高频电子线路(李春生)(10)

(6.3.6) (6.3.7)
uo2R R ycuyth 2U 1TuxRR yU cTuxuy
2021/7/22
(6.3.8)
27
MC1496工作频率高, 常用作调制、 解调和混频, 通常X通 道作为载波或本振的输入端, 而调制信号或已调波信号从Y通 道输入。
当X通道输入是小信号(小于26 mV)时, 输出信号是X、 Y通道 输入信号的线性乘积；
其中iC≈f(Un1!Qf+(un1))(U +fQ ′(UQu+1)uu12)nu2= I0(t)+g(t)u2
(5.3.1)
I0(t)=f(UQ+u1), g(t)=f′(UQ+u1) I0(t)与g(t) 被称为时变静态电流与时变电导（或时变跨导）。 这种工作状态称为线性时变工作状态
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－ ＋ uo
iC1
iC2
iC3
iC4
6
10
－ ux ＋
8
4
－ uy ＋
1
V1
V2
iC5 V5
V3
V4
iC6
V6
2
iR
Ry
5
6.8 k
14
U E E (－ 8 V )
I0 2
V9
V7
500 500
I0
3
2
V8
50 0 M C1496
图6.3.3 2021/7/22 MC1496内部电路图
21
z 1 UT
4
若 u1=Um1cosω1t, 则
u2=Um2cos ω2t,
iC I0 0 Ioc nn o 1 t s (g 0g n cn o 1 t) U sm 2 co 2 t s
n 1
n 1
(5.3.4)
输出频率分量： |±nω1±ω2| (n=0, 1, 2, …)
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…
1t
8
利用单向开关函数表达式, 参照图5.3.2, 此时的集电极电流
iCI0(t)g(t)u2gDu1K1(1t)gDK1(1t)u2
gDK1(1t)u(1u2) gDK1(1t)U (1mco1stU2mco2st)
(5.3.6)
频率分量： |±(2n-1)ω1±ω2|
(n=1, 2, …)
31
6.4 检波电路
6.4.1包络检波电路
＋ ui －
i ic
iR ＋
C R uo
－
我们以时域上的波形变化来说明其工作原理。
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图 6.4.1 二极管峰值包络检波器
32
包络
F
GH
DE
IJ
ui
uo
B
C
A
t0 t1
t2 t3
t4 t5
t6 t7
t8 t9
t
图 6.4.2 二极管峰值包络检波器的包络检波波形
输出频率分量： |±(2n-1)ω1±ω2|
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(n=1, 2, 3, …)。
17
6.3.2
模拟乘法器： ✓可以实现普通调幅、双边带调幅与单边带调幅。 ✓可以用单片集成模拟乘法器来组成低电平调幅电路,也可以 直接采用含有模拟乘法器部分的专用集成调幅电路。 ✓模拟乘法器：
可实现输出电压为两个输入电压的线性积 典型应用包括：乘、除、平方、均方、倍频、调幅、检波、 混频、 相位检测等。
复习与提问
调幅波的频率成分有哪些？带宽是多少？ 过调制时的调幅指数是多少？实际系统中的调幅 指数能否达到100%，为什么？ 双边带调幅的与普通调幅波的表达式和频率成分 有什么不同？
电视系统的调制方式是什么？
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1
调幅电路 开关函数 低电平调幅
二极管峰值包络检波器
检波效率、等效输入电阻 惰性失真、底部切割失真
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35
2. 二极管峰值包络检波器的性能指标主要有
检波效率 输入电阻 惰性失真 底部切割失真
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36
1) 检波效率ηd。
由式(6.4.2)可知, gD或R越大, 则θ越小, ηd越大。如果考虑 到二极管的实际导通电压不为零, 以及充电电流在二极管微变 等效电阻上的电压降等因素, 实际检波效率比公式计算值要小。
载波
u (t )
调 制信 号
750 750 51 50 k
Ma值 调 节
1k
0.1
1k
2
3
8
6
10 MC14 96
1
4
12
14
5
51
3.9 k
6.8 k
＋ 12 V
3.9 k 0.1
信 号输 出 u A M (t ) (或uDS B)
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－ 8V
图 6.3.4 MC1496组成的普通调幅或双边带调幅电路
i(ABm U 2co 2ts)2 U U m T 1co 1ts
(5.3.8)
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15
K2(1t)K1(1t)K1(1t)
n 1(1)n1(2n4 1)c
(5.3.9)
o2n s(1)1t
所以, 当u1较大时(Um1＞260 mV
