高频第四章 非线性电路、时变参量电路和变频器

高频第四章非线性电路、时变参量电路和变频器思维导图，包括非线性元件的特性、分析非线性电路的方法、线性时变参量电路、变频器的工作原理等。

第四章 非线性电路、时变参量电路和变频器

• 非线性元件的特性
  • 频率变换作用
  • 不满足叠加原理
• 分析非线性电路的方法
  • 幂级数法
    • • 信号很小时级数只取到平方项
      • 输出中产生了新的频率成分;
      • 所有组合频率都是成对出现的
  • 折线分析法
  • 开关函数分析法
    • 将输入信号分为大信号和小信号，二极管的通断主要受大信号的控制，工作于开关状态
    • 通过负载的电流：
    • 电流中包含
      • 如果w2为本地振荡频率w0， w1为信号频率ws，负载回路调谐于 w1+w2或w1-w2，就可以实现变频
      • v1 和v2的频率成分w1与w2；
      • 当n=1时，可得到v1和v2的和频w1+w2与差频w1-w2；
      • v1和v2的奇次谐波的和频w1+(2n+1)w2与差频w1-(2n+1)w2；
      • v2的偶次谐波分量
      • 当n=1时，得到直流成分
• 线性时变参量电路
  • 同时有大、小两种信号作用于电路。大信号电压改变电路的参量;小信号不影响电路的参量. 因而电路对小信号而言,可认为是线性的。（混频(变频)器的工作原理）
  • 模拟乘法器
  • 二极管组成的开关函数电路
• 变频器的工作原理
  • 变频：把高频信号经过频率变换，变为一个固定频率。实际中，通常是把已调高频信号的载波频率通过频率变换，从高频变为中频，同时保持其调制规律不变。 具有这种功能的电路称为混频电路（混频器）或变频电路（变频器）。
  • 变频增益
    • 变频电压增益：变频器中频输出电压振幅与高频输入信号电压振幅的比值
    • 变频功率增益：变频器中频输出信号功率与高频输入信号功率的比值
  • 失真和干扰
    • 失真分别为线性失真和非线性失真。这里注意非线性失真会产生组合频率、交叉调制与互相调制、阻塞和倒易混频等干扰，这些是混频器产生的特有干扰。
  • 选择性
    • 接受有用信号（中频）,排除干扰的能力。
  • 噪声系数
• 晶体管混频器
  • 晶体管在小信号工作状态下的电流源可以写成（混合π模型） 如果可以使器件的跨导按某一频率随时间作周期性变化，则函数中就会出现不同角频率的两个三角函数的乘积项，从而形成两个不同频率的和频和差频分量，提供实现频率变换的可能性。
  • 时变跨导电路
  • 晶体管混频器的四种电路组态
    • vs：信号电压（很小） v0：本振电压（很大）
    • • （a）（b）为共发射极电路： （a）共射接法输入阻抗较大，因此混频时需要本地振荡的注入功率较小，容易起振，但是由于输入信号和本地振荡电压采用直接耦合的方式接入电路，因此相互影响较大； （b）输入信号和本地振荡电压分别从基极和发射极输入，因此相互干扰较小。但需要的本振输入功率较大，这种电路应用较多； （c）（d）为共基极电路，在频率较低时一般不采用，但在较高频率（几十兆）工作时，因为共基极电路的频率特性好，所以在较高频率时也有采用共基接法的。
    • • 信号电压vs很小，所以无论工作在特性曲线的哪个区域都可以认为是线性的
      • 本振信号v0很大，混频过程中，跨导（转移特性曲线的斜率）是按v0的角频率w周期性变化的
      • 集电极电流ic
      • 变频跨导
• 二极管混频器
  • 二极管平衡混频器
    • 在Tr2初级产生的电流：
    • 输出频率分量：ws,w0+-ws,3w0+-ws,5w0+-ws,...
  • 二极管环形混频器（双平衡混频器）
    • 相当于两个平衡混频器的组合
    • 本振电压正半周
    • 本振电压负半周
    • 正半周和负半周相加
      • 输出频率分量：w0+-ws,3w0+-ws,5w0+-ws,...（消去了ws）
• 混频器的干扰
  • 组合频率干扰（干扰哨声）和副波道干扰
    • 组合频率干扰
    • 组合副波道干扰
    • 副波道干扰
      • 中频干扰
        • 1
      • 镜像频率干扰
  • 交叉调制
    • 产生原因：接收机前端电路的选择性不好，使有用信号与干扰信号同时加到接收机的输入端，且这两种信号都是音频调制信号（干扰信号也是一种有用信号），就会产生交叉调制干扰现象。
    • 措施：提高前端电路的选择性。
  • 互相调制
    • 产生原因：有两个或多个干扰信号同时加到接收机的输入端，由于放大器的非线性使干扰信号互相混频，就可能产生接近有用信号频率的互调干扰。
  • 阻塞现象和相互混频
    • 阻塞现象
      • 产生原因：强干扰信号进入接收机输入端，破坏放大器或混频器的静态工作点，使输出信噪比大大下降
    • 相互混频
      • 产生原因：混频器的输入端存在强干扰信号，本振源内又存在杂散噪声，此时强干扰信号作为载频，而杂散噪声作为信号在混频器内产生正好落在中频通带内的中频噪声（称为噪声调制），使输出信噪比下降，这种现象称为相互混频，也叫倒易混频（信号作载波，本振噪声作信号）。
    • 措施
      • 本振频谱尽量纯净
  • 克服干扰的措施
    • 提高前端电路的选择性，抑制各种外部干扰；
    • 合理选择中频，破坏组合频率干扰和副波道干扰的产生条件；
    • 合理选用电子器件的工作点，较小交调、互调和阻塞等干扰。