1、高頻電子線路第五章第五章 頻譜的線性搬移電路頻譜的線性搬移電路5.1 5.1 非線性電路的分析方法非線性電路的分析方法 5.2 5.2 二極管電路二極管電路5.3 5.3 差分對(duì)電路差分對(duì)電路5.4 5.4 其他頻譜線性搬移電路其他頻譜線性搬移電路高頻電子線路頻譜的搬移頻譜的搬移0f( a)0ffc0f( b)0ffc 頻譜的線性搬移：頻譜的線性搬移：搬移前后的頻譜結(jié)構(gòu)搬移前后的頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，只是在頻域上作簡(jiǎn)單的移動(dòng)。不發(fā)生變化，只是在頻域上作簡(jiǎn)單的移動(dòng)。如調(diào)幅及其解調(diào)、混頻等。如調(diào)幅及其解調(diào)、混頻等。高頻電子線路頻譜的搬移頻譜的搬移0f( a)0ffc0f( b)0ffc 頻譜的非線性

2、搬移：頻譜的非線性搬移：輸入信號(hào)的頻譜不輸入信號(hào)的頻譜不僅在頻域上搬移，而且頻譜結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變僅在頻域上搬移，而且頻譜結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。如調(diào)頻、調(diào)相及其解調(diào)等。化。如調(diào)頻、調(diào)相及其解調(diào)等。高頻電子線路頻譜的搬移頻譜的搬移0f( a)0ffc0f( b)0ffc0f( a)0ffc0f( b)0ffc 在頻譜的搬移電路中，輸出信號(hào)的頻率在頻譜的搬移電路中，輸出信號(hào)的頻率分量大多數(shù)情況下是輸入信號(hào)中沒(méi)有的，因分量大多數(shù)情況下是輸入信號(hào)中沒(méi)有的，因此此必須用非線性電路來(lái)完成必須用非線性電路來(lái)完成。（模電中的（模電中的“非線性失真非線性失真”概念！）概念！）高頻電子線路5.1 5.1 非線性電路的分析

3、方法非線性電路的分析方法* * * * 第五章第五章 頻譜的線性搬移電路頻譜的線性搬移電路高頻電子線路線性元件和非線性元件線性元件和非線性元件n 線性元件線性元件：元件的參數(shù)與加于元件兩端的電壓或電流大小：元件的參數(shù)與加于元件兩端的電壓或電流大小無(wú)關(guān)。例如：無(wú)關(guān)。例如：R R，L L，C C。0(1)jCCuuEbeIr26)1 (200高頻電子線路1 1、工作特性的非線性、工作特性的非線性n 常用的非線性器件有半導(dǎo)體二極管、雙極型半導(dǎo)體三極常用的非線性器件有半導(dǎo)體二極管、雙極型半導(dǎo)體三極管、各類場(chǎng)效應(yīng)管和變?nèi)荻O管等，它們的特性曲線是非管、各類場(chǎng)效應(yīng)管和變?nèi)荻O管等，它們的特性曲線是非線性的

4、。線性的。n 非線性器件有多種含義非線性器件有多種含義不同的參數(shù)，且參數(shù)的值與不同的參數(shù)，且參數(shù)的值與加于元件兩端的電壓或電流加于元件兩端的電壓或電流大小有關(guān)。大小有關(guān)。 非線性器件的特點(diǎn)非線性器件的特點(diǎn)高頻電子線路非線性器件的特點(diǎn)非線性器件的特點(diǎn)2 2、不滿足疊加原理、不滿足疊加原理tVtVvvvmm221121sinsin222112)sinsin(tVtVkkvimm2222112221)sin()sin(tVktVkkvkvimm二者不同！二者不同！（如果（如果iviv之間是之間是線性關(guān)系線性關(guān)系？）？）高頻電子線路( (一一) ) 非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法

