相乘器与混频器

● ●
实现： ； 实现方法：分别在差分对管T5 、T6 与T9、 T10的两个射极间分别 加一个大电阻RE2与RE1,实现深度负反馈；
412 Ⅰ 3) 结论： i= i iⅡ I R R 0 E1 E 2
●
4 RC 12 12 ； 0 i RC I 0 RE1RE 2
●
外部连接图
② 工程估算 ● 已知：
●
估算：（设计） a) RE1,RE2: 估算时，
b) Rc:
c) 估算+VCC,-VEE：
从V2max,-V2max分别往上，往下估算，遇C-B结，用2.5V 估算，遇B-E结用0.7V估算，加适当的裕量即可。 d) R3,R13:
e) Rk:
③ 调零技术（调整）
●
2. 基本电流模电路形式
●
跨导线性电路（TL电路） 电流镜（CM）与电流传输特器（CC）
●
开关电流电路（SCC）
●
砷化镓高速电路（ Gａ As ）
模拟神经网络电路（AN） 支撑电路（SC）
●
●
3. 特点 ① 频带宽速度高
●
电路是低阻节点，极点频率很高，接近特征频率fT
电路中电流变化影响电压分量VBE(on) 变化很小；向Cbe‘ 充电电流很大，时间短。 ② 动态范围很大
v0 AM v1v2
（AM为相乘增益，亦称比例系数或标尺因子）
② 工作区域 单象限 二象限 四象限 2．传输特性
① 直流和低频传输特性 ● 零输入响应 ： 零输入状态时，是非零的输出，存在误差 电压（输出失调电压和馈通误差电压）
直流传输特性 （一个输入为直流时） 平方律特性（ v1 = v2 ） ② 非线性传输特性
●
2 2 vo v1v2 V1m
★二极管环形相乘器与平衡相乘器相比不仅频谱更纯净，而且相乘
效率提高一倍，得到了广泛应用，所以把环形电路接成环形电路组
件。
4. 二极管环形组件相乘器：
●
电路：
●
工作原理由同学自己完成。
四. 晶体管相乘器 1． 差分特性分析法
●
电路：
●
差分特性
，
●
双曲正切函数表示
b) 1 动态范围受V1m<26mv的限制
）不稳定
3．双差分对管相乘器 ①电路及其特点 ● 电路：
●
特点
a) 交叉地加到T1、 T2与T3、T4基极上 b) i=iI - iII差分输出
② 工作原理
● ●
分类讨论 i V1m>26mv, V2m>26mv 无意义，说明 必须为小信号
ii V1m<26mv, V2m<26mv 实现近似理想相乘
●
电路：(F007为单位倒相增益放大器)
●
调整：在输出端接示波器（或计数器）
●
i) 调零：零输入状态下，使 。反复调 RP1 , RP2 , RP3 ） ii) 调AM : 调RW4 (调I0' ) 调整目的：克服输入输出失调电压引起相乘误差。
六. 电流模相乘器
1. 概念
●
用电流的分量处理模拟信号的电路称为电流模电路 在电流模电路中晶体管有用的频率高达fT，具有频带宽速度高 的传输特性
二、 晶体管混频器 三、 二极管混频器 四、集成混频器 五、 组合频率干扰与非线性失真
*六、 参量电路
§3-2 混频器
一、混频概念和实现模式 1. 定义 混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持 调制规律不变的频率变换过程。 fI = fL - fC 或fI = fL+fC （其中fI表示中频频率，fL表示 本振频率，fC表示载波频率。一般 f I 取差频） 2. 框图与功能 ① 框图 （以输入vs(t)为标准调幅波Βιβλιοθήκη Baidu例）
根据等效电路，可以列出回路方程求得
●
(因RL RD )
1 2
●
实现相乘条件 应在RL两端并上LC带通滤波器 (满足中心频率谐振在
1上，BW3db 22 )
在负载上选出
i
12

2 RL V1m 1 2
●
输出电压 o i RL
1 2
2 V1m 1 2
优点： a) 实现任意两个模拟信号的相乘 b) AM=4Rc /Io’RE1RE2与T无关，所以电路特性稳定 实现相乘条件： ，
●
