东华大学高频电子电路通信电子电路课件.doc

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1、第五章频率变换电路的特点及分析方法概述5.1非线性电路的基本概念与非线性元件5.1.1非线性电路的基本概念线性电路：线性电路是由线性元件构成的电路。它的输出输入关系用线性代数方程式或线性微分方程表示。线性电路的主要特征是具有叠加性和均匀性。线性放大电路的特点：①从时域上讲：输出信号的波形与输入信号的波形只是在幅度上进行放大。②从频域上讲：输出信号的频率分量与输入信号的频率分量相同。非线性电路：非线性电路中至少包含一个非线性元件，它的输出输入关系用非线性函数方程（非线性代数方程或超越方程）或非线性微分方程表示。非线性电路不具有叠加性与均匀性。这是它

2、与线性电路的重要区别。本课程后续章节将学习的频谱搬移电路（频率变换电路）就属于非线性电路。频率变换电路(频谱搬移电路)，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。频率变换电路分为：①频谱的线性变换。②频谱的非线性变换。①频谱的线性变换：输入信号频谱结构不发生变化，只是沿频率轴进行不失真的搬移，搬移前后各频率分量的比例关系不变。举例：振幅调制与

3、解调、混频。观察上图所示的频谱，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。②频谱的非线性变换是指在频谱搬移的过程中，输入信号频谱结构发生了变化。举例：频率调制与解调、相位调制与解调等。在电子线路基础的分析中我们知道：线性电路在放大信号的过程中，不会产生新的频率分量；只有当电路出现非线性失真时，才会产生新的频率分量。结论：频谱搬移电路输出信号的频率分量与输入信号的频率分量不相同，有新的频率分量产生，因此，频谱搬移电路是

4、非线性电路，必须使器件工作于非线性状态。电路是由若干无源元件或（和）有源元件的有序连接而成。5.1.2非线性元件线性元件：元件的值与加于元件两端的电压或电流大小无关。例如：R，L，C。非线性元件：元件的值与加于元件两端的电压或电流大小有关。例如：晶体管、变容管的结电容时变参量元件：元件的参数按一定规律随时间变化。例如：变频器的变频跨导。1非线性元器件的特性什么是器件的特性？器件的响应y与激励x之间的函数关系称为器件在一定测试条件下的特性。器件的特性可以有二种表达方式：①以解析表达式表示；②以测试曲线的方式表示。这种方式采用的比较多。非线性器件的主

5、要特点：器件的参数随电路中的电流或电压变化，也就是说其电流、电压间不是线性关系。如果一个器件特性可表示成xy直角坐标系的一条过原点的直线，则此器件为线性器件；否则为非线性器件。一个器件究竟是线性还是非线性的，取决于很多方面。(i)器件的静态工作点(ii)激励信号的动态范围及设计者对最终结果的认可程度。当器件响应中的非线性效应小到设计者认为可以忽略的程度，此时，就认为器件近似是线性的。当动态范围增大，以至于非线性效应不可忽略，就应该把器件看作非线性的。实际上，绝大多数物理器件，作为线性元件工作是有条件的，或者是近似的。结论：非线性是绝对的，而线性是

6、相对的。线性状态只是非线性状态的一种近似或是特征而已（在一定条件下可忽略其非线性，将其看作线性器件）。非线性器件的伏安特性曲线不是直线，信号作用于非线性器件会产生新的频率分量，它具有频率变换的作用。5.1.3非线性无源器件的特性1非线性电阻电阻是指可以用i-u平面内的曲线表示的器件。按此定义，忽略了电抗效应后的半导体二极管、晶体管、场效应管等器件都是非线性电阻。表征线性电阻只需用一常量，即电阻值或电导值即可。非线性电阻，在不同情况下，必须用不同的电阻或电导概念加以描述。①静态电阻或电导除了与器件本身特性有关外，唯一地取决于工作点Q。在i-u直角坐

7、标系中，原点到工作点Q的矢量的斜率即为。一般为正值，表征在工作点Q所限定的条件下，非线性电阻从直流电源汲取直流功率能力的大小。②动态电导（微变电导或小信号电导）（5-1）的大小取决于器件特性本身和工作点的选取。在i-u直角坐标系中，等于工作点处器件特性曲线的斜率。如式5-1所示。Q点静态电导，动态电导的大小表征器件把输入的小信号交流电压转换成同频率交流电流的能力。如果激励电压与响应电流不在同一端口上，又称小信号跨导。记作。既可以是正数，也可以是负数。表示电阻从直流电源汲取直流功率。对外电路而言，器件相当于一个向外电路提供能量的源。更确切地说，器件

8、能够把从直流电源汲取的直流能量的一部分转换成交流能量。③谐波电导非线性电阻对正弦激励的响应是与激励信号有相同重复周期的非正弦周期信号。设