第5章频谱的线性搬移电路

第5章频谱的线性搬移电路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5.4其它频谱线性搬移电路思考题与习题

1两种类型的频谱变换电路①

频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。例：振幅调制、解调、混频电路。

特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。

②频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。

例：频率调制与解调电路。

特点：产生新的频谱分量。2本章重点：1、讨论频谱线性搬移数学模型2、介绍频谱线性搬移的实现电路

频谱的搬移必须用非线性电路来完成，其核心是非线性器件。非线性电路的分析方法：幂级数法线性时变电路分析法3第一节

非线性电路的分析方法一、非线性函数的级数展开分析法非线性器件的伏安特性：i=f(u)

UQ为静态工作点，设

u＝UQ+u1+u2(5-1)式的泰勒级数展开：u1

和u2

为两个输入电压。（5-1）4n一、非线性函数的级数展开分析法分析：（1）u2=0，即只有一个输入信号，令u1＝U1cosω1t利用三角公式

当只加一个信号时，只能得到输入信号频率的基波分量和各次谐波分量，但不能获得任意频率的信号，也不能完成频谱在频域上的任意搬移。5分析：（2）有两个信号u1和u2作用于非线性器件一、非线性函数的级数展开分析法利用三角函数积化和差公式设u1＝U1cosω1t，u2＝U2cosω2t组合频率有ωp,q=|±pω1±qω2|结论：由于器件的非线性特性，其输出端不仅包含了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组合分量。6分析：（2）有两个信号u1和u2作用于非线性器件一、非线性函数的级数展开分析法组合频率有ωp,q=|±pω1±qω2|①凡是p+q

为偶数的组合分量，均由幂级数中n为偶数且大于等于p+q

的各次方项产生的；

②凡是p+q

为奇数的组合分量均由幂级数中n为奇数且大于等于p+q

的各次方项产生的。这些组合频率分量产生的规律:7一、非线性函数的级数展开分析法频谱搬移电路必须具有选频功能。大多数频谱搬移电路所需的是非线性函数展开式中的平方项，或者说，是两个输入信号的乘积项。

(1)从非线性器件的特性考虑。(2)从电路考虑。(3)从输入信号的大小考虑。如何实现接近理想的乘法运算？8二、线性时变电路分析法若u1足够小其中：时变静态电流时变电导或跨导9二、线性时变电路分析法i＝I0(t)+g(t)u1：线性时变工作状态！分析：设u1＝U1cosω1t，u2＝U2cosω2t，时变偏置电压：时变静态电流：时变电导或跨导：10二、线性时变电路分析法线性时变工作状态！线性时变电路虽然大大减少了组合频率分量的数目，但仍有大量的不需要的频率分量，故需要用滤波器选出所需的频率分量。i＝I0(t)+g(t)u1线性时变电路完成频谱的搬移频率分量为分量中只有ω2的各次谐波分量和其与ω1的组合分量。11例1一个晶体二极管,用指数函数逼近它的伏安特性,即(5―21)在线性时变工作状态下,上式可表示为式中将u1=0时的电压代入i得到将u1=0时的电压代入i求导得到12第二节二极管电路二极管电路的优点：电路简单、噪声低、组合频率分量少、工作频带宽等。二极管电路的主要缺点：一、单二极管电路无增益。输入信号：u1控制信号：分析：u2＝U2cosω2tU2

＞0.5V，且有U2>>U1忽略输出电压u0对回路的反作用。二极管两端的电压uD

:

uD=u1+u213一、单二极管电路输入信号：u1控制信号：分析：u2＝U2cosω2tU2＞0.5V，且有U2>>U1uD=u1+u2二极管伏安特性折线近似一般，Up较小，U2>>Up

令Up=014一、单二极管电路分析：uD=u1+u2开关函数15一、单二极管电路分析：开关函数的傅里叶分解：16一、单二极管电路分析：若u1＝U1cosω1t，为单一频率信号，代入上式有流过二极管的电流频率分量有:

(1)ω1和ω2;

(2)ω2的偶次谐波分量;

(3)组合频率分量(2n+1)ω2±ω1

，n=0，1，2，…。作业：5-1、5-2、5-317二、二极管平衡电路1、电路等效电路18

2．工作原理二、二极管平衡电路分析：设U2＞0.5VU2>>U1且若忽略输出电压的反作用，则uD1

、uD2：uD1=u2+u1

uD2=u2－u1电流i1、i2分别为：

i1、i2在T2次级产生的电流分别为:19

2．工作原理二、二极管平衡电路次级总电流：考虑u1＝U1cosω1t20

2．工作原理二、二极管平衡电路频率分量有:

(1)ω1;

(2)组合分量(2n＋1)ω2+ω1

，n=0，1，2，…。如何减少控制信号的泄漏？保证电路的对称性！21二极管桥式电路如何保证电路的对称性?

