[信息与通信]第五章 频谱的线性搬移电路08.ppt

第5章 频谱的线性搬移电路 5.1 非线性电路的分析方法 5.2 二极管电路 5.3 差分对电路 5.4 其它频谱线性搬移电路 振幅调制与解调、混频、角度调制与解调等电路是通信 系统的基本组成电路，它们的共同特点是将输入信号进行频 谱变换，以获得具有所需频谱的输出信号。 这类电路都属于频谱变换电路。 非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相 乘的作用产生与输入信号波形的频率不同的信号。 2. 信号频谱的非线性变换 (频谱的非线性搬移) 所谓频谱的非线性搬移即频率变换前后，信号的频谱结构发生变换，不是简单的频谱搬谱过程。如第7章将要讲述的角度调制与解调过程。 图 (b) 非线性频率变换图 非线性电路的基本概念与非线性器件 常用的无线电元器件有：线性元件、非线性器件 线性元件的主要特点是元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关。例如，通常大量应用的电阻、电容和空心电感都是线性元件。 线性元件的工作特性符合直线性关系，例如，线性电阻的特性符合欧姆定律，即它的伏安特性是一条直线，如图所示。 与线性电阻不同，非线性 器件的伏安特性曲线不是直线。 例如，半导体二极管是一非线 性器件，加在其上的电压v 与通过其中的电流i不成正比关 系(即不满足欧姆定律)。它的伏 安特性曲线如图所示，其正 向工作特性按指数规律变化，反 向工作特性离横轴非常近。 非线性器件的频率变换作用 如图所示半导体二 极管的伏安特性曲线。当某 一频率的正弦电压作用于该 二极管时，根据v(t)的波形 和二极管的伏安特性曲线， 即可用作图的方法求出通过 二极管的电流i (t)的波形。 显然，它已不是正弦波形(但它仍然是一个周期性函 数)。所以非线性器件上的电压和电流的波形是不相同的。 v = Vm sin ? t (2-2-1) 如果将电流i (t)用傅里叶级数展开，可以发现，它的频 谱中除包含电压v (t)的频率成分? (即基波)外，还产生了? 的各次谐波及直流成分。也就是说，半导体二极管具有频率 变换的能力。 一个器件究竟是线性还是非线性是相对的。线性和非线性的划分，很大程度上决定于器件静态工作点及动态工作范围。当器件在某一特定条件下工作，若其响应中的非线性效应小到可以忽略的程度时，则可认为此器件是线性的。但是，当动态范围变大，以至非线性效应占据主导地位时，此器件就应视为非线性的。例如，当输入信号为小信号时，晶体管可以看成是线性器件，因而允许用线性四端网络等之，用一般线性系统分析方法分析其性能；但是，当输入信号逐渐增大，以至于使其动态工作点延伸至饱和区或截止区时，晶体管就表现出与其在小信号状态下极不相同的性质，这时就应把晶体管看作非线性器件。 广义地说，器件的非线性是绝对的，而其线性是相对的。线性状态只是非线性状态的一种近似或一种特例而已。 若vi1(t)和vi2(t)分别代表两个输入信号，vo1(t)和vo2(t)分 别代表相应的输出信号，即 vo1(t)= f[vi1(t)]，vo2(t)= f[vi2(t)]，这里f表示函数关系。 若满足vo1(t)+ vo2(t)= f[vi1(t)+vi2(t)]，则称为具有叠加性。 若满足avo1(t)= f[avi1(t)]，avo2(t)= f [avi2(t)]，则称为具有 均匀性，这里a是常数。 若同时具有叠加性和均匀性，即a1*f[vi1(t)]+a2*f[vi2(t)]=f[a1*vi1(t)+a2*vi2(t)]， 则称函数关系f所描述的系统为线性系统。 如图所示是一个线性电阻与二极管组成的非线性电路。