高頻電路教案第五章

章節(jié)內容5.1非線性電路的分析教學方式理論講授教學時數(shù)2教學目的與要求1、掌握非線性電路的分析方法和條件2、掌握線性時變電路的概念和分析方法3、掌握單二級管電路、二級管平衡電路的分析方法教學重點與難點重點：1）頻譜線性搬移的概念2）非線性電路、線性時變電路分析方法、3）單二級管電路、二級管平衡電路分析方法難點：非線性電路分析方法線性時變電路分析方法教學實驗儀器無教學進程教學主要內容教學方法引入教學內容3分鐘講授27分鐘講授27分鐘講授20分鐘內容小結3分鐘復習:1.LC振蕩器的設計方法2.石英晶體振蕩器的穩(wěn)頻原理3.晶體振蕩電路：皮爾斯振蕩器、泛音晶體皮爾斯振蕩器4.RC振蕩器的構成與原理5.負阻振蕩電路原理新課講授一、頻譜的線性搬移電路1.1非線性電路的分析方法1.1.1非線性函數(shù)的級數(shù)展開分析法非線性器件的伏安特性,可用下面的非線性函數(shù)來表示:式中,u為加在非線性器件上的電壓。一般情況下,u＝EQ+u1+u2,其中EQ為靜態(tài)工作點,u1和u2為兩個輸入電壓。用泰勒級數(shù)將式展開,可得非線性電路完成頻譜的搬移若作用在非線性器件上的兩個電壓均為余弦信號,即u1＝U1cosω1t,u2＝U2cosω2t,則三個方面考慮:（1）從非線性器件的特性考慮。（2）從電路考慮。（3）從輸入信號的大小考慮。1.2線性時變電路分析法1．2．1對上式在EQ+u2上對u1用泰勒級數(shù)展開,有頻率分量為例1一個晶體二極管,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1．2．2線性時變電路完成頻譜的搬移原理線性時變電路完成頻譜的搬移二、內容小結1、非線性電路的分析方法和條件2、線性時變電路的概念和分析方法3、單二級管電路、二級管平衡電路的分析方法三、思考題與作業(yè)1）研討：非線性電路分析方法2）作業(yè)：5-1；5-2；5-3；5-4；5-5與學生互動板書講解提問板書提問例題講解講解例題講解板書小結提問章節(jié)內容5.2二極管電路教學方式理論講授教學時數(shù)2教學目的與要求掌握二級管環(huán)形電路的分析方法、工作原理掌握單差分對電路的工作原理掌握差分對頻譜搬移電路原理圖，分析方法4.掌握雙差分對電路工作原理教學重點與難點重點：二極管環(huán)形電路單差分對電路雙差分對電路難點：差分對電路特性雙差分對電路教學實驗儀器無教學進程教學主要內容教學方法引入教學內容5分鐘新課程講授15分鐘講授新課15分鐘講授新課15分鐘講授新課25分鐘內容小結5分鐘復習：1、非線性電路的分析方法和條件2、線性時變電路的概念和分析方法3、單二級管電路、二級管平衡電路的分析方法新課講授一、二極管電路1.1單二極管電路電路的原理電路如圖所示,輸入信號u1和控制信號（參考信號）u2相加作用在非線性器件二極管上。忽略輸出電壓u。對回路的反作用,這樣,加在二極管兩端的電壓uD為二極管可等效為一個受控開關,控制電壓就是uD。有由于u2＝U2≥cosω2t,則u2≥0對應于2nπ-π/2≤ω2t≤2nπ+π/2,n=0,1,2,…,故有上式也可以合并寫成由上式可以看出,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,…。1.2二極管平衡電路1．電路下圖是二極管平衡電路的原理電路。它是由兩個性能一致的二極管及中心抽頭變壓器T1、T2接成平衡電路的。二極管平衡電路2．工作原理與單二極管電路的條件相同,二極管處于大信號工作狀態(tài),即U2＞0.5V。這樣,二極管主要工作在截止區(qū)和線性區(qū),二極管的伏安特性可用折線近似。U2>>U1,二極管開關主要受u2控制。若忽略輸出電壓的反作用,則加到兩個二極管的電壓uD1、uD2為：uD1=u2+u1；uD1=u2-u1由于加到兩個二極管上的控制電壓u2是同相的,因此兩個二極管的導通、截止時間是相同的,其時變電導也是相同的。由此可得流過兩管的電流i1、i2分別為但兩電流流過T2的方向相反,產生的磁通相消,故次級總電流iL應為有考慮u1＝U1cosω1t,代入上式可得1.3二極管環(huán)形電路1．基本電路二極管環(huán)形電路的基本電路與二極管平衡電路相比,只是多接了兩只二極管VD3和VD4,四只二極管方向一致,組成一個環(huán)路,因此稱為二極管環(huán)形電路。2．