频率变换电路
变频器频率变换的原理
变频器频率变换的原理
变频器是一种电子设备，用于将电源电压的频率改变成所需的输出频率。
其原理是利用电子技术对输入电源进行调制，从而改变其频率。
变频器的工作原理如下：
1. 电源输入：将交流电源接入变频器的输入端。
2. 整流：通过整流电路将交流电源转换成直流电压。
3. 滤波：对直流电压进行滤波，去除杂波，使电压平稳。
4. 逆变：将滤波后的直流电压通过逆变电路转换成高频交流电压。
5. 调制：对高频交流电压进行调制，调整其频率、幅值和相位等参数。
6. 逆变：再次通过逆变电路将调制后的高频交流电压转换成所需的输出频率。
7. 控制：通过控制系统对变频器的输出频率进行调整和控制。
通过以上步骤，变频器能够将输入电源的频率转换成所需的输出频率。
这是通过对电源的整流、滤波、逆变和调制等操作实现的。
变频器广泛应用于各种电气设备中，如电机驱动、变压器调节等。
《频率变换电路》课件
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
杂散抑制性能
总结词
杂散抑制性能是衡量频率变换电路性能的重要指标，它反映了电路抑制杂散信号的能力。
详细描述
杂散信号是指与所需输出信号无关的干扰信号，杂散抑制性能越好的频率变换电路，能够更好地抑制 杂散信号，提高输出信号的质量。杂散抑制性能的优劣直接影响到频率变换电路的性能和输出信号的 质量。
动态范围与线性度
实现方式
频率变换电路可以通过不同的方式实现，如通过RC电路、LC 电路、晶体管等元件实现。不同的实现方式具有不同的特点 和适用范围。
频率变换电路的应用场景
应用场景
频率变换电路广泛应用于通信、雷达、导航、电子对抗等领域。例如，在通信领域中，通过频率变换电路可以将 信号从低频搬移到高频，实现信号的传输和接收。在雷达和导航领域中，频率变换电路用于实现信号的调制和解 调，以实现对目标的探测和定位。
数字信号处理器的DDS技术
利用直接数字合成技术，产生任意波形和频 率的信号。
数字信号处理器的滤波器设计
利用数字滤波器对信号进行滤波处理，实现 特定频率范围的信号提取或抑制。
基于FPGA/ASIC的频率变换
FPGA/ASIC的定制设计
01
根据具体应用需求，定制具有特定功能的频率变换电路。
FPGA/ASIC的高速采样技术
《频率变换电路》PPT课件
目 录
• 频率变换电路概述 • 频率变换电路的类型 • 频率变换电路的实现方法 • 频率变换电路的性能指标 • 频率变换电路的设计与优化 • 频率变换电路的发展趋势与展望
调制解调电路
第六章 频谱变换电路⎩⎨⎧非线性：调频、限幅频线性：调幅、混频、倍6.1概述频谱变换电路：频谱搬移，使之适合于传输.具备将输入信号频谱进行频谱变换，以获取具有所需频谱的输出信号这种功能的电路就叫做频谱变换电路。
6.2乘法器变跨导式模拟乘法器是以恒流源式差动放大电路为基础，并采用变换跨导的原理而形成的。
变跨导式模拟乘法器（恒流源式差分放大器）双入双出()()EQT EQT b b be i beco I U I U r r u r R u βββ+≈++=⋅-='111()21I U Tβ+= ∴I u U R u i TCo ⨯⋅-≈12若I u i ∞2成正比，则21i i o u u u ⨯∞ei e BE i e R u R u u I I 232≈-==∴21212i i e i i TC o U U R R u u U R u ⋅⋅=⋅⋅-=跨导222121i eI T T TEQ m u R UU U IU I g ∞⋅===∴称为变跨导乘法器.6.3调幅波一、幅度调制（AM ）()t u Ω－低频 ()t u c －高频定义：用()t u Ω去控制()t u c 的幅度，使幅度()t u Ω∞，称为调制称()t u Ω为调制信号，()t u c 为载波信号.1、 调幅特性.