四川信息职业技术学院文本频率变换及模拟乘法器_高频电子技术项目四.doc_大学文库

四川信息职业技求学乾《高瓶电于技术》壮品黄源共享深 2 nT sIs(n+1/2)T 4n= (n为整数) 10 (n+1/2)T≤1s(n+1)T 为了画出它的類谱，需应用傅立叶级数把上述分段函数展开成幕级数的形式 M()=1+4sn ou+ 4 4 -sn3@,1+ -sn5o1+..+ 2n+w+.…式中， (2n+1)x @=2%=2 。按上式可西出相应的频语。如图4-1-3向所示。东有吻w响 )信号的波形 6)信号的疑请图41-3信号的液彩图和频情图其中直流分量对应山0的都条谱线。由于()有无限多项，因此谱线也有无限多条（图中只可出六条语线)。国随着「的升高，谱线的长度遇速减小。画频游时应先写出信号数学表达式，然后展开，若展开式中有。项不同顾半、不羽餐幅的正弦分量相叠加，则顿进中的诗线算有m条。通过以上三个例题的分析可以看出，信号的频语、波形、数学表达式三者之间是可以转换的，即本质是一政的， 2,频率变换 (1)频率变换的概念频率变换又称为频诗变换。它是指输出信号的顿率与输入信号的频卓不同，而且满足一定的变换关系。实现规率变换的电路可以是调制器、解调器，也可以是变坝器，混频器等。从频谱的角度米看，调制是把低频的调制信号類谱变换为高频的己测波顿游：解调则正好相反，它把高類的己测泼频端变换为低频的调制信号频谱：变频则把高频的已调波频谱变换为中频的己调凌顿罐。因此，调制、解调和变颠电路都属于颠谱变换电路。 ()频率变换电路的分类领率变换电路可以分为顿话淑移电路和顿谱津线性变换电路。规语表移电路是将输入信号规谱沿规率轴不失真的搬移。搬移前后各规率分量的相对大小和相互间隔（即镜谱内部结构》保持不变。本教材涉及到的频谱搬移电路色括调幅、检波和变频电路。频语非线性变换电溶是将输入信号频谱违行特定的非找性变换电路。变换前后，信号频谱在相对大小、相互何隔方面都可能发生变化。本教材涉及到的烦谱非线性变换电路包括调顿和鉴顿、调相和鉴相电路等。 (3)频率变铁电路的基本模型 www.scitc.com.cn 3/17《高频电子技术》精品货源共享课建设项目组

www.scitc.com.cn 3 / 17《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课    = 0 2 u(t) n T t n T nT t n T ( 1 2) ( 1) ( 1 2) +   +   + （n 为整数）为了画出它的频谱，需应用傅立叶级数把上述分段函数展开成幂级数的形式  + + + = + + + + + n t n u t t t t 0 0 0 0 sin( 2 1) (2 1) 4 sin 5 5 4 sin 3 3 4 sin 4 ( ) 1         式中， T f    2 0 = 2 0 = 。按上式可画出相应的频谱，如图 4-1-3(b)所示。 u Um/V /V t ω ω0 3 ω0 5 ω0 7 ω0 9 ω0 π 4 1 ￣ 3 π 4 ￣ 5 π 4 ￣ 7 π 4 ￣ 9 π 4 ￣ 2 T ￣2 T 3 T ￣2 5 T ￣2 7 T ￣2 O O (a)信号的波形 (b)信号的频谱图 4-1-3 信号的波形图和频谱图其中直流分量对应 ω=0 的那条谱线。由于 u(t) 有无限多项，因此谱线也有无限多条（图中只画出六条谱线）。但随着 f 的升高，谱线的长度迅速减小。画频谱时应先写出信号数学表达式，然后展开，若展开式中有 n 项不同频率、不同振幅的正弦分量相叠加，则频谱中的谱线就有 n 条。通过以上三个例题的分析可以看出，信号的频谱、波形、数学表达式三者之间是可以转换的，即本质是一致的。 2．频率变换 (1)频率变换的概念频率变换又称为频谱变换，它是指输出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一定的变换关系。实现频率变换的电路可以是调制器、解调器，也可以是变频器、混频器等。从频谱的角度来看，调制是把低频的调制信号频谱变换为高频的已调波频谱；解调则正好相反，它把高频的已调波频谱变换为低频的调制信号频谱；变频则把高频的已调波频谱变换为中频的已调波频谱。因此，调制、解调和变频电路都属于频谱变换电路。 (2)频率变换电路的分类频率变换电路可以分为频谱搬移电路和频谱非线性变换电路。频谱搬移电路是将输入信号频谱沿频率轴不失真的搬移，搬移前后各频率分量的相对大小和相互间隔（即频谱内部结构）保持不变。本教材涉及到的频谱搬移电路包括调幅、检波和变频电路。频谱非线性变换电路是将输入信号频谱进行特定的非线性变换电路。变换前后，信号频谱在相对大小、相互间隔方面都可能发生变化。本教材涉及到的频谱非线性变换电路包括调频和鉴频、调相和鉴相电路等。 (3)频率变换电路的基本模型

