頻譜的線性搬移電路ppt課件

1、第5章 頻譜的線性搬移電路 班級班級時(shí)間時(shí)間周次周次地點(diǎn)地點(diǎn)093-1星期二下午星期二下午12、13、14、15綜合樓綜合樓518093-2星期二上午星期二上午13、14、15、16綜合樓綜合樓518093-3星期日上午星期日上午12、13、14、15綜合樓綜合樓518092-1星期六上午星期六上午8:0012、13、14、15綜合樓綜合樓518092-2星期六星期六10:3012、13、14、15綜合樓綜合樓518092-3星期六下午星期六下午2:0012、13、14、15綜合樓綜合樓518第5章 頻譜的線性搬移電路 引引 言言 前面在分析高頻電路根底上引見了前面在分析高頻電路根底上引見了:

2、1、高頻放大器小信號(hào)、功率、高頻放大器小信號(hào)、功率2、正弦波振蕩器、正弦波振蕩器 下面將引見的另一類電路：頻率搬移與控制電路，包括：下面將引見的另一類電路：頻率搬移與控制電路，包括：1、線性搬移及運(yùn)用、線性搬移及運(yùn)用5、6章章:主要用于幅度調(diào)制與解調(diào)、主要用于幅度調(diào)制與解調(diào)、混頻等混頻等2、非線性搬移及運(yùn)用、非線性搬移及運(yùn)用7章：頻率調(diào)制與解調(diào)、相位調(diào)章：頻率調(diào)制與解調(diào)、相位調(diào)制與解調(diào)制與解調(diào)3、反響控制、反響控制(8章：包括章：包括AGC、AFC、APC(PLL)第5章 頻譜的線性搬移電路 第第5章章 頻譜的線性搬移電路頻譜的線性搬移電路 5.1 非線性電路的分析方法5.2 二極管電路5.3

3、 差分對電路5.4 其它頻譜線性搬移電路第5章 頻譜的線性搬移電路 頻譜搬移的概念：頻譜搬移電路是通訊系統(tǒng)最根本的單元電頻譜搬移的概念：頻譜搬移電路是通訊系統(tǒng)最根本的單元電路之一，主要完成將信號(hào)頻譜從一個(gè)位置搬移至另一個(gè)位置。路之一，主要完成將信號(hào)頻譜從一個(gè)位置搬移至另一個(gè)位置。頻譜搬移的分類：頻譜的線性搬移和非線性搬移兩大類。頻譜搬移的分類：頻譜的線性搬移和非線性搬移兩大類。 圖5-1 頻譜搬移電路a頻譜的線性搬移;b頻譜的非線性搬移 0f(a)0ffc0f(b)0ffc第5章 頻譜的線性搬移電路 5.1 非線性電路的分析方法非線性電路的分析方法 我們知道，在頻譜搬移電路中，輸出信號(hào)的頻率成

4、分與我們知道，在頻譜搬移電路中，輸出信號(hào)的頻率成分與輸入信號(hào)的頻率成分不同，因此，要實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，要求電輸入信號(hào)的頻率成分不同，因此，要實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，要求電路必需可以產(chǎn)生新的頻率成分。路必需可以產(chǎn)生新的頻率成分。 根據(jù)我們所學(xué)知識(shí)，線性電路是不能產(chǎn)生新的頻率成分根據(jù)我們所學(xué)知識(shí)，線性電路是不能產(chǎn)生新的頻率成分的為什么？，因此要實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，必需運(yùn)用非線性電的為什么？，因此要實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，必需運(yùn)用非線性電路，在非線性電路中，其中心是非線性器件。路，在非線性電路中，其中心是非線性器件。 線性電路的分析方法在非線性電路中是不適用的，它有線性電路的分析方法在非線性電路中是不適用的，它有其特有的分析方法

5、，主要有級數(shù)展開法和時(shí)變參數(shù)分析法等。其特有的分析方法，主要有級數(shù)展開法和時(shí)變參數(shù)分析法等。第5章 頻譜的線性搬移電路 一、非線性函數(shù)的級數(shù)展開分析法一、非線性函數(shù)的級數(shù)展開分析法 1、非線性函數(shù)的泰勒級數(shù)、非線性函數(shù)的泰勒級數(shù) 非線性器件的伏安特性，可用下面的非線性函數(shù)非線性器件的伏安特性，可用下面的非線性函數(shù)來表示來表示: 式中，式中，u為加在非線性器件上的電壓。普通情況下為加在非線性器件上的電壓。普通情況下, uEQ+u1+u2，其中，其中EQ為靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)，為靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)，u1和和u2為兩為兩個(gè)輸入電壓。用泰勒級數(shù)將式個(gè)輸入電壓。用泰勒級數(shù)將式5-1展開，可得展開，可得( )if u(5-

6、1)2011221212120()()()()nnnnniaa uua uua uua uu(5-2) 第5章 頻譜的線性搬移電路 式中，式中，ann=0,1,2,為各次方項(xiàng)的系數(shù)，由下式確定為各次方項(xiàng)的系數(shù)，由下式確定:1( )1()!Qnnnu EQnd f uafEndun(5-3) (5-4)(5-5) 式中，式中，Cmn=n！m！n-m！為二項(xiàng)式系數(shù)，故！為二項(xiàng)式系數(shù)，故 1200nmn mmnnmmia C uu 12120()nnmn mmnmuuC uu下面分別進(jìn)展分析。下面分別進(jìn)展分析。第5章 頻譜的線性搬移電路 2、只輸入一個(gè)余弦信號(hào)時(shí)、只輸入一個(gè)余弦信號(hào)時(shí) 先來分析一種最

7、簡單的情況。令先來分析一種最簡單的情況。令u2=0，即只需一個(gè)輸入，即只需一個(gè)輸入信號(hào)，且令信號(hào)，且令u1U1cos1t，代入式，代入式5-2，有：，有：1110012/201(1)210cos1cos(2 ) 2cos1cos(2 )2nnnnnnnnknnnknnknnkia ua UtCCnk xxCnk x(5-6) (5-7) n為奇數(shù) n為偶數(shù) 110cosnnnibUnt(5-8) 故故bn為為an和和cosn1t的分解系數(shù)的乘積的分解系數(shù)的乘積第5章 頻譜的線性搬移電路 由由5-8式可得：式可得：單一頻率信號(hào)作用于非線性電路時(shí)，其輸出除包含原單一頻率信號(hào)作用于非線性電路時(shí)，其輸