五 、 集成模拟相乘器 1 .MC1596 相乘器(或XFC1596)
2. MC1595(或BG314）相乘器 ① 电路与工作原理 ● 内部电路
●
4RC 工作原理 ： v0=AMv1v2， 其中 AM ' I 0 RE1RE2
●
对
近似方法
① 若V1m<26mv， ② 若26mv<V1m<260mv
q v1 2 kT
qv1 qV1m qV1m th 2[ 1 ( cos 1t 3 ( ) cos 31t …] 2kT kT kT q v1 K 2 (1t ) ③ 若V1m≥260mv， th 2kT
只要 很大，得： x I iC1 1 x I iC2 1
举例三 吉尔伯特电流放大器
●
电路结构与例二相似，只有在输 出端将T2、T3集电极，T1、T4集 电极连在一起。 电流增益不宜太大，一般为1~10， 否则体电阻影响太大。 该增益单元是超高速、超高频率 集成电路形式，适合多级级联。
● ●
电源电压很低（0.7～1.5V） 输出电流达到（10-9 ～ 10-3mA级）
●
●
输出最大电流受晶体管限制
③ 易于实现电流的存贮与转移
●
动态电流镜可作为偏置电流，或作 为电流1：1拷贝倍乘或整除。 广泛用在开关电流滤波器、开 关电流A/D、D/A转换器中
●
④ 便于实现电流与电压的线性与非 线性转换
2 . CMOS 四象限模拟相乘器
八. 相乘器的应用 1. 在通信电路中应用：可以来用相乘器实现混频、调 幅、同步检波、乘积型相位鉴频、乘积型鉴相等。 2. 在模拟运算中应用：运算放大器与相乘器配合，可以 实现除法、乘方、开方、开立方以及各种函数发生器 等运算。
§3-2 混频器
一、混频概念和实现模式
已知： 输入管的偏置电流I,差分管偏置电流IE,x 为信号电
流与偏置电流比值，称为调制度，满足 -1< x <1。
求： 1) 差模输出电流 2) 差模电流的增益 解：λ=1
得：
说明：若考虑ib1,ib2效应,得
1 x I
iC1 i 近似得 iC2 1 x I C2 iC1 1 x I iC2 1 x I iC1
3. 二极管双平衡相乘器（环形相乘器） ① 电路及特点
●
电路：
●
特点： i D1-D4理想开关二极管
ii Tr1次级Tr2初级具有中心抽头，上下严格对称
iii v1同相，v2反相加到D1、D2或D3、D4上 iv
i= i iⅡ 差分输出 Ⅰ
② 工作原理
●
●
●
1 2
实现相乘条件：
●
在RL两端并上LC带通滤波器（满足中心频率谐振 在 1上，BW3db 22 ）
l
条件：
a) 有偶数个PN结 b) 顺时针排列（CW）个数=逆时针 排列（CCW）个数
l
结论：顺时针发射结电流密度之积等于逆时针发射结电流 密度之积 若 (ΠJ)Cw= (ΠJ)CCW
★ TL跨导线性回路原理：
在一个包含偶数个正偏发射结的闭合回路中，若顺时针方 向排列的PN结的数目等于逆时针方向排列的PN结的数目， 则顺时针方向发射极电流密度之积等于逆时针方向发射极 电流密度之积 5. TL回路构成电流放大器 举例一 可变增益电流放大器 （与β无关）
iii 26mv<V1m<260mv , V2m<26mv iv V1m≥260mv , V2m<26mv
●
欲实现理想相乘时存在的问题：
ii 相乘增益与温度T2成反比（即AM∝
输出i经LC带通滤波器， （中心频率谐振 在 1, BW3db 22 ） 可实现 1、2 不失真的相乘
i 实现理想相乘,要受到V1m<26mv，V2m<26mv的限制 ）
●
特点： a) D1、D2为近似理想开关二极管 b) v1同相加到D1、D2上， v2反相加到D1、D2上 c) Tr1二次与Tr2一次绕组具有中心抽头，并上下严格对称 d) 电流差分输出 i=iD1- iD2
② 工作原理 V1m>>V2m
●
V1m>>VD(on)
v1控制 D1 、 D2开关工作
若v1>0，D1、D2导通 ；若v1<0，D1、D2截止
i 单向正相余弦开关函数
ii 单向反相余弦开关函数
iii 双向开关函数