令()t U t u m Ω=ΩΩcos ()t w U t u c cm c cos = 则)()t w t M U t u c a cm AM cos cos 1⋅Ω+=其中cmm a U U k M Ω⋅=称为调制指数.（k 由电路决定的一个常数）()t w t M U t w U t u c a cm c cm AM cos cos cos ⋅Ω⋅⋅+⋅=()()[]t w t w M U t w U c c a cm c cm Ω-+Ω+⋅⋅+⋅=cos cos 21cos∴调幅波有3个频率分量c w 、Ω+c w 、Ω-c w .称Ω+c w 为上边频，Ω-c w 为下边频m AM B Ω=2载波不携带()t u Ω的信息，而且占用较大的发射功率，可以只发射边带。
频率改变电路的原理应用
频率改变电路的原理应用1. 介绍频率改变电路是一种用于改变电路中信号的频率的设备。
它常见于通信系统、音频处理系统和无线电设备中。
频率改变电路的原理是基于电子器件的特性和电路的设计。
本文将介绍频率改变电路的原理，并探讨其在不同领域中的应用。
2. 频率改变电路原理频率改变电路的原理是通过改变信号的频率来改变信号的特性。
为了理解频率改变电路的原理，我们需要了解以下几个关键概念：2.1 信号频率信号频率是指信号波形中重复出现的周期性事件的频率。
在电路中，我们常用赫兹（Hz）作为频率的单位。
2.2 电子器件电子器件是频率改变电路的核心元件，它们可以根据输入信号的频率来调整输出信号的频率。
常见的电子器件包括振荡器、滤波器、放大器和混频器等。
2.3 混频器原理混频器是一种用于将两个不同频率的信号进行混合的电子器件。
它的工作原理是通过非线性元件将两个信号相乘，从而获得具有两个输入信号频率之和和差的输出信号。
2.4 相位锁定环路相位锁定环路是一种用于锁定输入信号和输出信号之间的相位关系的电路。
它可以通过反馈机制来调整输出信号的相位，以保持输入信号和输出信号之间的稳定相位差。
3. 应用领域频率改变电路在以下领域中得到了广泛应用：3.1 通信系统频率改变电路在通信系统中起到重要作用，它可以用于调制和解调信号。
通过改变信号的频率，我们可以实现信号的传输和接收，并且可以避免信号之间的干扰。
3.2 音频处理系统在音频处理系统中，频率改变电路常用于音频信号的处理和调整。
它可以通过改变信号的频率来实现音量控制、音调变换和音频效果的调整。
3.3 无线电设备频率改变电路在无线电设备中也得到了广泛应用。
它可以用于无线电信号的接收和发射，以及信号的调制和解调。
3.4 电力电子在电力电子领域中，频率改变电路可以用于变频器和逆变器等设备中。
它可以通过改变电力信号的频率来实现电力的传输和调整。
4. 结论频率改变电路是一种重要的电子设备，它可以通过改变信号的频率来调整信号的特性。
fpga 频率变换 实现方法
fpga 频率变换实现方法
FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以进行并行处理的集成电路，其频率
变换可以通过以下几种方法实现：
1. 时钟分频器：FPGA内部通常包含一些内置的时钟分频器，可以将输入的时钟信号进行分频，从而得到不同频率的输出信号。
在FPGA开发工具中，可以通过配置时钟分频器的参数来改变分频比，从而实现频率变换。
2. 时钟生成器：FPGA内部还可以生成一些高精度的时钟信号，这些时钟信号可以通过配置时钟生成器的参数来改变其频率。
在FPGA开发工具中，可以使用内建的时钟生成器来生成所需的时钟信号。
3. 数字控制振荡器（Digital Controlled Oscillator，DCO）：DCO是一种数字控制的振荡器，可以通过改变控制字来改变其振荡频率。