5、高頻電子線路非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 非線性器件的伏安特性非線性器件的伏安特性,可用下面的非線性函數(shù)來(lái)可用下面的非線性函數(shù)來(lái)表示表示: 式中式中u為加在非線性器件上的電壓。一般情況下為加在非線性器件上的電壓。一般情況下, uEQ+u1+u2,其中其中EQ為靜態(tài)工作點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn),u1和和u2為兩個(gè)輸入為兩個(gè)輸入電壓。電壓。 ( )if u(51) 高頻電子線路用泰勒級(jí)數(shù)將式（用泰勒級(jí)數(shù)將式（51）展開(kāi)）展開(kāi),可得可得2011221212120()()()()nnnnniaa uua uua uua uu(52) 非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法式

6、中式中 an（n=0,1,2,）為各次方項(xiàng)的系數(shù)）為各次方項(xiàng)的系數(shù),由下式確定由下式確定:1212012001()1()!()QnnnuEQnnnmnmmnmnmnmmnnmmdfuafEndunuuCuuiaCuu(53) 高頻電子線路非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 先分析一種最簡(jiǎn)單的情況。令先分析一種最簡(jiǎn)單的情況。令u2=0,即只有一個(gè)輸入即只有一個(gè)輸入信號(hào)信號(hào),且令且令u1U1cos1t,代入式（代入式（52）,有有1110012/ 201(1 )210c o s1c o s (2)2c o s1c o s (2)2nnnnnnmknnnknnknnkiauaUnt

7、CCnkxxCnkx1110012/201( 1 )210c o s1c o s ( 2)2c o s1c o s ( 2)2nnnnnnmknnnknnknnkiauaU ntCC n kxxC n kx n110cosnnnibUnt(58) (56) 利用三角變換，變?yōu)槔萌亲儞Q，變?yōu)?可見(jiàn)，輸出信號(hào)中出現(xiàn)了輸入信號(hào)頻率的基波及各次可見(jiàn)，輸出信號(hào)中出現(xiàn)了輸入信號(hào)頻率的基波及各次諧波分量。諧波分量。高頻電子線路非線性器 件濾波器u1uou2非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 從上面分析可見(jiàn)，只有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，只能獲得從上面分析可見(jiàn)，只有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，只能獲得該信號(hào)頻

8、率的基波及其諧波分量，不能獲得任意頻率該信號(hào)頻率的基波及其諧波分量，不能獲得任意頻率的信號(hào)，若要實(shí)現(xiàn)頻譜在頻域上的任意搬移，還需要的信號(hào)，若要實(shí)現(xiàn)頻譜在頻域上的任意搬移，還需要另外一個(gè)頻率的信號(hào)。另外一個(gè)頻率的信號(hào)。高頻電子線路非線性器 件濾波器u1uou2非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 當(dāng)兩個(gè)信號(hào)當(dāng)兩個(gè)信號(hào)u1、u2作用于非線性器件時(shí)，存在著大作用于非線性器件時(shí)，存在著大量的量的乘積項(xiàng)乘積項(xiàng) （關(guān)鍵是特性的二次方項(xiàng)產(chǎn)生的（關(guān)鍵是特性的二次方項(xiàng)產(chǎn)生的2a2u1u2），其他不需要的項(xiàng)通過(guò)濾波器濾掉。），其他不需要的項(xiàng)通過(guò)濾波器濾掉。-12n mmuu高頻電子線路非線性函數(shù)的

9、級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 若作用在非線性器件上的兩個(gè)電壓均為余弦信號(hào)若作用在非線性器件上的兩個(gè)電壓均為余弦信號(hào),即即u1U1cos1t，u2U2cos2t，利用三角函數(shù)的積化和利用三角函數(shù)的積化和差公式差公式1211c o sc o sc o s ()c o s ()22p qxyxyxypq(59) 1211c osc osc os ()c os ()22pqxyxyxypq 輸出電流輸出電流i中將包含由下列通式表示的無(wú)限多個(gè)頻率中將包含由下列通式表示的無(wú)限多個(gè)頻率組合分量組合分量(510) 高頻電子線路3223333)(yxyyxxyx321322122110)()()(v