8、出除包含原來頻率成分外，還有其多次諧波成分。來頻率成分外，還有其多次諧波成分。假設(shè)在其輸出端加一窄帶濾波器，可作為倍頻電路。假設(shè)在其輸出端加一窄帶濾波器，可作為倍頻電路。假設(shè)要使輸出包含恣意所需求頻率成分，不能在非線假設(shè)要使輸出包含恣意所需求頻率成分，不能在非線性電路輸入端只輸入一個(gè)單一頻率信號(hào)來完成。性電路輸入端只輸入一個(gè)單一頻率信號(hào)來完成。第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-2 非線性電路完成頻譜的搬移 非線性器 件濾波器u1uou2為了便于區(qū)別，為了便于區(qū)別，u1稱為輸入信號(hào)，為要處置的信號(hào)，通稱為輸入信號(hào)，為要處置的信號(hào)，通常占據(jù)一定帶寬，常占據(jù)一定帶寬，u2 稱為參考信號(hào)或控制信號(hào)，通

9、常為單稱為參考信號(hào)或控制信號(hào)，通常為單一頻率成分信號(hào)通常頻譜搬移電路中有一頻率成分信號(hào)通常頻譜搬移電路中有f2 f1)。由式由式(5-5)可得，此時(shí)除包含兩個(gè)輸入信號(hào)成分外，還包可得，此時(shí)除包含兩個(gè)輸入信號(hào)成分外，還包括各種乘積項(xiàng)括各種乘積項(xiàng)u1 n-m u2 m 3 3、同時(shí)輸入兩個(gè)信號(hào)、同時(shí)輸入兩個(gè)信號(hào)第5章 頻譜的線性搬移電路 例如：假設(shè)作用在非線性器件上的兩個(gè)電壓均為余弦例如：假設(shè)作用在非線性器件上的兩個(gè)電壓均為余弦信號(hào)信號(hào),即即u1U1cos1t，u2U2cos2t，利用式，利用式5-7和三角函數(shù)的積化和差公式和三角函數(shù)的積化和差公式(5-9) (5-10) 21,21,)cos()

10、cos(21)cos(21coscosqptqpCiyxyxyxqppqqp 通常，把通常，把pq稱為組合分量的階數(shù)。稱為組合分量的階數(shù)。第5章 頻譜的線性搬移電路 其頻率分量產(chǎn)生的規(guī)律是：其頻率分量產(chǎn)生的規(guī)律是：(1) 凡是凡是pq為偶數(shù)的組合分量，均由冪級數(shù)中為偶數(shù)的組合分量，均由冪級數(shù)中n為偶為偶數(shù)且大于等于數(shù)且大于等于pq的各次方項(xiàng)產(chǎn)生的；的各次方項(xiàng)產(chǎn)生的；(2) 凡是凡是pq為奇數(shù)的組合分量，均由冪級數(shù)中為奇數(shù)的組合分量，均由冪級數(shù)中n為奇為奇數(shù)且大于等于數(shù)且大于等于pq的各次方項(xiàng)產(chǎn)生的。的各次方項(xiàng)產(chǎn)生的。(3) 當(dāng)當(dāng)U1和和U2的幅度較小時(shí)，它們的強(qiáng)度將隨著的幅度較小時(shí)，它們的強(qiáng)度

11、將隨著pq的增大而減小。的增大而減小。第5章 頻譜的線性搬移電路 經(jīng)過以上分析可得：經(jīng)過以上分析可得：1多個(gè)信號(hào)作用于非線性電路時(shí)，其輸出端包含多種頻率成多個(gè)信號(hào)作用于非線性電路時(shí)，其輸出端包含多種頻率成分：基波、各次諧波以及各種組合分量，其中絕大多數(shù)頻分：基波、各次諧波以及各種組合分量，其中絕大多數(shù)頻率成分是不需求的。率成分是不需求的。2在頻譜搬移電路中，必需包含選頻電路，以濾除不用要的在頻譜搬移電路中，必需包含選頻電路，以濾除不用要的成分。成分。3在頻率搬移電路中，如何減少無用的組合分量的數(shù)目及其在頻率搬移電路中，如何減少無用的組合分量的數(shù)目及其強(qiáng)度，是非常重要的，通常從強(qiáng)度，是非常重要的

12、，通常從 三個(gè)方面思索三個(gè)方面思索: A、從非線性器件的特性思索，使其非線性接近平方律特性。、從非線性器件的特性思索，使其非線性接近平方律特性。 B、從電路思索，如采用多個(gè)電路組合成平衡電路，以抵消、從電路思索，如采用多個(gè)電路組合成平衡電路，以抵消部分無用成分。部分無用成分。 C、從兩個(gè)輸入信號(hào)的大小配合上思索。、從兩個(gè)輸入信號(hào)的大小配合上思索。 第5章 頻譜的線性搬移電路 二、二、 線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法 1、線性時(shí)變參數(shù)分析法的原理、線性時(shí)變參數(shù)分析法的原理 對式對式5-1在在EQ+u2上對上對u1用泰勒級數(shù)展開用泰勒級數(shù)展開,有有12222121( )21()1()()()

13、2!1()!QQQQnnQif Euuf EufEu ufEu ufEu un(5-11) 第5章 頻譜的線性搬移電路 與式與式5-5相對應(yīng)相對應(yīng),有有2220122122222()()()2!QnnnQnnmnQnnnf Eua ufEuna ufEuCa u(5-12) 假設(shè)假設(shè)u1足夠小足夠小,可以忽略式可以忽略式5-11中中u1的二次方的二次方及其以上各次方項(xiàng)及其以上各次方項(xiàng),那么該式化簡為：那么該式化簡為：221()()QQif EufEu u(5-13) 01( )( )iI tg t u5-14) 即有即有第5章 頻譜的線性搬移電路 由上式可見，就非線性器件的輸出電流與輸入電壓的

