【文章內(nèi)容簡介】 另一個信號 v2遠(yuǎn)小于 v1，可以近似認(rèn)為對器件的工作狀態(tài)變化沒有影響。此時流過器件的電流為 i (t) = f (v)= f (vQ + v1 + v2) 可將 vQ + v1看成器件的交變工作點，則 i(t)可在其工作點 (vQ + v1 )處展開為泰勒級數(shù) ???? ?????????????nfnffft21Q)n(221Q21Q1Q)(!1)(!21)()()(vvvvvvvvvvvi 由于 v2的值很小，可以忽略二次方及其以上各項，則 i(t)近似為 (1) 其中 f(vQ+v1)是 v2=0 時僅隨 v1變化的電流，稱為時變靜態(tài)電流 I0(t) ， f?(vQ+v1)隨 vQ+v1而變化，稱為時變電導(dǎo) g(t)。 (1)式可以寫為 i (t) ? I0(t) + g (t)? v2 (t) (2) 21Q1Q )()()( vvvvvi ????? fft????11no c osntngg ?tnVgtnVgtVtng mnmnmn )c os (21)c os (21c osc os 212212221 ?????? ?????將 vQ + v1 = VQ+V1m cos?1t， v2= V2m cos?2t 代入式 i (t) ? I0(t) + g (t)? v2 (t) 展開并整理，得 ic≈(Ic0+Icm1 cos?1t+Icm2 cos2?1t + … ) + (g0+ g1cos?1t+g2cos2?1t+… )V2m cos?2t =Io(t)+[ ] V2m cos?2t (3) 其中 (4) 由此可以看出，受 v1控制的晶體管跨導(dǎo)的基波分量和諧波分量與信號電壓 V2mcos?2t的乘積將產(chǎn)生和頻與差頻所組成的新的頻率分量，即完成頻率變換的作用。 上述分析說明， 當(dāng)兩個信號同時作用于一個非線性器件，其中一個振幅很小，處于線性工作狀態(tài)，另一個為大信號工作狀態(tài)時，可以使這一非線性系統(tǒng)等效為線性時變系統(tǒng) 。 以上我們分析了非線性電路中常用的幾種分析方法。實際上，非線性電路分析是一個比較復(fù)雜的問題，方法較多。 冪級數(shù)分析法、折線分析法、線性時變參量分析法僅是結(jié)合本書討論內(nèi)容的幾種分析方法， 167。 非線性電路的應(yīng)用 在電子電路系統(tǒng)中，非線性電路的應(yīng)用十分廣泛，而本書中涉及的應(yīng)用可歸納為以下幾方面： 1. 實現(xiàn)信號頻譜的線性變換 (頻譜搬移 ) 所謂線性頻率變換即在頻率變換前后，信號頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號頻譜無失真地在頻率軸上搬移，如圖。調(diào)幅、檢波和混頻電路即為線性頻率變換電路。 線性頻率變換圖 相對振幅? 1 ? 2 ? 3 ? 4 ? 0?? 0 – ? 4 ? 0?? 0 + ? 4在電子電路系統(tǒng)中，非線性電路的應(yīng)用十分廣泛，而本書中涉及的應(yīng)用可歸納為以下幾方面：實現(xiàn)信號頻譜的線性變換 頻譜搬移所謂線性頻率變換即在頻率變換前后，信號頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號頻譜無失真地在頻率軸上搬移，如圖。調(diào)幅、檢波和混頻電路即為線性頻率變換電路。線性頻率變換圖相對振幅 2. 實現(xiàn)信號頻譜的非線性變換 所謂非線性頻率變換即頻率變換前后，信號的頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生變換，不是簡單的頻譜搬譜過程。如角度調(diào)制與解調(diào)過程。 非線性頻率變換圖 相對振幅? 1 ? 2 ? 3 ? 4 ? 0?? 0 – ? n ? 0?? 0 + ? n167。 模擬相乘器及其頻率變換作用 模擬相乘器是一種時變參量電路。在高頻電路中，相乘器是實現(xiàn)頻率變換的基本組件，與一般非線性器件相比，相乘器可進(jìn)一步克服某些無用的組合頻率分量，使輸出信號頻譜得以凈化。 在通信系統(tǒng)及高頻電子技術(shù)中應(yīng)用最廣的乘法器有兩種，一種是 二極管平衡相乘器 ，另一種是由雙極型或 MOS器件構(gòu)成的 四象限模擬相乘器 。隨著集成電路的發(fā)展，這些相乘器還具有工作頻帶寬、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛用于調(diào)制、解調(diào)及混頻電路中。 