通信电路(第四版)第5章频率变换电路的特点及分析方法.ppt

由于K1(ω1t)中包含直流分量和ω1的奇次谐波分量, 所以上式iC中含有直流分量、ω1的偶次谐波分量、ω2分量以及|±(2n-1)ω1±ω2|分量(n=1, 2, …)。与式(5.3.4)比较, iC中的组合频率分量进一步减少, 但有用的和频及差频|±ω1±ω2|仍然存在。 利用单向开关函数表达式, 参照图5.3.2, 此时的集电极电流 (5.3.6) 例 5.4 在图5.3.4所示差分对管中, 恒流源I0与控制电压u2是线性关系, 有I0=A+Bu2, A、B均为常数, 分析差分对管输出电流i=iC1-iC2中的频率分量。已知u1=Um1cosω1t,u2=Um2cosω2t。 解：根据晶体三极管转移特性的指数函数表达式,当其工作在放大区时分别写出 其中Ies是发射极反向饱和电流。因为 故 同理可得 图5.3.4　例5.4图 所以 (5.3.7) 　　根据以上分析，差分电路输出电流可用双曲正切函数逼近, 在本题中， 可写成 　　 其中双曲正切函数定义为 图 5.3.5　　　　与u的关系 可见, 此时输出电流中仅有ω1以及ω1，ω2的和频与差频。 当x＞５时, 趋近于周期性方波, 可近似用图5.3.6所示的双向开关函数K2(ω1t)表示: (5.3.8) 令 当 ，有近似公式 所以，当u1较小时 所以, 当u1较大时(Um1＞260 mV): i≈(A+BUm2cosω2t)K2(ω1t) (5.3.9) (5.3.10) 由于K2(ω1t)中仅有ω1的奇次谐波分量, 所以此时输出电流中含有ω1的奇次谐波分量以及|±(2n-1)ω1±ω2|分量(n=1, 2, 3, …)。 图 5.3.6 双向开关函数 第6章与第7章将要介绍的调制、解调与混频电路是通信系统中的重要组成部分。从频域的角度来看, 它们都被称为频率变换电路, 属于非线性电路范畴。本章作为学习这两章的入门, 介绍了以下基础知识: (1) 频率变换电路的输出能够产生输入信号中没有的频率分量。频率变换功能必须由非线性元器件实现, 所以非线性元器件特性分析是频率变换电路分析的基础。 5.4 章末小结 (2) 非线性元器件的特性分析建立在函数逼近的基础上。 一般可采用超越函数(如指数函数、 双曲函数等)、 折线函数或幂级数来逼近, 但要注意工作信号大小不同或偏置电压不同时, 适用的函数可能不一样。 (3) 当输入是单一交流信号时, 晶体管的输出是输入信号频率的各次谐波；当输入是两个交流信号迭加时, 晶体管的输出是输入两信号频率的各次谐波的组合分量。然而, 实际频率变换电路要求产生的频率分量或组合分量只是其中极少数。所以, 需要采取一些措施来减少或抑制输出频率中的无用组合分量。 其中, 以差分电路为代表的平衡电路可抵消很大一部分无用频率分量, 工作在线性时变状态(开关状态是其中一个特例)的晶体管也可使输出无用频率分量大大减少。 第5章 频率变换电路的特点及分析方法 ５.１ 概述 ５.２ 非线性元器件频率变换特性的分析方法 ５.３ 频率变换电路的特点与非线性失真分析 ５.４ 章末小结 第5章 频率变换电路的特点及分析方法 5.1 概 述 本书第2章与第3章分别介绍的小信号放大电路与功率放大电路均为线性放大电路。线性放大电路的特点是其输出信号与输入信号具有某种特定的线性关系。从时域上讲, 输出信号波形与输入信号波形相同, 只是在幅度上进行了放大； 从频域上讲, 输出信号的频率分量与输入信号的频率分量相同。 然而, 在通信系统和其它一些电子设备中, 需要一些能实现频率变换的电路。这些电路的特点是其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, 即发生了频率分量的变换, 故称为频率变换电路。 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。在高频电子线路里, 常用的非线性元器件有非线性电阻性元器件和非线性电容性元器件。前者在电压—电流平面上具有非线性的伏安特性。如不考虑晶体管的电抗效应, 它的输入特性、转移特性和输出特性均具有非线性的伏安特性, 所以晶体管可视为非线性电阻性器件。后者在电荷—电压平面上具有非线性的库伏特性。如第4章介绍的变容二极管就是一种常用的非线性电容性器件。 虽然在线性放大电路里也使用了晶体管这一非线性器件, 但是必须采取一些措施来尽量避免或消除它的非线性效应或频率变换效应, 而主要利用它的电流放大作用。 例如, 使小信号放大电