14、關(guān)由上式可見，就非線性器件的輸出電流與輸入電壓的關(guān)系上看類似于線性系統(tǒng)，但其系數(shù)卻是時(shí)變的。系上看類似于線性系統(tǒng)，但其系數(shù)卻是時(shí)變的。 2、線性時(shí)變參數(shù)分析法的運(yùn)用、線性時(shí)變參數(shù)分析法的運(yùn)用 下面，思索下面，思索u1和和u2都是余弦信號(hào)，都是余弦信號(hào)，u1U1cos1t,u2U2cos2t，那么時(shí)變偏置電壓，那么時(shí)變偏置電壓EQ(t)=EQ+U2cos2t，為一周期性函數(shù)，故為一周期性函數(shù)，故I0(t)、g(t)也必為周期性函數(shù)，可用也必為周期性函數(shù)，可用傅里葉級數(shù)展開，得：傅里葉級數(shù)展開，得：I0(t)=f(EQ+U2cos2t)=I00+I01cos2t+I02cos22t+.g(t)=f

15、(EQ+U2cos2t)=g00+g1cos2t+g2cos22t+.5-15(5-16) 第5章 頻譜的線性搬移電路 兩個(gè)展開式的系數(shù)可直接由傅里葉系數(shù)公式求得兩個(gè)展開式的系數(shù)可直接由傅里葉系數(shù)公式求得0022212222022222221(cos)21(cos)cos1,2,3,1(cos)21(cos)cos1,2,3,QkQQkQIf EUt dtIf EUtktdtkgfEUt dtgfEUtktdtk(5-17) (5-18) 第5章 頻譜的線性搬移電路 也可從式也可從式5-11中獲得中獲得2102222102112222201,0,1,2,2(2),0,1,2,2nn kkn k

16、n kn knnn kkn kn kn knICaUknkgnkCaUk 頻率分量為頻率分量為221qq(5-20) 因此，線性時(shí)變電路的輸出信號(hào)的頻率分量僅有因此，線性時(shí)變電路的輸出信號(hào)的頻率分量僅有5-10中中p為為0和和1、q為恣意的組合分量。沒有為恣意的組合分量。沒有q為恣意、為恣意、p大于大于1的的各組合分量即與級數(shù)展開分析法相比，減少了一些頻率成各組合分量即與級數(shù)展開分析法相比，減少了一些頻率成分。分。第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-3 線性時(shí)變電路完成頻譜的搬移 線性時(shí)變器 件濾波器u1uou2值得留意的是：值得留意的是：雖然線性時(shí)變電路的輸出中的組合頻率分量較非線性電路大雖然

17、線性時(shí)變電路的輸出中的組合頻率分量較非線性電路大大減少，但依然有較多頻率成分，要實(shí)現(xiàn)頻率搬移，還是大減少，但依然有較多頻率成分，要實(shí)現(xiàn)頻率搬移，還是需求濾波電路進(jìn)展選頻的。需求濾波電路進(jìn)展選頻的。線性時(shí)變電路并非線性電路，而是非線性電路在一定條件下線性時(shí)變電路并非線性電路，而是非線性電路在一定條件下的近似。的近似。第5章 頻譜的線性搬移電路 5.2 5.2 二極管電路二極管電路一、一、 單二極管電路單二極管電路 單二極管電路的原理單二極管電路的原理電路如圖電路如圖5-45-4所示，輸入信所示，輸入信號(hào)號(hào)u1u1和控制信號(hào)參考信號(hào)和控制信號(hào)參考信號(hào)u2u2相加作用在非線性器件二相加作用在非線性器

18、件二極管上。圖中用傳輸函數(shù)為極管上。圖中用傳輸函數(shù)為H(jH(j) )的濾波器取出所需信的濾波器取出所需信號(hào)。號(hào)。 通 常通 常 u 2 u 1u 2 u 1 ， 且， 且u20.5Vu20.5V，即二極管任務(wù)在，即二極管任務(wù)在大信號(hào)形狀。大信號(hào)形狀。 圖圖5-4 單二極管電路單二極管電路 H(j)u1u2uoVDiD二極管頻率搬移電路的特點(diǎn)：電路簡單、任務(wù)頻帶寬等。二極管頻率搬移電路的特點(diǎn)：電路簡單、任務(wù)頻帶寬等。第5章 頻譜的線性搬移電路 忽略輸出電壓忽略輸出電壓uo對回路的反作用對回路的反作用, 這樣，加在二極這樣，加在二極管兩端的電壓管兩端的電壓uD為為:12Duuu5-28由于二極管

19、任務(wù)在大信號(hào)形狀，主要任務(wù)在截止區(qū)和由于二極管任務(wù)在大信號(hào)形狀，主要任務(wù)在截止區(qū)和導(dǎo)通區(qū)，此時(shí)二極管的伏安特性可近似用折線近似。導(dǎo)通區(qū)，此時(shí)二極管的伏安特性可近似用折線近似。折線的斜率為折線的斜率為gD，此時(shí)二極管可等效為一個(gè)受控開關(guān)，此時(shí)二極管可等效為一個(gè)受控開關(guān)，控制電壓就是控制電壓就是uD。有。有0DDDpDDpg uuViuV(5-29) 第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-5 二極管伏安持性的折線近似uti0u(a)u0(b)iVpgDrD1u0(c)igDSucgD(t)gD(1/rD)(d)第5章 頻譜的線性搬移電路 由前知，由前知，U2U1，而，而uDu1+u2，可進(jìn)一步以為，可

20、進(jìn)一步以為二極管的通斷主要由二極管的通斷主要由u2控制，可得控制，可得220DDpDpg uuViuV(5-30) 普通情況下，Vp較小，有U2Vp，可令Vp=0也可在電路中加一固定偏置電壓Eo，用以抵消Vp，在這種情況下，uDEo+u1+u2，式5-30可進(jìn)一步寫為22000DDDg uuiu (5-31) 第5章 頻譜的線性搬移電路 設(shè)設(shè)u2U2 cos2t，那么，那么u20對應(yīng)于對應(yīng)于2n-/22t 2n+/2，n=0,1,2, 故有故有(5-31)式寫為：式寫為：222222302222DDDg untnintn(5-32) 上式也可以合并寫成上式也可以合并寫成2( )()DDDDig