i≈(A+BUm2cosω2t)K2(ω1t)
(5.3.10)
5
开关工作状态
若u1的振幅足够大时, 晶体管的转移特性可采用两段折 线表示, 如图5.3.2所示。设UQ=0, 则晶体管半周导通半周截 止, 完全受u1的控制。这种工作状态称为开关工作状态, 单向开关函数：
K 1 (1 t) 1 2 n 1( 1 )n 1(2 n 2 1 )co 2 n s 1 )(1 t (5.3.5)
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10
例 5.4 在图例5.4所示差分对管中, 恒流源I0与控制电压u2
是线性关系, 有I0=A+Bu2, A、B均为常数, 分析差分对管输出电
流i=iC1-iC2中的频率分量。已知u1=Um1cosω1t,u2=Um2cosω2t。
iC1 iC2
V1
V2
＋
u1 －
I0＝A＋Bu2
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13
th
u 2U
T
th
u 2U
T
1
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0
u
0 2
3 2
5 2
1t
－1
0
u1
u
2
3
2
5 2
图 5.3.4
1t
th
u 2U T
与u的关系
14
令 U m1 UT
x,
当
x 1 ，有近似公式 th x x 2 2
所以，当u1较小时 (Um126mV)
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9
双向开关函数K2(ω1t):
K2( 1t)
1
K2(1t)K1(1t)K1(1t)
0 n 1( 1)n13(2n4 51)
(5.3.9)
co2n s(1)
7
1 1tt
2
22 2
输出频率分量： －1
|±(2n-1)ω1±ω2|
(n=1, 2, 3, …)。 图 5.3.5 双向开关函数
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18
1.
设两个输入信号分别为
u 1 U 1 c1 o t ,u 2 s U 2 c2 o t ,1 s 2 ,
则两信号相乘后的输出信号为
u o k1 u 2 u k2 1 U U 2 [c1 o 2 s ) t ( co 1 s 2 ) t( ]
可见，乘法运算能够产生两个输入信号频率的和频与差频，这
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12
故
i ii i i i C1C1
C1C2 C1C2
பைடு நூலகம்
iC1iC1I 0iC2
I
0
i 1C2 iC1
I e 10 z
同理可得
iC 2
I0 1 ez
所以
iC 1iC 2e ez z//2 2 e e z z//2 2I0I0t h2 z I0 2 U u 1T
i iC 1 iC 2 I0 t h 2 U u 1 T (A B2)tu h 2 U U m T 1co 1 t s
ηd≈cosθ
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34
当θ很小时,
3 3 gDR
(6.4.2)
仅当gD为常数时, θ才为常数, ηd也才为常数, 此时输出信号振幅 Uom与调制信号振幅MaUim近似成线性关系。
由于仅在大信号工作时, 二极管的导通电压才可以忽略， 这时 二极管伏安特性用折线近似，电导gD可视为常数, 因此峰值包络 检波电路仅适合于大信号工作。
当X通道输入是频率为ωc的单频很大信号时(大于260 mV), 输 出信号应是Y通道输入信号和双向开关函数K2(ωct)的乘积。两 种情况均可实现调幅。
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28
例 6.2 已知调制信号uΩ(t)的频谱范围为300Hz～4000 Hz, 载频为560kHz。现采用MC1496进行普通调幅, 载波信号和调 制信号分别从X、Y通道输入。若X通道输入是小信号, 输出 uo(t)=k1uxuy；若X通道输入是很大信号, uo(t)=k2uyK2(ωct)。分 析这两种情况的输出频谱。
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37
2) 等效输入电阻Ri。 由于二极管在大部分时间处于截止状态, 仅在输入高频信 号的峰值附近才导通, 所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。
检波器的前级通常是一个调谐在载频的高Q值谐振回路, 检波器相当于此谐振回路的负载。 为了研究检波器对前级谐 振回路的影响, 故定义检波器等效输入电阻
同步检波电路
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2
5.3 频率变换电路的要求与实现方法
线性频率变换电路 又被称为频谱搬移电路。
非线性频率变换电路： 如调频电路与鉴频电路。
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3
线性时变工作状态