四象限模擬乘法器又大致分為兩種： 專用集成電路： 是為了完成某種功能而制成的一種專用集成電路。是在集成高頻電路中經(jīng)常用到的乘法器，它們大多屬于非理想乘法電路，如電視接收機(jī)中的視頻信號同步檢波電路、相位檢波電路以及調(diào)頻立體聲接收機(jī)中的立體聲解碼電路等。這種乘法電路均采用差動電路結(jié)構(gòu)。 通用的乘法電路： 用戶可用這種乘法器按需要設(shè)計，完成其功能。是一種較為理想的模擬乘法器。常用的集成化模擬乘法器的產(chǎn)品有 BG31MC1494L/MC1594L、 MC1496L/MC1596L、 XR2208/XR2208M、 AD5AD53 AD53 AD53 AD63 BB421 BB4214等。 一、相乘器的基本特性及實現(xiàn)方法 若輸入信號分別用 v1(t)和 v2(t)表示，輸出信號用vo(t)表示，則理想模擬乘法器的傳輸特性方程可表示為 vo(t)= Kv1(t)?v2(t) (2218) 式中， K是乘法器的比例系數(shù)或增益系數(shù) 。 該式表明，對一個理想的相乘器，其輸出電壓的瞬時值vo(t)僅與兩個輸入電壓在同一時刻的瞬時值 v1(t)和 v2(t)的乘積成正比，而不包含任何其它分量。輸入電壓 v1(t)和 v2(t)可以是任意的，即其波形、幅度、極性和頻率 (包括直流 )均不受限制。 理想相乘器的符號如圖所示。 X ZYZYX模擬相乘器符號 根據(jù)乘法運(yùn)算的代數(shù)性質(zhì)，相乘器有四個工作區(qū)域，它們是由相乘器的兩個輸入電壓的極性確定的，并可用 XY平面中的四個象限表示，如圖所示。 四象限工作區(qū) v yⅠv x ＞ 0v y ＞ 0v xv x ＞ 0v y ＜ 0Ⅳv x ＜ 0v y ＜ 0ⅢⅡv x ＜ 0v y ＞ 0單象限相乘器： 對兩個輸入電壓都只能適應(yīng)一種極性。 二象限相乘器： 只對一個輸入電壓能適應(yīng)正、負(fù)極性，而對 另一輸入電壓只能適應(yīng)一種極性。 四象限相乘器： 能夠適應(yīng)兩個輸入電壓四種極性組合的相乘 器，即允許兩個輸入信號的極性任意取定。 目前采用的模擬相乘器，大多數(shù)為四象限相 乘器。 相乘器根據(jù)適應(yīng)輸入信號極性的不同可分為單象限相乘器、二象限相乘器和四象限相乘器。 因為相乘器有兩個獨立的輸入信號，不同于一般放大器只有一個輸入信號，所以，相乘器的特性經(jīng)常是以一個輸入信號為參變量，確定另一輸入信號與輸出信號之間的特性。因此，模擬乘法器電路也是一種時變參量電路，它具有以下幾點主要特性： 相乘器本質(zhì)是一個非線性電路。例如，若相乘器兩輸入端電壓分別是 v1(t) = V1m cos?1t v2(t) = V2m cos?2t 相乘器的輸出電壓為 1. 線性與非線性特性： vo(t)= K V1m V2m cos?1t?cos?2t =K V1m V2m[cos(?1+?2)t+cos(?1–?2)t] 其中，既無 ?1分量，也無 ?2分量，而出現(xiàn)了兩個新的 頻率分量 ?1 ? ?2，即實現(xiàn)了非線性電路的頻率變換作用， 表現(xiàn)了它的非線性特性。 但是，在特定情況下，例如，當(dāng)相乘器的一個輸入電 壓為某一恒定值， v1(t)= V1，另一輸入電壓為交流信號 v2(t)時，其輸出電壓為 vo(t) = K V1 v2(t) 這時，相乘器相當(dāng)于一個增益為 KV1的線性交流放大 器。這個例子說明，在特定情況下，即兩個輸入電壓中有一 個是直流信號時，相乘器可以看成是一個線性電路，表現(xiàn)了 它的線性特性。 2. 四象限輸出特性 以相乘器的一個輸入電壓作為參變量，可以得到另一輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系稱為四象限輸出特性。理想相乘器的四象限輸出特性如圖 2211所示。 o v x / V–8 – 6 – 4 – 2 2 4 6 82468– 2– 4– 6– 8– 2V–6 V– 1 0 VK= 1 /V110vY= 10Vvo/V6 V2 V圖 2211 理想相乘器的四象限輸出特性 從圖中可以看出： 1) 相乘器的輸入、輸出電壓對應(yīng)的極性滿足數(shù) 學(xué)運(yùn)算規(guī)則。 2) 只要輸入信號中有一個電壓為零，則相乘器 的輸出電壓恒為零。 3) 若輸入信號中，一個為非零直流電壓時，對 另一個輸入信號來說，相乘器