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1、第4章 非线性、时变参量电路和变频器关于非线性时变参量关于非线性时变参量电路电路第一页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器第第4章章非线性、时变参量电路和变频非线性、时变参量电路和变频器器 4.1 非线性电路的特性非线性电路的特性及分析方法4.2 线性时变参量电路分析法4.3 变频的工作原理变频的工作原理4.4 混频器中的干扰混频器中的干扰4.5 外部干扰第二页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器4.1 非线性电路的特性及分析方法非线性电路的特性及分析方法常用的无线电元件：常用的无线电元件：线性元件线性元件 元件参数与流过的信号无关元件参数与流过的信号无关；
2、非线性元件非线性元件 元件参数与流过的信号有关元件参数与流过的信号有关；时变参量元件时变参量元件 元件参数按照一定规律随时间变化元件参数按照一定规律随时间变化时时变变参参量量电电路路 小小信信号号时时，元元件件可可以以近近似似为为线线性性元元件件；大信号时，参数随时间变化。大信号时，参数随时间变化。第三页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器非线性电路特性及分析方法（续）非线性电路特性及分析方法（续）元件的描述方程有元件的描述方程有线性电路线性电路 常系数线性微分方程；常系数线性微分方程；时变参量电路时变参量电路 变系数线性微分方程；变系数线性微分方程；非线性电路非线性电路 非
3、线性微分方程。非线性微分方程。非线性方程的分析方法有：非线性方程的分析方法有：图解法图解法和和解析法解析法第四页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器非线性元件的频率变换作用非线性元件的频率变换作用非线性元件上的电压和电流波形上不相同的。非线性元件上的电压和电流波形上不相同的。将信号用傅立叶级数展开，发现信号的频谱中包含除基将信号用傅立叶级数展开，发现信号的频谱中包含除基波频率成分外，还新产生基波的各次谐波及直流成分。波频率成分外，还新产生基波的各次谐波及直流成分。因此非线性元件的输出信号比输入信号具有更为丰富的因此非线性元件的输出信号比输入信号具有更为丰富的频率成分。频率成分
4、。非线性电路特性及分析方法（续）非线性电路特性及分析方法（续）第五页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器4.3 变频器的工作原理变频器的工作原理 变变频频就就是是把把高高频频信信号号经经过过频频率率变变换换，变变为为一一个个固固定定的的频频率率。这这种种频频率率变变换换通通常常是是将将已已调调高高频频信信号号的的载载波波频频率率从从高高频频变变为为中中频频，同同时时必必须须保保持持其其调调制制规规律律不不变变。具具有有这这种种作作用用的的电电路路称称为为混混频频电电路路或或者者变变频频电电路路，也也称称为混频器或者变频器。为混频器或者变频器。第六页，本课件共有30页第4章 非
5、线性、时变参量电路和变频器图图4.3.2 变频电路的组成框图变频电路的组成框图变频器的工作原理（续）变频器的工作原理（续）第七页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器图图4.3.3 变频前后的调幅信号频谱图变频前后的调幅信号频谱图变频器的工作原理（续）变频器的工作原理（续）相相对对振振幅幅中频调幅波中频调幅波相相对对振振幅幅高频调幅波高频调幅波本振信号本振信号第八页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器假定变频器（混频器）的伏安特性，输入信号分别为：假定变频器（混频器）的伏安特性，输入信号分别为：代入得到：代入得到：变频器的工作原理（续）变频器的工作原理（续）选
6、出需要选出需要的频率的频率第九页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器变频器的主要质量指标：变频器的主要质量指标：1）变频增益）变频增益-输出电压振幅与高频输入信号电压振幅比输出电压振幅与高频输入信号电压振幅比2）失真和干扰）失真和干扰-线性失真与非线性失真线性失真与非线性失真3）选择性）选择性-中频输出回路的特性中频输出回路的特性4）噪声系数）噪声系数-变频器的工作原理（续）变频器的工作原理（续）第十页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器4.4 混频器中的干扰混频器中的干扰 讨讨论论由由于于混混频频器器的的非非线线性性效效应应产产生生的的干干扰扰是是很很重重
7、要要的问题，也是衡量混频器质量的标准之一。的问题，也是衡量混频器质量的标准之一。混混频频器器中中产产生生的的干干扰扰有有：组组合合频频率率干干扰扰和和副副波波道道干干扰扰、交交叉叉调调制制（交交调调）和和相相互互调调制制（互互调调）、阻阻塞塞干干扰扰和和相互混频等。相互混频等。第十一页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器信号与本振信号存在的信号与本振信号存在的谐波频率和组合频率谐波频率和组合频率落在中频放大落在中频放大器的通频带内，与有用信号频率一道进入中频放大器，器的通频带内，与有用信号频率一道进入中频放大器，并被放大后加到检波器上。并被放大后加到检波器上。通过检波器的非线
8、性效应，这些接近中频的组合频率与中通过检波器的非线性效应，这些接近中频的组合频率与中频频差拍差拍检波，产生音频，最终以检波，产生音频，最终以哨叫声哨叫声的形式出现。的形式出现。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）组合频率干扰和副波道干扰组合频率干扰和副波道干扰组合频率干扰组合频率干扰信号与本振的信号与本振的组合频率组合频率：中频的通式：中频的通式：显然，只要满足关系：显然，只要满足关系：组合频率的干扰信号就能进入中频放大器，经差拍检波后，产组合频率的干扰信号就能进入中频放大器，经差拍检波后，产生干扰哨声。生干扰哨声。第十二页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器包括下列四种