www.scitc.com.cn 4 / 17《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课频率变换电路（如频谱搬移）必须通过非线性器件的相乘作用才能实现，一般由非线性器件和滤波器两大部分组成，如图 4-1-4 所示。非线性器件滤波器图 4-1-4 频率变换电路的基本模型非线性器件可以采用二、三极管、场效应管、差分对管以及模拟乘法器等，起频率变换作用。滤波器起滤除通带以外频率分量的作用，只有落在通带范围的频率分量才会产生输出电压。本任务先介绍用模拟乘法器组成的非线性电路实现频谱搬移的原理，再分析一般非线性器件（如二、三极管）的相乘作用实现频谱搬移的过程。二、模拟乘法器实现频率变换原理随着集成技术的发展和应用的日益广泛，集成模拟乘法器已成为继集成运放后最通用的模拟集成电路之一，本节将对模拟乘法器的基本概念和应用进行简单的讨论。 1．模拟乘法器简介模拟乘法器是一种实现两个模拟信号相乘的电路，电路符号如图 4-1-5(a)所示，其中 X、Y 为模拟信号输入端，Z 为相乘结果输出端。若输入信号分别用 uX、uY 表示，输出信号用 uo 表示，则 uo 与 uX、uY 乘积成正比，即 uo = KM uX uY (4-1-1) 式中，KM 为比例系数，称为模拟乘法器的相乘增益，其量纲为 V -1。 Y X (Z) K XY M u u X u Y O K M uO uX uY (a)电路符号 (b)实现模型图 4-1-5 模拟乘法器的符号及实现模型在一般情况下，乘法器是一个典型的非线性器件，可以实现多种频谱搬移电路。它的线性特性只是非线性本质的一种特殊情况。 2．模拟乘法器的应用集成模拟乘法器的应用十分广泛，除了组成各种频率变换电路外（调幅、检波、变频、鉴相等），还能组成各种模拟运算电路、压控增益电路和整流电路等。 (1)乘方器