在FPGA开发工具中，可以通过配置DCO的参数来改变其振荡频率，从而实现频率变换。
4. 查找表（LUT）：FPGA内部还可以使用查找表来实现频率变换。
查找表可以根据输入的地址选择相应的输出值，从而实现不同的频率变换。
在FPGA开发工具中，可以通过配置查找表的参数来改变输出值，从而实现频率变换。
5. 硬件描述语言：在FPGA开发过程中，可以使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）来实现频率变换的逻辑电路。
通过编写相应的代码，可
以实现不同的频率变换功能。
在FPGA开发工具中，将代码进行编译和综合后生成相应的配置文件，然后将配置文件下载到FPGA中即可实现频率变换。
以上是FPGA实现频率变换的几种常见方法，具体实现方式可以根据实际需求和开发环境进行选择。
15分频电路
15分频电路
15分频电路是指将输入信号的频率降低为原来的1/15的电路。
分频电路通常用于将高频信号转换为低频信号，或者将多个频率信号合并为一个信号。
根据电路的实现方式，15分频电路可以分为模拟分频器和数字分频器。
模拟分频器通常使用RC电路或LC电路来实现分频，而数字分频器则使用数字逻辑电路或微处理器来实现分频。
在模拟分频器中，RC电路通常用于低频分频，而LC电路则用于高频分频。
这些分频器的基本原理是通过选频网络将输入信号的频率降低为原来的1/N，其中N是分频系数。
数字分频器通常使用计数器和触发器等数字逻辑电路来实现分频。
在数字分频器中，输入信号的频率被降低为原来的1/N，其中N是计数器的计数值。
数字分频器的优点是精度高、稳定性好、易于实现程序控制等。
总之，15分频电路是指将输入信号的频率降低为原来的1/15的电路，根据实现方式可以分为模拟分频器和数字分频器。
在实际应用中，根据需要选择合适的分频器来实现信号处理和频率变换。
vf转换
4. 电压一频率变换电路电压一频率变换电路（VFC）能把输入信号电压变换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称之为电压控制振荡器（VCO）。
VFC广泛地应用于调频、调相、模／数变换(A/D)、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。
由通用模拟集成电路组成的VFC电路，尤其是专用模拟集成V /F转换器，其性能稳定、灵敏度高、非线性误差小。
VFC电路通常主要由积分器、电压比较器、自动复位开关电路等三部分组成。
各种类型VFC电路的主要区别在于复位方法及复位时间不同而已。
下面将讨论由运放构成的各种VFC电路和典型的模拟集成V /F转换器。
4.1运放构成的VFC电路4.1.1简单的VFC电路图4.1.1所示为简单的VFC电路。
图4.1.1 简单的VFC电路从图4.1.1可知，当外输入信号vi＝0时，电路为方波发生器。
振荡频率fo为当时，运放同相输入端的基准电压由vi和反馈电压Fvvo决定。
如vi＞0，则输出脉冲的频率降低，f＜fo ；如vi＜0，则输出脉冲的频率升高，f＞fo。
可见，输出信号频率随输入信号电压vi变化，实现V/F变换。
4.1.2复位型VFC电路复位型VFC电路采用各种不同形式的模拟电子开关对VFC电路中的积分器进行复位。
（1）场效应管开关复位型VFC电路图4.1.3所示为场效应管开关复位型VFC电路及其波形。
图4.1.3 场效应管开关复位型VFC电路及其波形由图可知，接通电源后，由于比较器A2的反相输入端仅受VB (VB＞0)的作用，其输出端处于负向饱和状态vo2=vo2L（＜0＝，复位开关管T1栅极电位被箝位在数值很大的负电平上而截止，输出管T2截止，输出电压vo＝VoL(< 0)，VFC电路处于等待状态。
