频滤变换电路的特点及分析方法(学时+丙类习题学时)精要.ppt

第5章 频率变换电路的特点及分析方法 5.1概述 线性电路（线性元件组成）:不产生新的频率分量 线性电路的例子：小信号放大电路、滤波电路 非线性电路：输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频率分量（含有非线性元件） 例子：丙类功放、调幅、混频、检波、调频、鉴频电路等 频率变换电路要求产生新的频率分量，所以是非线性电路 频率变换电路属于非线性电路, 其频率变换功能应由非线性元器件产生 线性频率变换电路和非线性频率变换电路 频率变换电路又分为线性频率变换电路和非线性频率变换电路，它们的区别是： 线性频率变换电路只进行频率搬移，不改变频谱的形状（如调幅、检波、混频电路） 非线性频率变换电路则要改变频谱的形状（如调频、鉴频电路） 非线性元件的例子：工作在非线性区的二极管、三极管、场效应管、变容二极管 5.2 非线性元器件频率变换特性的分析方法 5.2.1指数函数分析法 晶体二极管的正向伏安特性可用指数函数描述为: 式中UT≈26mV(当T=300K时) 此方法仅适合小信号，大信号时误差较大。 利用指数函数的幂级数展开式 若u=UQ+Uscosωst，则： 输出电流的频率分量可表示为： ωo= nωs , n=0, 1, 2, … 由于指数函数是一种超越函数, 所以又称超越函数分析法 5.2.2折线函数分析法 丙类功放的分析就是采用折线来近似描述晶体管的转移特性，完成分析的，此方法适合晶体管的大信号分析 丙类功放的近视计算 5.2.3幂级数分析法 假设晶体二极管的非线性伏安特性可用函数 i=f(u) 此函数是一条连续曲线，如在自变量u的某一点处(例如静态工作点UQ存在各阶导数, 则电流i可以在该点附近展开为泰勒级数: 当输入电压为： 输出电流为： 其中的频率分量： ωo= nωs , n=0, 1, 2, … 例 5.1 已知结型场效应管的转移特性可用平方律函数表示，试分析它的频率变换特性 例 5.3 已知晶体管基极输入电压为uB=UQ+u1+u2, 其中u1=Um1cosω1t, u2=Um2cosω2t, 求晶体管集电极输出电流中的频率分量。 解：晶体管转移特性为iC=f(uB), 用幂级数法将其在UQ处展开： iC=a0+a1(u1+u2)+a2(u1+u2)2+…+an(u1+u2)n+…  将u1=Um1cosω1t, u2=Um2cos ω2t 代入上式, 然后对各项进行三角函数变换, 则可以求得iC中频率分量的表达式  ωo=|±pω1±qω2| p、q=0, 1, 2, … 结论：当两个不同频率的信号同时加到非线性元件的输入端，其产生的输出中将包含两个频率的各次谐波及各次谐波的组合 5.3 频率变换电路的要求与实现方法 5.3.1频率变换电路的分类与要求 线性频率变换电路（又称频谱搬移电路） ωo=nωs(如倍频电路)、ωo=ω1±ω2(如调幅电路、 检波电路和混频电路) 非线性频率变换电路 调频电路与鉴频电路（频谱发生非线性变换） 减少输出信号中无用的组合频率分量 减少无用的组合频率分量组合的措施 采用具有平方律特性的场效应管代替晶体管 当输入是单频信号时, 场效应管的输出频谱中无二次以上的谐波分量。 如果输入信号包含两个频率分量ω1和ω2, 输出信号频谱中将只有0, ω1, ω2, ω1±ω2, 2ω1和2ω2 几个分量 采用多个晶体管组成平衡电路, 抵消一部分无用组合频率分量 使晶体管工作在线性时变状态或开关状态, 可以大量减少无用的组合频率分量 采用滤波器来滤除不需要的频率分量 5.3.2线性时变工作状态 若两个不同频率的交流信号同时输入晶体管： 输出信号的频率成分：ωo=|±pω1±qω2| p、q=0, 1, 2, … 如果其中一个交流信号的振幅远远小于另一个交流信号的振幅，如u2u1，结果如何？ u2u1, 则可以认为晶体管的工作状态主要由UQ与u1决定, 若在交变工作点(UQ+u1)处将输出电流iC展开为幂级数, 可以得到： 因为u2很小, 忽略u2的二次及以上各次谐波分量, 得： 当信号u1和u2同时加到非线性元件的输入端时，如u2u1，则可以用小信号u2线性表示输出，只不过表示式中的参数是由u1控制并随时间变化的。此种状态称为线性时变状态 当u2u1时，称电路满足线性时变工作的条件： I0(t)与g(t)均是与u2无关的参数, 故iC与u2可看成一种线性关系, 但是I0(t)与g