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1、8 参量现象与时变电抗电路,8.1 概述,8.2 参量放大器,8.3 参量混频器,8.4 参量倍频器,8.5 参量自激现象及其消除,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.1 概述,利用器件的非线性电阻特性来实现的。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,非线性电抗,正弦振荡,功率放大,频率变换,优点：功率转换效率高，噪声低。,非线性电抗,非线性电感,非线性电容,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.1 概述,8.2 参量放大器,8.2.1 变容二极管的非线性特性,8.2.2 参量放大的物理过程,8.2.3 非线性电抗元件中的能量关系,8.2.
2、4 参量放大器的特性和运用范围,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.2.1 变容二极管的非线性特性,变容二极管的结电容C（主要是势垒电容）与反向偏置电压（绝对值）之间的关系为,可知，加于变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系。,图 8.2.1 不同值的变容 二极管Cj= f(vR)曲线,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.2.2 参量放大的物理过程,假定回路中的电容器是两块极板可移动的平行板电容器。当两块极板的间距为时，对应的电容量为max；当两块极板的间距为时，对应的电容量为min。,图 8.2.2 说明参量激励的串联回路,高频电子线路（第四版
3、）张肃文主编 高等教育出版社,当电容器上电荷最多的瞬间突然拉开电容器的两块极板（电容突然变小），则外力克服电场力做功而供给电容器的能量最多。反之，当电荷为零的瞬间，突然推拢电容器的两块极板（电容增大恢复到原来值），由于这时电荷为零，电容器不会放出能量。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.2.2 参量放大的物理过程,End,由此可见，要实现参量放大，必须具备两个条件： 1)有一个随时间作周期性变化的电容。 2)“泵源”频率fp是信号频率fs的两倍，且相位要合适。,图 8.2.3 参量激励过程,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.2.2 参量放大的物理过程,8
4、.2.3 非线性电抗元件中的能量关系,将频率为fs 的信号电压和频率fp的泵源电压同时加到理想无损耗的单值非线性电容上，则通过非线性电容的电流不仅有原来频率及它们的各次谐波成分，而且还会有新的组合频率成分,这些组合频率信号之间的能量转换，遵守以下关系：,即所谓门雷罗威关系式，它是研究非线性电容能量转换机理的基本关系式。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,图 8.2.4 参量放大器的实际电路,能量输出,能量输入,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.2.3 非线性电抗元件中的能量关系,End,8.2.4 参量放大器的特性和运用范围,噪声系数很低：常温时，噪
5、声系数约为23dB。,参量放大器的功率增益约为20dB。,参量放大器的频带宽度一般为工作频率的百分之几，采用加宽措施后也可达到10%。,参量放大器的应用范围很广。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.3 参量混频器,8.3.1 参量混频器原理,8.3.2 参量混频器电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.3.1 参量混频器原理,能量输出,能量输入,1）上边带参量混频,图 8.3.1 并联型参量混频器原理图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,2）下边带参量混频,图 8.3.1 并联型参量混频器原理图,能量输出,能量输入,高频电子线路（
6、第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.3.1 参量混频器原理,与电阻性二极管混频器相比，参量混频器的突出优点是：噪声低，动态范围大，组合频率分量少。由于它的动态范围大，组合频率少，因而可以大大减少交调、互调失真，加上宜于采用超外差制式中的高中频方案，有效地抑制镜像频率和中频频率等的干扰，从而能够提高接收机的抗干扰能力。所以，高质量的短波或超短波接收机往往使用参量混频电路。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.3.2 参量混频器电路,End,图 8.3.2 某短波接收机的参量混频电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.3.2 参量混频器电路,8.4 参量倍