10、vbvvbvvbbi設(shè)某非線性元件的特性用一個(gè)設(shè)某非線性元件的特性用一個(gè)三次多項(xiàng)式三次多項(xiàng)式來(lái)表示來(lái)表示其中其中 v1V1mcos1t , v2V2mcos2t2222)(yxyxyx因?yàn)橛幸驗(yàn)橛蟹蔷€性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法高頻電子線路tVVbtVVbtVVbtVVbtVbtVbtVVbtVVbtVbtVbtVVbVbVbtVVbVbVbVbVbbimmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm)2cos(43)2cos(43 )2cos(43)2cos(43 3cos413cos41 )cos()cos( 2cos212cos21 cos)2343( cos)2

11、343( 212121221321221321221321221323231313212122121222221212222133232112213313112222120非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法高頻電子線路tVVbtVVbtVVbtVVbtVbtVbtVVbtVVbtVbtVbtVVbVbVbtVVbVbVbVbVbbimmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm)2cos(43)2cos(43 )2cos(43)2cos(43 3cos413cos41 )cos()cos( 2cos212cos21 cos)2343( cos)2343( 2121212

12、21321221321221321221323231313212122121222221212222133232112213313112222120非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法直流分量直流分量基波分量基波分量諧波分量諧波分量組合分量組合分量高頻電子線路非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 （1）從非線性器件的特性考慮從非線性器件的特性考慮。 如采用具有平方律如采用具有平方律特性的場(chǎng)效應(yīng)管作為非線性器件；選擇合適的靜態(tài)工特性的場(chǎng)效應(yīng)管作為非線性器件；選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使非線性器件工作在特性接近平方律的區(qū)域。作點(diǎn)，使非線性器件工作在特性接近平方律的區(qū)域。

13、 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少無(wú)用的組合頻率分量的數(shù)目在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少無(wú)用的組合頻率分量的數(shù)目和幅度，一般可從以下三個(gè)方面考慮和幅度，一般可從以下三個(gè)方面考慮:高頻電子線路非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 （2）從電路的結(jié)構(gòu)考慮從電路的結(jié)構(gòu)考慮。 如采用由多個(gè)非線性器件如采用由多個(gè)非線性器件組成的平衡型電路，抵消一部分無(wú)用的組合頻率分量。組成的平衡型電路，抵消一部分無(wú)用的組合頻率分量。 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少無(wú)用的組合頻率分量的數(shù)目在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少無(wú)用的組合頻率分量的數(shù)目和幅度，一般可從以下三個(gè)方面考慮和幅度，一般可從以下三個(gè)方面考慮:高頻電子線路非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)

14、分析法非線性函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)分析法 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少無(wú)用的組合頻率分量的數(shù)目在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少無(wú)用的組合頻率分量的數(shù)目和幅度，一般可從以下三個(gè)方面考慮和幅度，一般可從以下三個(gè)方面考慮:（3）從輸入信號(hào)的大小考慮從輸入信號(hào)的大小考慮。如減小。如減小u1、u2的振幅，的振幅，以便有效地減小高階相乘項(xiàng)及其產(chǎn)生的組合頻率分量以便有效地減小高階相乘項(xiàng)及其產(chǎn)生的組合頻率分量的幅度。的幅度。高頻電子線路( (二二) ) 線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法高頻電子線路線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法 若若u1的振幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于的振幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于u2的振幅的振幅，則對(duì)式（，則對(duì)式（51）在）在EQ+u2上

15、上對(duì)對(duì)u1用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi),有有12222121( )21()1()()()2!1()!QQQQnnQif Euuf EufEu ufEu ufEu un(511) 上式中上式中各系數(shù)均是各系數(shù)均是u2的函數(shù)，稱為時(shí)變系數(shù)或時(shí)變參量的函數(shù)，稱為時(shí)變系數(shù)或時(shí)變參量（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)?u2是時(shí)間的函數(shù)）是時(shí)間的函數(shù)）高頻電子線路線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法 若若u1足夠小足夠小,可以忽略式（可以忽略式（511）中）中u1的二次方及其的二次方及其以上各次方項(xiàng)以上各次方項(xiàng),則該式可簡(jiǎn)化為則該式可簡(jiǎn)化為221()()QQif EufEu u(513) 01( )( )iI tg t u（5

