高频电子线路ch精选PPT.ppt
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1、关于高频电子线路ch现在学习的是第1页,共44页2学习目的学习目的1 1、掌握非线性电路的主要特点与分析方法;、掌握非线性电路的主要特点与分析方法;2 2、掌握线性时变参量电路的分析方法;、掌握线性时变参量电路的分析方法;3 3、掌握混频的原理。、掌握混频的原理。重点重点:非线性、线性时变参量电路和混频原理。:非线性、线性时变参量电路和混频原理。难点难点:线性时变参量电路分析法、变频器的工:线性时变参量电路分析法、变频器的工 作原理。作原理。现在学习的是第2页,共44页34.14.1 概概 述述4.1.1 4.1.1 非线性电路的基本概念非线性电路的基本概念电路电路是若干无源元件元件或(和)有
2、源元件元件的有序联结体。它可以分为线性线性与非线性非线性两大类。1 1、从元件角度:、从元件角度:线性元件:线性元件:元件的值与加于元件两端的电压或电流大小无关。例如:R,L,C。非线性元件非线性元件:元件的值与加于元件两端的电压或电流大小有关。例如:晶体管的 ,变容管的结电容 。berJC 时变参量元件时变参量元件:元件的参数按一定规律随时间变化时。例如:变频器的变频跨导 。g 实际上,绝大多数物理器件,作为线性元件工作是有条件的,或实际上,绝大多数物理器件,作为线性元件工作是有条件的,或者是近似的。者是近似的。现在学习的是第3页,共44页4 2 2、从电路角度:、从电路角度:线性电路线性电
3、路:线性电路是由线性元件构成的电路。它的输出输入关系用线性代数方程式或线性微分方程表示。线性电路的主要特征是具有叠加性和线性电路的主要特征是具有叠加性和均匀性。均匀性。非线性电路非线性电路:非线性电路中至少包含一个非线性元件至少包含一个非线性元件,它的输出输入关系用非线性函数方程(非线性代数方程或超越方程)或非线性微分方程表示。非线性电路不具有叠加性与非线性电路不具有叠加性与均匀性。这是它与线性电路的重要区别均匀性。这是它与线性电路的重要区别。现在学习的是第4页,共44页5 由于非线性电路的输出输入关系是非线性函数关系,当信号通过非线性电路后,在输出信号中将会产生输入信号所没有的频率成分在输出
4、信号中将会产生输入信号所没有的频率成分,也可能不再出现输入信号中的某些频率成分。,也可能不再出现输入信号中的某些频率成分。这是非线性电路的重这是非线性电路的重要特性要特性。时变参量电路:时变参量电路: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。例如:模拟相乘器与变频器。现在学习的是第5页,共44页64.24.2 非线性电子线路的特点非线性电子线路的特点本节以非线性电阻为例,讨论非线性元件的特性。本节以非线性电阻为例,讨论非线性元件的特性。其特点:其特点:1 1、工作特性的非线性性、工作特性的非线性性 2 2、不满足叠加原理、不满足叠加原理
5、3 3、具有变频能力、具有变频能力 所得结论也适用于其它非线性元件。所得结论也适用于其它非线性元件。1 1、非线性元件的工作特性、非线性元件的工作特性线性元件:电阻线性元件:电阻R=V/IR=V/I比例常数就是电阻,与比例常数就是电阻,与V V、I I 无关,取决与元件的材料与尺寸。无关,取决与元件的材料与尺寸。现在学习的是第6页,共44页7线性电阻:如图为伏安特性曲线。现在学习的是第7页,共44页8非线性电阻:如图为伏安特性曲线。非线性电阻:如图为伏安特性曲线。静态直流电阻:动态电阻:所以,非线性电阻有静态和动态两个电阻值,它们都与工作点所以,非线性电阻有静态和动态两个电阻值,它们都与工作点
6、有关。动态电阻可能是正也可能是负。有关。动态电阻可能是正也可能是负。P128.现在学习的是第8页,共44页9非线性元件非线性元件 常用的非线性元件有半导体二极管、双极型常用的非线性元件有半导体二极管、双极型半导体三极管、各类场效应管和变容二极管等半导体三极管、各类场效应管和变容二极管等。它们的特性曲线的函数关系大体上可分为指数函它们的特性曲线的函数关系大体上可分为指数函数和幂函数两大类。数和幂函数两大类。现在学习的是第9页,共44页10 变电容半导体二极管(简称变容管)的工作原理和特性:变容管是利用PN结来实现的。变容管利用的是势垒电容。PN结是反向偏置的。V=0时变容管的等效电容为 0C 变
