第4章非线性电路 及其分析方法 4.1非线性电路的基本概念与非线性元件 4.1.1非线性电路的基本概念 4.1.2非线性元件 42非线性电路的分析方法 42.1非线性电路与线性电路分析方法的异同点 42.2非线性电阻电路的近似解析分析 42.3非线性动态电路分析简介(*) 43非线性电路的应用举例 43.1C类谐振功率放大器 43.2倍频器 4.3.3跨导线性回路与模拟相乘器 434时变参量电路与变频器
第4章 非线性电路 4.1 非线性电路的基本概念与非线性元件 4.1.1 非线性电路的基本概念 4.1.2 非线性元件 4.2 非线性电路的分析方法 4.2.1 非线性电路与线性电路分析方法的异同点 4.2.2 非线性电阻电路的近似解析分析 4.2.3 非线性动态电路分析简介（*） 4.3 非线性电路的应用举例 4.3.1 C类谐振功率放大器 4.3.2 倍频器 4.3.3 跨导线性回路与模拟相乘器 4.3.4 时变参量电路与变频器 及其分析方法
43非线性电路的应用举例 43.1C类谐振功率放大器 功率放大器一般以其工作状态来分类: A类功放输出信号为输入信号的线性函数,故又称为 线性功率放大器。 电路接成推挽形式的AB类和B类功放也可以构成 线性功率放大器 线性功率放大器的负载是电阻性的,匹配网络是传输线 变压器或其它非谐振电路 线性功率放大器工作时不产生非线性失真(或失真在 容许范围之内) 高频调幅信号的放大一般是工作在B类
2 4.3 非线性电路的应用举例 4.3.1 C类谐振功率放大器 功率放大器一般以其工作状态来分类： A类功放输出信号为输入信号的线性函数，故又称为 线性功率放大器。 电路接成推挽形式的AB类和B类功放也可以构成 线性功率放大器。 线性功率放大器工作时不产生非线性失真（或失真在 容许范围之内）。 线性功率放大器的负载是电阻性的，匹配网络是传输线 变压器或其它非谐振电路。 高频调幅信号的放大一般是工作在B类
C类功放,由于仅在信号周期的部分时间呈线性关系, 而其余时间为非线性关系,称为诸振功率放大器 C类功放的负载一般是阻抗性的,匹配网络是谐振电路。 输出信号中,除含有有用输入信号成分外,还含有输 入信号的各次谐波、交叉调制成分,寄生干扰成分 C类功放放大器一般只适于放大单频信号(如:载频) 或等幅已调信号(如:调频信号)
3 C类功放，由于仅在信号周期的部分时间呈线性关系， 而其余时间为非线性关系，称为谐振功率放大器。 输出信号中，除含有有用输入信号成分外，还含有输 入信号的各次谐波、交叉调制成分，寄生干扰成分。 C类功放放大器一般只适于放大单频信号（如：载频） 或等幅已调信号（如：调频信号）。 C类功放的负载一般是阻抗性的，匹配网络是谐振电路
功率放大器的主要性能指标有:保证管子安全工作的前提下, 讨论工作频率、输出功率、效率、功率增益和非线性失真等。 效率:A类7m=509实际上是=35~40 B类1m=78.5%实际上是n=55~65% C类1是与流通角日有关。 非线性失真: 对于线性功率放大器,非线性失真系数则成为重要的 指标,如何降低功率放大器的非线性失真,是设计这 类放大器时必须加以研究的问题 对于诸振功率放大器,它是利用晶体管的非线性特性和 选频电路的滤波特性实现的
4 功率放大器的主要性能指标有：保证管子安全工作的前提下， 讨论工作频率、输出功率、效率、功率增益和非线性失真等。 效率：A类 max = 50% B类 max = 78.5% 实际上是 = 55 ~ 65% 非线性失真： 对于线性功率放大器，非线性失真系数则成为重要的 指标，如何降低功率放大器的非线性失真，是设计这 类放大器时必须加以研究的问题。 对于谐振功率放大器，它是利用晶体管的非线性特性和 选频电路的滤波特性实现的。 实际上是 = 35 ~ 40% C类 是与流通角 有关
1、工作原理 返回 下图所示是谐振功率放大器的电原理图 电路的特点: 这个电路的静态工作点 是选择在接近截止点,或 T+( 选择在小于截止点的负偏 置区。 BE 这样选择的主要考虑是消 除由静态工作点所带来的无 用功耗,从而提高放大器的 效率。 BB CC (讲义上册179)
5 1、工作原理 下图所示是谐振功率放大器的电原理图。 （讲义上册179） vi vi Tr1 Tr2 RL VBB VCC C L BE v CE v C i C v 这个电路的静态工作点 是选择在接近截止点，或 选择在小于截止点的负偏 置区。 这样选择的主要考虑是消 除由静态工作点所带来的无 用功耗，从而提高放大器的 效率。 电路的特点： 返回
折线分析法示意图 (讲义上册181) 返回 斜率 06 BB 0 th ot 2 其中,V,为阈电压 g为V>1m时直线段 的斜率, 为偏置电压 BB 6