16、14) I0(t)表示輸入信號(hào)表示輸入信號(hào)u1=0時(shí)的電流，稱為時(shí)的電流，稱為時(shí)變靜態(tài)電流時(shí)變靜態(tài)電流；g(t)稱為稱為時(shí)變電導(dǎo)時(shí)變電導(dǎo)或時(shí)變跨導(dǎo)。或時(shí)變跨導(dǎo)。高頻電子線路線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法 若若u1足夠小足夠小,可以忽略式（可以忽略式（511）中）中u1的二次方及其的二次方及其以上各次方項(xiàng)以上各次方項(xiàng),則該式可簡(jiǎn)化為則該式可簡(jiǎn)化為221()()QQif EufEu u(513) 01( )( )iI tg t u（514) 就輸出電流就輸出電流 i 與輸入電壓與輸入電壓u1的關(guān)系而言是線性的，但的關(guān)系而言是線性的，但它們的系數(shù)卻是時(shí)變的，故稱為它們的系數(shù)卻是時(shí)變的，故稱為線

17、性時(shí)變電路線性時(shí)變電路。高頻電子線路線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法 考慮考慮u1和和u2都是余弦信號(hào)都是余弦信號(hào),u1U1cos1t, u2U2cos2t,時(shí)時(shí)變偏置電壓變偏置電壓EQ(t)=EQ+U2cos2t 為一周期性函數(shù)為一周期性函數(shù), 故故I0(t)、g(t)也必為周期性函數(shù)也必為周期性函數(shù), 可用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)可用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi),得得.2coscos)cos()(22210220tgtggtUEftIQ)(tg.2coscos)cos()(20220100220tItIItUEftIQ)(0tI（515）(516) 高頻電子線路線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法兩個(gè)展開(kāi)式的

18、系數(shù)可直接由傅里葉系數(shù)公式求得兩個(gè)展開(kāi)式的系數(shù)可直接由傅里葉系數(shù)公式求得0022212222022222221(cos)21(cos)cos1,2,3,1(cos)21(cos)cos1,2,3,QkQQkQIf EUt dtIf EUtktdtkgfEUt dtgfEUtktdtk(517) (518) 0 k高頻電子線路線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法由由(514)可見(jiàn)頻率分量為可見(jiàn)頻率分量為(520) (510) 1211c osc osc os ()c os ()22pqxyxyxypq與與(510) 相比相比去除了去除了p大于大于1、q為任意的眾多組合頻率分量。為任意的眾多組合頻

19、率分量。高頻電子線路線性時(shí)變器 件濾波器u1uou2線性時(shí)變電路分析法線性時(shí)變電路分析法 注意：注意：線性時(shí)變電路并不是不產(chǎn)生線性時(shí)變電路并不是不產(chǎn)生p大于大于1、q為任意的為任意的組合頻率分量，而是它們的幅度相對(duì)于低階分量很小而被組合頻率分量，而是它們的幅度相對(duì)于低階分量很小而被忽略。忽略。 線性時(shí)變電路用于頻譜搬移電路時(shí)，仍要用濾波器濾除線性時(shí)變電路用于頻譜搬移電路時(shí)，仍要用濾波器濾除不需要的頻率分量。不需要的頻率分量。高頻電子線路5.2 5.2 二極管電路二極管電路* * * *第五章第五章 頻譜的線性搬移電路頻譜的線性搬移電路高頻電子線路 二極管電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、噪聲低、組合頻二極

20、管電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、噪聲低、組合頻率分量少、工作頻帶寬等，主要缺點(diǎn)是無(wú)增益。率分量少、工作頻帶寬等，主要缺點(diǎn)是無(wú)增益。 二極管電路，特別是平衡電路和環(huán)形電路，廣泛二極管電路，特別是平衡電路和環(huán)形電路，廣泛應(yīng)用于振幅調(diào)制、振幅解調(diào)、混頻及其它通信設(shè)備的應(yīng)用于振幅調(diào)制、振幅解調(diào)、混頻及其它通信設(shè)備的電路中。電路中。二極管電路二極管電路高頻電子線路( (一一) ) 單二極管電路單二極管電路高頻電子線路單二極管電路單二極管電路 圖54 單二極管電路 H(j)u1u2uoVDiD 輸入信號(hào)輸入信號(hào)u1和控制信和控制信號(hào)（參考信號(hào)）號(hào)（參考信號(hào)）u2相加，相加，作用在非線性器件二極作用在非線性器件二極

