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1、频谱的线性搬移电路频谱的线性搬移电路第1页，本讲稿共58页5.1非线性电路的分析方法非线性电路的分析方法图51频谱搬移电路（a）频谱的线性搬移;（b）频谱的非线性搬移第2页，本讲稿共58页常用的非线性元件的特性曲线可表示为常用的非线性元件的特性曲线可表示为其中其中式中式中a0 0，a1 1，an n为各次方项的系数，它们由下列通式表为各次方项的系数，它们由下列通式表示示u=u1 1+u+u2 2，EQ是静态工作点。是静态工作点。i=a0+a1u+a2u2+a3u3+anun+上述特性曲线可用幂级数表示为上述特性曲线可用幂级数表示为第3页，本讲稿共58页从频域考察非线性能够揭示非线性的频率变换作
2、用，因从频域考察非线性能够揭示非线性的频率变换作用，因此，选择如下信号作为幂级数的输入电压。此，选择如下信号作为幂级数的输入电压。将和项展开，可得将和项展开，可得i=a0+a1u+a2u2+a3u3+anun+第4页，本讲稿共58页三角降幂公式三角降幂公式直流成分直流成分偶次谐波偶次谐波基波、奇次谐波基波、奇次谐波p+q n第5页，本讲稿共58页0n最高次数为最高次数为3的多项式的频谱结构图的多项式的频谱结构图第6页，本讲稿共58页图52非线性电路完成频谱的搬移三个方面考虑:（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。第7页，本讲稿共58页5.1.2线性时变电路
3、分析法对式（51）在EQ+u2上对u1用泰勒级数展开,有(511)若u1足够小,可以忽略式（511）中u1的二次方及其以上各次方项,则该式化简为第8页，本讲稿共58页考虑u1和u2都是余弦信号,u1U1cos1t,u2U2cos2t,时变偏置电压EQ（t）=EQ+U2cos2t,为一周期性函数,故I0（t）、g（t）也必为周期性函数,可用傅里叶级数展开,得（514)（515）(516)频率分量为第9页，本讲稿共58页例1一个晶体二极管,用指数函数逼近它的伏安特性,即在线性时变工作状态下,上式可表示为(521)（522）式中(523)(524)第10页，本讲稿共58页(526)是第一类修正贝塞尔
4、函数。因而(527)第11页，本讲稿共58页图53线性时变电路完成频谱的搬移第12页，本讲稿共58页5.2二极管电路二极管电路5.2.1单二极管电路第13页，本讲稿共58页图55二极管伏安持性的折线近似第14页，本讲稿共58页已知,U2U1,而uDu1+u2,一般情况下,Vp较小,有U2Vp,可令Vp=0第15页，本讲稿共58页由于u2U2cos2t,则u20对应于2n-/22t2n+/2,n=0,1,2,故有(532)上式也可以合并写成(533)第16页，本讲稿共58页(534)（535）第17页，本讲稿共58页K（2t）是一周期性函数,其周期与控制信号u2的周期相同,可用一傅里叶级数展开,
5、其展开式为(536)代入式（533）有(537)第18页，本讲稿共58页若u1U1cos1t,为单一频率信号,代入上式有(538)第19页，本讲稿共58页由上式可以看出,流过二极管的电流iD中的频率分量有:（1）输入信号u1和控制信号u2的频率分量1和2;（2）控制信号u2的频率2的偶次谐波分量;（3）由输入信号u1的频率1与控制信号u2的奇次谐波分量的组合频率分量（2n+1）21,n=0,1,2,。第20页，本讲稿共58页图57二极管平衡电路5.2.2 二极管平衡电路第21页，本讲稿共58页2工作原理与单二极管电路的条件相同,二极管处于大信号工作状态,即U20.5V。这样,二极管主要工作在截
6、止区和线性区,二极管的伏安特性可用折线近似。U2U1,二极管开关主要受u2控制。若忽略输出电压的反作用,则加到两个二极管的电压uD1、uD2为uD1=u2+u1uD2=u2-u1（539）第22页，本讲稿共58页但两电流流过T2的方向相反,在T2中产生的磁通相消,故次级总电流iL应为(542)(543)将式（540）代入上式,有考虑u1U1cos1t,代入上式可得(544)第23页，本讲稿共58页图58二极管桥式电路第24页，本讲稿共58页图59二极管环形电路5.2.3二极管环形电路第25页，本讲稿共58页2工作原理二极管环形电路的分析条件与单二极管电路和二极管平衡电路相同。平衡电路1与前面分
7、析的电路完全相同。根据图59（a）中电流的方向,平衡电路1和2在负载RL上产生的总电流为iL=iL1+iL2=(i1-i2)+(i3-i4)（547）（548）第26页，本讲稿共58页(549）图510环形电路的开关函数波形图第27页，本讲稿共58页由此可见K（2t）、K（2t-）为单向开关函数,K（2t）为双向开关函数,且有（550）（551）第28页，本讲稿共58页由此可得K（2t-）、K(2t）的傅里叶级数:(552)(553)第29页，本讲稿共58页当u1=U1cos1t时,(554)第30页，本讲稿共58页图511实际的环形电路第31页，本讲稿共58页图512双平衡混频器组件的外壳和
