频谱的线性搬移电路

《频谱的线性搬移电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章　频谱的线性搬移电路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思考题与习题在频谱的搬移电路中，根据不同的特点，可以分为频谱的线性搬移电路和非线性搬移电路。从频域上看，在搬移的过程中，输入信号的频谱结构不发生变化，即搬移前后各频率分量的比例关系不变，只是在频域上简单的搬移(允许只取其中的一部分)，如图5-1(a)所示，这类搬移电路称为频谱的线性搬移电路，振幅调制与解调、混频等电路就属于这一类电路。频谱的非线性搬移电路，是在频谱的搬移过程中，输入信号的频谱不仅在频域

2、上搬移，而且频谱结构也发生了变化，如图5-1(b)所示。频率调制与解调、相位调制与解调等电路就属于这一类电路。本章和第6章讨论频谱的线性搬移电路及其应用——振幅调制与解调和混频电路;在第7章讨论频谱的非线性搬移电路及其应用——频率调制与解调等电路。图5-1频谱搬移电路(a)频谱的线性搬移;(b)频谱的非线性搬移5.1非线性电路的分析方法5.1.1非线性函数的级数展开分析法非线性器件的伏安特性，可用下面的非线性函数来表示:i=f(u)(5-1)式中,u为加在非线性器件上的电压。一般情况下,u＝EQ+u1+u

3、2,其中EQ为静态工作点，u1和u2为两个输入电压。用泰勒级数将式(5-1)展开，可得(5-2)式中，an(n=0，1，2，…)为各次方项的系数，由下式确定:(5-3)由于(5-4)式中，　　　　　　　　　为二项式系数，故(5-5)先来分析一种最简单的情况。令u2=0，即只有一个输入信号，且令u1＝U1cosω1t，代入式(5-2)，有(5-6)利用三角公式(5-7)式(5-6)变为(5-8)式中，bn为an和cosnω1t的分解系数的乘积。由上式可以看出，当单一频率信号作用于非线性器件时，在输出电流中不仅

4、包含了输入信号的频率分量ω1，而且还包含了该频率分量的各次谐波分量nω1(n=2，3，…)，这些谐波分量就是非线性器件产生的新的频率分量。在放大器中，由于工作点选择不当，工作到了非线性区，或输入信号的幅度超过了放大器的动态范围，就会产生这种非线性失真——输出中有输入信号频率的谐波分量，使输出波形失真。当然，这种电路可以用作倍频电路，在输出端加一窄带滤波器，就可根据需要获得输入信号频率的倍频信号。由上面可以看出，当只加一个信号时，只能得到输入信号频率的基波分量和各次谐波分量，但不能获得任意频率的信号，当然也不能

5、完成频谱在频域上的任意搬移。因此，还需要另外一个频率的信号，才能完成频谱任意搬移的功能。为分析方便，我们把u1称为输入信号，把u2称为参考信号或控制信号。一般情况下，u1为要处理的信号，它占据一定的频带;而u2为一单频信号。从电路的形式看，线性电路(如放大器、滤波器等)、倍频器等都是四端(或双口)网络，一个输入端口，一个输出端口;而频谱搬移电路一般情况下有两个输入，一个输出，因而是六端(三口)网络。当两个信号u1和u2作用于非线性器件时，通过非线性器件的作用，从式(5-5)可以看出，输出电流中不仅有两个输入电

6、压的分量(n=1时)，而且存在着大量的乘积项　　　　。在第6章的振幅调制与解调、混频电路将指出要完成这些功能，关键在于这两个信号的乘积项(2a2u1u2)。它是由特性的二次方项产生的。除了完成这些功能所需的二次方项以外，还有大量不需要的项，必须去掉，因此，频谱搬移电路必须具有频率选择功能。在实际的电路中，这个选择功能是由滤波器来实现的，如图5-2所示。图5-2非线性电路完成频谱的搬移若作用在非线性器件上的两个电压均为余弦信号，即u1＝U1cosω1t，u2＝U2cosω2t，利用式(5-7)和三角函数的积化和

7、差公式(5-9)由式(5-5)不难看出，i中将包含由下列通式表示的无限多个频率组合分量ωp,q=

8、±pω1±qω2

9、(5-10)式中，p和q是包括零在内的正整数，即p、q=0，1，2，…，我们把p+q称为组合分量的阶数。其中p=1，q=1的频率分量(ω1，1=

10、±ω1±ω2

11、)是由二次项产生的。在大多数情况下，其它分量是不需要的。这些频率分量产生的规律是:凡是p+q为偶数的组合分量，均由幂级数中n为偶数且大于等于p+q的各次方项产生的;凡是p+q为奇数的组合分量均由幂级数中n为奇数且大于等于p+q的各次方项产

12、生的。当U1和U2幅度较小时，它们的强度都将随着p＋q的增大而减小。综上所述，当多个信号作用于非线性器件时，由于器件的非线性特性，其输出端不仅包含了输入信号的频率分量，还有输入信号频率的各次谐波分量(pω1、qω2、rω3…)以及输入信号频率的组合分量(±pω1±qω2±rω3±…)。在这些频率分量中，只有很少的项是完成某一频谱搬移功能所需要的，其它绝大多数分量是不需要的。因此，频谱搬移电路必须具有