楼主: yuanzhoulu
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[电路/定理] 简单低失真度正弦波2倍频电路,一个新的电路

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发表于 2016-9-8 13:33 | 显示全部楼层 |返回版面|
zyj9490 发表于 2016-9-5 12:21
@xukun977 @qzlbwang ,这个倍频乍回事,得出流过上拉电阻的电流是直流,工作电流呢, ...

俺用初等数学试作说明:
1、三极管的输入特性曲线的弯曲近似为抛物线
2、假定三极管的基极的偏置电压为A,正弦驱动电压幅度为B,那么其中一个三极管的的基极电压为(A+BSin(ωt)),另一个三极管的基极电压为(A-BSin(ωt))。则两个三极管的基极电流分别为(A+BSin(ωt))^2和(A-BSin(ωt))^2。
3、两三极管的集电极电流分别为β(A+BSin(ωt))^2和(A-BSin(ωt))^2。则流过集电极电阻的电流为β(A+BSin(ωt))^2+(A-BSin(ωt))^2。整理后:2β(A^2+(BSin(ωt))^2)。
4、集电极电压的交流成分则为:-2β(BSinωt)^2=-2K(Sin(ωt))^2
5、根据倍角公式则有:-2K(Sin(ωt))^2=Kcos(2ωt)    是否已经看到2倍的频率了?
总结:三极管的输入特性曲线弯曲部分比较接近于抛物线,该曲线的非线性作用下会产生新的频率,并且主要是2倍频的频率,其他谐波成分很少(严格的平方曲线只产生2次谐波,当然基波仍然存在)。而基波则再集电极合成时被抵消,剩下的就最主要是2次谐波了。所以基极偏置的设置比较重要,要使得在信号幅度范围内落在比较接近平方曲线内。这样其他高次谐波幅度才很小而可以忽略。

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发表于 2016-9-8 13:53 | 显示全部楼层 |返回版面
这个电路的特点:
1、输出2次谐波幅度相对比较大,基波和其他高次谐波成分的幅度则比较小——基波靠电路的对称性来进行“抵消”(其实奇次谐波都会有“抵消”),而其他次谐波则靠选择合适的输入特性曲线段使其产生微小。
2、由于以上特点,这个电路可以适应相对较宽的频率范围进行“倍频”工作。对于宽范围的“倍频”,一般的非线性产生谐波方法要想通过后续滤波来选择2次谐波难度是比较大的。
   其实乘法器也很容易用来“倍频”——自乘不就是平方了吗!平方运算就是很好的“倍频”,性能一点也不比这个电路差(楼主这个电路不就是对输入信号进行“平方”运算吗?——基波抵消了,直流被耦合电容隔离了)。而且乘法器有现成的产品。所以说楼主想要开发专用模块还有意义吗?值得好好考虑。
     

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发表于 2016-9-8 14:40 | 显示全部楼层 |返回版面
qzlbwang 发表于 2016-9-8 13:33
俺用初等数学试作说明:
1、三极管的输入特性曲线的弯曲近似为抛物线
2、假定三极管的基极的偏置电压为A ...

“1、三极管的输入特性曲线的弯曲近似为抛物线”

单个管子的输入特性虽然很像抛物线(实际上指数曲线),但完全没有必要作这样勉强的近似,直接用指数曲线就能得到正确的结果,

“所以基极偏置的设置比较重要,”

恰恰并不重要,偏置电压对谐波的纯净度没有任何影响,
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发表于 2016-9-8 14:48 | 显示全部楼层 |返回版面
偏置电压,只提供增益;而输入电平自身的幅度,才主要影响谐波的成分,
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发表于 2016-9-8 15:30 | 显示全部楼层 |返回版面
manbo789 发表于 2016-9-8 14:40
“1、三极管的输入特性曲线的弯曲近似为抛物线”

单个管子的输入特性虽然很像抛物线(实际上指数曲线) ...

说得没错,但是用指数曲线的话用初等数学去说明就比较难点,考虑到有部分人只具有中学文化程度,所以就用近似抛物线说事了。也不想说得太复杂哦。
     

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 楼主| 发表于 2016-9-8 16:26 | 显示全部楼层 |返回版面

非常好,这正是我想要的,也是我所疑惑的。我的仿真看偏置和Re有关,需要配合,而且和输入幅度也有关,不同的输入幅度对应的偏置Re不同。可是你的电路却是偏置任意,电阻任意,影响只是幅度发生了变化。原来是我的是在大信号下,你的在小信号下。这个电路要实用,简单地就是让它工作于小信号下,就可以少去很多麻烦。就像差分电路,正负26mV以内算线性,发射极加电阻可以提高线性范围。从你的推导可看出,这个电路可以很好的调幅。

你能对大信号做分析吗?还有高频?我弄不了。

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 楼主| 发表于 2016-9-8 16:39 | 显示全部楼层 |返回版面
qzlbwang 发表于 2016-9-8 13:53
这个电路的特点:
1、输出2次谐波幅度相对比较大,基波和其他高次谐波成分的幅度则比较小——基波靠电路的 ...