21、 t ug Kt u(5-33)第5章 頻譜的線性搬移電路 式中，式中，g(t)為時(shí)變電導(dǎo)，受為時(shí)變電導(dǎo)，受u2的控制；的控制；K(2t)為開關(guān)函為開關(guān)函數(shù)，它在數(shù)，它在u2的正半周時(shí)等于的正半周時(shí)等于1，在負(fù)半周時(shí)為零，在負(fù)半周時(shí)為零，22212222()302222ntnKtntn(5-34) 如圖如圖5-6所示，這是一個(gè)單向開關(guān)函數(shù)。由此可見所示，這是一個(gè)單向開關(guān)函數(shù)。由此可見,在前面的假設(shè)條件下，二極管電路可等效一線性時(shí)變電在前面的假設(shè)條件下，二極管電路可等效一線性時(shí)變電路，其時(shí)變電導(dǎo)路，其時(shí)變電導(dǎo)g(t)為：為：2( )()Dg tg Kt5-35 即即:第5章 頻譜的線性搬移電路

22、圖圖5-6 u2與與K(2t)的波形圖的波形圖 2t02t012t)u2第5章 頻譜的線性搬移電路 K(2t)是一周期性函數(shù)，其周期與控制信號(hào)是一周期性函數(shù)，其周期與控制信號(hào)u2的周期的周期一樣，可用一傅里葉級數(shù)展開，其展開式為一樣，可用一傅里葉級數(shù)展開，其展開式為:2222121222()coscos3cos52352( 1)cos(21)(21)nKttttntn (5-36) 代入式代入式5-33有有 2221222coscos3cos5235DDDigtttu(5-37) 第5章 頻譜的線性搬移電路 假設(shè)假設(shè)u1U1cos1t，為單一頻率信號(hào)，代入上式有，為單一頻率信號(hào)，代入上式有21

23、1222222121121121121121121coscos2222cos2cos431522cos()cos()22cos(3)cos(3)3322cos(5)cos(5)55DDDDDDDDDDDDgggiUUtUtg Utg Utg Utg Utg Utg Utg Utg Ut(5-38) 第5章 頻譜的線性搬移電路 由上式可以看出，流過二極管的電流由上式可以看出，流過二極管的電流iD中的頻率分量有：中的頻率分量有：1輸入信號(hào)輸入信號(hào)u1和控制信號(hào)和控制信號(hào)u2的頻率分量的頻率分量1和和2;2控制信號(hào)控制信號(hào)u2的頻率的頻率2的偶次諧波分量的偶次諧波分量;3由輸入信號(hào)由輸入信號(hào)u1的頻

24、率的頻率1與控制信號(hào)與控制信號(hào)u2的奇次諧波分量的奇次諧波分量的組合頻率分量的組合頻率分量2n+121,n=0,1,2,。第5章 頻譜的線性搬移電路 由前面的分析，可以得到以下結(jié)論：在一定條件下，可由前面的分析，可以得到以下結(jié)論：在一定條件下，可將二極管等效為一個(gè)受控開關(guān)，從而將二極管電路等效為一將二極管等效為一個(gè)受控開關(guān)，從而將二極管電路等效為一個(gè)線性時(shí)變電路。但需留意：個(gè)線性時(shí)變電路。但需留意： (1)假設(shè)假設(shè)條件不成立，比如假設(shè)假設(shè)條件不成立，比如U2較小，缺乏以使二極較小，缺乏以使二極管任務(wù)在大信號(hào)形狀，將導(dǎo)致二極管特性的折線近似不正確，管任務(wù)在大信號(hào)形狀，將導(dǎo)致二極管特性的折線近似不

25、正確，因此其后的線性時(shí)變等效也存在問題了；因此其后的線性時(shí)變等效也存在問題了； (2) 假設(shè)假設(shè)U2U1不滿足，等效開關(guān)的控制信號(hào)不僅僅不滿足，等效開關(guān)的控制信號(hào)不僅僅由由U2確定，還應(yīng)思索確定，還應(yīng)思索U1的影響，這時(shí)等效的開關(guān)函數(shù)的導(dǎo)的影響，這時(shí)等效的開關(guān)函數(shù)的導(dǎo)通角不是固定的通角不是固定的 /2，而是隨，而是隨U1變化的；變化的； (3) 分析中還忽略了輸出電壓分析中還忽略了輸出電壓u0對回路的反作用，不過對回路的反作用，不過在在U2U1的條件下，輸出電壓的條件下，輸出電壓u0相對于相對于u2而言，有而言，有U2u0；第5章 頻譜的線性搬移電路 (4)還需指出的是，即使前面的條件均不滿足

26、，該電路還需指出的是，即使前面的條件均不滿足，該電路仍可完成頻譜的線性搬移功能，不同的是，在這些條件不滿仍可完成頻譜的線性搬移功能，不同的是，在這些條件不滿足時(shí)，電路不能等效為線性時(shí)變電路而已，但可用級數(shù)展開足時(shí)，電路不能等效為線性時(shí)變電路而已，但可用級數(shù)展開法來分析。法來分析。第5章 頻譜的線性搬移電路 二、二、 二極管平衡電路二極管平衡電路 引入：雖然二極管電路在一定條件下可以簡化為線引入：雖然二極管電路在一定條件下可以簡化為線性時(shí)變電路，使其輸出的頻率成分大大減少，但還是包含性時(shí)變電路，使其輸出的頻率成分大大減少，但還是包含了不少不用要的成分，有必要進(jìn)一步減少。了不少不用要的成分，有必要

27、進(jìn)一步減少。 1 1電路構(gòu)造電路構(gòu)造 圖圖5-75-7a a是二極管平衡電路的原理電路。是二極管平衡電路的原理電路。它是由兩個(gè)性能一致的二極管及中心抽頭變壓器它是由兩個(gè)性能一致的二極管及中心抽頭變壓器T1T1、T2T2接接成平衡電路的。為了分析簡單假設(shè)變壓器的變比成平衡電路的。為了分析簡單假設(shè)變壓器的變比n1:n2=1:1n1:n2=1:1。第5章 頻譜的線性搬移電路 圖圖5-7 二極管平衡電路二極管平衡電路第5章 頻譜的線性搬移電路 2任務(wù)原理任務(wù)原理 與單二極管電路的條件一樣，二極管處于大信號(hào)任務(wù)與單二極管電路的條件一樣，二極管處于大信號(hào)任務(wù)形狀，即形狀，即U20.5V。這樣，二極管主要任

