高频电子线路 教学课件 作者 廖惜春 第5章 频谱线性搬移技术与电路.ppt

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1、第5章频谱线性搬移技术与电路1本章基本要求掌握频谱线性搬移的基本原理、非线性器件的频谱变换作用、调幅波的波形、频谱及数学表达式、调幅波的功率关系、调幅电路以及振幅解调电路；熟悉非线性电路的分析方法，模拟乘法器的特性及工作原理、双边带(DSB)调幅和单边带（SSB）调幅、混频与倍频电路及其工作原理。2在无线电广播、电视及通信系统中，为了提高天线的工作效率，也需要将欲传送的低频信号（如语音、音乐、图像信号等）对高频振荡信号进行调制，即把低频信号“附加”在高频振荡电压上，再通过天线发射出去。这样，高频振荡电压中就“

2、载”有低频信号的信息了，其高频振荡电压称为载波，低频信号称为调制信号。当用调制信号去控制载波的振幅时，称为振幅调制(AM)；当用调制信号控制载波的频率或相位时，称为调频或调相，统称为调角。在与之相对应的接收设备中，为了从高频调幅波中检测出原调制信号（语音、音乐或图像）则应采用调幅波解调电路，称为检波器。对应于调角波的解调，则称为鉴频或鉴相。此外，接收设备中还需要混频（或变频）电路。35.1非线性电路的分析方法5.1.1幂级数分析法4在小信号运用的条件下，可以将一些非线性元器件的特性曲线用幂级数近似表示，使问题简

3、化。设流过二极管的电流函数关系为：若该函数的各阶导数存在，则这个函数处展开成幂级数(或称为泰勒级数)。可以在静态工作点5式中为工作点处的电流为过静态工作点切线的斜率，即跨导即静态工作点选在原点，则如果取61)小信号线性分析当工作点选在非线性器件特性曲线近似于直线部分，输入信号幅度足够小时，在信号工作的整个动态范围内，器件的特性曲线可用一段直线近似代替则所得幂级数展开式可以只取一次方项是工作点处的电流72）非线性分析对于非线性分析，通常根据分析的准确性来确定幂级数取多少项。为了分析方便，我们取式（5-1-1）中的

4、前四项，即（1）外加单频率电压信号时设外加电压为得8二次谐波分量直流分量基波分量三次谐波分量可见外加电压为流过二极管的电流中已产生了多种频率分量时，9（2）外加多频率电压信号时设外加电压为（5-1-5）10非线性器件的特点称为非线性器件的频率变换作用或频谱搬移作用如果在非线性电路中加入选频回路，就可以实现调幅、倍频、混频以及小信号检波等功能。由于元器件的非线性作用，所产生的输出电流中除了含有输入信号的基波分量外，还包含直流分量和其他频率分量，如倍频分量11例5-1-1测得某非线性器件的特性曲线如图例5-1-3所

5、示静态工作点选在Q点（，mA），输入信号的幅度在0.2~0.6V之间变化，试求幂级数展开式中的各系数解：由于信号幅度不大（0.2~0.6V）故工作范围在曲线A-Q-B部分变化。这样，若已知A、Q、B三点的电流、电压值，就可以求得幂级数展开式中的3个系数和，如果需要求更多个系数，就需要在曲线上取更多个点。12本例中以3个点为例，其展开式为将A、Q、B三点的电流、电压值代入上式，并按照和的定义，可得下列3个方程式联立求解上述3个方程得(mA)13于是得到该非线性曲线的幂级数近似展开式为(mA)如果所求的各项系数不合

6、乎要求，或根据实际电路不同的频率变换功能，可以通过调整静态工作点或调整输入信号的幅度来调整某次幂的系数的大小，这一点对实际工作具有指导意义。145.1.2折线分析法所谓折线法是将非线性元器件的特性曲线根据需要用一条或多条直线段来近似表示，然后用折线参数分析输出信号与输入信号之间的关系。折线分析法适用于大信号工作时的分析，它涉及非线性特性曲线的较大区段，因此常用于高频功率放大、调幅和大信号检波等电路的分析。15将图5-1-5所示的非线性特性曲线折线化后，其折线方程为（5-1-6）式中，称为器件的导通电压或开启电压

7、（又叫是跨导，是折线A-B段的斜率。阈值电压）；上述非线性器件有几种不同的运用：乙类线性工作甲类线性工作甲乙类工作丙类工作其中由静态工作点确定电流流通角16图5-1-5中，器件导通时的电导（特性AB段斜率）为假设输入电压为由图5-1-5可知，则17当时可得（5-1-9）若已知，则可由上式求得。此外，利用关系还可以求得（5-1-10）用傅里叶级数展开为式中18(5-1-14)其中（5-1-15）（5-1-16）195.1.3开关函数分析法20时可用图5-1-6(a)所示的折线逼近非线性特性曲线这时的器件相当于一个

8、受电压控制的开关。这个受控制的“开关”打开时的电导也可视为受开关函数控制的时变电导，其表达式为（5-1-17）（5-1-18）为开关信号，可以是大幅度的方波，也可以是大幅度的正弦波，于是21实际电路中，还常常将两个信号同时加到非线性器件上，有时候两个信号中一个幅度较小，而另一个幅度则很大；有时两个信号的幅度都很大。22开关函数的特点是：幅度为1、0之间变化，频率为的矩形信号，将其用傅里