7、容指数是 ,它是一个取决于PN结的结构和杂质分布情况的系数。缓变结变容管,其 =1/3。突变结变容管,其 =1/2。超突变结变容管,其 =2。接触电位差为:)1(0VCC现在学习的是第10页,共44页114.2.24.2.2 非线性元件的频率变换作用非线性元件的频率变换作用1 1、线性元件、线性元件 如果在一个线性电阻元件上加某一频率的正弦如果在一个线性电阻元件上加某一频率的正弦电压,那么在电阻中就会产生一个同频率的正电压,那么在电阻中就会产生一个同频率的正弦电流。弦电流。现在学习的是第11页,共44页12加上一个正弦电压加上一个正弦电压同频率的正弦电流同频率的正弦电流产生产生现在学习的是第1
8、2页,共44页13加上一个正弦电压加上一个正弦电压产生产生不同频率的非正弦电流不同频率的非正弦电流2 2、非线性元件、非线性元件现在学习的是第13页,共44页14当该元件上加两个正弦电压当该元件上加两个正弦电压tVtVvvvmm221121sinsin222112)sinsin(tVtVkkvimm即可求出通过元件的电流为即可求出通过元件的电流为产生新频率成分:产生新频率成分:21,2,122(课本(课本130页页4.2.8)2 2、非线性元件、非线性元件 举例:设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线举例:设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线形状,即:形状,即:2kvi 现在学习的是第14页,共
9、44页154.2.34.2.3 非线性电路不满足叠加原理非线性电路不满足叠加原理2222112221)sin()sin(tVktVkkvkvimm则会出现组合频率成分:则会出现组合频率成分:2121,对比式对比式4.2.84.2.8,显然是不同的。,显然是不同的。现在学习的是第15页,共44页164.3 4.3 非线性电路的分析方法非线性电路的分析方法 4.2.1 4.2.1 非线性电路与线性电路分析方法的异同点非线性电路与线性电路分析方法的异同点 线性电路具有叠加性和均匀性。线性电路具有叠加性和均匀性。非线性电路不具有叠加性和均匀性。非线性电路不具有叠加性和均匀性。线性系统传输特性只由系统本
10、身决定,与激励信号无关。线性系统传输特性只由系统本身决定,与激励信号无关。而非线性电路的输出输入特性则不仅与系统本身有关,而非线性电路的输出输入特性则不仅与系统本身有关,而且与激励信号有关。而且与激励信号有关。基尔霍夫电流和电压定律对非线性电路和线性电路均适用。基尔霍夫电流和电压定律对非线性电路和线性电路均适用。现在学习的是第16页,共44页17 线性电路可以用线性微分方程求解并可以方便地进行电路线性电路可以用线性微分方程求解并可以方便地进行电路 的频域分析。的频域分析。但是,由于非线性电路要用非线性微分方程表示但是,由于非线性电路要用非线性微分方程表示,因此对因此对非线性电路进行频域分析与是
11、比较困难的。非线性电路进行频域分析与是比较困难的。只能针对某一类非线性电路采用对它比较合适的分析手只能针对某一类非线性电路采用对它比较合适的分析手 段(非线性电阻电路)。段(非线性电阻电路)。现在学习的是第17页,共44页181 1、幂级数分析法、幂级数分析法 小信号运用时,某些非线性器件的传输特性小信号运用时,某些非线性器件的传输特性可用幂级数近似。将非线性电阻电路的输出输可用幂级数近似。将非线性电阻电路的输出输入特性用一个入特性用一个N N阶幂级数近似表示,借助幂级数的阶幂级数近似表示,借助幂级数的性质,实现对电路的解析分析。性质,实现对电路的解析分析。用于小信号检波、小信号调幅等方面。用