当输入正的信号vi后，反相积分器A1输出端电压Vol从零开始向负方向线性增加，当Vol的幅值| Vol | 略大于VB（注意R2=R4）时，A2输出状态翻转，从负向饱和状态跳变到正向饱和状态,Vo2＝vo2H（＞0，T2饱和导通，Vo＝VoH（＞0），二极管D截止，Tl因栅极开路而导，C1通过Tl快速放电，|Vol| 决速下降，A2的输出状态很快又翻转，vo2 ＝Vo2L ，T2截止，Vo＝VOL，T1截止，vi又通过Al对Cl充电， vol又从接近零值开始向负方向线性增加，重复上述工作过程，因而输出端输出频率与输入信号vi的幅度大小有关的脉冲串。
频率变换电路
2．普通（双边带）调幅波——DSB 设：（低频）调制信号为单音频信号为： uΩ(t)＝UΩmcosΩt＝UΩmcos2πFt （高频）载波信号为: uC(t)＝UcmcosωCt＝Ucmcos2πfCt
（ F —为低频调制信号频率；fC—高频载波频率。且F <<fC）
调幅电路如图所示：（UQ——直流电压）
uc
X Am X Y
+
Y
uo
uΩ_
UQ
+ _
调幅波输出为：
uAM(t)＝Am﹛UQ+ uΩ(t)﹜ uC(t) ＝Am Ucm(UQ＋UΩmcosΩt)cosωCt ＝Am UcmUQ（1+macosΩt）cosωCt ＝ Umo（1+macosΩt）cosωCt
44
（2）满足多路复用的要求
——多套广播电台或电视频道的节目信号要发射时，接
收机可以将它们接收下来，并能区分开来。
广播电台音频信号频率（20Hz～20kHz）范围，电视 台视频图像信号频率在（0～6MHz）范围，如果同时发送， 就会出现频谱混叠的现象，接收机无法区分，也无法将信 号彼此分开，不能实现多路复用。
得频谱图：
ui
o
u2
f fC
o F
u0
o
f fC-F fC fC+F f
uAM(t)组成——1）载波成分：UcmcosωCt； 2）差频(ωC－Ω)成分： maUcmcos(ωC－Ω)t， 也称为“下边频”或“下边带”； 3）和频(ωC＋Ω)成分： maUcmcos(ωC＋Ω)t， 也称为“上边频”或“上边带”。
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单元六频率变换电路课题：单元六6.1频率变换的基本概念与信号的表示6.2模拟乘法器及其典型应用教学目的：1. 理解频率变换的基本概念与信号的表示2. 掌握模拟乘法器及其典型应用教学重点：1.频率变换的基本概念与信号的表示（频谱）2.模拟乘法器及其典型应用教学难点：模拟乘法器应用电路的分析方法教学方法：讲授课时：2学时教学进程单元六 频率变换电路在通信和电子技术中，频率（或频谱）变换是很重要的概念。
本章先简单介绍频率变换的基本概念，接着讨论实现频率变换的最重要的器件——集成模拟乘法器及其简单的应用，最后分析频谱搬移实现原理。
6.1 频率变换的基本概念与信号的表示一. 信号的频谱 1．信号的频谱是指组成信号的各个频率正弦分量按频率的分布情况，即用频率f （或角频率ω）作为横坐标、用组成这个信号的各个频率正弦分量的振幅Um 作为纵坐标作图，就可以得到该信号的频谱图，简称频谱。
2．用频谱表示信号的优点：可以更直观地了解信号的频率组成和特点，例如信号的频带宽度（带宽）等。
3．一个信号的表示方法：一是写出它的数学表达式；（时域） 二是画出它的波形；（时域）三是画出它的频谱。
（频域）这三种表示方法在本质上是相同的，故可由其中一种表示方法得到其他两种表示方法。
数学表达式表示信号既清楚又准确，波形和频谱表示信号比较直观。
但对于某些复杂的信号或无规律的信号，要写出它的数学表达式或画出它的波形很困难，这时用频谱来表示这种信号既容易、又方便。
因此用信号的频谱可以表示任何一种信号。