28、務(wù)在截止區(qū)和。這樣，二極管主要任務(wù)在截止區(qū)和線性區(qū)，二極管的伏安特性可用折線近似。線性區(qū)，二極管的伏安特性可用折線近似。U2U1，二，二極管開關(guān)主要受極管開關(guān)主要受u2控制?？刂?。1忽略輸出電壓的反作用忽略輸出電壓的反作用假設(shè)忽略輸出電壓的反作用，那么加到兩個(gè)二極管的假設(shè)忽略輸出電壓的反作用，那么加到兩個(gè)二極管的電壓電壓uD1、uD2為：為： uD1=u2+u1 uD2=u2-u1 5-39第5章 頻譜的線性搬移電路 由于加到兩個(gè)二極管上的控制電壓由于加到兩個(gè)二極管上的控制電壓u2是同相的，因是同相的，因此兩個(gè)二極管的導(dǎo)通、截止時(shí)間是一樣的，其時(shí)變電此兩個(gè)二極管的導(dǎo)通、截止時(shí)間是一樣的，其時(shí)變

29、電導(dǎo)也是一樣的。由此可得流過兩管的電流導(dǎo)也是一樣的。由此可得流過兩管的電流i1、i2分別為分別為111221212221( )()()( )()()DDDDig t ug Kt uuig t ug Kt uu5-40 i1、i2在在T2次級產(chǎn)生的電流分別為次級產(chǎn)生的電流分別為:1111212222LLNiiiNNiiiN (5-41) 第5章 頻譜的線性搬移電路 但兩電流流過但兩電流流過T2的方向相反，在的方向相反，在T2中產(chǎn)生的磁通中產(chǎn)生的磁通相消，故次級總電流相消，故次級總電流iL應(yīng)為應(yīng)為1212LLLiiiii(5-42)(5-43)將式將式5-40代入上式，有與單二極管時(shí)的代入上式，有

30、與單二極管時(shí)的5-33比較：比較：假設(shè)思索假設(shè)思索u1U1cos1t，代入上式可得與單二極管時(shí)相，代入上式可得與單二極管時(shí)相比較比較1112112112112122coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDDDDDig Utg Utg Utg Utg Ut(5-44) 212()LDig Kt u第5章 頻譜的線性搬移電路 由上式可得：平衡電路與單二極管相比，由上式可得：平衡電路與單二極管相比，u2的基波分量和的基波分量和偶次諧波分量被抵消了，從而使不用要的成分進(jìn)一步減少了。偶次諧波分量被抵消了，從而使不用要的成分進(jìn)一步減少了。 (2)思索輸出電壓的反作用思索輸出電壓的反作

31、用當(dāng)思索當(dāng)思索RL的反映電阻對二極管電流的影響時(shí)的反映電阻對二極管電流的影響時(shí),要用包含反要用包含反映電阻的總電導(dǎo)來替代映電阻的總電導(dǎo)來替代gD。假設(shè)。假設(shè)T2次級所接負(fù)載為寬帶電次級所接負(fù)載為寬帶電阻阻,那么初級兩端的反映電阻為那么初級兩端的反映電阻為4RL。對。對i1、i2各支路的電阻各支路的電阻為為2RL。此時(shí)用總電導(dǎo)。此時(shí)用總電導(dǎo)g替代替代5-44中的中的gd：12DLgrR(5-45) 當(dāng)當(dāng)T2所接負(fù)載為選頻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，所呈現(xiàn)的電阻將隨頻率變化。所接負(fù)載為選頻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，所呈現(xiàn)的電阻將隨頻率變化。第5章 頻譜的線性搬移電路 (3)假設(shè)電路不完全對稱時(shí)假設(shè)電路不完全對稱時(shí) 當(dāng)電路不完全對稱時(shí)，

32、將導(dǎo)致當(dāng)電路不完全對稱時(shí)，將導(dǎo)致2及其諧波分量不能完全及其諧波分量不能完全抵消，從而構(gòu)成控制信號(hào)抵消，從而構(gòu)成控制信號(hào)u2的頻率走漏。普通要求走漏的控的頻率走漏。普通要求走漏的控制信號(hào)頻率分量的電平比有用信號(hào)電平至少低制信號(hào)頻率分量的電平比有用信號(hào)電平至少低20dB以上，為以上，為此可以采取以下方式以減少走漏：此可以采取以下方式以減少走漏： A、盡能夠選用特性一樣的二極管，或用小電阻與二極管、盡能夠選用特性一樣的二極管，或用小電阻與二極管串接，以使二極管的等效正、反電阻彼此接近；串接，以使二極管的等效正、反電阻彼此接近； B、變壓器的中心抽頭要準(zhǔn)確對稱，分布電容及漏感要對、變壓器的中心抽頭要準(zhǔn)

33、確對稱，分布電容及漏感要對稱等。稱等。 第5章 頻譜的線性搬移電路 三、二極管環(huán)形電路三、二極管環(huán)形電路 1根本電路根本電路 (1) 電路構(gòu)造：圖電路構(gòu)造：圖5-9a為二極管環(huán)形電路的根本電路。為二極管環(huán)形電路的根本電路。與二極管平衡電路相比，只是多接了兩只二極管與二極管平衡電路相比，只是多接了兩只二極管VD3和和VD4，四只二極管方向一致；組成一個(gè)環(huán)路，因此稱為，四只二極管方向一致；組成一個(gè)環(huán)路，因此稱為二極管環(huán)形電路。二極管環(huán)形電路。 (2) 任務(wù)過程任務(wù)過程 當(dāng)當(dāng)u20時(shí)，時(shí)，VD1、VD2導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD3、VD4截止；截止； 當(dāng)當(dāng)u20時(shí)，時(shí)，VD1、VD2截止，截止，VD3、VD4