7、频器,8.4.1 变容二极管倍频器,8.4.2 晶体三极管倍频器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.4 参量倍频器,丙类倍频器的功率增益很低，输出功率随倍频次数的 增高而迅速下降，但激励功率却大大增加。这些缺点严重 限制了它在甚高频大功率场合的应用。参量倍频器则是适 用于甚高频大功率的较理想方式。晶体管丙类倍频器在倍 频次数不超过时，效率约为1030，一般宜用 于发射机的低电平级。参量倍频器的转换效率（谐波功率 与基波功率之比）很高，在倍频次数为时，转换效 率可高达6070。这种倍频器宜用于米波到分米波段 发射机的输出级，输出功率可达几十瓦。,高频电子线路（第四版）张肃文主
8、编 高等教育出版社,图 8.4.1 并联型变容二极管倍频器,8.4.1 变容二极管倍频器,能量输出,能量输入,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,举例,图 8.4.2 并联型二倍频器电路举例,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.4.1 变容二极管倍频器,8.4.2 晶体三极管倍频器,图 8.4.4 晶体三极管倍频器的原理性电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,举例,图 8.4.5 晶体管参量倍频器电路举例,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.4.2 晶体三极管倍频器,End,图 8.4.6 VCC =30V， Pi =
9、1W， f T=500MHz 晶体管的输出功率与频率关系的实验曲线 n=1 放大状态 n=2 二次倍频 n=3 三次倍频,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.4.2 晶体三极管倍频器,8.5 参量自激现象及其消除,8.5.1 参量自激现象及其危害,8.5.2 参量自激原理和消除参量自激 的方法,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.5.1 参量自激现象及其危害,图 8.5.1 有参量效应时，晶体管放大器的输出波形,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,图 8.5.2 在分谐波参量自激时，晶体管输出电压的波形,高频电子线路（第四版）张肃文主编
10、 高等教育出版社,8.5.1 参量自激现象及其危害,8.5.2 参量自激原理和消除参量自激的方法,讨论晶体管高频功率放大器时，都没有考虑结电容的影响。实际上，由于结电容的非线性，特别是集电结电容C的非线性影响，将引起所谓“参量现象”，或者叫“参量效应”。由上节的讨论已知，C与电压之间的非线性关系使通过C的电流产生谐波，从而使集电极输出电压除了有基波之外，还产生了二次、三次等谐波，以致输出波形失真。,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,8.5.2 参量自激原理和消除参量自激的方法,晶体管的结电容与结电压之间的关系是非线性的，亦即结电
11、容是非线性电容，因而这将引起所谓的参量工作状态。就是说，由于工作电压变化所引起的结电容非线性变化会产生一种能量交换的形式。这种能量交换形式不仅可以表现为放大、混频和倍频等功能，而且在一定条件下，还可以产生自激现象。现仍从门罗关系式出发来分析自激现象产生的原因。,能量输出,能量输入,频率fs的能量通过非线性器件的参量作用，转换成频率为fp和fi的能量。在这种情况下，即使去掉fp信号，能量转换作用仍然存在。这就是非线性电容所引起的一种参量自激现象。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.5.2 参量自激原理和消除参量自激的方法,能量输出,能量输入,倍频自激,参量自激有一个特点，即自
12、激振荡频率与激励信号频率间有确定的关系。当改变信号频率时，自激振荡频率也跟着按比例变化，如二倍频自激就保持严格的二倍关系。反馈型寄生振荡频率则只与电路参数有关，而与信号频率没有关系。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.5.2 参量自激原理和消除参量自激的方法,End,参量自激是晶体管在一定工作条件下特有的现象。在晶体管功率放大器中，往往由于在强激励的条件下，基波电压通过极间电容be的非线性作用产生参量自激，而使放大器的工作不正常。因此，参量自激对于晶体管放大器是有害的。这时产生自激的能源就是电路中的基波。当电路对f及f呈现足够大的阻抗时，就具备了参量自激的条件。,消除或抑制参量自激的措施有：减小激励电压；在基极中串联电阻；降低回路Q值；减小振荡管与回路间的耦合；使回路微量偏调（减小回路电容）；加入高频负反馈电路。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,8.5.2 参量自激原理和消除参量自激的方法,
