清华大学：《通信电路原理》教学资源（PPT课件）第4章 非线性电路及其分析方法 4.3 非线性电路的应用举例（4.3.5 时变参量电路与变频器）

第4章非线性电路 及其分析方法 4.1非线性电路的基本概念与非线性元件 4.1.1非线性电路的基本概念 4.1.2非线性元件 42非线性电路的分析方法 42.1非线性电路与线性电路分析方法的异同点 422非线性电阻电路的近似解析分析 43非线性电路的应用举例 43.1C类谐振功率放大器 432D类和E类功率放大器 4.33倍频器 4.34跨导线性回路与模拟相乘器 43.5时变参量电路与变频器 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 1 笫4章 非线性电路 及其分析方法 4.1 非线性电路的基本概念与非线性元件 4.1.1 非线性电路的基本概念 4.1.2 非线性元件 4.2 非线性电路的分析方法 4.2.1 非线性电路与线性电路分析方法的异同点 4.2.2 非线性电阻电路的近似解析分析 4.3 非线性电路的应用举例 4.3.1 C类谐振功率放大器 4.3.2 D类和E类功率放大器 4.3.3 倍频器 4.3.4 跨导线性回路与模拟相乘器 4.3.5 时变参量电路与变频器

43非线性电路的应用举例 4.3.5时变参量电路与变频器 1、参变电路与常用参变电路类型 2、时变参量线性电路 3、变频电路 4、变频干扰 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 2 4.3 非线性电路的应用举例 4.3.5 时变参量电路与变频器 1、参变电路与常用参变电路类型 2、时变参量线性电路 3、变频电路 4、变频干扰

1、参变电路与常用参变电路类型 定义: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。 0 V() 外加信号是正弦形信号 跨导g虽不是正弦形信号, 但是一个周期性信号。 44 2401年9月-1∠月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 3 1、参变电路与常用参变电路类型 ▪ 定义：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。 i g t 0 t 0 0 ( ) 1 v t g i • 跨导 g 虽不是正弦形信号， 但是一个周期性信号。 • 外加信号是正弦形信号。 ( ) 1 v t

1、参变电路与常用参变电路类型(续1) 分类(由引起参量变化的原因分类) 类是人们有意识地构成的参变电路,例如,后面将要 讨论的变频电路、调幅电路、直接调频振荡器电路等 类是不受人们控制的参变电路。例如:作为移动通信 信道的自由空间,它的延时、衰减等参量不能控制。 常用参变电路:电阻性和电容性参变电路 (1)电阻性参变电路 电阻性参变电路的参量选择为曲线的微分斜率,常用跨导 gm表示。例如:变频电路。 (2)电容性参变电路 电容性参变电路的参量选择为微分电容,即Q-V曲线的微 分斜率。例如,变容二极管的微分电容随加于变容管两端电 压的变化曲线。用于直接调频振荡器电路。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 4 1、参变电路与常用参变电路类型（续1） ▪ 分类（由引起参量变化的原因分类）： • 一类是人们有意识地构成的参变电路，例如，后面将要 讨论的变频电路、调幅电路、直接调频振荡器电路等。 • 一类是不受人们控制的参变电路。例如：作为移动通信 信道的自由空间，它的延时、衰减等参量不能控制。 ▪ 常用参变电路：电阻性和电容性参变电路。 （1）电阻性参变电路 电阻性参变电路的参量选择为曲线的微分斜率，常用跨导 gm 表示。例如：变频电路。 （2）电容性参变电路 电容性参变电路的参量选择为微分电容，即Q-V曲线的微 分斜率。例如，变容二极管的微分电容随加于变容管两端电 压的变化曲线。用于直接调频振荡器电路

2、时变参量线性电路 时变参量线性电路的正常工作状态具有两个输入信号, 个是控制信号,通常为强信号v(t);一个是被处 理信号,通常是弱信号v(t) 对控制信号v()来说,可以看成是一个参量变化的电路。 对被处理信号Va(t)来说,在控制信号为某一瞬时值时 电路所呈现的微分斜率可以认为是常数,在这种情况下 参变电路对于v(t)可以看成是一个参量变化的线性电路 模拟乘法器电路也可看作是时变参量电路的一种。 小=K小小=K小 则K可视为v的时变电压 放大倍数 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 5 2、时变参量线性电路 ▪ 时变参量线性电路的正常工作状态具有两个输入信号， 一个是控制信号，通常为强信号 ；一个是被处 理信号，通常是弱信号 。 ▪ 对被处理信号 来说，在控制信号为某一瞬时值时， 电路所呈现的微分斜率可以认为是常数，在这种情况下， 参变电路对于 可以看成是一个参量变化的线性电路。 ( ) 1 v t ▪ 模拟乘法器电路也可看作是时变参量电路的一种。 o x y y v Kv v K v ' = = 则 可视为 的时变电压 放大倍数。 K' y v v (t) c ( ) 1 v t ▪ 对控制信号 来说，可以看成是一个参量变化的电路。 v (t) c v (t) c