21、管上。管上。 高頻電子線路單二極管電路單二極管電路H(j)u1u2uoVDiD加在二極管兩端的電壓加在二極管兩端的電壓uD為為12Duuu 二極管可等效為一個(gè)受二極管可等效為一個(gè)受控開(kāi)關(guān)控開(kāi)關(guān),控制電壓就是控制電壓就是uD。0DDDpDDpg uuViuV(529) 高頻電子線路圖55 二極管伏安持性的折線近似uti0u(a)u0(b)iVpgDrD1u0(c)igDSucgD(t)gD(1/rD)(d)單二極管電路單二極管電路UD足夠大，二極管工作在大信號(hào)狀態(tài)足夠大，二極管工作在大信號(hào)狀態(tài)高頻電子線路單二極管電路單二極管電路H(j)u1u2uoVDiD 若若U2U1, 可進(jìn)一步認(rèn)為可進(jìn)一步認(rèn)

22、為二極管的通斷主要由二極管的通斷主要由u2控制控制,可得可得220DDpDpg uuViuV(530)高頻電子線路單二極管電路單二極管電路 一般有一般有U2Vp,可令可令Vp=0(也可在電路中加一固定偏置也可在電路中加一固定偏置電壓電壓Eo, 用以抵消用以抵消Vp, 此時(shí)此時(shí) uDEo+u1+u2）,式（式（530）可）可進(jìn)一步寫(xiě)為進(jìn)一步寫(xiě)為22000DDDg uuiu (531) 高頻電子線路單二極管電路單二極管電路由于由于u2U2 cos2t 則則u20對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于 2n-/22t2n+/2, n=0,1,2,故有故有 222222302222DDDg untnintn(532) 上式也可

23、以合并寫(xiě)成上式也可以合并寫(xiě)成2( )()DDDDig t ug Kt u(533)高頻電子線路單二極管電路單二極管電路2( )()DDDDig t ug Kt u(533) 式中式中g(shù)(t)為時(shí)變電導(dǎo)為時(shí)變電導(dǎo),受受u2的控制的控制;K(2 t )為開(kāi)關(guān)函數(shù)為開(kāi)關(guān)函數(shù),它它在在u2的正半周時(shí)等于的正半周時(shí)等于1,在負(fù)半周時(shí)為零在負(fù)半周時(shí)為零,即即22212222()302222ntnKtntn(534) 高頻電子線路22212222()302222ntnKtntn(534) 單二極管電路單二極管電路2t02t012t)u2單向開(kāi)關(guān)單向開(kāi)關(guān)高頻電子線路 可見(jiàn)可見(jiàn), 在前面的假設(shè)條件下在前面的假設(shè)

24、條件下,二極管電路可等效為一二極管電路可等效為一線性時(shí)變電路線性時(shí)變電路,其時(shí)變電導(dǎo)其時(shí)變電導(dǎo)g(t)為為2( )()Dg tg Kt（535） 單二極管電路單二極管電路2( )()DDDDig t ug Kt u(533)K(2 t )是一周期性函數(shù)是一周期性函數(shù),可用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為可用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為2222121222()coscos3cos52352( 1)cos(21)(21)nKttttntn (536) 高頻電子線路代入，得代入，得2221222coscos3cos5235DDDigtttu(537) 單二極管電路單二極管電路2( )()DDDDig t ug Kt u(533

25、)2222121222()coscos3cos52352( 1)cos(21)(21)nKttttntn (536) 高頻電子線路2221222coscos3cos5235DDDigtttu若若u1U1cos1t 為單一頻率信號(hào)為單一頻率信號(hào), 則則代入上式并整理得代入上式并整理得uD = u1+ u2 =U1cos1t + U2cos2t單二極管電路單二極管電路(537) 高頻電子線路2112222221211211211211211211212c o sc o sc o s 222322c o s 4c o s()1 52c o s()22c o s(3)c o s(3)332c o s(