8、电原理图第32页，本讲稿共58页例2在图512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,如图513所示。忽略输出电压的反作用,可得加到四个二极管上的电压分别为uD1=u1-u2uD2=u1+u2uD3=-u1-u2uD4=-u1+u2第33页，本讲稿共58页图513双平衡混频器组件的应用第34页，本讲稿共58页这些电流为 i1=gDK（2t-）uD1 i2=gDK（2t）uD2 i3=gDK（2t-）uD3i4=gDK（2t）uD4这四个电流与输出电流i之间的关系为i=-i1+i2+i3-i4=（i2-i4）-（i1-i3）=2gDK（2t）u1-
9、2gDK（2t-）u1=2gDK(2t)u1第35页，本讲稿共58页5.3差分对电路差分对电路5.3.1单差分对电路5.3.2双差分对电路第36页，本讲稿共58页图514差分对原理电路5.3.1 单差分对电路第37页，本讲稿共58页若1，ic1ie2,ic2ie2,(556)(557)第38页，本讲稿共58页(558)(559)式中，u=ube1-ube2类似可得(560)(561)(562)第39页，本讲稿共58页双端输出的情况下有可得等效的差动输出电流io与输入电压u的关系式(564)第40页，本讲稿共58页（1）ic1、ic2和io与差模输入电压u是非线性关系双曲正切函数关系,与恒流源I
10、0成线性关系。（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。（3）若输入电压很大,一般在|u|100mV时,电路呈现限幅状态,两管接近于开关状态,因此,该电路可作为高速开关、限幅放大器等电路。（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,第41页，本讲稿共58页图515差分对的传输特性第42页，本讲稿共58页图516差分对作放大时io的输出波形第43页，本讲稿共58页3.差分对频谱搬移电路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。图517差分对频谱搬移电路第44页，
11、本讲稿共58页(569)(570)(571)第45页，本讲稿共58页图518双差分对电路5.3.2 双差分对电路双差分对电路V1、V2、V5组成差分对电路,V3、V4、V6组成差分对电路,io=iI-iII=(i1+i3)-(i2+i4)=(i1-i2)-(i4-i3)第46页，本讲稿共58页(573)(574)(575)（576）若输入信号很小：第47页，本讲稿共58页图519接入负反馈时的差分对电路为了扩大uB的动态范围，接入负反馈电阻ube5-ube6=VTln（ie5/ie6）若UA足够大，则第48页，本讲稿共58页图520MC1596的内部电路国 外 同 类 产 品：MC1496MC
12、1596MC1495MC1496LM1496LM1596.AD834（宽 带）、AD630（多功能）AD734（高精度）.国内同类产品：CB1595CB1596BG314.第49页，本讲稿共58页5.4其它频谱线性搬移电路其它频谱线性搬移电路5.4.1晶体三极管频谱线性搬移电路可将ic表示为在时变工作点处,将上式对u1展开成泰勒级数,有（586）(587)第50页，本讲稿共58页图521晶体三极管频谱搬移原理电路第51页，本讲稿共58页(588)(589)（590）第52页，本讲稿共58页图522三极管电路中的时变电流和时变跨导第53页，本讲稿共58页图522三极管电路中的时变电流和时变跨导第
13、54页，本讲稿共58页5.4.2场效应管频谱线性搬移电路结型场效应管是利用栅漏极间的非线性转移特性实现频谱线性搬移功能的。场效应管转移特性iDuGS近似为平方律关系,其表示式为它的正向传输跨导gm为(596)(597)第55页，本讲稿共58页图523结型场效应管的电流与跨导特性第56页，本讲稿共58页令uGS=EGS+U2cos2t,则对应EGS点的静态跨导对应于uGS的时变跨导为(598)（599）其曲线如图523（b）所示。上式只适用于gm的线性区。由于VP为负值,故式（599）可改写成(5100)第57页，本讲稿共58页当输入信号u1=U1cos1t,且U1U2时,漏极电流中的时变分量就等于u1与gm（t）的乘积,即(5101)第58页，本讲稿共58页