第二章 频率变换电路分析基础

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1、江西赣州技师学院课时计划（教案）课程名称：高频电子技术任课教师：钟文福教案序号：9班级08级电子信息工程班授课时间第周月日至月日课题名称概述及非线性元器件的特性描述第2单元第2章第1节共课时第课时目的要求了解频率变换概念理解非线性元器件的特性掌握非线性元器件的频率变换作用教学重点频率变换概念非线性元器件的特性非线性元器件的频率变换作用教学难点频率变换概念非线性元器件的特性非线性元器件的频率变换作用教具挂图教学方法提问、启发课型分析、讲授附件教学反馈审核签字教研室意见教务处意见分管领导意见签章：签章

2、：月日签章：月日书写日期：年月日本次教案共页首页112.1概述在通信系统中，为了有效地实现信息传输和信号处理，广泛地采用各种频率变换电路。所谓频率变换，是指电路对信号进行处理后，在其输出信号中有新的频率分量产生。频率变换电路可分为频谱线性搬移电路和频谱的非线性搬移电路。例如，调幅、检波、混频就是典型的频谱线性搬移电路，它们在频谱搬移前后的频谱如图所示。频谱线性搬移电路观察图所示的电路及其频谱，发现它们有共同的特点，即在频谱搬移的过程中，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

3、变，只是在频域上简单的搬移，这类频谱搬移电路称为频谱的线性搬移电路从图所示的频谱可以看出，在频谱搬移后，输出信号的频率分量与输入信号的频率分量不尽相同，即有新的频率分量产生。而我们知道，线性电路并不产生新的频率成分，只有非线性电路才会产生新的频率成分，即频谱搬移过程必须采用非线性电路才能实现。本章将介绍非线性电路的频率变换作用及分析方法。2.2非线性元器件的特性描述1、非线性元器件的基本特性通信的基本任务就是实现信息的传输，而要完成这个任务，则必须依靠各种电子电路的协调工作。组成电子电路的就是各种

4、电子元件和电子器件。在电子电路中大量使用的线性电阻的特点是，电阻两端的电压与通过电阻的电流成线性关系，即满足欧姆定理，具有这种特点的元器件称为线性元器件，其伏安特性曲线如图所示。它是通过坐标原点的一条直线，其斜率为常数，称为元器件的电导，用g表示还有些电子元器件的伏安特性与线性电阻不同，它们的特性曲线不是直线而是曲线，这类电子元器件称为非线性元器件。例如，我们最熟悉的二极管和三极管就是非线性元器件，即加在其上的电压与通过其中的电流不成比例关系（不满足欧姆定理）。图3.3给出了二极管的伏安特性曲线线

5、性电阻的伏安特性二极管的伏安特性曲线由图可以看出，当非线性元件的直流工作点Q一定，且输入信号幅度较小时，则Q点处11的斜率，即非线性元器件的电导可表示为：若Q点不同，则g的大小也不同，即非线性元器件的电导不是一个常数，其大小与元器件的直流工作点有关2、非线性元器件的频率变换作用非线性元器件与线性元器件具有不同的特点，其中一个重要的不同在于：非线性元器件具有频率变换作用，而线性元器件没有。下面用实例予以说明。图所示为角频率为ω的正弦交流电压信号分别加在一线性电阻R和二极管上所产生的流经它的电流i的波

6、形。由图（a）可以看出，流过线性电阻R的电流i与加在其上的电压波形形状相同，也为角频率为ω的正弦信号，即没有新的频率分量产生。由图（b）可以看出，加在二极管上的电压为一正弦交流电压，而流过二极管的电流却为非正弦信号。利用傅里叶级数将其展开，会发现在i（t）的频谱中除了含有原有信号电压u的角频率ω外，还包含有ω的各次谐波2ω、3ω、4ω……及直流成分。线性电阻和二极管上的电压和电流波形图所示为角频率分别为ω1和ω2的正弦信号叠加后加到线性电阻R和二极管及所获得的电流波形。由图（a）可以看出，由于线性

7、元器件满足叠加原理，故流过电阻的电流仍由角频率为ω1和ω2的正弦波叠加的信号，并没有新的频率分量产生。11两个正弦电压作用下的线性电阻和二极管的电压、电流波形由图（b）可以看出，两正弦波电压叠加后加在二极管上，产生的电流波形与原来大不相同，表明非线性元器件并不满足叠加原理。可以证明，在流过二极管的电流中包含大量的组合频率分量，它们可用下式表示ω=

8、±pω1±qω2

9、(p、q=0，2，3……)可见，非线性元器件的输出信号比输入信号具有更为丰富的频率成分。许多重要的无线电技术过程如调制、解调、混频、倍

10、频等，正是利用非线性元器件的这种频率变换作用才得以实现的。3、非线性电路的分析方法由于非线性元器件的非线性特性曲线很难用精确的函数式来表示，因此，在实际应用中，通常根据非线性元器件的外部工作条件的不同，选取不同的的函数式来近似地描述其非线性特征。所谓非线性电路的分析方法就是针对不同的输入条件和电路类型，寻找合适的函数表达式对非线性元器件的非线性特性进行近似，从而用简单、明确的方法揭示非线性电路工作的物理过程。常见的非线性电路的分析方法包括折线分析法、幂级数分析法、开关函数分析法、线