26、)22c o s(5)c o s(5)55DDDDDDDDDDDDDgggiUUtUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgU t (538) 2112222221211211211211211211212coscoscos222322cos4cos()152cos()22cos(3)cos(3)332cos()22cos(5)cos(5)55DDDDDDDDDDDDDgggiUUtUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUt單二極管電路單二極管電路高頻電子線路2112222221211211211211211211212c o sc o sc o s 222322c

27、 o s 4c o s()1 52c o s()22c o s(3)c o s(3)332c o s()22c o s(5)c o s(5)55DDDDDDDDDDDDDgggiUUtUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgU t (538) 2112222221211211211211211211212coscoscos222322cos4cos()152cos()22cos(3)cos(3)332cos()22cos(5)cos(5)55DDDDDDDDDDDDDgggiUUtUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUt單二極管電路單二極管電路高頻電子線路由上式

28、可以看出由上式可以看出,流過(guò)二極管的電流流過(guò)二極管的電流iD中的頻率分量有中的頻率分量有:（1）輸入信號(hào)）輸入信號(hào)u1和控制信號(hào)和控制信號(hào)u2的頻率分量的頻率分量1和和2;（2）控制信號(hào)）控制信號(hào)u2的頻率的頻率2的偶次諧波分量的偶次諧波分量;（3）由輸入信號(hào)）由輸入信號(hào)u1的頻率的頻率1與控制信號(hào)與控制信號(hào)u2的奇次諧波分的奇次諧波分量的組合頻率分量量的組合頻率分量 (2n+1)21, n=0,1,2,。單二極管電路單二極管電路高頻電子線路( (二二) ) 二極管平衡電路二極管平衡電路高頻電子線路二極管平衡電路二極管平衡電路 采用二極管平衡電路的目的是進(jìn)一步減少不必要的采用二極管平衡電路的目

29、的是進(jìn)一步減少不必要的組合頻率分量。組合頻率分量。+為分析方便，設(shè)變壓器線圈匝數(shù)比為分析方便，設(shè)變壓器線圈匝數(shù)比 N1 : N2=1 : 1高頻電子線路 與單二極管電路的條件相同與單二極管電路的條件相同,二極管處于大信號(hào)工作二極管處于大信號(hào)工作狀態(tài)狀態(tài),主要工作在截止區(qū)和線性區(qū)主要工作在截止區(qū)和線性區(qū),二極管的伏安特性可用二極管的伏安特性可用折線近似。折線近似。U2U1,二極管開(kāi)關(guān)主要受二極管開(kāi)關(guān)主要受u2控制。控制。 加到兩個(gè)二極管的電壓為加到兩個(gè)二極管的電壓為 uD1=u2+u1 uD2=u2-u1二極管平衡電路二極管平衡電路高頻電子線路二極管平衡電路二極管平衡電路 由于加到兩個(gè)二極管上的

30、控制電壓由于加到兩個(gè)二極管上的控制電壓u2是同相的是同相的,因此因此兩個(gè)二極管的導(dǎo)通、截止時(shí)間是相同的兩個(gè)二極管的導(dǎo)通、截止時(shí)間是相同的,其時(shí)變電導(dǎo)也是其時(shí)變電導(dǎo)也是相同的。由此可得流過(guò)兩管的電流相同的。由此可得流過(guò)兩管的電流i1、i2分別為分別為111221222221( )()()( )()()DDDDig t ug Kt uuig t ug Kt uu（540） 高頻電子線路二極管平衡電路二極管平衡電路則則i1、i2在在T2次級(jí)產(chǎn)生的電流分別為次級(jí)產(chǎn)生的電流分別為:1111212122LLNiiiNNiiiN (541) 但兩電流流過(guò)但兩電流流過(guò)T2的方向相反的方向相反,在在T2中產(chǎn)生的

31、磁通相消中產(chǎn)生的磁通相消,故故次級(jí)總電流次級(jí)總電流iL應(yīng)為應(yīng)為1212212()LLLLDiiiiiigKtu(542)高頻電子線路(543)將式（將式（540）代入上式）代入上式,有有考慮考慮u1U1cos1t, 代入上式可得代入上式可得1112112112112122coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDDDDDig Utg Utg Utg Utg Ut(544) 二極管平衡電路二極管平衡電路1212212()LLLLDiiiiiigKtu高頻電子線路二極管平衡電路二極管平衡電路由上式可以看出由上式可以看出,輸出電流輸出電流iL中的頻率分量有中的頻率分量有:（1）輸

