五非線性電路與和變頻器

第五章非線性電路與和變頻器5.1非線性電路的特性及分析方法5.2線性時(shí)變參量電路分析法5.3晶體管變頻電路5.4二極管混頻電路5.1非線性電路的特性及分析方法超外差式接收機(jī)方框圖直放式接收機(jī)方框圖變頻電路原理方框圖1、變頻器將高頻載波換成中頻。2、變頻后的中頻頻率相同，使中放電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。3、電路的選擇性好，接收機(jī)靈敏度相當(dāng)。線性元件非線性元件時(shí)變參量元件非線性元件的特性：1、工作特性的非線性2、頻率變換特性3、不滿足疊加定理非線性電路分析方法：1、冪級(jí)數(shù)分析法2、指數(shù)函數(shù)分析法3、折線分析法5.2線性時(shí)變參量電路分析方法時(shí)變參量元件時(shí)變參量電路參數(shù)按照一定規(guī)律隨時(shí)間變化(變化與通過(guò)元件的電流或元件上電壓無(wú)關(guān))，－－－參數(shù)按照某一方式隨時(shí)間變化的線性元件5.2.1時(shí)變跨導(dǎo)電路分析例一個(gè)晶體二極管,用指數(shù)函數(shù)逼近它的伏安特性,即在線性時(shí)變工作狀態(tài)下,上式可表示為式中是第一類修正貝塞爾函數(shù)。因而:5.2.2開(kāi)關(guān)函數(shù)分析V2>>Vp由此可見(jiàn),在前面的假設(shè)條件下,二極管電路可等效一個(gè)單向開(kāi)關(guān)函數(shù),一線性時(shí)變電路,其時(shí)變電導(dǎo)g（t）為K（ω2t）是一周期性函數(shù),其周期與控制信號(hào)u2的周期相同,可用一傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi),其展開(kāi)式為代入式若u1＝U1cosω1t,為單一頻率信號(hào),代入上式有:由上式可以看出,流過(guò)二極管的電流iD中的頻率分量有:（1）輸入信號(hào)u1和控制信號(hào)u2的頻率分量ω1和ω2;（2）控制信號(hào)u2的頻率ω2的偶次諧波分量;（3）由輸入信號(hào)u1的頻率ω1與控制信號(hào)u2的奇次諧波分量的組合頻率分量（2n+1）ω2±ω1,n=0,1,2,…。5.3變頻電路變頻（或混頻），是將信號(hào)頻率由一個(gè)量值變換為另一個(gè)量值的過(guò)程。具有這種功能的電路稱為變頻器（或混頻器）。1、組成和原理：

變頻:本振與混頻合為一個(gè)管；混頻:混頻獨(dú)立為一個(gè)管。

2為什么要變頻？

變頻的優(yōu)點(diǎn)：

1)變頻可提高接收機(jī)的靈敏度

2)提高接收機(jī)的選擇性

3)工作穩(wěn)定性好

4)波段工作時(shí)其質(zhì)量指標(biāo)一致性好變頻的缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生鏡像干擾、中頻干擾等干擾(一)變頻增益

變頻電壓增益：變頻器中頻輸出電壓振幅Vim與高頻輸入信號(hào)電壓振幅VSM之比,即：同樣可定義變頻功率增益為輸出中頻信號(hào)功率Pi與輸入高頻信號(hào)功率Ps之比,即(二)噪聲系數(shù)

混頻器的噪聲系數(shù)Fn定義為:由于電路內(nèi)部噪聲的存在，輸出信噪比總是小于輸入信噪比，即有Fn>1；理想情況下，F(xiàn)n＝1。(三)穩(wěn)定性本地振蕩器頻率穩(wěn)定度。3、主要性能指標(biāo)(四)失真與干擾

變頻器的失真有頻率失真和非線性失真。除此之外,還會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾,如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)制、阻塞和倒易混頻等干擾。所以,對(duì)混頻器不僅要求頻率特性好,而且還要求變頻器工作在非線性不太嚴(yán)重的區(qū)域,使之既能完成頻率變換,又能抑制各種干擾。(五)選擇性

混頻器的中頻輸出應(yīng)該只有要接收的有用信號(hào)(反映為中頻),而不應(yīng)該有其它不需要的干擾信號(hào)。但在混頻器的輸出中,由于各種原因,總會(huì)混雜很多與中頻頻率接近的干擾信號(hào)。

4、對(duì)混頻器的主要要求1．信號(hào)失真小

僅對(duì)信號(hào)載頻進(jìn)行變換，保持原AM波的包絡(luò)變化，原FM波的頻率變化；2．噪聲系數(shù)小

因混頻器處于系統(tǒng)前端；3．混頻增益大

可提高靈敏度和系統(tǒng)信躁比；4．選擇性好

抑制組合頻率和干擾。晶體管混頻器

1.

基本電路和工作原理晶體管混頻器的分析1.冪級(jí)數(shù)分析法

在小信號(hào)運(yùn)用的條件下，可以將某些非線性元器件函數(shù)表達(dá)式用冪級(jí)數(shù)函數(shù)近似，使問(wèn)題簡(jiǎn)化。用這種方法來(lái)分析非線性電路可突出說(shuō)明頻率變換作用，不便于作定量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+……

2.變跨導(dǎo)分析法

在混頻時(shí)，混頻管可看著一個(gè)參數(shù)(跨導(dǎo))在改變的線性元件，即變跨導(dǎo)線件元件。

由于信號(hào)電壓Vsm很小，無(wú)論它工作在特性曲線的哪個(gè)區(qū)域，都可以認(rèn)為特性曲線是線性的(如圖上ab、a

b

和a

b

三段的斜率是不同的)。因此，在晶體管混頻器的分析中，將晶體管視為一個(gè)跨導(dǎo)隨本振信號(hào)變化的線性參變?cè)?。加電壓后的晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線

因Vo>>Vsm使晶體管工作在線性時(shí)變狀態(tài)，所以晶體管集電極靜態(tài)電流ic(t)和跨導(dǎo)gm(t)均隨作周期性變化。

由于信號(hào)vs遠(yuǎn)小于v0，可以近似認(rèn)為對(duì)器件的工作狀態(tài)變化沒(méi)有影響。此時(shí)流過(guò)器件的電流為

i(t)

=

f(v)=

f(v0+vs+vBB)

可將v0+vBB看成器件的交變工作點(diǎn)，則i(t)可在其工作點(diǎn)(v0+vBB)處展開(kāi)為泰勒級(jí)數(shù)

由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各項(xiàng)，則i(t)近似為

其中f(v0+vBB)是vs=0時(shí)僅隨v0變化的電流，稱為時(shí)變靜態(tài)電流，f

(v0+vBB)隨v0+vBB而變化，稱為時(shí)變電導(dǎo)g(t)，電流可以寫為

i(t)

Io(t)+g(t)

vs(t)

將vBB+v0=VBB+V0mcos0t

vs=Vsmcosst

代入式展開(kāi)并整理，得若中頻頻率取差頻，則混頻后輸出的中頻電流為其振幅為

由上式引出變頻跨導(dǎo)gc的概念，它的定義為

輸出的中頻電流振幅Ii與輸入高頻信號(hào)電壓的振幅Vs成正比。若高頻信號(hào)電壓振幅Vsm按一定規(guī)律變化，則中頻電流振幅Ii也按相同的規(guī)律變化。晶體二級(jí)管混頻器：晶體三級(jí)管混頻器：