高频电子线路第四章非线性、时变参量电路.ppt

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1、高频与射频线路第四章非线性、时变参量电路学习内容掌握非线性电路的主要特点与分析方法；掌握线性时变参量电路的分析方法；掌握混频器的工作原理；混频器的干扰类型。4.1概述常用的无线电元件分类：线性元件：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关。如，电阻、电容和空心电感等；非线性元件：元件参数与通过它的电流或施于其上的电压有关。如，二极管、晶体管、带磁芯的电感线圈等；时变参量元件：参数元件按照某一方式随时间变化的线性元件。如，混频时，可以把晶体管看成一个变跨导的线性参变元件。在一定条件下，若元件非线性特性小到可以忽略时，则可看成线性元件。但是当条件变

2、化以至非线性特性占据主导地位时，就应视为非线性元件。串联电路线性电路时：时变线性电感电路时：非线性电感电路时：描述线性电路、时变参量电路和非线性电路的方程式分别是常系数线性微分方程、变系数线性微分方程和非线性微分方程。数学形式常用电路是若干无源元件或(和)有源元件的有序联结体。它可以分为线性与非线性两大类。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。若：满足：叠加性满足：均匀性满足：线性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

3、示。非线性电路不具有叠加性与均匀性。这是它与线性电路的重要区别。由于非线性电路的输出输入关系是非线性函数关系，当信号通过非线性电路后，在输出信号中将会产生输入信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（频谱搬移）。这是非线性电路的重要特性。二极管电路及其伏安特性非线性工程上适用的近似电路分析方法：图解法：根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电路中的电流和电压波形。解析法（如幂级数分析法，折线分析法）：借助非线性元件的特性曲线的数学表达式列出电路方程从而解得电路中电压和电压。如，二极管的伏安特性的分析。4.2非线

4、性元件的特性非线性元件的三个主要特征：输出量与输入量非线性关系：这将导致(直流)电阻与动态(交流)电阻的不一致；具有频率变换作用：混频器正是利用了非线性元件的这个特性；不满足叠加原理。4.2.1输出与输入量的非线性关系纯电阻元件属于线性元件，满足欧姆定律，即：vivi（4.2.1）该直线的斜率的倒数就等于电阻值R，即：（4.2.2）线性电阻伏安特性曲线vi可见线性元件的静态电阻与动态电阻是一样的vivi以半导体二极管是一个非线性电阻元件为例：半导体二极管伏安特性曲线静态电阻与动态电阻大小都与所选的工作点有关vi可见非线性元件的静态电阻与动态电阻是不

5、一样的4.2.2频率变换作用直流分量2倍频分量设非线性电阻的伏安特性曲线为抛物线形状：（CMOS器件的特性）当输入信号为余弦波，即：则有输出信号：输入信号频谱输出信号频谱可见信号经过非线性电路后频率发生了变换004.2.3不满足叠加原理设非线性电阻的伏安特性曲线为抛物线形状：输出为：4.3非线性电路分析法根据具体电路的不同，分析方法是多种多样的，最常见也最实用的方法有2种：幂级数法用泰勒级数将曲线在某一点（静态工作点）展开成级数形式，取其中若干项近似。折线法将曲线近似看成若干首尾相接的线段连接而成的折线。4.3.1幂级数分析法非线性器件的伏安特性,

6、可用非线性函数来表示：其中：（4.3.1）是静态工作点电流是静态工作点处电导，即动态电阻的倒数vi非线性伏安特性曲线工程计算应用：常常只取若干项，精度就足够了。一次多项式（线性近似）情况：（4.3.4）混频器变跨导分析法基础vi非线性伏安特性曲线二次多项式（抛物线近似）情况：（4.3.5）幂级数分析非线性电路的频率变换设1：非线性电路伏安特性幂级数表示为设2：输入信号为两个正弦波信号叠加混频器工作原理则输出为：3倍频2阶产物（4.3.11）直流2倍频基波3阶产物典型例题：已知一非线性器件的伏安特性为：解：带入上式产生的频率分量：直流分量、0.5kH

7、z1kHz、1.5kHz、2kHz、2.5kHz、3kHz、3.5kHz、4kHz。非线性电路输出频谱高频信号非线性网络放大变频线性网络选频滤波有用信号系统4.3.2折线分析法幂级数法适用于中等大小的信号。当信号振幅更大时，幂级数取的项数必须增多，分析难度加大，所以不再适用，此时应采用折线分析法vBiC近似为vBiC晶体管的转移特性曲线用折线近似此折线可以表示为:（4.3.13）折线近似vBiC折线法只适用大信号情况，如功率放大器和检波器分析。详细讨论见高频功率放大器章节。4.5变频器的工作原理变频或混频即对信号进行频率变换，将其载频(常称为射频)

8、变换到某一固定的频率上(常称为中频，常见为射频和本振频率的和差频)，而保持原信号的特征(如调幅规律)不变。调幅波变频波形图