9、情况：包括下列四种情况：其中第三和四种情况不存在，取其中第三和四种情况不存在，取 ，则第一和，则第一和二种情况可写为：二种情况可写为：混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第十三页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器将两个式子合并成一个通式，将两个式子合并成一个通式，该式说明：该式说明：当中频当中频 一定时，只要信号频率接近上式计一定时，只要信号频率接近上式计算出来的数值，就可能产生干扰哨声算出来的数值，就可能产生干扰哨声。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第十四页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器如果混频器之前的输入回路和高频放大器的如果混频器之
10、前的输入回路和高频放大器的选择性不够好选择性不够好，除要接收有用信号外，除要接收有用信号外，干扰信号干扰信号也会进入混频器。也会进入混频器。它们与本振频率的谐波同样可以形成接近中频频率的组合频它们与本振频率的谐波同样可以形成接近中频频率的组合频率干扰，产生干扰哨声。率干扰，产生干扰哨声。干扰信号干扰信号 与本振频率与本振频率 满足下列关系时：满足下列关系时：混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第十五页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器当接收机调谐在信号频率当接收机调谐在信号频率 时，产生的时，产生的组合副组合副波道干扰波道干扰的干扰信号频率为：的干扰信号频率为：或者或者
11、混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第十六页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器副波道干扰副波道干扰在上述的组合副波道干扰中，有些特定频率形成的干扰在上述的组合副波道干扰中，有些特定频率形成的干扰称为副波道干扰。典型的副波道干扰有：称为副波道干扰。典型的副波道干扰有：中频干扰中频干扰和和镜像干扰镜像干扰。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第十七页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器中频干扰中频干扰式中，取式中，取 ，得，得 。亦即。亦即干扰频率等于干扰频率等于或者接近于中频或者接近于中频 时时，干扰信号将被混频器和各级中，干扰信号将被混频器和各级中
12、频放大器放大，以干扰哨声的形式出现。频放大器放大，以干扰哨声的形式出现。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第十八页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器镜像干扰镜像干扰式中，取式中，取 ，得，得 。亦即。亦即信号频率信号频率比本振频率低一个比本振频率低一个 ，干扰频率则比，干扰频率则比 高一个高一个 。二。二者对称地分布在者对称地分布在 两侧，因此两侧，因此 称为镜像频率干扰。称为镜像频率干扰。它与它与 差拍也产生差拍也产生 ，成为干扰信号。，成为干扰信号。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）fofsff 镜像fifi组合频率干扰和副波道组合频率干扰和副波道干扰干扰都
13、是由混频器自身都是由混频器自身特性所产生的。特性所产生的。如果混频管的转移如果混频管的转移特性关系式中含有特性关系式中含有平方项，就可能会平方项，就可能会产生中频干扰和镜产生中频干扰和镜像干扰。像干扰。第十九页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器交叉调制（交调）交叉调制（交调）如果接收机前端电路的选择性不够好，使有用信号与干如果接收机前端电路的选择性不够好，使有用信号与干扰信号同时加到接收机输入端，而且这两种信号都是扰信号同时加到接收机输入端，而且这两种信号都是受音频调制的，就会产生交叉调制干扰现象。受音频调制的，就会产生交叉调制干扰现象。表现形式：当接收机表现形式：当接收机
14、调谐调谐在有用信号的频率上时，干扰在有用信号的频率上时，干扰台的调制信号听得清楚；而当接收机对有用信号频率台的调制信号听得清楚；而当接收机对有用信号频率失谐失谐时，干扰电台调制信号的可听度减弱，并随着有时，干扰电台调制信号的可听度减弱，并随着有用信号的信号消失而完全消失。用信号的信号消失而完全消失。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第二十页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器交叉调制产生机理：交叉调制产生机理：是由晶体管特性曲线中的三次或者更高次非线性项所产是由晶体管特性曲线中的三次或者更高次非线性项所产生的。生的。交叉调制系数：交叉调制系数：混频器中的干扰混频器中的干
15、扰（续）（续）第二十一页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器交叉调制系数与有用信号幅度交叉调制系数与有用信号幅度无关无关，但与干扰信号幅度，但与干扰信号幅度的平方成正比，因此提高前端电路的选择性，减小干的平方成正比，因此提高前端电路的选择性，减小干扰信号幅度是克服交调的有效措施。扰信号幅度是克服交调的有效措施。只要干扰信号足够强，并进入接收机前端电路，就可能只要干扰信号足够强，并进入接收机前端电路，就可能产生交调。产生交调。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第二十二页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器互相调制互相调制（互调互调）有两个或多个干扰电台信
