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当二极管两端的电压UD大于二极管的导通电压时,二极管导通,流过二极管的电流与加在两端的电压成正比;当二极管两端的电压UD小于二极管的导通电压时,二极管截止,电流为0;二极管等效为一个受控开关。控制电压为二极管两端电压UD。
图表 6单二极管电路
当Ucm>>UΩm且Ucm为大信号(>0.5V)时,可进一步认为二极管的通断主要由Uc控制。一般情况下二极管的开启电压UP较小,有Ucm>>UP,可令UP近似为0或在电路中加一固定偏置电压来抵消UP。其相应的频谱图如下:
图表 7二极管电路频谱图
将它通过以ωc为中心、通频带2Ω为的带通滤波器后,可得到调幅波。 二极管单平衡调幅电路仿真图及波形图如下:
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图表 8单二极管平衡条幅电路
图表 9单二极管平衡调制电路仿真波形
4.4.2 双二极管平衡调制器
在单二极管电路中,由于工作在线性时变工作状态,因而二极管产生的频率分量大大减少了,但在产生的频率分量中,仍然有不少不必要的频率分量,因此有必要进一步减少一些频率分量。二极管平衡电路可以满足这一要求。其原理电路如下图。
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图表 10二极管平衡电路
该电路由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器Tr1、Tr2接成平衡电路。电路上下两部分完全一样。控制信号(载波信号)加在两个变压器的中心抽头处,输入信号(调制信号)接在输入变压器,即载波信号同相加到D1、D2上;调制信号u2反相加到D1、D2上输出变压器接滤波器,用以滤除无用的频率分量。从Tr2次向右看的负载电阻为RL。
与单二极管电路相比,i含有频谱:Ω、ω1±Ω、3ω1±Ω、……,经中心角频率为ωc的3dB带宽为2Ω 的LC带通滤波器后,可在负载RL得到频谱ωc±Ω 电压分量,可见是实现了DSB调制。这是不难理解的,由于控制电压uC同相地加在两个二极管的两端。当电路完全对称时,两个相等的ωC分量互相抵消,因此在输出中不再有ωC及其谐波分量。即在输出中,不必要的频率分量进一步减少了。
4.4.3.二极管双平衡调制器——二极管环形调制器
在二极管平衡调制电路中,通过两个单二极管电路的上下对称平衡接法,大大减少了不必要的频率分量,同时使有用频率分量的幅度增加了一倍。但依然有不必要的频率分量如调制信号的频率分量存在,且所得到的有用频率分量的幅度依然不是很大。那么,是否可以通过再平衡的方法进一步减少不必要的频率分量且让有用分量的幅度再增加一倍呢?
二极管双平衡电路可以满足这一要求。其原理电路如下图。
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图表 11双二极管平衡电路
该电路由两个双二极管平衡电路组成,由于四个二极管环接形成环路,所以该电路又称二极管环形调制器。载波从变压器T1接入,调制信号接到两个变压器的中心抽头间,变压器T2输出已调信号。 其分析条件与单二极管电路和二极
管平衡电路相同。该电路的频谱图如下:
图表 12双二极管电路平铺图
从频谱图中可以看出,环形电路在平衡电路的基础上,又消除了低频调制信号的频率分量,且输出的DSB信号幅度为平衡电路的二倍。其无调制信号分量是两次平衡抵消的结果,每个平衡电路自身抵消载波及谐波分量,两个平衡电路抵消调制信号分量,所以环形电路的性能更接近理想相乘器。 二极管双平衡调幅仿真电路图及其波形图如下:
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图表 13双二极管平衡调制器
图表 14双二极管平衡调制器仿真波形
4.5. 高频功率放大
高频功率放大电路由宽带功放和丙类功放两级组成。丙类谐振功率放大器是利用选频网络作为负载回路的功率放大器,如图所示。
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