通信电路原理 第6章课件

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1、第六章 非线性电路分析方法,6-1 概述1 6-2 模拟乘法器的分析3 6-3 非线性电路分析方法1,重点： 初步完成线性电路分析方法到非线性电路分析方法的思维转换过程。 掌握利用非线性电路可对信号进行放大和各种频率变换的基本情况。 掌握几种常用的非线性电路分析方法： 幂级数分析方法、时变参量分析法、 折线分析法、 开关函数分析法。 理解模拟乘法器的分析和应用。 难点： 掌握非线性电路分析方法。,6-1概述 1,一、通信系统中的信号变换 通信系统中非线性电路的共同特点： 可产生新的频率分量,例如： 非线性电路 原频率(输入) 新的频率分量(输出) 倍频器 fo 2fo, 3fo, 调幅器 fo

2、, F fo, foF (AM) fo F (DSB) 调频器 fo, F fo, fonF 混(变)频器 fo, fL fL -fo或 fL+fo ( fi ) 检波器 (AM) fo, foF F (DSB) foF F 鉴频器 fo , fonF F,二、频率变换的实现,频率变换(乘法器)框图(图6-1 p189),1倍频 (2倍) 令：v1= v2=Vmcosot 则：v3= KV m2 cos2ot = (KV m2) (1+ cos2ot) / 2 故：经带通滤波器（f o=2fo , B越小越好) v = (KV m2) (cos2ot) / 2 演示,2平衡调幅 (DSB) 令

3、：v1= Vcmcosot v2= Vmcost (o) 则：v3= Kv1v2= KVcmVmcosotcost = (1/2)KVcmVmcos(o+)t +(1/2)KVcmVmcos(o-)t 故：经带通滤波器（fo, B =2F ) vDSB= v3 单边带信号: 令：(1/2)KVcmVm =Vm 经带通滤波器（fUSB, B =F ) 上边带 vUSB= Vmcos(o+)t 经带通滤波器（fLSB, B =F ) 下边带 vLSB = Vmcos(o-)t 演示,令：v1= cosot (o) v2= Vcm+Vmcost = Vcm(1+mcost) 则：v3= Kv1v2=

4、 KVcm(1+mcost)cosot = KVcmcosot 载频 + (1/2)KVcmmcos(o+)t 上边带 + (1/2)KVcmmcos(o -)t 下边带 故：经带通滤波器（fo , B = 2F ) vAM= v3,3普通调幅 (AM),实现AM的另一种方法(图6-2 p190),演示,4同步检波 令：v1=Vcm(1+mcost)cosot (o) v2=Vcmcosot （本地参考信号） 则：v3= Kv1v2=KVcm2(1+mcost)cos2ot = KVcm2(1+mcost)1/2(1+ cos2ot) = (K/2)Vcm21+mcost+cos2ot +mc

5、ostcos2ot 故：经低通滤波器 ( fH=F, B =F ) , 并隔直后: v = (K/2)Vcm2mcost 演示,5混频 令：v1=Vcm(1+mcost)cosot 演示 v2= VLm cosLt (本地参考信号） (o 和L 均为高频信号) 则：v3= Kv1v2 = KVcmVLm(1+mcost)cosot cosLt = (K/2)Vcm VLm(1+mcost)cos(o+L)t + (K/2)Vcm VLm(1+mcost)cos(o-L)t 经带通滤波器（fo=fo+ fL, B =2F) v上混频=(K/2)Vcm VLm (1+mcost)cos(o+L)t

6、 经带通滤波器（fo= fo- fL , B =2F) v下混频=(K/2)Vcm VLm (1+mcost)cos(o-L)t,6-2 模拟乘法器的分析3,一、概述 1模拟乘法器符号 (图6-3 p192) 2传输特性方程 v = Kv1v2 3理想乘法器 （1）v 的瞬时值v1v2 ； （2）v1，v2的波形、幅度、级性、频率均任意； （3）v1 = v2 = 0时 ，v = 0 。,4.输入信号极性限制 二象限乘法器： 四象限乘法器： 两输入信号中， （吉尔伯特乘法器） 一个为单级性， 两输入信号均为极性任意。 另一个极性任意。,讨论： (1)四象限乘法器 v1=v2=0时，v 0 (2

7、)vo仍与VT有关（受温度影响）； (3)应用广泛：同步解调、调幅、混频、鉴相等 高频非线性电路。,6-3 非线性电路分析方法,线性电路中： 各元器件参量均近似为常量。 可采用等效电路分析计算电路指标。 非线性电路中： 各元器件参数均呈非线性,参量不再为常量。 可采用以下四种方法分析计算:,幂级数分析法 （小信号） 时变参量分析法 （一大一小信号） 折线分析法 （大信号） 开关函数分析法 （大于开关电压的大信号）,一、幂级数分析法,用于小信号检波、小信号调幅等方面。 例：二极管（非线性器件） 二极管电路及特性 (图6-10 p199),1.基于幂级数的线性近似 (图6-11 p200),(1)

8、B点：Vo 处展为幂级数,(2)A点： 工作点在曲线上的非线性部分, 若输入信号足够小，也可近似为线性。 即：icIco+gmvbe gm反映vbeic的转移情况 即： 线性是非线性的一个特例,同样： 在B点，信号较小时，输入和输出的关系也可以近似为线性。,2.非线性分析,(1)外加单频信号 v =V o+Vcost 忽略高次项, 取前四项,(2) 外加两个频率1、2信号分量,忽略高次项, 取前四项。增加了 (12)、(212)、(122) 等组合谐波频率分量。,讨论： (1)输出含有基波分量(输入信号)、非线性作用 产生的高次谐波和组合频率分量。 可实现倍频、混频、小信号调幅等。 (2)高次