2、时变参量线性电路(续1) v()与?(t) 同时作用 于电路示 意图 B 0 (讲义上册217) ttD 150 2001年9月-12月 6

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 6 2、时变参量线性电路 （续1） 与 同时作用 于电路示 意图 ( ) 1 v t v (t) c （讲义上册217） v v (t) i 0 VB v (t) c ( ) 1 v t 0

3、变频电路 (1)变频电路的工作原理 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,还应 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,在接收机中,习惯 将控制信号称为本地振荡信号或简称本振信号 变频电路有两类:一类是电路中自身产生控制信号; 类需由外部输入控制信号。通常称前者为变频器,后者为 混频器。 当输入信号经过时变参量线性电路后,会产生输入信号 频率与控制信号频率的和频与差频。通常,将输出和频的 变频器称为上变频器,将输出差频的变频器称为下变频器 两种变频器在通信系统中都有应用 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 7 3、变频电路 （1）变频电路的工作原理 ▪ 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，还应 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，在接收机中，习惯 将控制信号称为本地振荡信号或简称本振信号。 ▪ 变频电路有两类：一类是电路中自身产生控制信号；一 类需由外部输入控制信号。通常称前者为变频器，后者为 混频器。 ▪ 当输入信号经过时变参量线性电路后，会产生输入信号 频率与控制信号频率的和频与差频。通常，将输出和频的 变频器称为上变频器，将输出差频的变频器称为下变频器。 两种变频器在通信系统中都有应用

(2)变频电路的主要技术指标 变频增益:变频增益是指变频器的输出信号功率P和 输入信号功率P之比 P 常用分贝表示,即: Gp=101g o(dB) 噪声系数 /N,输入端高频信号噪声功率比 F S/N输出端中频信号噪声功率比 由于接收机整机噪声系数主要取决于前级电路的噪声性 能,特别是在没有高频放大器的情况下,变频电路的噪 声系数对整机影响较大 变频失真:变频电路的输出信号频率和输入信号频率是不 相同的。在变频过程中还可能产生失真,后面分析。 工作稳定性:是指控制信号(本振信号)频率稳定度。 思考题:增益和工作稳定性在变频器和放大器中有何不同? 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 8 （2）变频电路的主要技术指标 ▪ 变频增益：变频增益是指变频器的输出信号功率 和 输入信号功率 之比。 常用分贝表示，即： Po Pi 10lg (dB) P P G i o P = ▪ 噪声系数： 输出端中频信号噪声功率比 输入端高频信号噪声功率比 = = o o i i n S N S N F / / 由于接收机整机噪声系数主要取决于前级电路的噪声性 能，特别是在没有高频放大器的情况下，变频电路的噪 声系数对整机影响较大。 ▪ 变频失真：变频电路的输出信号频率和输入信号频率是不 相同的。在变频过程中还可能产生失真，后面分析。 ▪ 工作稳定性：是指控制信号（本振信号）频率稳定度。 思考题：增益和工作稳定性在变频器和放大器中有何不同？

(3)常用变频电路举例 ①三极管混频器 下图所示是常用三极管混频器的几种基本形式。电路的共 同特点是利用三极管转移特性的非线性实现频率变换的。 f f 2001年9月-12月 (c)《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 9 （3）常用变频电路举例 ① 三极管混频器 ▪ 下图所示是常用三极管混频器的几种基本形式。电路的共 同特点是利用三极管转移特性的非线性实现频率变换的。 c v 1 v i f c v 1 v i f c v 1 v i f c v 1 v i f (a) (b) (c) (d)

①三极管混频器(续1) 变频跨导示意图 0 (t) 2401年9月-1∠月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 10 ① 三极管混频器（续1） ▪ 变频跨导示意图 i g t 0 t 0 0 ( ) 1 v t g i ( ) 1 v t