34、導(dǎo)通；導(dǎo)通； 因此在理想情況下，是兩個(gè)獨(dú)立的平衡電路疊加而成。因此在理想情況下，是兩個(gè)獨(dú)立的平衡電路疊加而成。第5章 頻譜的線性搬移電路 圖圖5-9 二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路 T1RLT2iLi1i2u2(a)VD1VD4VD3VD2i3i4T1RLT2iL1i1i2u2(b)VD1VD2T1RLT2iL2u2(c)VD4VD3i3i4u1u1u1u1u1u1第5章 頻譜的線性搬移電路 2任務(wù)原理任務(wù)原理 二極管環(huán)形電路的分析條件與單二極管電路和二極二極管環(huán)形電路的分析條件與單二極管電路和二極管平衡電路一樣。平衡電路管平衡電路一樣。平衡電路1與前面分析的電路完全一與前面分析的電路完全一樣。

35、根據(jù)圖樣。根據(jù)圖5-9(a)中電流的方向，平衡電路中電流的方向，平衡電路1和和2在負(fù)載在負(fù)載RL上產(chǎn)生的總電流為上產(chǎn)生的總電流為 iL=iL1+iL2=(i1-i2)+(i3-i4) 5-47其中，其中， iL1與普通平衡型完全一樣，而由于與普通平衡型完全一樣，而由于VD3、VD4導(dǎo)通與普通平衡型電路晚半個(gè)周期，且導(dǎo)通時(shí)為導(dǎo)通與普通平衡型電路晚半個(gè)周期，且導(dǎo)通時(shí)為u2的負(fù)半周，故有的負(fù)半周，故有2221212()2()2LDDTig Ktug Ktu 5-48第5章 頻譜的線性搬移電路 221212()()2()LDDigKtKtug Kt u(5-49 圖5-10 環(huán)形電路的開關(guān)函數(shù)波形圖

36、2t02t012t)u2(t)2t012t )2t012t)1第5章 頻譜的線性搬移電路 由此可見由此可見K(2t )、K(2t )為單向開關(guān)函數(shù)，為單向開關(guān)函數(shù)，K(2t )為為雙向開關(guān)函數(shù)，有雙向開關(guān)函數(shù)，有222222210()()()10()()1uKtKtKtuKtKt5-50 5-51第5章 頻譜的線性搬移電路 由此可得由此可得K(2t-)、K(2t)的傅里葉級數(shù)的傅里葉級數(shù):222222222212()1()1222coscos3cos52352( 1)cos(21)(21)444()coscos3cos5354( 1)cos(21)(21)nnKtKttttntnKttttnt

37、n (5-52) (5-53) 第5章 頻譜的線性搬移電路 當(dāng)當(dāng)u1=U1cos1t時(shí)時(shí), 12112112112112112144cos()cos()44cos(3)cos(3)3344cos(5)cos(5)55LDDDDDDig Utg Utg Utg Utg Utg Ut(5-54) 由此可得，輸出中只需由此可得，輸出中只需u2的奇次諧波含基波與輸入的奇次諧波含基波與輸入信號(hào)信號(hào)u1的頻率組合。與平衡型相比，將輸入信號(hào)的基波的頻率組合。與平衡型相比，將輸入信號(hào)的基波成分抵消了。成分抵消了。第5章 頻譜的線性搬移電路 5.3 5.3 差分對電路差分對電路 由前面的討論可知，實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的

38、中心是相乘器，由前面的討論可知，實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的中心是相乘器，而實(shí)現(xiàn)相乘的方法很多，而差分對是實(shí)現(xiàn)相乘的根本電而實(shí)現(xiàn)相乘的方法很多，而差分對是實(shí)現(xiàn)相乘的根本電路之一。路之一。一、單差分對電路一、單差分對電路 1.電路電路 根本的差分對電路如圖根本的差分對電路如圖5-14所示。圖中兩個(gè)晶體管所示。圖中兩個(gè)晶體管和兩個(gè)電阻精細(xì)配對這在集成電路上很容易實(shí)現(xiàn)。和兩個(gè)電阻精細(xì)配對這在集成電路上很容易實(shí)現(xiàn)。 00120()()22eeIIiiIII (5-55) 第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-14 差分對原理電路 Ec Ecube2ube1uDAuoABie2ie1V1V2RLRLic1ic2I0第5章

39、 頻譜的線性搬移電路 2. 傳輸特性傳輸特性 設(shè)設(shè)1 ，V2管的管的1，那么有，那么有ic1ie2，ic2ie2, 可可得晶體管的集電極電流與基極射極電壓得晶體管的集電極電流與基極射極電壓ube的關(guān)系為：的關(guān)系為：112212bebeTbebeTuquUKTcssuquUKTcssiI eI eiI eI e(5-56) 由式由式(5-55)，有，有12121()012221(1)bebebebeTTTTuuuuUUUccsscuUcIiiI eI eieie(5-57) 第5章 頻譜的線性搬移電路 011TcuUIie(5-58) (5-59) 式中，式中，u=ube1-ube2類似可得類似

40、可得002tanh()222cTIIuiU(5-60) (5-61) (5-62) 021TcuUIie000012tanh()222221TcuTUIIIIuiUe001tanh()222cTIIuiU為了易于察看，將上式兩端減去靜態(tài)電流為了易于察看，將上式兩端減去靜態(tài)電流I0/2，有，有tanh( )xxxxeexee第5章 頻譜的線性搬移電路 雙端輸出的情況下有雙端輸出的情況下有2121120()()()tanh()2occcccLcccLLccLTuuuUi RUi RuR iiR IU(5-63) 可得等效的差動(dòng)輸出電流可得等效的差動(dòng)輸出電流io與輸入電壓與輸入電壓u的關(guān)系式的關(guān)系式