12、于小信号检波、小信号调幅等方面。现在学习的是第18页,共44页192 2、折线法、折线法非线性特性的折线化非线性特性的折线化:(1)(1)以一条或多条直线近似;以一条或多条直线近似;(2)(2)仅对大信号工作适用(小信号时失真大)。仅对大信号工作适用(小信号时失真大)。对于晶体二极管、三极管,当对于晶体二极管、三极管,当v vs s0.5V(0.5V(较大较大)时,采时,采用幂级数法,误差增加,要求级数项数多。用幂级数法,误差增加,要求级数项数多。现在学习的是第19页,共44页201 1、幂级数分析法、幂级数分析法 将非线性电阻电路的输出输入特性用一个N阶幂级数近似表示,借助幂级数的性质,实现
13、对电路的解析分析。例如,设非线性元件的特性用非线性函数 来描述。)(vfi 如果 i=的各阶导数存在,则该函数可以展开成以下幂级数:332210vavavaai 若函数 在静态工作点 附近的各阶导数都存在,也可在静态工作点 附近展开为幂级数。这样得到的幂级数即泰勒级数:)(vf)(vfi oVoV3322010)()()(ooVvbVvbVvbbi现在学习的是第20页,共44页21 该幂级数(泰勒级数)各系数分别由下式确定,即:iv0oVoIQ0000!1!3121)(3332221000VvnnnVvVvVvdvidnbdvidbdvidbgdvdibIVfb式中,是静态工作点电流,是静态工
14、作点处的电导,即动态电阻 r 的倒数。一般来说,要求近似的准确度越高及特性曲线的运用范围愈宽,则所取的项数就愈多。00Ib gb 1现在学习的是第21页,共44页22 下面我们再用一个稍微复杂一些的例子来说明幂级数分析法的具体应用。设非线性元件的静态特性曲线用下列三次多项式来表示:303202010)()()(VvbVvbVvbbi加在该元件上的电压为:tVtVVvmm22110coscos求出通过元件的电流 i(t),再用三角公式将各项展开并整理,得:现在学习的是第22页,共44页23tVVbtVVbtVVbtVVbtVbtVbtVVbtVVbtVbtVbtVVbVbVbtVVbVbVbVb
15、Vbbimmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm)2cos(43)2cos(43 )2cos(43)2cos(43 3cos413cos41 )cos()cos(2cos212cos21 cos)2343(cos)2343(212121221321221321221321221323231313212122121222221212222133232112213313112222120现在学习的是第23页,共44页24上式说明了电流 I 中所包含的全部频谱全部频谱成份。根据这个结果,可以看出如下可以看出如下规律规律:(1)由于特性曲线的非线性,输出电流中产生了输入电压中不曾有的新的频
16、率成份:输入频率的谐波输入频率的谐波 和 ,和 ;输入频率及其谐波所形成的各种组合频率输入频率及其谐波所形成的各种组合频率:122213232121212121212,2,2,2,(2)由于表示特性曲线的幂多项式最高次数等于三,所以电流中最高谐波次数不超过三最高谐波次数不超过三,各组合频率系数之和最高也各组合频率系数之和最高也不超过三不超过三。一般情况下,设幂多项式最高次数等于n,则电流中最高谐波次数不超过n;若组合频率表示为:21qp则有:nqp现在学习的是第24页,共44页25(3)电流中的直流成分,偶次谐波以及系数之和(即电流中的直流成分,偶次谐波以及系数之和(即p+q)为偶数的各种组合
17、频率成分,其振幅均只与幂级数的偶次项为偶数的各种组合频率成分,其振幅均只与幂级数的偶次项系数(包括常数项)有关,而与奇次项系数无关;类似地,系数(包括常数项)有关,而与奇次项系数无关;类似地,奇次谐波以及系数之和为奇数的各种组合频率成分,其振幅奇次谐波以及系数之和为奇数的各种组合频率成分,其振幅均只与幂级数的奇次项系数有关,而与偶次项系数无关。例均只与幂级数的奇次项系数有关,而与偶次项系数无关。例如,在上式中,基波振幅均与如,在上式中,基波振幅均与 有关,而与有关,而与 、无无关,三次谐波及组合频率:关,三次谐波及组合频率:的振幅均只与的振幅均只与 有关,而与有关,而与 、无关;而直流成分均无
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