32、入信號(hào)）輸入信號(hào)u1的頻率分量的頻率分量1;（2）由輸入信號(hào)）由輸入信號(hào)u1的頻率的頻率1與控制信號(hào)與控制信號(hào)u2的奇次諧波分的奇次諧波分量的組合頻率分量量的組合頻率分量 (2n+1)21, n=0,1,2,。1112112112112122coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDDDDDig Utg Utg Utg Utg Ut(544) 高頻電子線路二極管平衡電路二極管平衡電路二極管平衡電路二極管平衡電路減少了減少了u2的基波分量和偶次諧波分量的基波分量和偶次諧波分量。(538) 2112222221211211211211211211212c o sc o sc o

33、 s 222322c o s 4c o s()1 52c o s()22c o s(3)c o s(3)332c o s()22c o s(5)c o s(5)55DDDDDDDDDDDDDgggiUUtUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgUtgU t 與單二極管電路相比：與單二極管電路相比：高頻電子線路二極管橋式電路二極管橋式電路 與二極管平衡與二極管平衡電路相比電路相比,不需要不需要具有中心抽頭的具有中心抽頭的變壓器。變壓器。高頻電子線路二極管橋式電路二極管橋式電路 實(shí)際的二極管橋?qū)嶋H的二極管橋式電路，橋路輸出式電路，橋路輸出加至晶體管的基極，加至晶體管的基極，經(jīng)放大及回路濾波

34、經(jīng)放大及回路濾波后，輸出所需的頻后，輸出所需的頻率分量。率分量。高頻電子線路( (三三) ) 二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路T1RLT2iLi1i2u2(a)VD1VD4VD3VD2i3i4T1RLT2iL1i1i2u2(b)VD1VD2T1RLT2iL2u2(c)VD4VD3i3i4u1u1u1u1u1u1 四只二極管方向四只二極管方向一致，組成一個(gè)環(huán)一致，組成一個(gè)環(huán)路，故稱路，故稱二極管環(huán)二極管環(huán)形電路形電路。高頻電子線路T1RLT2iLi1i2u2(a)VD1VD4VD3VD2i3i4T1RLT2iL1i1i2u2(b)VD1VD2T1RLT2iL2

35、u2(c)VD4VD3i3i4u1u1u1u1u1u1T1RLT2iLi1i2u2(a)VD1VD4VD3VD2i3i4T1RLT2iL1i1i2u2(b)VD1VD2T1RLT2iL2u2(c)VD4VD3i3i4u1u1u1u1u1u1u2 0u2 0u2 0二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路 根據(jù)圖中電流的方根據(jù)圖中電流的方向，兩個(gè)平衡電路在向，兩個(gè)平衡電路在負(fù)載負(fù)載RL上產(chǎn)生的總電上產(chǎn)生的總電流為流為iL=iL1+iL2 =(i1-i2)+(i3-i4) （547）高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路 兩個(gè)平衡電路在負(fù)載兩個(gè)平衡電路在負(fù)載RL上產(chǎn)生的總電流為上產(chǎn)生的總電流為 iL=iL1

36、+iL2=(i1-i2)+(i3-i4) （547）2221212()2()2LDDTig Ktug Ktu （548）(543)221212()()2()LDDigKtKtug Kt u(549） 1212212()LLLLDiiiiiigKtu1利用平衡電路的分析結(jié)果利用平衡電路的分析結(jié)果得得高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路高頻電子線路 由圖可見(jiàn)由圖可見(jiàn)K(2t )、K(2t )為單向開(kāi)關(guān)函數(shù)，而為單向開(kāi)關(guān)函數(shù)，而K(2t )為為雙向開(kāi)關(guān)函數(shù)雙向開(kāi)關(guān)函數(shù)222222210()()()10()()1uKtKtKtuKtKt（550） （551）二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路222222