两个不同频率的信号同时输入，满足u2<<u1。
iC f(uB E)f(UQu1u2)
此简因化为为fu:(U 2很Q小u, 1故)可f以'(忽UQ 略uu21的)u二2次21及!f以"(上U各Q次u谐1)u波22分 量, 由
e结等效到发射极的电阻为re， 则有
u y iC 6 r e iR R y iC 5 r e r e ( iC 6 iC 5 ) iR R y(6.3.5)
因为
iC6I20iR,iC5I20iR
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26
iR
1 2(iC6
iC5)
iC6iC52re2 RyuyR 2yuy (Ry>>2re)
由于K2(ω1t)中仅有ω1的奇次谐波分量, 所以此时输出电
流中含有ω1的奇次谐波分量以及|±(2n-1)ω1±ω2|分量(n=1, 2,
3, …)。
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16
双向开关函数K2(ω1t):
K2(1t)K1(1t)K1(1t)
n 1(1)n1(2n4 1)co2n s(1)1t (5.3.9)
正是调幅、检波和混频等电路所需要的功能。
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19
表6.3.1 MC15系列三种型号模拟乘法器的参数典型值
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20
Rc 3.9 k
U C C (＋ 1 2 V )
Rc 3.9 k
i I e ,i I e C1
U 1Tub1 e
es
C2
U 1Tub2 e es
12
iA
iB
uy,z'U1T
ux
iC6
iC5
ez/2 ez/2
ez/2 ez/2
I0
I0th2z
iC1
iC2
iC5th
z' 2
,iC4
iC3
iC6t
h
z' 2
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22
uo
(iC6
iC5)Rct
hz' 2
u oI0 R ct h 2 z t h z 2 ' I0 R ct h 2 U 1 Tu y t h 2 U 1 Tu x
I0
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11
解：根据晶体三极管转移特性的指数函数表达式,当其工作 在放大区时分别写出
i I e ,i I e C1
U 1Tub1 e
es
C2
U 1Tub2 e es
其中Ies是发射极反向饱和电流。因为
iC 1eU 1 Tu1ez iC 2
zU 1 Tu1,u1ub1eub2e
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uo(t)=k1(UY+uΩ)cosωct=k1UY+
(1 1 UY
u)c
osct
c－∑ c c＋∑
(a)
c－∑ c c＋∑
c－∑ c c＋∑
(b)
uo(t)=k2(UY+uΩ)K2(ωct)
…
c－∑ c c＋∑
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图例6.2
30
1k
51
u c(t )
0.1
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33
检波效率ηd 定义为uo中低频分量振幅与ui中调制分量振幅的比值。
当ui是单频调幅波时, 即ui=Uim(1+Ma cosΩt) cosωct时,uo中的 低频分量为Uom cosΩt, 检波效率ηd
d
Uo m MaUim
1
(6.4.1)
利用折线函数分析法, 可以求得检波效率的近似表达式：
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6
iC
I0 (t)
gD
0 g
gD
u
0
3
5
2
2
2
1t
g (t)
0
Um1 2 3 2
u u1
0
3
5
2
2
2
1t
5 2
1t
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7
图 5.3.2 工作于开关状态时I0(t)与g(t)的波形
K1( 1t)
1
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0 3 5 7 22 22
图 5.3.3 单向开关函数
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23
th
u 2U T
th
u 2U
T
1
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0
u
0 3
2
2
－1
0
u1
u
2
3 2 5 2
1t
图 5.3.4
th
u 2U T
与u的关系
5 2
1t
24
当ux、uy均小于26 mV时，
2
uo
I02U1T
Rcuxuy
(6.3.4)
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扩展输入范围： 若在②、 ③脚之间接入负反馈电阻Ry, 并设晶体三极管b、