6 v VBB 斜率g v (t) i Vim 0 Vth 0 0 m I i i 2 t v t 折线分析法示意图 （讲义上册181） 返回 其中， 为阈电压， g为 时直线段 的斜率， 为偏置电压。 Vth i Vth v VBB
电路的工作过程如下: 偏置电压为VBB,以确定静态工作点。工作点往往处在 截止区,静态时无集电极电流。 当输入信号"()=1 im cos a加入时,为足够大的 数值,使集电极电流出现尖顶余弦脉冲,如上图所示。 利用42.2节关于折线分析法的结果,可得出集电极电流的 表示式为: c (1-cos 0) COS Ont-cos0 I-cos0 O= arccos当mBB 集电极电流余弦脉冲可以展开成傅立叶级数 i, (t)=lo +lcos oot +l cos 20ot
7 电路的工作过程如下： 偏置电压为 ，以确定静态工作点。工作点往往处在 截止区，静态时无集电极电流。 VBB 当输入信号 加入时， 为足够大的 数值，使集电极电流出现尖顶余弦脉冲，如上图 所示。 v t V t i im 0 ( ) = cos Vim 利用4.2.2节关于折线分析法的结果，可得出集电极电流的 表示式为： 1 cos cos cos 0 − − = t i I C cm = (1−cos) cm gVi m I i m t h B B V V −V = arccos 集电极电流余弦脉冲可以展开成傅立叶级数： i c (t) = I c0 + I c1 cos0 t + I c2 cos20 t +
放大器的负载阻抗是频率的函数,只有角频率为O0的 电流分量可以在负载上建立余弦电压。 vo(t)=L,r coS Ot 将余弦脉冲基波分量分解系数的表示式,即a1(0)代入上式, 则可得谐振功率放大器输出电压的表示式 8-sin ecos e Do(t)=Iamt(- cos 0) R cos ot 谐振功率放大器激励电压是余弦电压,但基极电流和集电 极电流只是余弦电压的一部分,称为余弦电流脉冲,而输出 电压又是与激励电压同频的余弦电压。这是谐振功率放大器 不同于一般线性功率放大器的特点。 即集电极电压波形与集电极电流波形不同
8 放大器的负载阻抗是频率的函数，只有角频率为 的 电流分量可以在负载上建立余弦电压。 0 v t I R t c L 0 ' 0 ( ) = 1 cos v t I R t cm L 0 ' 0 cos (1 cos ) sin cos ( ) − − = 将余弦脉冲基波分量分解系数的表示式，即 代入上式， 则可得谐振功率放大器输出电压的表示式 ( ) 1 谐振功率放大器激励电压是余弦电压，但基极电流和集电 极电流只是余弦电压的一部分，称为余弦电流脉冲，而输出 电压又是与激励电压同频的余弦电压。这是谐振功率放大器 不同于一般线性功率放大器的特点。 即集电极电压波形与集电极电流波形不同
2、工作波形:(讲义上册182) 输入电压v(D) 基极发射极 间电压vBE om v() CE 集电极电流 (t) i() 输出电压vo() cmin 集电极发射 极间电压 BB 6 Vim/vi(t) CE (t) BE 返回 9
9 2、工作波形：（讲义上册182） 输入电压 v (t) i 基极发射极 间电压 BE v BE v 集电极电流 i (t) C i (t) C i (t) C 输出电压 ( ) 0 v t 集电极发射 极间电压 v (t) CE v (t) CE Vim VBB Vom cm I Vth VCCcmin v v (t) i ( ) 0 v t 返回
3、功率放大器效率与电压利用系数及电流流通角的关系 在谐振功率放大器中,由于其静态工作点选择在集电极电流 为零的情况,因而消除了静态功耗,提高了工作效率 如何进一步提高效率,则是需要研究的问题。这涉及如何合 理地利用好晶体管转移特性的非线性。 谐振功放的效率定义为: 77 输出信号功率为:P 集电极电流中的基波分量幅度为:IC1=lomC1(6) 输出电压的幅度是Vom。 可得:D I a(e) 2 10
10 3、功率放大器效率与电压利用系数及电流流通角的关系 在谐振功率放大器中，由于其静态工作点选择在集电极电流 为零的情况，因而消除了静态功耗，提高了工作效率。 如何进一步提高效率，则是需要研究的问题。这涉及如何合 理地利用好晶体管转移特性的非线性。 谐振功放的效率定义为： S o P P = 输出信号功率为 ： o C Vom P I 1 2 1 = 集电极电流中的基波分量幅度为 ： ( ) I C1 = I cm1 可得： ( ) o cm Vo m P I 1 2 1 = 输出电压的幅度是 Vom