② 正弦型
若
i 单向正相正弦开关函数
ii 单向反相正弦开关函数
iii 双向开关函数
★
大信号控制二极管开关工作，二极管等效导通电阻RD与开关K串联。
2. 二极管平衡相乘器 ① 电路及特点
●
电路 v1(t)=V1msinω1t v2(t)=V2msinω2t
器或模拟相乘器） υ υ 、υ 2 、υ 目的：扩大 1 1 2 的动态范围，实现任意两个模拟信号的相乘。
●
三差分对管相乘器（线性化四象限可变跨导相乘 4．
框图：
●
电路
① 流控吉尔伯特电路
●
电路（由T1～T4、T7、T8构成）
v'= vBE7 – vBE8
●
实现：
② 电压—电流线性变换器
●
电路
●
作为电压——电流线性转换器
⑤ 非线性失真很小 ● 电流传输特性影响器件的伏安特性
●
易于处理高精度的模拟信号处理
4. TL回路原理 ① TL基本概念
i I exp c s V T
BE
→
得到
g
S I m I C T
I
说明gm是集电极电流线性比例系数，提出跨导线性TL概念。
② TL原理：
● ●
③ 正弦信号传输特性
3．误差分析 误差 引起误差原因：
二．模拟相乘器的实现方法
●
二极管相乘器技术
●
●
●
● ●
四分之一相乘技术 三角波相乘技术 对数反对数相乘技术 脉冲高度宽度的相乘技术 可变跨导的相乘技术（晶体管）
v1v2 v1v2
v0 AM v1v2
三、二极管相乘器 (二极管平衡相乘器、二极管双平衡（环形）相乘器) 1．分析方法――开关函数分析 ① 余弦型 若
●
●
6. 电流模相乘器 ① DC——0.5~1GHz
●
电路：
●
与电压模相乘器相比较的不同点
a) 由输出有摆幅的电压信号变换成无摆幅的电流信号
b) x,y加入失真抵消电路 例如 , 图中T11、T22输出电流iC11-iC22未加失真抵消电路时是非线性隐 i 2 函数 i i ln C11
七. 集成MOS模拟相乘器 1 . CMOS四象限相乘器
① 电压电流变换器工作原理
i iD1 iD2 k(2v1 v2 )(v2 2VGS(th) )
= -k(v22 2v2VGS(th) 4v1VGS(th) 2v1v2 )
② 相乘器的工作原理 相乘器输出电流
iD18 iD17 2k (v2 v'2 )(v1 v'1 ) 2k vx vy
第三章 模拟相乘器和混频器
§3-1 模拟相乘器
§3-2 混频器
§3-1 模拟相乘器
一、基本特性 二、 模拟相乘器的实现方法 三、二极管相乘器 四、晶体管相乘器
五 、 集成模拟相乘器
六. 电流模相乘器 七. 集成MOS模拟相乘器 八. 相乘器的应用
第三章 模拟相乘器和混频器
§3-1 模拟相乘器
一、基本特性 1. 基本概念 ① 含义：可实现任意两个互不相关模拟信号相乘的 三端口的非线性电子器件
C11 C12
RX
X
T
iC12
加入失真抵消电路：
同理：
② 电流模相乘器比电压模相乘器性能好，频带宽的原因是：
l
采用CB工艺，使 fT=1～2.5 GHz 为了宽频带，要减少带内噪声
l
a) 为减少v1、v2的V-I变换器的负反馈电阻，减到Rx=Ry=285Ω, 所以必须加入失真抵消电路 b) 减少输入电压摆幅 c) 输出级采用基本无电压摆幅的电流模放大器
★
l
结论： 电流增益取决于差分管的偏置电流IE与输入管的偏置电流 I的比值，输入与输出是线性关系，与温度T无关。 改变IE或I可调节电流增益，所以它为可变增益电流放大单 元电路。不受β大小的影响。 举例二 可变增益电流放大器 （与β有关）
l
因为 1 x I


iC2 i iC2 1 x I C1 iC1
2．单差分对管相乘器 ① 电路 ② 工作原理
●
●
●
分别在V1m<26mv、26mv<V1m<260mv、V1m>260mv时，对 ic进 行频谱分析讨论,通过LC 带通滤波器（中心频率谐振在 带宽为2 2），即可实现 1、2不失真的相乘。 ,3dB
●
欲实现理想相乘时存在的问题:
a) 相乘增益与温度T成反比（即AM∝