高频电子电路与仿真设计课件.ppt

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1、第5章非线性电路分析掌握非线性元件特性与非线性电路特性·掌握非线性电路的级数展开分析法·掌握非线性电路的线性时变电路分析法5.1概述频谱的搬移电路可以分为线性搬移电路和非线性搬移电路在搬移的过程中，输入信号的频谱结构不发生变化，只是在频域上简单的搬移，这类搬移电路属于线性搬移电路，振幅调制与解调、混频等电路就属于这一类电路。在频谱的搬移过程中，输入信号的频谱不仅在频域上搬移，而且频谱结构也发生了变化，这类电路属于非线性搬移电路无线电工程技术中，用到的元件有三类：线性元件、时变参量元件和非线性元件。相应的电路也有三类：线性电路，线性时变参量电路和非线

2、性电路。线性电路是由线性元件构成的电路。主要特征是具有叠加性和均匀性。时变参量电路是包含一个时变参量元件的电路。非线性电路中至少包含一个非线性元件，不具有叠加性与均匀性，这是它与线性电路的重要区别。5.2非线性电路原理5.2.1非线性电路特性1、非线性元件工作特性电阻的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线2、非线性元件的频率变换作用设非线性元件的传输特性为：若输入电压信号中包含两种频率分量和输出信号输出信号中包含的频率分量有三种：（1）直流分量（2）基波分量和谐波分量：，，2，2（3）组合频率分量非线性元件能够产生新的频率分量，具有频率变换作用。

3、+将正弦电压分别作用于线性元件电阻和非线性元件二极管上，输出电流的波形电阻上的电压与电流波形二极管上的电压与电流波形（a）（b）（c）电阻上的输出电流与输入电压的波形相同，周期也相同，因此，没有产生新的频率分量。而非线性元件二极管上的输出电流与输入电压的波形不同，周期相同，因此，输出电流包含了输入电压中没有的频率成分，即产生了新的频率分量。3、非线性电路不满足叠加原理设输入电压信号为两种频率的正弦电压信号的叠加作用于线性电阻时，输出电流信号线性电路满足叠加原理。作用于非线性电路时，输出电流信号：非线性电路不满足叠加原理5.2.2非线性电路分析方法非

4、线性电路的分析，可以采用级数展开分析法或者函数逼近分析法在一定条件下，采用将非线性电路等效为线性时变电路的线性时变电路分析法1、级数展开分析法非线性器件的伏安特性泰勒级数展开由于（1）只输入一个余弦信号时令n为奇数n为偶数①当单一频率信号作用于非线性器件时，其输出电流中不仅包含了输入信号的频率分量，而且还包含了该频率分量的各次谐波分量（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。②这种电路可以用作倍频电路，在其输出端加一窄带滤波器，就可获得输入信号频率的倍频信号。③当输入端只加一个单一频率信号时，只能得到输入信号频率的基波分量和

5、各次谐波分量，但不能获得任意频率的信号，当然也不能完成频谱在频域上的任意搬移。若要使输出信号包含任意所需有频率成分，即完成频谱的任意搬移，在非线性电路输入端还需要加另外一个频率的信号。（2）同时输入两个信号时非线性电路完成频谱的搬移即输出电流中将包含由下列通式表示的无限多个频率组合分量：通常把称为组合分量的阶数。其中，p=1，q=1的频率分量（）是由二次项产生的。在大多数情况下，其他分量是不需要的。①当多个信号作用于非线性器件时，其输出端不仅包含输入信号的频率分量（），还有输入信号频率的各次谐波分量（）以及输入信号频率的各种组合分量（）。在这些频率

6、分量中，只有很少的项是完成某一频谱搬移功能所需要的，其它绝大多数频率分量是不需要的。②在频谱搬移电路中，必须包含选频电路，以滤除不必要的频率分量。②在频谱搬移电路中，必须包含选频电路，以滤除不必要的频率分量。③大多数频谱搬移电路所需要的是非线性函数展开式中的平方项，即是两个输入信号的乘积项。2、线性时变电路分析法（1）线性时变电路分析法的原理在上对用泰勒级数展开若足够小,（2）线性时变电路分析法的应用设和都是余弦信号,,,则时变偏置电压,为一周期性函数,故、也必为周期性函数,用傅里叶级数展开两个展开式的系数可直接由傅里叶系数公式求得①虽然线性时变电

7、路输出中的组合频率分量较非线性电路大大减少，但二者的实质是一致的。线性时变电路是在一定条件下由非线性电路演变而来的，其产生的频率分量与非线性器件产生的频率分量是完全相同的（同一非线性器件条件下），只不过是选择线性时变工作状态后，由于，的频率分量的幅度，相对于，的频率分量的幅度要小得多，因而可以被忽略，这是完全符合工程中实际情况的。②虽然线性时变电路大大减少了组合频率分量的数目，但仍然有大量不需要的频率分量，用于频率搬移电路时，还是需要滤波电路进行选频，选出所需的频率分量，滤除不必要的频率分量线性时变电路完成频谱的搬移③线性时变电路并非线性电路，其本

8、质上还是非线性电路，是非线性电路在一定条件下的近似。④线性时变电路分析方法是在非线性电路的级数展开分析方法的基础上，在一定