(1)选用特性相同的二极管;用小电阻与二极管串接，使二极管等效正、反向电阻彼此接近。(2)变压器中心抽头要准确对称；采用双线并绕法绕制变压器，并在中心抽头处加平衡电阻。（3）要选择开关特性好的二极管，如热载流子二极管。22实际桥式电路图5-8二极管桥式电路二极管桥式电路23三、二极管环形电路u2正半周时：u2负半周时：负载RL上产生的总电流：24三、二极管环形电路负载RL上总电流：又：得到：25负载RL上产生的总电流为：三、二极管环形电路26负载RL上产生的总电流：当u1=U1cosω1t时，双向开关函数：输出电流：分析电流成分：27图5-11实际的环形电路1、将每臂用两个二极管并联解决二极管特性参差性问题1234282、采用环形电路组件解决二极管特性参差性问题双平衡混频器组件电原理图双平衡混频器组件的外壳29例2在图5-13的双平衡混频器组件的本振口加输入信号u1，在中频口加控制信号u2，输出信号从射频口输出。忽略输出电压的反作用。

uD1=u1－u2uD2=u1+u2

uD3=－u1－u2uD4=－u1+u2

i1=gDK(ω2t－π)uD1

i2=gDK(ω2t)uD2

i3=gDK(ω2t－π)uD3

i4=gDK(ω2t)uD430作业5-15-25-331第三节差分对电路单差分对电路1.电路※双差分对电路一、单差分对电路①两个晶体管和两个电阻精密配对；②恒流源I0

为对管提供射极电流；③输出方式可采用单端输出，也可采用双端输出。两管静态工作电流相等32其中2.传输特性双端输出：设Ｖ1、V2管的α≈1，则

ic1≈ie1，ic2≈ie2332.传输特性双端输出：差动输出电流i

0与输入电压u的关系式：差分电流i0为观察ic1,ic2随输入电压的u的变化规律，用ic1-I0/2(静态工作电流)所以=RLi0342.传输特性分析：

1)ic1、ic2、io与差模输入电压u是非线性关系，与恒流源I0成线性关系。双端输出时，直流抵消，交流输出加倍！差分电流：35输出电流i0与输入电压u的关系式：2.传输特性分析：

2)输入电压很小时，传输特性近似为线性关系，即工作在线性放大区。当|u|＜UT＝26mV时，

3)若输入电压很大，一般|u|>100mV时，电路呈限幅状态，两管接近于开关状态。362.传输特性分析：4)小信号运用时的跨导即为传输特性线性区的斜率，它表示电路在放大区输出时的放大能力。

该式表明，gm与I0成正比。若I0随时间变化，gm也随时间变化，成为时变跨导gm(t)。

因此，可用控制I0的办法组成线性时变电路。输出电流i0与输入电压u的关系式：375)当输入差模电压u=U1cosω1t时，由传输特性可得io波形。2.传输特性系数383.差分对频谱搬移电路线性通道：非线性通道：滤波回路：大电阻Re“长尾偶电路”可削弱V3的发射结非线性电阻的作用。39差分对电路的可控通道有两个：一个为输入差模电压,另一个为电流源I0;故可把输入信号和控制信号分别控制这两个通道。由可知

i0与I0为线性关系，所以电流源为线性通道。

i0与u为非线性关系，所以差模输入为非线性通道。3.差分对频谱搬移电路403.差分对频谱搬移电路当忽略ube3后：又：所以：差动输出电流时变恒流源电流413.差分对频谱搬移电路考虑|uA|＜26mV时，有因此，可以构成频谱线性搬移电路！42二、※双差分对电路43二、双差分对电路时变恒流源电流差动输出电流尾管查分对的差动输出电流44二、双差分对电路双差分对的差动输出电流i0与两个输入电压uA、uB之间均为非线性关系。当u1=U1cosω1t，u2=U2cosω2t

时，（式中，x1=U1／UT，x2=U2／UT）45二、双差分对电路若U1、U2

＜26mV当u1=U1cosω1t，u2=U2cosω2t

46二、双差分对电路当每管的可忽略，若Re2足够大，满足深反馈条件接入负反馈电阻，V5和V6的差动输出电流近似与uB成正比，而与I0的大小无关。47二、双差分对电路当时又uB的最大动态范围：48二、双差分对电路uB的最大动态范围:施加反馈电阻后，双差分对电路工作在线性时变状态或开关工作状态，因而特别适合作为频谱搬移电路。差动输出电流:493、图5-20为MortorolaMC1596内部电路图，它是以双差分电路为基础，在Y输入通道加入了反馈电阻，故Y通道输入电压动态范围较大，X通道输入电压动态范围很小。1、双差分电路具有结构简单，有增益，不用变压器，易于集成化，对称性精确，体积小等优点，因而得到广泛的应用。

2、双差分电路是集成模拟乘法器的核心。模拟乘法器种主要指标有:工作