不一定,我知道有模拟乘法器,但从基本电路来看,这个电路比模拟乘法器简单的多,也许在某些方面会比乘法器有优势。
     

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发表于 2016-9-8 16:49 | 显示全部楼层 |返回版面


如果信号输入远小于26mV,并将ID引出人为控制,就可以很好的进行调制,相当于一个电路进行了两次乘法运算,

大信号还是算了吧,曲线像个洗澡盆,

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发表于 2016-9-8 20:06 | 显示全部楼层 |返回版面
yuanzhoulu 发表于 2016-9-8 16:39
不一定,我知道有模拟乘法器,但从基本电路来看,这个电路比模拟乘法器简单的多,也许在某些方面会比乘法 ...

      说点逆耳的话,算是一杯凉水,但不是冷水。
      做成集成电路的话,在乎那点所谓的复杂?这个应该属于小儿科了吧?而与成本相关的更主要是量哦!应用面广才能量上去不是?倍频用量有几何?模拟乘法器呢,除了用作倍频还有其他用否?更何况是已经有的东西。利润是企业的生存之本,也是企业的主要追求之一。不管是使用者还是生存者。不赚钱的买卖有人投资吗?何况投资还不小。
     如果楼主认为俺说得不对就当俺没说,提出来俺也可以栅贴。毕竟你要咋做,是否能听进俺所说都是您的自由。俺不会也无权干涉。
     

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 楼主| 发表于 2016-9-8 20:51 | 显示全部楼层 |返回版面
qzlbwang 发表于 2016-9-8 20:06
说点逆耳的话,算是一杯凉水,但不是冷水。
      做成集成电路的话,在乎那点所谓的复杂?这个应 ...

你说的很有道理,接受,那就不要考虑集成了。
这个电路在高频方面可能较模拟乘法器有优势吧,再怎么还是二极管频率高。
     

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 楼主| 发表于 2016-9-8 21:13 | 显示全部楼层 |返回版面
大家以前见过这个电路吗?真的是一个新电路?反正我没见过,我知道的正弦波2倍频有以下几种:
1,模拟乘法器。这是较好的一种。
2,对数反对数实现乘法。教科书中有基本的图,可实现乘法,我没实际做过。
3,锁相环之类。电路复杂,响应慢。
4,非线性元件产生谐波再滤波。适合固定频率。
5,把正弦波变成其它波形,再倍频,再变成正弦波。电路复杂,响应慢。
我这种没见过。
     

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发表于 2016-9-8 22:15 | 显示全部楼层 |返回版面
我搜索了一下,很多国外的高频电路用过类似的二极管结构,信号输入和负载输出都是变压器,
     

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 楼主| 发表于 2016-9-8 23:04 | 显示全部楼层 |返回版面
manbo789 发表于 2016-9-8 22:15
我搜索了一下,很多国外的高频电路用过类似的二极管结构,信号输入和负载输出都是变压器, ...

是像全波整流那样的电路吧?没有偏置大信号,靠谐波再滤波,属第4种,和我的不一样。简单地讲,我的和你的电路都是直接出正弦波,不用滤波。
     

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发表于 2016-9-9 00:12 | 显示全部楼层 |返回版面
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发表于 2016-9-9 08:38 | 显示全部楼层 |返回版面
manbo789 发表于 2016-9-8 22:15
我搜索了一下,很多国外的高频电路用过类似的二极管结构,信号输入和负载输出都是变压器, ...

射频和微波级别的混频器就是采用了“二极管”。
     

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技术总监

发表于 2016-9-9 08:47 | 显示全部楼层 |返回版面
到现在,可以引一下了:

倍角、倍频、小信号以及PLL....

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

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 楼主| 发表于 2016-9-9 09:19 | 显示全部楼层 |返回版面
HWM 发表于 2016-9-9 08:47
到现在,可以引一下了:

倍角、倍频、小信号以及PLL....

公式像,但没偏置。第二个公式约等号左边适用大信号吗?o(v^3)是什么?

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发表于 2016-9-9 10:24 | 显示全部楼层 |返回版面
小信号下,两个二极管的电路,其实相当于四个二极管的电路去掉两个固定电流的二极管,所以仅仅直流变化,交流的结果是一样的,
     

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发表于 2016-9-9 11:39 | 显示全部楼层 |返回版面
本帖最后由 zyj9490 于 2016-9-9 11:40 编辑
yuanzhoulu 发表于 2016-9-9 09:19
公式像,但没偏置。第二个公式约等号左边适用大信号吗?o(v^3)是什么?

...

泰LE,以0为零点,级数。U/UT为变量展开而已。
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