37、210()()()10()()1uKtKtKtuKtKt另從圖中可見(jiàn)另從圖中可見(jiàn)高頻電子線路K（2t -）、）、K(2t）的傅里葉級(jí)數(shù)）的傅里葉級(jí)數(shù):222222222212()1()1222coscos3cos52352( 1)cos(21)(21)444()coscos3cos5354( 1)cos(21)(21)nnKtKttttntnKttttntn (552) (553) 二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路當(dāng)當(dāng)u1=U1cos1t 時(shí)時(shí) 12112112112112112144cos()cos()44cos(3)cos(3)3344cos(5)cos

38、(5)55LDDDDDDig Utg Utg Utg Utg Utg Ut 輸出電流輸出電流iL中只有控制信號(hào)中只有控制信號(hào)u2的奇次諧波分量與輸入的奇次諧波分量與輸入信號(hào)信號(hào)u1頻率頻率1的組合頻率分量的組合頻率分量(2n+1)21。高頻電子線路1112112112112122coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDDDDDig Utg Utg Utg Utg Ut(544) 二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路 二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路又消除了輸入信號(hào)又消除了輸入信號(hào)u1的頻率分量的頻率分量1，且，且輸出頻率分量的幅度等于平衡電路的兩倍。輸出頻率分量的幅度等于平衡電路的兩

39、倍。與二極管平衡電路相比與二極管平衡電路相比高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路圖511 實(shí)際的環(huán)形電路u1u2高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路 雙平衡混頻器組件雙平衡混頻器組件由精密配對(duì)的肖特基二極管及傳輸由精密配對(duì)的肖特基二極管及傳輸線變壓器裝配而成，裝入前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選，能承受強(qiáng)烈線變壓器裝配而成，裝入前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選，能承受強(qiáng)烈的震動(dòng)、沖擊和溫度循環(huán)，并具有動(dòng)態(tài)范圍大、損耗小、的震動(dòng)、沖擊和溫度循環(huán)，并具有動(dòng)態(tài)范圍大、損耗小、頻譜純等特點(diǎn)。頻譜純等特點(diǎn)。高頻電子線路二極管環(huán)形電路二極管環(huán)形電路 目前目前雙平衡混頻器組件雙平衡混頻器組件的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了混頻的范的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

40、出了混頻的范圍，作為通用組件，可廣泛應(yīng)用于振幅調(diào)制、振幅解調(diào)、圍，作為通用組件，可廣泛應(yīng)用于振幅調(diào)制、振幅解調(diào)、混頻及實(shí)現(xiàn)其它的功能。混頻及實(shí)現(xiàn)其它的功能。高頻電子線路5.3 5.3 差分對(duì)電路差分對(duì)電路* *第五章第五章 頻譜的線性搬移電路頻譜的線性搬移電路高頻電子線路單差分對(duì)電路單差分對(duì)電路高頻電子線路 設(shè)設(shè)1 ,V2管的管的1，則有，則有ic1ie1,ic2ie2,可得晶體管的集電可得晶體管的集電極電流與基極射極電壓極電流與基極射極電壓ube的關(guān)系為的關(guān)系為 112212bebeTbebeTuquVKTcssuquVKTcssiI eI eiI eI e(556) 12121()0122

41、21(1)bebebebeTTTTuuuuVVVccsscuVcIiiI eI eieie(557) 單差分對(duì)電路單差分對(duì)電路高頻電子線路(558) (559) 0tanh()2oTuiIV(564) 等效的差動(dòng)輸出電流等效的差動(dòng)輸出電流io與輸入電壓與輸入電壓u的關(guān)系式的關(guān)系式010111TTcuVcuVIieIie非線性關(guān)系非線性關(guān)系雙曲正切函數(shù)關(guān)系雙曲正切函數(shù)關(guān)系單差分對(duì)電路單差分對(duì)電路010111TTcuVcuVIieIiec2高頻電子線路圖515 差分對(duì)的傳輸特性 輸入電壓很小時(shí)輸入電壓很小時(shí),傳輸特性近似為線性傳輸特性近似為線性關(guān)系關(guān)系,即工作在線性放即工作在線性放大區(qū)。大區(qū)。 若輸入電壓很大若輸入電壓很