[物理]07第四章时变参量电路.ppt

通信电路原理 第四章 非线性电路及其分析 （二）模拟相乘器、变频器 非线性电路分析 4.1 非线性电路的基本概念 4.2 非线性元件 4.3 非线性电路的分析方法 4.4 功率放大器 4.5 模拟相乘器 4.6 变频器 4.5 模拟相乘器 4.5.1 模拟相乘器的基本概念 4.5.2 差分对模拟相乘器电路 4.5.3 模拟相乘器的功能和应用 4.5.1 模拟相乘器的基本概念 模拟相乘器是完成两个模拟信号瞬时值相乘功能的电路或器件 线性与非线性 模拟相乘器本质上是一个非线性器件 产生了新的频率分量 模拟相乘器可以做为线性器件和时变参量器件 如果其中一个输入为直流，则可视为线性器件 如果其中一个输入为控制信号，则可视为是时变参量器件 四象限工作 4.5.2 差分对模拟相乘器电路 差分对电流关系 单差分对相乘电路 小信号输入 当输入为小信号时，输出中出现相乘项 同时，也存在非相乘项 大信号输入 当输入为大信号时，双曲正切被余弦信号激励后，成为双向开关信号 双差分对相乘器 吉尔伯特（Gilbert）乘法器单元电路，是大多数集成相乘器的核心部分 利用双差分对，将单差分对中出现的非相乘项消除，以获得理想的相乘器功能 对该电路进一步的改进，可以扩展两个输入信号的线性输入范围 两个输入均为小信号 实现了两个输入电压的线性相乘 输出电压中仅含有?X??Y频率分量 动态范围太小 增益系数和温度T有关 一个大信号，一个小信号 大信号使得晶体管工作于开关状态 作为混频器，其输出电压大小与大信号的幅度无关，与小信号成正比 小信号的线性范围很小 两个输入均为大信号 两个输入的差分对管均处于开关状态 输出电压与两个输入信号的幅度均无关，输出电流中含有?X和?Y的各奇次谐波组合频率分量(2m-1)?X ?(2n-1)?Y，其中， ?X??Y为vX和vY相乘的频率分量 通用型相乘器 作为通用相乘器，Gilbert相乘器有如下缺点 小信号输入动态范围小 电路的温度稳定性差 为了克服上述缺点，需要在电路上采取措施 线性电压-电流变换 反双曲正切函数变换 用电阻负反馈实现线性电压-电流变换 电阻负反馈的等价形式 反双曲正切函数变换 4.5.3 模拟相乘器的功能 相乘产生和差频 混频、调制、解调、倍频 还可实现乘、除、平方、开方等运算功能 模拟相乘器的应用 广泛应用于通信电路系统，实现调幅，检波和混频功能 两个余弦信号相乘，可以得到和频和差频 相乘器也可用环行二极管电路完成 模拟相乘器可以被视为是时变参量电路的一种 4.6 变频器 4.6.1 时变参量电路 4.6.2 时变参量线性电路 4.6.3 变频电路 4.6.4 变频干扰 4.6.1 时变参量电路 若电路中仅有一个参量受外加信号的控制而按一定规律变化时，称这种电路为参变电路，外加信号为控制信号。 时变参量电路类型 由引起参量变化的原因分类 人为构成的可控的参变电路：变频器 自然因素引起的不可控参变电路：作为信道的自由空间，其延时、衰减受自然界多种因素影响而不可控 常用参变电路 电阻性参变电路：参变量为微分电导（跨导） 电容性参变电路：参变量为微分电容 4.6.2 时变参量线性电路 如果一个弱信号加在一个强的控制信号之上，对于弱信号而言，在控制信号的某一个瞬时值，电路所呈现的微分斜率可以认为是常数，此时，参变电路对于弱信号而言，可以看成是一个参量变化的线性电路。因为控制信号是时变信号，因此称之为时变参量线性电路 模拟相乘器可以被视为是一个时变参量线性电路 4.6.3 变频电路 变频电路是实现信号频谱线性变换的一种电路，它完成频谱在频率轴上的搬移 作为时变参量线性电路，在工作时，除输入信号外，还有一控制信号 在变频电路中，输入信号通常为一窄带信号，控制信号通常为一单频正弦信号。通信系统中，习惯将控制信号称为本地振荡信号或简称本振信号 如果控制信号（本振信号）是由外部输入（非本身产生），则称该变频电路为混频器 变频器（混频器）将产生输入信号频率与控制信号频率的和频与差频，取其一为输出信号 输出信号频率小于输入信号频率，称为下变频器（取差频）；输出信号频率大于输入信号频率，称为上变频器（取和频） 变频电路的主要技术指标（1） 变频增益（大） 变频器输出信号功率和输入信号功率之比，通常用dB数表示 混频器分为有源混频器和无源混频器两种 无源混频器通常用二极管构成，其变频增益小于1，即存在变频损耗。 但其线性范围大，速度快（适用频率高） 有源混频器通常由晶体管或场效应管构成，其变频增益大于1，因此可以降低混频以后各级噪声对接收机总噪声的影响 变频电路的主要技术指标（2） 噪声系数（小） 变频器噪声系数定义为输入端（高频）信号的信噪比与输出端（中频）信号的信噪比之比