心四川估息职业技术学院《高麵电等枝求》升品黄漂头享闲取多少项。取决于要求近制的准确度和特性曲线的运用范围。一最说来，要求近叙的准雨度越高，或特性曲线的运用范暖越宽，所取的项数越多。当然，为了计算简单，在工程计算允许的准确度范围内，应尽景遮取较少的项数来近似。例如，若非线性器件工作在转性曲线的近叙直线的部分，或输入信号足够小，使器件工作在由线很小的一段时，则可把半线性器件当成线性化米处理，贝需取幕领数前两项，即i3低。+a(u-U。): 如果非线性器件工作在特性曲线的弯由部分，如要实现顿谢椒移，则至少要取冪级数的前三项，即 i=a+a(u-Uo)+a.(u-Uo) (41-17) 如果加到器件上的信号很大此时特性曲线运用的范围很宽)，成在某些特定的场合，如混频干扰，就雷要取琴级数更多的项。 2,非线性器件频谐嫩移的实现原理若丰线性器件外加两个输入电压m和险，并忽略负载的反作用，则。。++2 (41-18) 将上式代入式4-17)，可得 1a6+a,(码+码）+a(4+4月 (41-19) 将式4119)的二次方项展开，即可得冪级数中实现两个输入信号相乘的项2渔m的：实置证明，凡是伏安特性的幂级数展开式中含有二次方现的非线性器件。都具有相乘的作用。也都可实现频罐搔移。阳是。由式41-16)知，一般丰线性器件的1中除含有用的相乘项外，还有的“”(m。是不能同时为1的整数》等众多无用的相乘项.这些无用相乘项将产生领率为人士g(P,90, 1,2,)等许多不需委的频率成分，必须用滤被器滤降。否则将形成干扰。实际应川时一般采取下列措施减小干扰：①选取具有平方律特性的场效应管：②透择合适的静态工作点，使器件工作在特性接近平方律的区域：③采用多个丰线性墨件组成的平衡电路，抵清酒一部分无用的组合频率分量：④减小输入电压幅度。以便有效地或小小、g较大的组合频率分量的振幅 ⑤选用合适的试波器辣掉无用的组合短率分量等。 www.scitc.com.cn 10/17《高频电子技术》精品资源共享课建议项川粗

www.scitc.com.cn 10 / 17《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课取多少项，取决于要求近似的准确度和特性曲线的运用范围。一般说来，要求近似的准确度越高，或特性曲线的运用范围越宽，所取的项数就越多。当然，为了计算简单，在工程计算允许的准确度范围内，应尽量选取较少的项数来近似。例如，若非线性器件工作在特性曲线的近似直线的部分，或输入信号足够小，使器件工作在曲线很小的一段时，则可把非线性器件当成线性化来处理，只需取幂级数前两项，即 ( ) 0 1 u UQ i   + − 。如果非线性器件工作在特性曲线的弯曲部分，如要实现频谱搬移，则至少要取幂级数的前三项，即 2 0 1 2 ( ) ( ) u UQ u UQ i  + − + − (4-1-17) 如果加到器件上的信号很大(此时特性曲线运用的范围很宽)，或在某些特定的场合，如混频干扰，就需要取幂级数更多的项。 2．非线性器件频谱搬移的实现原理若非线性器件外加两个输入电压 u1 和 u2，并忽略负载的反作用，则 uo = uQ + u1 + u2 (4-1-18) 将上式代入式(4-1-17)，可得 2 0 1 1 2 2 1 2 i  + (u + u ) + (u + u ) (4-1-19) 将式(4-1-19)的二次方项展开，即可得幂级数中实现两个输入信号相乘的项 2α2u1u2。实践证明，凡是伏安特性的幂级数展开式中含有二次方项的非线性器件，都具有相乘的作用，也都可实现频谱搬移。但是，由式(4-1-16)知，一般非线性器件的 i 中除含有用的相乘项 u1u2 外，还有 u1 m u2 n（m、n 是不能同时为 1 的整数）等众多无用的相乘项。这些无用相乘项将产生频率为 fk=|±pf1±qf2|（p，q=0， 1，2，… ）等许多不需要的频率成分，必须用滤波器滤除，否则将形成干扰。实际应用时一般采取下列措施减小干扰：①选取具有平方律特性的场效应管；②选择合适的静态工作点，使器件工作在特性接近平方律的区域；③采用多个非线性器件组成的平衡电路，抵消一部分无用的组合频率分量；④减小输入电压幅度，以便有效地减小 p、q 较大的组合频率分量的振幅； ⑤选用合适的滤波器滤掉无用的组合频率分量等

四川信息职业技术学院 文本 频率变换及模拟乘法器_高频电子技术项目四

四川信息职业技术学院文本频率变换及模拟乘法器_高频电子技术项目四