《频率变换电路》PPT课件

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1、５.１概述５.２非线性元器件频率变换特性的分析方法５.３频率变换电路的要求与实现方法５.４章末小结第5章频率变换电路的特点及分析方法返回主目录第5章频率变换电路的特点及分析方法5.1概述线性放大电路小信号放大电路功率放大电路线性放大电路特点输出信号与输入信号具有某种特定的线性关系时域上,输出信号波形与输入信号波形相同,只是在幅度上进行了放大频域上,输出信号的频率分量与输入信号的频率分量相同频率变换电路特点输出信号的频谱中产生一些输入信号频谱中没有的频率分量,即发生了频率分量的变换频率变换电路属于非线性电路,其频率变换功能应由非线性元器件产生常用非线性元器件非线性电阻性元器件

2、非线性电容性元器件电压—电流平面上具有非线性伏安特性电荷—电压平面上具有非线性的库伏特性(变容二极管)（忽略电抗效应的晶体管）线性放大电路里使用非线性器件晶体管采取的措施利用它的电流放大作用小信号放大电路工作在晶体管非线性特性中的线性范围内丙类谐振功放利用选频网络取出输入信号中的有用频率分量而滤除其它的频率分量本章以晶体二极管伏安特性为例,介绍非线性元器件频率变换特性的几种分析方法,然后介绍频率变换电路特点及实现方法5.2非线性元器件频率变换特性的分析方法5.2.1指数函数分析法晶体二极管的正向伏安特性可用指数函数描述为:其中,热电压UT≈26mV(当T=300K时)指数

3、函数分析法仅适用于小信号工作状态下的二极管特性分析在输入电压u较小时,上式与二极管实际特性是吻合的,但当u增大时,二者有较大的误差指数函数幂级数展开式若由此可得:输入电压中仅有直流和ωs分量输出电流中除了直流和ωs分量外,还出现了新的频率分量,即ωs的二次及以上各次谐波分量因指数函数是一种超越函数,则这种方法又称超越函数分析法由分析结果可知,当输入电压为直流偏压上迭加单频余弦波时,集电极电流中的频率分量5.2.2折线函数分析法当输入电压较大时,晶体二极管的伏安特性可用两段折线来逼近由于晶体三极管转移特性与晶体二极管伏安特性有相似的非线性特性,所以可利用折线法对大信号工作状

4、态下集电极电流进行分析设晶体二极管非线性伏安特性可用某一个连续函数i=f(u)表示。如果在自变量u的某一点处(例如静态工作点UQ)存在各阶导数,则电流i可以在该点附近展开为泰勒级数:5.2.3幂级数分析法当输入电压为：可得：非线性元器件特性分析是建立在函数逼近的基础之上。当工作信号大小不同时,适用的函数可能不同,但与实际特性之间的误差都必须在工程所允许的范围之内输出电流中出现的频率分量例5.1已知结型场效应管转移特性可用平方律函数输出电流中除了直流和ωs这两个输入信号频率分量之外,只产生了一个新的2ωs频率分量。例5.2已知变容二极管结电容Cj与两端电压u的非线性关系如图所

5、示,分析流经变容二极管的电流i与u之间的频率变换关系,并与线性电容器进行比较。解：流经电容性元器件的电流i与其两端电压u和存贮的电荷q具有以下的关系式:对于线性电容器,它的库伏特性在q-u平面上是一条直线,故电容量C是一常数。除了无直流分量之外,i中的频率分量与u中的频率分量应该相同。所以线性电容器无频率变换功能。对于变容二极管,它的库伏特性不仅是一条曲线,而且它的法伏特性在C-u平面上也是一条曲线将Cj和u的表达式一起代入i,可求得展开后可知i中的频率分量为所以变容二极管有频率变换功能。当时，结电容Cj是一个周期性的略为失真的余弦函数,可展开为傅里叶级数例5.3已知晶体

6、管基极输入电压为uB=UQ+u1+u2,其中u1=Um1cosω1t,u2=Um2cosω2t,求晶体管集电极输出电流中的频率分量。将u1=Um1cosω1t,u2=Um2cosω2t代入,然后对各项进行三角函数变换,可得iC中频率分量的表达式输出信号频率是两个不同输入信号频率各次谐波的各种不同组合,包含有直流分量。解：分析直流偏压上迭加两个不同频率信号时频率变换设晶体管转移特性为iC=f(uB),用幂级数分析法将其在UQ处展开5.3频率变换电路的要求与实现方法5.3.1频率变换电路的分类与要求频率变换电路线性频率变换电路非线性频率变换电路ωo=Nωsωo=ω1±ω

7、2（频谱搬移电路）输出信号频谱与输入信号频谱有简单的线性关系输出信号频谱是输入信号频谱在频率轴上的搬移输出信号频谱和输入信号频谱不再是简单的线性关系,也不是频谱搬移调频电路与鉴频电路调幅、检波、混频电路倍频当两个交流信号迭加输入时,晶体管输出电流里含有输入信号频率的无穷多个组合分量。而在调幅、检波、混频电路中,要求输出信号频率只是输入信号频率的和频或差频,因此,必须采取措施减少输出信号中大多数无用的组合频率分量。晶体管是频率变换常用非线性器件减少组合频率分量常用措施采用平方律特性的场效应管代替晶体管采用多个晶体管组