非线性电路的分析方法.ppt

非线性电路的分析方法
第1页，共39页，编辑于2022年，星期三
概述
级数展开分析方法
)
1
e
(
I
i
KT
/
q
u
S
c
BE
-
=
折 Y Z
（+） · （-） = （-） 第Ⅳ象限
（-） · （-） = （+） 第Ⅲ象限
（-） · （+） = （-） 第Ⅱ象限
（+） · （+） = （+） 第Ⅰ象限
（1）两个输入信号只能为单极性的信号的乘法器为“单象限乘法器”；
（2）一个输入信号可以两种极性，另一个只能是一种单极性的乘法器为“二象限乘法器”；
（3）两个输入信号都可以正、负两种极性的乘法器为“四象限乘法器”。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
第13页，共39页，编辑于2022年，星期三
（3）当X=Y或X=-Y，Z=KX2或Z=-KX2，
输出与输入是平方律特性（非线性）。
X
Y
X=Y
X=-Y
2、乘法器的线性和非线性
理想乘法器属于非线性器件还是线性
器件取决于两个输入电压的性质。
一般：
①当X或Y为一恒定直流电压时，Z=KCY=K`Y，
乘法器为一个线性放大器。
②当X和Y均不定时，乘法器属于非线性器件。
（2）当X=C（常数），Z=KCY=K‘Y，
Z与Y成正比（线性关系）
X
Y
C>0
C<0
二、理想乘法器的基本性质
1、乘法器的静态特性
（1）
第14页，共39页，编辑于2022年，星期三
在集成模拟乘法器中，实现模拟相乘的方法有多种，如可变跨导相乘法、霍尔效应法、对数——反对数相乘法、四分之一平方相乘法以及时间相乘分割法等。
目前广泛应用的通用型单片集成模拟乘法器主要有两类。
一类是以对数——反对数电路为基本单元构成的对数式乘法器，典型产品是TD4026。对数式乘法器的运算精度很高，但价格昂贵，主要用在对于精度要求很高的场合。
另一类是以变跨导电路为基本单元构成的变跨导乘法器，这类乘法器因为电路简单、易于集成设计、具有较高的温度稳定性和一定，芯片的速度较高，所以得到广泛应用。
第15页，共39页，编辑于2022年，星期三
①基本电路结构
是一个恒流源差分放大电路，不同之处在于恒流源管VT3的基极输入了信号uy(t)，即恒流源电流io受uy(t)控制。

1、二象限变跨导模拟相乘器
EC
RC
RC
VT3
VT2
VT1
uy
ux
RE
ube1
ube2
ic2
ic1
io
ube3
uo
-UEE
其中
第16页，共39页，编辑于2022年，星期三
由图可知： ux = ube1 - ube2
根据晶体三极管特性，VT1、VT2集电极电流为：
VT3的集电极电流可表示为：
可得：
同理可得：
式中， 为双曲正切函数。
ic1、ic2
ic1
ic2
Io
0
-3
3
2
1
-1
-2
第17页，共39页，编辑于2022年，星期三
(1)当为小信号Uxm <<UT 时，
差分输出电流iod为:
差分放大电路的跨导gm为:
恒流源电流io为:
由于uy控制了差分电路的跨导gm，使输出uo中含有uxuy相乘项，故称为变跨导乘法器。
变跨导乘法器输出电压uo中存在非相乘项。
第18页，共39页，编辑于2022年，星期三
(2)当为中等大小信号UT < Uxm <4UT 时，将
用傅里叶
级数展开,可得
(3)当为大信号Uxm >100mv 时，VT1和VT2接近于开关状态，因此,该电路可作为高速开关、限幅放大器等电路。双曲正切函数可近似用双向开关函数 替换。
第19页，共39页，编辑于2022年，星期三
Rc
Rc
Ec
VT1
VT2
VT3
VT4
VT5
VT6
Io
①基本电路结构
VT1，VT2，VT3，VT4为双平衡的差分对，VT5，VT6差分对分别作为VT1，VT2和VT3，VT4双差分对的射极恒流源。
二、双差分对乘法器（吉尔伯特（Gilbert）乘法器）
是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。
VT1
VT2
VT3
VT4
VT5
VT6
第20页，共39页，编辑于2022年，星期三
Rc
Rc
Vcc
VT1
VT2
VT3
VT4
VT5
VT6
Io