9、谐波的振幅与高次幂的有关。 (3)直流分量与输入信号的振幅平方成正比。 故：小信号检波称为平方率检波。 (4)乘法器作用下，组合分量成对出现。,3.参数的求取（某些器件可查表）,例：参数的求取 (图6-12 p201),讨论： (1)展开项越多(取点多),方程与曲线越接近。 (2)可通过改变工作点或输入信号幅度,来调 整(曲线)。,二、时变参量分析法（用于调幅、混频等）,两输入信号幅度相差很大时。 例如：晶体管混频器 大信号：100200mv 小信号：几mv 原理： 大信号作为器件的附加偏置,使器件的参量 受大信号控制周期性变化(成为时变参量)。 小信号在各点瞬时值近似为线性。 故称为：时变参

10、量的线性电路。,时变参量的信号变化 (图6-13 p203) 输入： v =V Q + vL(大） + v S（小） =V Q+ VLmcosLmt +VSmcosst =V Q ( t ) +VSmcosst 时变VQ vS很小, 幂级数展开时可 忽略二次幂以上各项。,输出： i = f (v) = f (V Q) + f (V Q)vs =f(VQ+VLcosLt) +f(VQ+VLcosLt)VLcosSt,在可变点V Q处付氏级数展开: 集电极电流: f(V Q)=Io+I1cosLt+I2cos2Lt+. 斜率: f (V Q)=go+g1cosLt+g2cos2Lt+. f(V Q

11、)和 f (V Q)均为L的周期函数 代入： i = f (VQ)+f (VQ)vs (Io+ I1cosLt + I2cos2Lt +.)+ (go+ g1cosLt + g2cos2Lt+.)VsmcosSt 含有乘积项：g1cosLtVsmcosSt,三、折线分析法(高频功放、大信号调幅和检波等),对于晶体二极管、三极管,当vs0.5V(较大)时, 采用幂级数法，误差增加, 要求级数项数多。 折线分析法： (1)以一条或多条直线近似； (2)仅对大信号工作适用 (小信号时失真大)。,非线性特性的折线化 (图6-14 p204),折线方程：(两条直线),讨论： （1）波形关系 导通角 工作

12、点 = 90o VD处 乙类线性运用 90o VD 之右 甲乙类运用 (表7-1 p210),VD：导通电压（截止、开启、阀压） g ：跨导（直线BC的斜率）,(表7-1 p210),注意：丙类运用情况 90o 输出 i 的波形是余弦脉冲(失真),输入、 输出信 号波形 (图6-15 p204),丙类运用 90o时： 令：跨导为g，输入 v =Vcos1t+VQ 求导： 导通角 Im 脉冲振幅 In 各次谐波电流（n=0,1,.), 导通角 由 (图6-15 p204),VD-VQ=Vmcos 则：cos=(VD-VQ)/Vm 故：=arccos (VD-VQ)/Vm , 脉冲振幅 Im Im

13、= g Vm- (VD-VQ) = g Vm-Vmcos = gVm1-cos, 脉冲振幅 Im Im= g Vm- (VD-VQ) = g Vm-Vmcos = gVm1-cos 各次谐波电流 In (n=0,1,.) Io = Imo() 直流 I1 = Im1() 基波 . In = Imn() n次谐波, n() 和1()/o()曲线 (图6-16 p206),讨论： 次数n, 谐波振幅； 不同次分量在不同处，取值不同 例：=90o时，1=0.5,2=0.2,3= 0 在100o140o间，1最大 60o ，2最大（2倍频） 40o ，3最大（3倍频）,四、开关函数分析法,（高电平调幅

14、、大信号鉴相等） 两信号幅度均很大或一个很大 对晶体管 信号幅度0.7V几V, 晶体管工作于开关状态。开关型非线性电路模型(图6-17 p206),S(t)：0, 1交替、幅度很大、频率为o S(t)的付氏级数展开： S(t)=1/2+(2/)cosot-(2/3)cos3ot+. S(t-T/2)=1/2-(2/)cosot+(2/3)cos3ot-. S(t)=1时 v=v1 S(t)=0时 v=0 则： v(t) = v1(t) S(t) = v1(t)1/2+(2/)cosot -(2/3)cos3ot+. 含有乘积项：v1(t)cosot,例： (1)开关型平衡调幅 调制信号：v1(

15、t)=Vmcost 载频信号：S (t) (开关函数) 相乘后，式中含有： v1(t)(2/) cosot =V/cos(o+)t+cos(o-)t 经带通滤波器（fo, B=2F)滤出。 (2)调幅信号的同步检波 v1(t)为已调幅信号，s (t)为本地载波信号 相乘后,经低通滤波器( fH=B=fmax)滤出调制信号,第六章 小结,6-1 概述1 非线性电路的共同特点：可产生新的频率分量 乘法器实现5种非线性电路： 倍频 、平衡调幅 、普通调幅 、同步检波 、混频 6-2 模拟乘法器的分析3 理解乘法器功能 6-3 非线性电路分析方法1 幂级数分析法 ：输入信号幅度很小时 时变参量分析法 ：两输入信号幅度相差很大时 折线分析法 ：输入信号幅度较大时 开关函数分析法 ：输入信号幅度很大时,END,