高頻 第四章 時變參量電路

1、.4 非線性電路、時變參量電路和變頻器4.2 非線性元件的特性非線性元件的特性4.3 非線性電路分析法非線性電路分析法4.4 線性時變參量電路分析法線性時變參量電路分析法4.5 變頻器的工作原理變頻器的工作原理.4.7 二極管混頻器二極管混頻器4.8 差分對模擬乘法器混頻電路差分對模擬乘法器混頻電路4.9 混頻器中的干擾混頻器中的干擾4.10 外部干擾外部干擾.4.1 概述無線電元件無線電元件線性元件線性元件時變參量元件時變參量元件非線性元件非線性元件：元件參數(shù)與通過元件的電流：元件參數(shù)與通過元件的電流或施于其上的電壓無關(guān)?；蚴┯谄渖系碾妷簾o關(guān)。（電阻、電容、空氣心電感）（電阻、電容、空氣心電

2、感）：元件參數(shù)與通過元件的電流或：元件參數(shù)與通過元件的電流或施于其上的電壓有關(guān)。施于其上的電壓有關(guān)。（二極管、三極管、帶磁心電感）（二極管、三極管、帶磁心電感）：元件參數(shù)按照一定規(guī)律隨：元件參數(shù)按照一定規(guī)律隨時間變化。時間變化。.4.1 概述線性電路時線性電路時)(d)(1d)(d)(tttiCttiLtRiv)(d)(1)()(dd)(tttiCtitLttRiv)(d)(1)()(dd)(tttiCtitLttRiv描述線性電路、時變參量電路和非線性電路的方程式分描述線性電路、時變參量電路和非線性電路的方程式分別是常系數(shù)線性微分方程、變系數(shù)線性微分方程和非線性微分別是常系數(shù)線性微分方程、變

3、系數(shù)線性微分方程和非線性微分方程。方程。.4.1 概述在無線電工程技術(shù)中，較多的場合并不用解非在無線電工程技術(shù)中，較多的場合并不用解非線性微分方程的方法來分析非線性電路，而是采用工線性微分方程的方法來分析非線性電路，而是采用工程上適用的一些近似分析方法。這些方法大致分為圖程上適用的一些近似分析方法。這些方法大致分為圖解法和解析法兩類。所謂圖解法，就是根據(jù)非線性元解法和解析法兩類。所謂圖解法，就是根據(jù)非線性元件的特性曲線和輸入信號波形，通過作圖直接求出電件的特性曲線和輸入信號波形，通過作圖直接求出電路中的電流和電壓波形。所謂解析法，就是借助于非路中的電流和電壓波形。所謂解析法，就是借助于非線性元

4、件特性曲線的數(shù)學(xué)表示式列出電路方程，從而線性元件特性曲線的數(shù)學(xué)表示式列出電路方程，從而解得電路中的電流和電壓。解得電路中的電流和電壓。.4.2 非線性元件的特性4.2.1 非線性元件的工作特性非線性元件的工作特性4.2.2 非線性元件的頻率變換作用非線性元件的頻率變換作用4.2.3 非線性電路不滿足疊加原理非線性電路不滿足疊加原理.4.2.1 非線性元件的工作特性Q1RQ1r隧道二極管的伏安特性.4.2.2 非線性元件的頻率變換作用.設(shè)非線性電阻的伏安特性曲線具有拋物線形狀：2vki在元件上加上兩個信號：tVvtVvmm222111sinsin和令：21vvv三角等式變換可得：二次諧波二次諧波

5、差頻和頻直流tVktVktVkVtVkVVVkimmmmmmmm2221212121212122212cos22cos2)cos()cos()(2“非線性非線性”具有具有頻率變換頻率變換作用。作用。1v i2v +-+-R.4.2.3 非線性電路不滿足疊加原理 疊加原理是分析線性電路的重要基礎(chǔ)。 根據(jù)疊加原理，任何復(fù)雜的輸入信號均可以首先分解為若干個基本信號（例如正弦信號），然后求出電路對每個基本信號單獨作用時的響應(yīng)，最后，將這些響應(yīng)疊加起來，即可得到總的響應(yīng)。非線性電路不滿足疊加原理.4.3非線性電路分析方法4.3.1冪級數(shù)分析法： （用冪級數(shù)表示非線性元件的特性曲線）設(shè)非線性元件的特性為：

6、)(vfi 將函數(shù)展開成冪級數(shù)：（i=f(v)的各階導(dǎo)數(shù)存在）332210vavavaai在靜態(tài)工作點Vo附近展開成冪級數(shù)：.0)(22m221m20VVaa222m222Va212m22m1343VVa212m22m1343VVa233m234Va22m1m233m23m212343VVaVaVa1221m2m12VVam2m12VVa1222m1m2343VVa1222m1m2343VVa122m122Va133m1341Va1m12m233m13m112343VVaVaVan最高次數(shù)為最高次數(shù)為3的多項式的頻譜結(jié)構(gòu)圖的多項式的頻譜結(jié)構(gòu)圖.4.3.2折線分析法：折線的數(shù)學(xué)表達式：.4.4線

7、性時變參量電路分析法：4.4.1時變跨導(dǎo)電路分析：.忽略晶體管內(nèi)部反饋作用，集電極電流和集極電壓的函數(shù)關(guān)系為：sBBEBEcvvvvfi其中)(當(dāng)兩個信號同時作用于一個非線性元件時，其中一個幅度很小處于線性工作狀態(tài)；另一個為大信號工作狀態(tài)時，可使這一非線性元件等效為線性時變系統(tǒng)。.4.4.2 模擬乘法器電路分析.4.4.3 CMOS四象限模擬乘法器.4.4.4 開關(guān)函數(shù)分析法：.三個頻譜成分。和，則輸出電壓將只包含帶通濾波器作為負(fù)載，的，通頻帶寬度略大于并用中心頻率為，是低頻信號頻率，是高頻載波如果00001022.4.5變頻器的工作原理：.4.6晶體管混頻器.4.7二極管混頻器4.7.1 二極管平衡混頻器