五非线性电路与和变频器.pptx

第五章 非线性电路与和变频器n5.1 非线性电路的特性及分析方法n5.2 线性时变参量电路分析法n5.3 晶体管变频电路n5.4 二极管混频电路5.1 非线性电路的特性及分析方法超外差式接收机方框图直放式接收机方框图变频电路原理方框图1、变频器将高频载波换成中频。2、变频后的中频频率相同，使中放电路结构简单。3、电路的选择性好，接收机灵敏度相当。线性元件非线性元件时变参量元件非线性元件的特性：1、工作特性的非线性2、频率变换特性3、不满足叠加定理非线性电路分析方法：1、幂级数分析法2、指数函数分析法3、折线分析法5.2 线性时变参量电路分析方法时变参量元件时变参量电路参数按照一定规律随时间变化(变化与通过元件的电流或元件上电压无关)，参数按照某一方式随时间变化的线性元件5.2.1 时变跨导电路分析例一个晶体二极管,用指数函数逼近它的伏安特性,即在线性时变工作状态下,上式可表示为式中是第一类修正贝塞尔函数。因而:5.2.2 开关函数分析V2Vp由此可见,在前面的假设条件下,二极管电路可等效一个单向开关函数,一线性时变电路,其时变电导g（t）为K（2t）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,其展开式为代入式若u1U1cos1t,为单一频率信号,代入上式有:由上式可以看出,流过二极管的电流iD中的频率分量有:（1）输入信号u1和控制信号u2的频率分量1和2;（2）控制信号u2的频率2的偶次谐波分量;（3）由输入信号u1的频率1与控制信号u2的奇次谐波分量的组合频率分量（2n+1）21,n=0,1,2,。5.3 变频电路变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。1 1、组成和原理：、组成和原理：变频变频:本振与混频合为一个管；混频本振与混频合为一个管；混频:混频独立为一个管。混频独立为一个管。2 2 为什么要变频？为什么要变频？变频的优点：变频的优点：1)1)变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度 2)2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性 3)3)工作稳定性好工作稳定性好 4)4)波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好 变频的缺点：变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰(一)变频增益变频电压增益：变频器中频输出电压振幅Vim与高频输入信号电压振幅VSM之比,即：同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率Pi与输入高频信号功率Ps之比,即(二)噪声系数混频器的噪声系数Fn定义为:由于电路内部噪声的存在，输出信噪比总是小于输入信噪比，即有Fn1；理想情况下，Fn1。(三)稳定性本地振荡器频率稳定度。3、主要性能指标(四)失真与干扰变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外,还会产生各种非线性干扰,如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。所以,对混频器不仅要求频率特性好,而且还要求变频器工作在非线性不太严重的区域,使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰。(五)选择性混频器的中频输出应该只有要接收的有用信号(反映为中频),而不应该有其它不需要的干扰信号。但在混频器的输出中,由于各种原因,总会混杂很多与中频频率接近的干扰信号。4、对混频器的主要要求1 信号失真小 仅对信号载频进行变换，保持原AM波的包络变化，原FM波的频率变化；2 噪声系数小 因混频器处于系统前端；3 混频增益大 可提高灵敏度和系统信躁比；4 选择性好 抑制组合频率和干扰。晶体管混频器晶体管混频器1.基本电路和工作原理基本电路和工作原理晶体管混频器的分析晶体管混频器的分析1.幂级数分析法幂级数分析法 在小信号运用的条件下，可以将某些非线性元器件函数在小信号运用的条件下，可以将某些非线性元器件函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法来分析表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定量分析。非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+2.变跨导分析法变跨导分析法 在混频时，混频管可看着一个参数在混频时，混频管可看着一个参数(跨导跨导)在改变的线在改变的线性元件，即变跨导线件元件。性元件，即变跨导线件元件。由由于于信信号号电电压压Vsm很很小小，无无论论它它工工作作在在特特性性曲曲线线的的哪哪个个区区域域，都都可可以以认认为为特特性性曲曲线线是是线线性性的的(如如图图上上ab、a b 和和a b 三三段段的的斜斜率率是是不不同同的的)。因因此此，在在晶晶体体管管混混频频器器的的分分析析中中，将将晶晶体体管管视视为为一一个个跨跨导导随随本本振振信信号号变变化的线性参变元件。化的线性参变元件。加电压后的晶体管转移特性曲线加电压后的晶体管转移特性曲线 因因VoVsm使晶体管工作在线使晶体管工作在线性时变状态，所以晶体管集电极静性时变状态，所以晶体管集电极静态电流态电流ic(t)和跨导和跨导gm(t)均随均随 作周作周期性变化。期性变化。由由于于信信号号vs远远小小于于v0，可可以以近近似似认认为为对对器器件件的的工工作作状状态态变化没有影响。此时流过器件的电流为变化没有影响。此时流过器件的电流为 i(t)=f(v)=f(v0+vs+vBB)可可将将v0+vBB看看成成器器件件的的交交变变工工作作点点，则则i(t)可可在在其其工工作作点点(v0+vBB)处展开为泰勒级数处展开为泰勒级数 由由于于vs的的值值很很小小，可可以以忽忽略略二二次次方方及及其其以以上上各各项项，则则i(t)近似为近似为 其中其中f(v0+vBB)是是vs=0时仅随时仅随v0变化的电流，称变化的电流，称为时变静态电流，为时变静态电流，f(v0+vBB)随随v0+vBB而变化，而变化，称为时变电导称为时变电导g(t)，电流可以写为电流可以写为 i(t)Io(t)+g(t)vs(t)将将 vBB+v0=VBB+V0mcos 0t vs=Vsmcos st代入式展开并整理，得代入式展开并整理，得若中频频率取差频若中频频率取差频 ，则混频后输出的中频电流为则混频后输出的中频电流为其振幅为其振幅为 由上式引出变频跨导由上式引出变频跨导gc的概念，它的定义为的概念，它的定义为 输出的中频电流振幅输出的中频电流振幅Ii与输入高频信号电压的与输入高频信号电压的振幅振幅Vs成正比。若高频信号电压振幅成正比。若高频信号电压振幅Vsm按一定规按一定规律变化，则中频电流振幅律变化，则中频电流振幅Ii也按相同的规律变化。也按相同的规律变化。晶体二级管混频器：晶体三级管混频器：优点：增益1缺点：动态范围小(vs:几mv)；噪声较大、组合频率干扰大；本振信号易向外辐射晶体二级管混频器可克服上述缺点。缺点：增益1单二极管混频电路 等效电路为：特性电导：电压传输系数和功率传输系数：二极管平衡混频器 二极管环形混频器