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1、5.2 非线性元件的特性 5.3 非线性电路分析法 5.4 线性时变参量电路分析法 5.5 变频器的工作原理 5.15.1 概述概述 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 5.7 二极管混频器 5.8 差分对模拟乘法器混频电路 5.9 混频器中的干扰 5.10 外部干扰 5.65.6 晶体管混频器晶体管混频器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 无线电元件 线性元件 时变参量元件 非线性元件 ：元件参数与通过元件的电流 或施于其上的电压无关。 ：元件参数与通过元件的电流 或施于其上的电压有关。 ：元件参数按照一定规律随 时间变化。 高频电子线路（第四版）张肃文
2、主编 高等教育出版社 图图5.1.1 5.1.1 串联电路串联电路 线性电路时 时变线性电感电路时 非线性电感电路时 描述线性电路、时变参量电路和非线性电路的方程式分 别是常系数线性微分方程、变系数线性微分方程和非线性微分 方程。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 在无线电工程技术中，较多的场合并不用解非 线性微分方程的方法来分析非线性电路，而是采用工 程上适用的一些近似分析方法。这些方法大致分为图 解法和解析法两类。所谓图解法，就是根据非线性元 件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电 路中的电流和电压波形。所谓解析法，就是借助于非 线性元件特性曲线的数学表示式
3、列出电路方程，从而 解得电路中的电流和电压。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 5.2.1 非线性元件的工作特性 5.2.2 非线性元件的频率变换作用 5.2.3 非线性电路不满足叠加原理 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.2.1 5.2.1 线性电阻的伏安线性电阻的伏安 特性曲线特性曲线 图图 5.2.2 5.2.2 半导体二极管的伏安半导体二极管的伏安 特性曲线特性曲线 与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是 直线。直线。 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.2.4
4、5.2.4 线性电阻上的电压线性电阻上的电压 与电流波形与电流波形 图图 5.2.5 5.2.5 正弦电压作用于二极管正弦电压作用于二极管 产生非正弦周期电流产生非正弦周期电流 输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。 可知，电流中包含电压中没有的频率成分。可知，电流中包含电压中没有的频率成分。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End A. 传输特性 设： 则 中有： 直流分量； 基波分量和谐波分量： 组合频率分量： “非线性”具有频率变换作用。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End A. 传输特性 设： 则
5、 中有： 直流分量； 基波分量和谐波分量： 组合频率分量： “非线性”具有频率变换作用。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 5.3.1 幂级数分析法 5.3.2 折线分析法 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 常用的非线性元件的特性曲线可表示为 其中 式中a0，a1， ，an为各次方项的系数，它们由下列通式表 示 v = v1+v2 ，VQ是静态工作点。 i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ +anvn+ 上述特性曲线可用幂级数表示为 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 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
6、数的输入电压。 将和项展开，可得 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ +anvn+ 三角降幂公式 直流成分耦次谐波 基波、奇次谐波 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 p + q n 0 n最高次数为3的多项式的频谱结构图 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.3.3 5.3.3 晶体三极管的转移晶体三极管的转移 特性曲线用折线近似特性曲线用折线近似 信号较大时，所有实际的非线性元件几乎都会进入饱和 或截止状态。此时，元件的非线性特性的突出表现是截止、 导通、饱和等几种不同状态之间的转换。 高
7、频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.3.3 5.3.3 折线法分析非线性电路折线法分析非线性电路 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 5.4.1 时变跨导电路分析 5.4.2 模拟乘法器电路分析 5.4.3 模拟乘法器电路举例 5.4.4 开关函数分析法 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 线性时变电路：指电路元件的参数不是恒定不变的，而是 按一定规律随时间变化，且这种变化与元件的电流或电压无关 。 v = v1+v2 if(v ) 在(VQ+ v1)关于v2的泰勒级数展开式，即 v1相对于v2很小 若v2足够小，可以忽略上式中v2的二
8、次方及其以上各次方 项，则该式可简化为 i = f (VQ+ v2) + f (VQ+ v2) v1线性时变 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 0 n最高次数为3的多项式的频谱结构图 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.4.2 5.4.2 晶体三极管差分对模拟乘法器晶体三极管差分对模拟乘法器 原理电路原理电路 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.4.3 5.4.3 折线折线归一化电流与值的关系归一化电流与值的关系 End 只有两个输入电压只有两个输入电压 幅度较小，晶体管处于幅度较小，晶体管处于 线性区时，乘法器才呈线性区