16、号同时加到接收机混频器的输有两个或多个干扰电台信号同时加到接收机混频器的输入端，由于放大器的非线性作用，使入端，由于放大器的非线性作用，使干扰信号彼此混干扰信号彼此混频频，就可能产生频率接近有用信号频率的互调干扰分，就可能产生频率接近有用信号频率的互调干扰分量，与有用信号同时进入接收机的中频系统，经量，与有用信号同时进入接收机的中频系统，经检波检波差拍差拍后，产生哨叫声。后，产生哨叫声。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第二十三页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器只要干扰频率只要干扰频率 和信号频率和信号频率 满足下式时，满足下式时，即可产生互调现象。即可产生互调现象
17、。互调干扰是由高放（或混频）级的二次、三次和更高次互调干扰是由高放（或混频）级的二次、三次和更高次非线性项所产生，非线性项所产生，而且干扰信号幅度愈大，互调干扰而且干扰信号幅度愈大，互调干扰分量也愈大。分量也愈大。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第二十四页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器例：当接收机接收例：当接收机接收3.5MHz有用信号时，另外两个电台分有用信号时，另外两个电台分别工作在别工作在2.1MHz和和1.4MHz。如果接收机前端电路选。如果接收机前端电路选择性不好，这两个干扰频率进入接收机输入端，则由择性不好，这两个干扰频率进入接收机输入端，则由于高放
18、于高放(或混频或混频)级的非线性特性，会在级的非线性特性，会在(2.1+1.4)MHz上上产生互调分量，从而产生哨叫声。产生互调分量，从而产生哨叫声。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第二十五页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器阻塞阻塞现象现象强信号阻塞是指强干扰与有用信号同时加入混频器时，强信号阻塞是指强干扰与有用信号同时加入混频器时，混频器输出的有用信号幅度减少，甚至无法接收，这混频器输出的有用信号幅度减少，甚至无法接收，这种现象就叫阻塞干扰。例如晶体三极管混频由于输入种现象就叫阻塞干扰。例如晶体三极管混频由于输入幅度过大，使三极管进入饱和或截止状态，有用信号幅度
19、过大，使三极管进入饱和或截止状态，有用信号的输出很小，甚至为零，这就是阻塞干扰。的输出很小，甚至为零，这就是阻塞干扰。信号过强，甚至可能导致信号过强，甚至可能导致PN结被击穿。结被击穿。阻塞是由高放（或混频）级的二次、三次和更高次非线阻塞是由高放（或混频）级的二次、三次和更高次非线性项所产生。性项所产生。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）应用：美国开发出的新式武器。无线摧毁敌方雷达等设备应用：美国开发出的新式武器。无线摧毁敌方雷达等设备第二十六页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器产生各种干扰的主要原因产生各种干扰的主要原因：1）前端电路选择性不好；）前端电路选择性不好
20、；2）器件的非线性；）器件的非线性；3）器件的动态范围小；）器件的动态范围小；4）放大电路中频选择不当。）放大电路中频选择不当。混频器中的干扰混频器中的干扰（续）（续）第二十七页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器总结总结组合频率干扰组合频率干扰：信号与本振的组合频率接近中频。信号与本振的组合频率接近中频。是由混频管是由混频管的转移特性的转移特性关系式中含关系式中含有平方项，有平方项，二次及以上二次及以上的的 谐波项。谐波项。组合副波道干扰组合副波道干扰：副波道干扰副波道干扰：输入的干扰与本振的组合频率接近中频。输入的干扰与本振的组合频率接近中频。中频干扰中频干扰:干扰频率等
21、于或者接近于中频干扰频率等于或者接近于中频镜像干扰镜像干扰:干扰频率比本振频率高一个中频干扰频率比本振频率高一个中频 交调交调：是由晶体管特性是由晶体管特性曲线中的三次或曲线中的三次或者更高次非线性者更高次非线性项所产生的。项所产生的。有用信号与干扰信号之间的交叉调制有用信号与干扰信号之间的交叉调制互调互调：干扰信号彼此混频干扰信号彼此混频阻塞阻塞：强干扰强干扰第二十八页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器克服干扰的措施克服干扰的措施：1）提高放大器前端电路的选择性；）提高放大器前端电路的选择性；2）合理选择中频，能最大限度地减少组合频率干扰和副）合理选择中频，能最大限度地减
22、少组合频率干扰和副波道干扰，对交调、互调等干扰也有一定的抑制作用。波道干扰，对交调、互调等干扰也有一定的抑制作用。减少组合频率干扰点落在接收频段内的数目；减少组合频率干扰点落在接收频段内的数目；3）合理选用电子器件与工作点。工作点的选择应时晶体）合理选用电子器件与工作点。工作点的选择应时晶体管工作于三次非线性最小的区域，已减小交调、互调管工作于三次非线性最小的区域，已减小交调、互调和阻塞等干扰。还可以加交流负反馈，以减小晶体管和阻塞等干扰。还可以加交流负反馈，以减小晶体管的非线性特性和扩大动态范围。的非线性特性和扩大动态范围。混频器中的干扰混频器中的干扰（续完）（续完）第二十九页，本课件共有30页第4章 非线性、时变参量电路和变频器感感谢谢大大家家观观看看第三十页，本课件共有30页