41、0tanh()2oTuiIU(5-64) 第5章 頻譜的線性搬移電路 1ic1、ic2和和io與差模輸入電壓與差模輸入電壓u是非線性關(guān)系是非線性關(guān)系雙雙曲正切函數(shù)關(guān)系曲正切函數(shù)關(guān)系,與恒流源與恒流源I0成線性關(guān)系。雙端輸出時(shí)，成線性關(guān)系。雙端輸出時(shí)，直流抵消，交流輸出加倍。直流抵消，交流輸出加倍。2輸入電壓很小時(shí)輸入電壓很小時(shí),傳輸特性近似為線性關(guān)系，即任務(wù)傳輸特性近似為線性關(guān)系，即任務(wù)在線性放大區(qū)。這是由于當(dāng)在線性放大區(qū)。這是由于當(dāng)|x|1時(shí)，時(shí)，tanhx/2x/2，即當(dāng)即當(dāng)|u|100mV時(shí)，電路呈時(shí)，電路呈現(xiàn)限幅形狀，兩管接近于開關(guān)形狀，因此，該電路可現(xiàn)限幅形狀，兩管接近于開關(guān)形狀，因

42、此，該電路可作為高速開關(guān)、限幅放大器等電路。作為高速開關(guān)、限幅放大器等電路。 第5章 頻譜的線性搬移電路 4小信號(hào)運(yùn)用時(shí)的跨導(dǎo)即為傳輸特性線性區(qū)的小信號(hào)運(yùn)用時(shí)的跨導(dǎo)即為傳輸特性線性區(qū)的斜率，它表示電路在放大區(qū)輸出時(shí)的放大才干，斜率，它表示電路在放大區(qū)輸出時(shí)的放大才干，000202omuTiIgIuU(5-65) 上式表示：上式表示：gm與恒流源電流與恒流源電流I0成正比，假設(shè)成正比，假設(shè)I0隨時(shí)間變化，隨時(shí)間變化， gm也隨時(shí)間變化，成為時(shí)變跨導(dǎo)。因此，可以經(jīng)過控制也隨時(shí)間變化，成為時(shí)變跨導(dǎo)。因此，可以經(jīng)過控制I0的方法組成線性時(shí)變電路。的方法組成線性時(shí)變電路。第5章 頻譜的線性搬移電路 5當(dāng)

43、輸入差模電壓當(dāng)輸入差模電壓u1=U1cos1t時(shí)，由傳輸特性可得時(shí)，由傳輸特性可得io波形，如圖波形，如圖5-16。其所含頻率分量可由。其所含頻率分量可由tanhu/2VT的傅里葉級數(shù)展開式求得，即的傅里葉級數(shù)展開式求得，即01131510211121111( )( )cos( )cos3( )cos5( )cos(2 cos 1)1( )tanh()cos(21)2onnni tIxtxtxtIxntxxtntdt(5-66) (5-67) 第5章 頻譜的線性搬移電路 3. 差分對頻譜搬移電路差分對頻譜搬移電路 差分對電路的可控通道有兩個(gè)：一個(gè)為輸入差模電差分對電路的可控通道有兩個(gè)：一個(gè)為輸

44、入差模電壓，另一個(gè)為電流源壓，另一個(gè)為電流源I0；故可把輸入信號(hào)和控制信號(hào)；故可把輸入信號(hào)和控制信號(hào)分別控制這兩個(gè)通道。分別控制這兩個(gè)通道。 圖圖5-17 差分對頻譜搬移電路差分對頻譜搬移電路 H(j)H(j)EcuA EcuBV3V1V2uoRe第5章 頻譜的線性搬移電路 00( )( )tanh()(1)tanh()22ABAoTeTuuui tI tIVEV5-68 (5-69)(5-70)(5-71) 33Abeeeeuui RE300( )(1)eeBBoeeeeeEEuuI tiIIRRER0( )(1)2BAoeTuui tIEV忽略忽略ube3后得：后得：有有思索思索|uA|2

45、6mV時(shí)，有：時(shí)，有：式中有兩個(gè)輸入信號(hào)得乘積，因此可以構(gòu)成頻譜線性搬移電式中有兩個(gè)輸入信號(hào)得乘積，因此可以構(gòu)成頻譜線性搬移電路。路。第5章 頻譜的線性搬移電路 二、雙差分對電路 1、電路構(gòu)造 雙差分對頻譜搬移電路如圖5-18所示。它由三個(gè)根本的差分電路組成，也可看成由兩個(gè)單差分對電路組成。V1、V2、V5組成差分對電路,V3、V4、V6組成差分對電路，兩個(gè)差分對電路的輸出端交叉耦合。 2、原理分析 io= iI- iII=(i1+ i3)-(i2+ i4) =(i1- i2)-(i4- i3) 5-72式中(i1- i2)是左邊差分對管的差分輸出電流，(i4- i3 )是右邊差分對管的差分輸

46、出電流。分別為：第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-18 雙差分對電路 EcV2V1V4V3V6V5RLuouAuBI0i1i2i3i4i6i5i1RLi2第5章 頻譜的線性搬移電路 12543656560tanh()2tanh()2()tanh()2tanh()2ATATAoTBTuiiiVuiiiVuiiiVuiiIV(5-73) (5-74) (5-75) 5-76 由此可得：由此可得：0tanh()tanh()22ABoTTuuiIVV由此可見，雙差分對的差分輸出電流與兩個(gè)輸入電壓之間由此可見，雙差分對的差分輸出電流與兩個(gè)輸入電壓之間均為非線性關(guān)系。用作頻譜搬移電路時(shí)，輸入信號(hào)和控制均為

47、非線性關(guān)系。用作頻譜搬移電路時(shí)，輸入信號(hào)和控制信號(hào)可以恣意加在兩個(gè)非線性通道中。信號(hào)可以恣意加在兩個(gè)非線性通道中。而而有有第5章 頻譜的線性搬移電路 當(dāng)當(dāng)u1=U1cos1t，u2=U2cos2t時(shí)，代入式時(shí)，代入式5-76有有2112121200()()cos(21)cos(21)oomnmniIxxmtnt (5-77) 120122224ooTTTuuIiIu uVVV(5-78) 式中式中x1=U1/UT， x2=U2/UT。它們包含。它們包含f1和和f2的各階奇次的各階奇次諧波分量的組合分量，假設(shè)諧波分量的組合分量，假設(shè)U1、U226mV，非線性關(guān)系，非線性關(guān)系可近似為線性關(guān)系，上式

