2加在T5、T6的输入端。平衡调制器的输出电流i和i由上面两差分对输出电流合成。双端输出时，其值为,i=i-i,其中，(i1-i2)为T1、T2差分对的输出差值电流，(i4-i3)是T3、T4差分对的输出差值电流，它们分别为,-,23,故,其中，i5-i6是T5、T6对管的输出差值电流，其值为,所以,4.th(x)的特点,（1）当|x|2时，th(x)1;,（3）当x-2时，th(x)-1。,当|v1|VT时,1.当v1=V1mcos1t是小信号时，即V1mVT=26mV,所以，组合频率：,双出时：,-,28,例：当v1=Vcmcosct是载波，大信号；v2=Vmcost调制信号时：,则，组合频率：,经过带通滤波器（BPF）可得双边带调幅波（DSB），即电路为平衡调制器（P191图4-2-8）。L、C、R为带通滤波器（BPF），其中心频率f0=fc，带宽BW=2F。,注意，P191图中电路是单端输出，此时：,再经过电容滤波后，vo=vo1的交流分量，频率成分和双端输出相同，只是幅度是双出的1/2。,-,29,（2）当v1=Vcmcosct是载波，大信号；v2=VDC+Vmcost调制信号时：,所以，组合频率：,经过带通滤波器（BPF）可得普通调幅波（AM）。实际上没有加VDC，而是通过调电位器RW，使静态时I5I6，这样即使v2=0,输出信号中也含有载波成分，从而得到AM波。,-,30,XFC1596集成平衡调制器,扩展v动态范围,可扩展v动态范围的双差分对平衡调制器,恒流源,负载电阻,载波,调制信号,平衡电位器，确保v=0时i=0,T7T8偏置电阻,T5T6偏置电阻,T1T2偏置电阻,-,31,思考：(1)如希望v2的动态范围大一点，应怎么办？(2)如输出信号中载波的残留量太大怎么办？(3)估算各脚直流电位。,-,32,四、双差分对模拟乘法器MC1595,作为通用的模拟乘法器，还必须同时