工作原理二極管環(huán)形電路的分析條件與單二極管電路和二極管平衡電路相同。平衡電路1與前面分析的電路完全相同。平衡電路1和2在負載RL上產生的總電流為iL=iL1+iL2=(i1-i2)+(i3-i4)例1在雙平衡混頻器組件的本振口加輸入信號u1,在中頻口加控制信號u2,輸出信號從射頻口輸出,如圖所示。忽略輸出電壓的反作用,可得加到四個二極管上的電壓分別為uD1=u1-u2uD2=u1+u2uD3=-u1-u2uD4=-u1+u2這些電流為i1=gDK（ω2t-π）uD1i2=gDK（ω2t）uD2i3=gDK（ω2t-π）uD3i4=gDK（ω2t）uD4這四個電流與輸出電流i之間的關系為i=-i1+i2+i3-i4=（i2-i4）-（i1-i3）=2gDK（ω2t）u1-2gDK（ω2t-π）u1=2gDK′(ω2t)u1二、內容小結二級管環(huán)形電路的分析方法、工作原理單差分對電路的工作原理差分對頻譜搬移電路原理圖，分析方法4、雙差分對電路工作原理三、作業(yè)作業(yè)：5-6，5-7，5-8與學生互動板書講解提問板書提問講解板書講解板書小結提問章節(jié)內容5.3差分對電路5.4其它頻譜線性搬移電路教學方式理論講授教學時數(shù)2教學目的與要求1、掌握晶體三極管頻譜線性搬移電路工作原理，分析方法2、了解場效應管頻譜線性搬移電路工作原理，分析方法教學重點與難點重點：晶體三極管頻譜線性搬移電路難點：1）時變跨導的求解教學實驗儀器無教學進程教學主要內容教學方法引入新的教學內容5分鐘新課程講授15分鐘講授新課15分鐘講授新課15分鐘講授新課25分鐘內容小結5分鐘復習：二級管環(huán)形電路的分析方法、工作原理單差分對電路的工作原理差分對頻譜搬移電路原理圖，分析方法4、雙差分對電路工作原理新課講授一、單差分對電路1.電路基本的差分對電路如圖5―14所示。圖中兩個晶體管和兩個電阻精密配對（這在集成電路上很容易實現(xiàn)）。(5―55)圖5―14差分對原理電路2.傳輸特性設Ｖ1,V2管的α≈1，則有ic1≈ie2,ic2≈ie2,可得晶體管的集電極電流與基極射極電壓ube的關系為雙端輸出的情況下有可得等效的差動輸出電流io與輸入電壓u的關系式小結：（1）ic1、ic2和io與差模輸入電壓u是非線性關系——雙曲正切函數(shù)關系,與恒流源I0成線性關系。雙端輸出時,直流抵消,交流輸出加倍。（2）輸入電壓很小時,傳輸特性近似為線性關系,即工作在線性放大區(qū)。這是因為當|x|<1時,tanh（x／2）≈x／2,即當|u|＜VT＝26mV時,io=I0tanh（u/2VT）≈I0u/2VT。（3）若輸入電壓很大,一般在|u|>100mV時,電路呈現(xiàn)限幅狀態(tài),兩管接近于開關狀態(tài),因此,該電路可作為高速開關、限幅放大器等電路。（4）小信號運用時的跨導即為傳輸特性線性區(qū)的斜率,它表示電路在放大區(qū)輸出時的放大能力,(5）當輸入差模電壓u=U1cosω1t時,由傳輸特性可得io波形,其所含頻率分量可由tanh（u/2VT）的傅里葉級數(shù)展開式求得,即3.差分對頻譜搬移電路差分對電路的可控通道有兩個:一個為輸入差模電壓,另一個為電流源I0;故可把輸入信號和控制信號分別控制這兩個通道。二、雙差分對電路雙差分對頻譜搬移電路它由三個基本的差分電路組成,也可看成由兩個單差分對電路組成。V1、V2、V5組成差分對電路Ⅰ,V3、V4、V6組成差分對電路Ⅱ,兩個差分對電路的輸出端交叉耦合。io=iI-iII=(i1+i3)-(i2+i4)=(i1-i2)-(i4-i3)當u1=U1cosω1t,u2=U2cosω2t時,代入式（5―76）有考慮到ie5＋ie6=I0,則為了保證ie5和ie6大于零,uB的最大動態(tài)范圍為雙差分對的差動輸出電流可近似為

三、其它頻譜線性搬移電路3.1晶體三極管頻譜線性搬移電路可將ic表示為在時變工作點處,將上式對u1展開成泰勒級數(shù),有圖5―21晶體三極管頻譜搬移原理電路一般情況下,由于U1<<U2,通?？梢圆豢紤]高次項,則有ic=Ic0(t)+gm(t)u1等效為一線性時變電路,其組合頻率也大大減少,只有ω2的各次諧波分量及其與ω1的組合頻率分量nω2±ω1,n=0,1,2,…。3.2場效應管頻譜線性搬移電路結型場效應管是利用柵漏極間的非線性轉移特性實現(xiàn)頻譜線性搬移功能的。場效應管轉移特性iD～uGS近似為平方律關系,其表示式