48、可近似為理想乘法器：可近似為線性關(guān)系，上式可近似為理想乘法器：第5章 頻譜的線性搬移電路 3、運(yùn)用、運(yùn)用 參與反響電阻后，雙差分對電路任務(wù)在線性時(shí)變形狀參與反響電阻后，雙差分對電路任務(wù)在線性時(shí)變形狀或開關(guān)形狀，因此特別適宜用來作為頻譜搬移電路。例如：或開關(guān)形狀，因此特別適宜用來作為頻譜搬移電路。例如： (1)當(dāng)作為雙邊帶振幅調(diào)制電路或相移鍵控調(diào)制電路，當(dāng)作為雙邊帶振幅調(diào)制電路或相移鍵控調(diào)制電路， uA加載波電壓，加載波電壓， uB加調(diào)制信號(hào)，輸出端接中心頻率為載波頻加調(diào)制信號(hào)，輸出端接中心頻率為載波頻率的帶通濾波器；率的帶通濾波器； (2)當(dāng)用作同步檢波電路時(shí)，當(dāng)用作同步檢波電路時(shí)，uA加恢復(fù)

49、載波電壓，加恢復(fù)載波電壓， uB加加輸入信號(hào)，輸出端接低通濾波器；輸入信號(hào)，輸出端接低通濾波器； (3)當(dāng)用作混頻電路時(shí)，當(dāng)用作混頻電路時(shí)，uA加本振電壓，加本振電壓， uB加輸入信號(hào)，加輸入信號(hào)，輸出端接中頻濾波器。輸出端接中頻濾波器。 例：集成模擬乘法器例：集成模擬乘法器MC1596。第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-20 MC1596的內(nèi)部電路V9500500V7VEE(8 V)6.8 k514500V8MC159632RyV6V514uy810uxV1V2V3V4RcRc3.9 k3.9 kVCC( 12 V)126uoic3ic4ic6ic5ic2ic1iaib第5章 頻譜的線性搬移

50、電路 5.4 其它頻譜線性搬移電路其它頻譜線性搬移電路一、晶體三極管頻譜線性搬移電路一、晶體三極管頻譜線性搬移電路 晶體管頻譜搬移電路如圖晶體管頻譜搬移電路如圖5-21所示，其中所示，其中u1為輸入信號(hào)，為輸入信號(hào)， u2為參考信號(hào)。由圖可知，為參考信號(hào)。由圖可知，ube=Eb+u1+u2，其中，其中Eb為直流為直流任務(wù)電壓，現(xiàn)將任務(wù)電壓，現(xiàn)將Eb+u2Eb (t)看作為三極管的靜態(tài)任務(wù)電看作為三極管的靜態(tài)任務(wù)電壓，由于任務(wù)點(diǎn)隨時(shí)間變化，故稱為時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)。因此，可壓，由于任務(wù)點(diǎn)隨時(shí)間變化，故稱為時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)。因此，可將將ic近似表示為：近似表示為： 121()()( )cbebbif uf uu

51、Ef E tu其中其中Eb(t)為晶體管的時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)。為晶體管的時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)。5-86 第5章 頻譜的線性搬移電路 圖圖5-21 晶體三極管頻譜搬移原理電路晶體三極管頻譜搬移原理電路 EbEcu2u1f0ic第5章 頻譜的線性搬移電路 式中：式中： 表示時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)處的表示時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)處的電流，或稱為靜態(tài)任務(wù)電流，它隨電流，或稱為靜態(tài)任務(wù)電流，它隨u2周期地變化。當(dāng)周期地變化。當(dāng)u2瞬瞬時(shí)值最大時(shí)，三極管任務(wù)點(diǎn)為時(shí)值最大時(shí)，三極管任務(wù)點(diǎn)為Q1，Ic0(t)為最大值，當(dāng)為最大值，當(dāng)u2瞬瞬時(shí)值最小時(shí)，三極管任務(wù)點(diǎn)為時(shí)值最小時(shí)，三極管任務(wù)點(diǎn)為Q2，Ic0(t)為最小值。如圖為最小值。如圖5-22。0(

52、)( )()( )bbbecu Etf E tf uIt2113( )111( )( )( )211( )( )3!cbbbnnbbif E tf E t ufE t ufE t ufE t un(5-87) 在時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)處，將上式對在時(shí)變?nèi)蝿?wù)點(diǎn)處，將上式對u1展開成泰勒級數(shù)，有：展開成泰勒級數(shù)，有：第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-22 三極管電路中的時(shí)變電流和時(shí)變跨導(dǎo) 第5章 頻譜的線性搬移電路 圖5-22 三極管電路中的時(shí)變電流和時(shí)變跨導(dǎo) 第5章 頻譜的線性搬移電路 圖圖5-22a給出了給出了icube曲線曲線,同時(shí)畫出了同時(shí)畫出了Ic0t波形波形,其表示式為其表示式為000012022

53、( )( )01222( )coscos2()( )( )coscos2bebbebcccccbebuEtuEtbebemmmmItIItItdidf uf E tdudugtggtgt(5-88) (5-89) 5-90 式中，式中，gm0是是gm(t)的平均分量直流分量的平均分量直流分量,它不一定是它不一定是直流任務(wù)點(diǎn)直流任務(wù)點(diǎn)Eb處的跨導(dǎo)。處的跨導(dǎo)。gm1是是gm(t)中角頻率為中角頻率為2分量分量的振幅的振幅時(shí)變跨導(dǎo)的基波分量振幅。時(shí)變跨導(dǎo)的基波分量振幅。第5章 頻譜的線性搬移電路 ( )( )( )012221( ),1,2,3,!( )coscos2,1,2,3,bebnncbuEtnbenbnnnd ifE tnndufE tCCtCtn 也是也是u2的函數(shù)，同樣頻率為的函數(shù)，同樣頻率為2的周期性函數(shù)，可以用傅的周期性函數(shù)，可以用傅里葉級數(shù)展開，里葉級數(shù)展開，(5-91) (5-92)第5章 頻譜的線性搬移電路 將式將式(5-88)、(5-90)、(5-92)代入式代入式(5-87)，可得，可得2( )0111000120220122211012221111( )( )( )(