9、时，乘法器才呈 现理想特性。现理想特性。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.4.3 CMOS5.4.3 CMOS四象限模拟乘法器四象限模拟乘法器 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.4.6 5.4.6 大小两个信号同时作用于非线性元件时大小两个信号同时作用于非线性元件时 的原理性电路的原理性电路 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.4.7 5.4.7 开关的控制信号及其开关函数开关的控制信号及其开关函数 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 0 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社
10、 在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率 从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频。 （以调幅为例 ） 在接收机中， fi称为中频。一般其值为 其中fo是本地振荡频率。 超外差式接收机 1.定义 其中，fi大于fs的混频称为上混频， fi小于fs的混频称为下混频。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 举例 经过混频器变频后，输出频率为 混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载 波频率，而振幅包络形状不变。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.4.2 5.4.2 变频前后的频谱图变频前后的频谱图 2.混频的实质 线性频率变换 频谱搬移
11、 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 3.混频器的性能指标 A.变频(混频)增益： 混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的幅值之比。 B.噪声系数： 高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。 C.选择性： 抑制中频以外的信号的干扰的能力。 D.非线性干扰： 抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 前面分析表明，要进行混 频，可以用非线性电子器件工 作于线性时变状态来实现,即 V0mVsm。 1.工作原理时变电导 v0 vs iC=f (VBB+ v0) +f (VBB+ v0) vs 其中f (VBB+
12、v0)是时变跨导。 已知振荡电压 v0 =V0cos0t 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 i C=f (VBB+ v0) +f (VBB+ v0) vs 已知输入电压 vs=V(t)cosst 中频输出电流 变频跨导 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.6.3 5.6.3 混频管跨导随本振电压混频管跨导随本振电压 V V 变化 变化 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.6.1 5.6.1 晶体管混频器的电路组态晶体管混频器的电路组态 2.电路组态 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.6.5 5.6.5 某
13、调幅通信机混频器电路某调幅通信机混频器电路 3.实际电路举例 调谐于i 调谐于s 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.6.6 5.6.6 自激式变频器电路自激式变频器电路 3.实际电路举例 调谐于i 调谐于s 调谐于0 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 4.混频特点 优点：有变频增益 缺点：1）动态范围较小 2）组合频率干扰严重 3）噪声较大 4）存在本地辐射 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 5.7.1 二极管平衡混频器 5.7.2 二极管环形混频器 （双平衡混频器） 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.
14、7.1 5.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器 如果如果V V0m 0m V Vsm sm , , D D 1 1 和和D D 2 2 工作于开关状态，工作于开关状态， 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.7.1 5.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 二极管平衡混频器的输出频率的组合分量大为减少。同二极管平衡混频器的输出频率的组合分量大为减少。同 时，在输入端没有本振角频率时，在输入端没有本振角频率 0 0 及其谐波分量的电压。及其谐波分量的电压。 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社
15、图图 5.7.2 5.7.2 二极管环形混频器二极管环形混频器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.7.3 5.7.3 在本振电压正半周的环形混频器在本振电压正半周的环形混频器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.7.4 5.7.4 在本振电压负半周的环形混频器在本振电压负半周的环形混频器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 提供混频增益的同时，进一步减小输入信号频率提供混频增益的同时，进一步减小输入信号频率 成分。成分。 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 5.8.1 5.8.1 差分对混频器差分对混频器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 图图 5.8.2 5.8.2 模拟乘法器混频器模拟乘法器
