第5章 频谱的线性搬移电路(第9次课)ppt课件.ppt

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1、5.1非线性电路的分析方法5.2二极管电路5.3差分对电路第五章频谱的线性搬移电路现代通信及各种电子设备中，广泛采用了频率变换电路和功率变换电路，如调制、解调、变频、倍频、振荡、谐振功放等，还可以利用电路的非线性特性实现系统的反馈控制，如自动增益控制(AGC)、自动频率控制(AFC)、自动相位控制(APC)等。本章主要分析非线性电路的特性、作用及其与线性电路的区别，非线性电路的几种分析方法。对实现频率变换的基本组件模拟乘法器的特性、实现方法及应用作了较详尽的分析。准备知识常用的无线电元件有三类：线性元件、非线性元件和时变参量元件。线性元件的主要特点是元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无

2、关。例如，通常大量应用的电阻、电容和空心电感都是线性元件。非线性元件的参数与通过电流或施加电压有关。例如，通过二极管的电流大小不同，二极管的内阻值便不同；晶体管的放大系数与工作点有关；带磁芯的电感线圈的电感量随通过线圈的电流而变化。准备知识1)非线性电路的基本概念(1/5)时变参量元件与线性和非线性元件有所不同，其参数按照一定规律随时间变化的，但是这样变化与通过元件的电流或元件上的电压无关。可认为时变参量元件是参数按照某一方式随时间变化的线性元件。例如，晶体管在混频时可以看成一个变跨导的线性参变元件。准备知识1)非线性电路的基本概念(2/5)常用电路分为线性与非线性两大类。线性电路由线性元件

3、构成，其特征是叠加性和齐次性。若vi1(t)和vi2(t)代表输入信号，vo1(t)和vo2(t)代表相应的输出信号，即vo1(t)=f[vi1(t)]，vo2(t)=f[vi2(t)]，f表示输入和输出的函数关系。若vo1(t)+vo2(t)=f[vi1(t)+vi2(t)]，则称其具有叠加性。若avo1(t)=f[avi1(t)]，avo2(t)=f[avi2(t)]，则称其具有齐次性，a是常数。若系统同时具有叠加性和齐次性，即a1*f[vi1(t)]+a2*f[vi2(t)]=f[a1*vi1(t)+a2*vi2(t)]，则称函数关系f所描述的系统为线性系统。准备知识1)非线性电路的基

4、本概念(3/5)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或非线性微分方程表示。例如，右图所示是一个线性电阻与二极管组二极管电路及其伏安特性成的非线性电路。二极管是非线性器件，ZL为负载，v与所加信号，幅度不大。设函数关系为i=f(v)，若工作点选在vo处，则电流i与输入电压v的关系为i=a0+a1(v–vo)+a2(v–vo)2+a3(v–vo)3+……，为一非线性函数方程。准备知识1)非线性电路的基本概念(4/5)非线性电路不具有叠加性与齐次性，是其与线性电路的重要区别。非线性电路的输入-输出关系是非线性函数关系，当信号通过非线性电路，在输出信号中将会产生输入信

5、号所没有的频率成分，也可能不再出现输入信号中的某些频率成分，这是非线性电路的重要特性。准备知识1)非线性电路的基本概念(5/5)线性还是非线性具有相对性，其划分很大程度上决定于器件静态工作点及动态工作范围。若其响应中的非线性效应小到可以忽略的程度时，则可认为此器件是线性的。但是当动态范围变大，以至非线性效应占据主导地位时，此器件就应视为非线性的。例如，当输入信号为小信号时，晶体管可以看成是线性器件，用线性四端网络等效；当输入信号逐渐增大，其动态工作点延伸至饱和区或截止区时，晶体管就表现出与其在小信号状态下极不相同的性质，此时，晶体管看作非线性器件。准备知识2)非线性元器件的特性(1/7)广义

6、地说，线性状态只是非线性状态的一种近似或一种特例而已。非线性器件可分为非线性电阻(NR)、非线性电容(NC)和非线性电感(NL)三类。如隧道二极管、变容二极管及铁芯线圈。线性元件的工作特性符合直线性关系，如右图。线性电阻的伏安特性曲线1.非线性元件的工作特性准备知识2)非线性元器件的特性(2/7)非线性电阻的伏安特性曲线不是直线。例如半导体二极管是一非线性电阻元件，加在其上的电压v与通过其中的电流i不成正比关系。其伏安特性曲线如右图，其正向工作特性按指数规律变化，反向工作特性与半导体二极管的V-I曲线横轴非常近。在实际应用中的非线性电阻元件除半导体二极管外，还有晶体管、场效应管等。准备知识2

7、)非线性元器件的特性(3/7)2.非线性元件的频率变换作用如图所示半导体二极管的伏安特性曲线。当某一频率的正弦电压作用于该二极管时，根据v(t)的波形和二极管的伏安特性曲线，即可用作图的方法求出通过二极管的电流i(t)的波形，如右图所示。正弦电压作用于半导体二极管产生非正弦周期电流准备知识2)非线性元器件的特性(4/7)可见，输出信号已不是正弦波形(仍为一个周期性函数)。非线性元件上的电压和电流的波形是不相同