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方框圖直放式接收機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，使中放電路結構簡單。3、電路的選擇性好，接收機靈敏度相當。線性元件非線性元件時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線性時變參量電路分析方法時變參量元件時變參量電路參數(shù)按照一定規(guī)律隨時間變化(變化與通過元件的電流或元件上電壓無關)，－－－參數(shù)按照某一方式隨時間變化的線性元件5.2.1時變跨導電路分析例一個晶體二極管,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開關函數(shù)分析V2>>Vp由此可見,在前面的假設條件下,二極管電路可等效一個單向開關函數(shù),一線性時變電路,其時變電導g（t）為K（ω2t）是一周期性函數(shù),其周期與控制信號u2的周期相同,可用一傅里葉級數(shù)展開,其展開式為代入式若u1＝U1cosω1t,為單一頻率信號,代入上式有:由上式可以看出,流過二極管的電流iD中的頻率分量有:（1）輸入信號u1和控制信號u2的頻率分量ω1和ω2;（2）控制信號u2的頻率ω2的偶次諧波分量;（3）由輸入信號u1的頻率ω1與控制信號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），是將信號頻率由一個量值變換為另一個量值的過程。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管；混頻:混頻獨立為一個管。

2為什么要變頻？

變頻的優(yōu)點：

1)變頻可提高接收機的靈敏度

2)提高接收機的選擇性

3)工作穩(wěn)定性好

4)波段工作時其質(zhì)量指標一致性好變頻的缺點：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功率Pi與輸入高頻信號功率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(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該只有要接收的有用信號(反映為中頻),而不應該有其它不需要的干擾信號。但在混頻器的輸出中,由于各種原因,總會混雜很多與中頻頻率接近的干擾信號。

4、對混頻器的主要要求1．信號失真小

僅對信號載頻進行變換，保持原AM波的包絡變化，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.冪級數(shù)分析法

在小信號運用的條件下，可以將某些非線性元器件函數(shù)表達式用冪級數(shù)函數(shù)近似，使問題簡化。用這種方法來分析非線性電路可突出說明頻率變換作用，不便于作定量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+……

2.變跨導分析法

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

由于信號電壓Vsm很小，無論它工作在特性曲線的哪個區(qū)域，都可以認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，將晶體管視為一個跨導隨本振信號變化的線性參變元件。加電壓后的晶體管轉移特性曲線

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

由于信號vs遠小于v0，可以近似認為對器件的工作狀態(tài)變化沒有影響。此時流過器件的電流為

i(t)

=

f(v)=

f(v0+vs+vBB)

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

由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各項，則i(t)近似為

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

(v0+vBB)隨v0+vBB而變化，稱為時變電導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與輸入高頻信號電壓的振幅Vs成正比。若高頻信號電壓振幅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。晶體二級管混頻器：晶體三級管混頻器：