简单低失真度正弦波2倍频电路，一个新的电路

只看该作者 · 2017-12-10 11:14

【纯数学（理想二极管）】

全波整流：

与倍频信号的比较：

二倍频信号和全波整流信号的误差：

【考虑二极管模型】

放大零点附近细节后，全波整流输入和两路输出比较：

放大零点附近细节后，输入和倍频输出比较：

在调整幅度和直流分量后，二倍频信号和二极管倍频电路输出比较：

二倍频信号和二极管倍频电路输出误差：

只看该作者 · 2017-12-10 16:55

Jack315 发表于 2017-12-10 11:14
【纯数学（理想二极管）】

全波整流：

“放大零点附近细节后”意思是小信号？看波形是4次谐波为主。

只看该作者 · 2017-12-10 17:40

yuanzhoulu 发表于 2017-12-10 16:55
“放大零点附近细节后”意思是小信号？看波形是4次谐波为主。

放大过零点的波形主要是为了能更形象地定性说明这个误差。
在小信号的情况下，误差很难凭观察看出；
但在大信号情况下，误差就比较明显了。
两者从定性角度来说是一样的。下面是大信号的图。

全波整流输入和两路输出比较：

输入和倍频输出比较：

二倍频信号和二极管倍频电路输出比较：
（明显地上面瘦下面胖，一眼就可以看出。）

二倍频信号和二极管倍频电路输出误差：

只看该作者 · 2017-12-10 17:57

在仿真的时候，把电阻设得非常低，
二极管电流就会特别大。这时就可以看到大信号的波形了。

在实际制作的电路中，需要考虑二极管最大正向电流的限制。

无论是仿真还是实际制作的电路，
都难以与“标准”的二倍频信号进行直观地（波形对齐后）比较。
因此用画图的方式来进行说明。
画图的方法在 Excel 里也可以做。LZ 有兴趣的话可以自己试试。

只看该作者 · 2017-12-10 18:46

仿真了一个供参考。
原理图：

小信号（R1=1k）：

大信号（R1=1）：

只看该作者 · 2017-12-10 18:53

这个电路确实简单，但存在一定的误差。

如果谐波成分对电路性能有害，
则应后接一个滤波器，滤除 4 倍频以上的谐波成分：
中心频率：2倍频频率；
四倍频处衰减：20分贝（10倍）以上。

1万 · 2017-12-10 21:38

那个二极管倍頻器，实际就是个小信号平方电路。I＝I0e^（u／u0）＋I0*e^（－u／u0）。多項式展开后可以得到I=2I0*（1＋0.5*x^2＋0.04*x^4），其中x＝u／u0 . 在小信号时x^4很小，只剩下平方項，而平方項可实现完美的倍頻运算.所以该电路有理论依据，小信号不需要滤波。Jack分析的是大信号状态.

1万 · 2017-12-10 21:45

这个电路用好的条件是：1.两个二极管尽量对称，加偏置可以减少＂对称＂要求.2.信号要小。

只看该作者 · 2017-12-10 23:07

二极管倍频电路电流展开成幂级数的公式：

只看该作者 · 2017-12-11 00:00

yuanzhoulu 发表于 2017-6-6 08:56

场效应管的伏安特性是平方关系，
用作倍频是正解。

做乘法器的想法应该也是可行的。

LZ 不简单，赞一个！

1万 · 2017-12-11 00:51

场效管的伏安特性是平方关系不错，但是他除了平方項外还有一个一次項，这意味着输岀会有原信号。因为只差一个倍頻，要把他滤处干净并不容易。而这个双二极管倍頻电路巧妙地用对称关系消除了一次項，所以很欣赏这个电路。

只看该作者 · 2017-12-11 10:30

Jack315 发表于 2017-12-10 23:07
二极管倍频电路电流展开成幂级数的公式：

不会高数，但看上去只有偶次谐波，但是比例分别是1、1/12、1/360，1/20160、1/18144400，这个比例不大对，和幅度有关的，不是一个固定值。
pdf中英文好像是程序，那个不懂，不过可以领会，数据是那样算出来的。
你分析的实际是manbo789的电路，不是我的。我的有电阻参与，可以降低失真，扩大输入电压。电阻大小和偏置电压要匹配才能得到最佳。其实也简单，偏置电流大时二极管等效内阻变小，所以偏置越大电阻越小，大到一定程度电阻就成了0了。但是计算不好算。
那本书和我的电路非常像，像到近乎相同，但作者思路是大信号整流，没有给出偏置、温度等的影响，也没有说零件参数为什么要那样取。

2万 · 2017-12-11 10:38

yuanzhoulu 发表于 2017-12-11 10:30
不会高数，但看上去只有偶次谐波，但是比例分别是1、1/12、1/360，1/20160、1/18144400，这个比例不大对 ...

这个实在是没有什么“奇妙”可言，就是个“时域技术”——平方倍角（频）。

见下帖：

https://bbs.21ic.com/icview-1627376-1-1.html

2万 · 2017-12-11 10:44

混频，本质上就是个时域乘法，而到了频域就是差频以及和频之类的。

两个同频信号之积，那么差频为直流成分，而和频则为倍频。如果乘法不那么“纯粹”，那么还会有些其它的谐波存在。

2万 · 2017-12-11 10:47

技术上而言，倍频（或分频）原则上采用PLL为最佳，而这恰好是个“频域技术”（与“时域技术”形成鲜明对比）。

只看该作者 · 2017-12-11 10:55

不起眼发表于 2017-12-11 00:51
场效管的伏安特性是平方关系不错，但是他除了平方項外还有一个一次項，这意味着输岀会有原信号。因为只差一 ...

但是计算结果输出和偏置、供电无关，实测有，不知道为什么这样？我用手机电池保护板中的场效应管简单看了一下也是这样，具体记不清了也没仔细看。
“加偏置可以减少＂对称＂要求”，从manbo789的计算看偏置可以改变输出大小，和失真度无关。

2万 · 2017-12-11 11:00

yuanzhoulu 发表于 2017-12-11 10:55
但是计算结果输出和偏置、供电无关，实测有，不知道为什么这样？我用手机电池保护板中的场效应管简单看了 ...

“但是计算结果输出和偏置、供电无关”

与偏置肯定有关。

只看该作者 · 2017-12-11 11:09

HWM 发表于 2017-12-11 11:00
“但是计算结果输出和偏置、供电无关”

与偏置肯定有关。

对呀，从那叫转移曲线还是什么来着，明摆着不同偏置增益不同。可是按公式算下来没关系，仿真也如此。

2万 · 2017-12-11 11:44

yuanzhoulu 发表于 2017-12-11 11:09
对呀，从那叫转移曲线还是什么来着，明摆着不同偏置增益不同。可是按公式算下来没关系，仿真也如此。 ...

"可是按公式算下来没关系"

"公式"本来就是依据偏置点展开而得，所以公式的由来与偏置有关。不仅如此，由于忽略了高次项，而能忽略的前提是信号不太大，所以对信号的幅度大小也有一定的要求。

1万 · 2017-12-11 12:02

yuanzhoulu 发表于 2017-12-11 10:55
但是计算结果输出和偏置、供电无关，实测有，不知道为什么这样？我用手机电池保护板中的场效应管简单看了 ...

幅度没多大关系，主要是输出信号的失真，也就是除了倍频以外，其他信号很小。
   偏置的要求是：通过两个二极管的电流尽可能相等。这样即使二极管不严格匹配也没关系。

   另外电阻的确对失真有很大影响，但是计算太罗嗦了。

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