下面举几个例子来理解它们之间的相互转换关系。
[例6-1]某电压信号的数学表达式为)(sin 3)(0V t t u ω=，试画出它的波形和频谱。
解： 这是一个单一频率的正弦信号，其频率πω2/00=f ，其波形如图6-1（a ）所示。
由于振幅Um=3V ，故其频谱如图6-1（b ）所示。
[例6-2] 某电压信号的频谱如图6-2（a ）所示，试求它的数学表达式，并画出它的波形（设F fc >>）。
解 设2c c f ωπ=，2F πΩ=，由图6-2（a ）可以得到该电压信号的数学表达式()4cos cos()cos()c c c u t t t t ωωω=+-Ω++Ω （注：式中每项也可写正弦形式） 4cos 2cos cos c c t t t ωω=+Ω 4(10.5cos )cos ()c t t V ω=+Ω由上述的数学表达式可画出)(t u 的波形，如图6-2（b ）所示，图中虚线为)(t u 的包络。
[例 6-3]一周期性方波（矩形脉冲）的波形如图6-3（a ）所示，写出相应的数学表达式，并画出它的频谱。
解 图6-3（a ）所示波形的数学表达式为为了画出它的频谱，需应用傅立叶级数的理论把上述分段函数式展开成幂级数的形式，++++++++=t n n t t t t u 0000)12sin()12(45sin 543sin 34sin 41)(ωπωπωπωπ式中，Tf ππω2200==。
按上式可画出相应的频谱，如图6-3（b ）所示，其中直流分量 对应ω=0的那条谱线。
由于)(t u 有无限多项，因此谱线也有无限多条（图中只画出六条谱线）。
但随着f 的升高，谱线的长度迅速减小。
小结：本节重点是信号的频谱。
画频谱时应先写出信号的数学表达式，然后把它展开，若展开式中有n 项不同频率，不同振幅的正弦分量相叠加，则频谱中的谱线就有n 条。
二．频率变换 1．频率变换又称为频谱变换。
所谓频率变换，是指输出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一定的变换关系。
从频谱的角度来看，调制是把低频的调制信号频谱变换为高频的已调波频谱； 解调恰与调制相反，它把高频的已调波频谱变换为低频的调制信号频谱； 变频则把高频的已调波频谱变换为中频的已调波频谱。
因此，调制、解调和变频电路都属于频谱变换电路。
2.频率变换电路的分类： （1）频谱搬移电路即将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移，搬移前后各频率分量的相对大小和相互间隔（即频谱内部结构）保持不变。
包括调幅、检波和变频电路。
（2）频谱非线性变换电路即将输入信号频谱进行特定的非线性变换电路。
包括调频和鉴频、调相和鉴相电路等。
3.频率变换电路的一般组成模型：图中的非线性器件可以采用二、三极管、场效应管、差分对管以及模拟乘法器等。
滤波器起着滤除通带以外频率分量有作用，只有落在通带范围的频率分量才会产生输出电压。
6.2模拟乘法器及其典型应用一．模拟乘法器随着集成技术的发展和应用的日益广泛，集成模拟乘法器已成为继集成运放后最通用的模拟集成电路之一，本节将对模拟乘法器的基本概念和应用进行简单的讨论。
1.模拟乘法器是一种实现两个模拟信号相乘的电路，其符号如图6-4所示。
由图可以看出，模拟乘法器有两个输入端X、Y和一个输出端Z 。
若输入信号分别用ux、uY 表示，输出信号用uo表示，则uo与ux、uY乘积成正比，即0M X Yu K u u(6-1)式中，KM为比例系数，称为模拟乘法器的相乘增益,其量纲为V-1。
2. 模拟乘法器的分类：(1)单象限乘法器要求两个输入电压均为单极性（二者分别为某一极性）的乘法器。
(2)二象限乘法器只要求一个输入电压为单极性，而允许另一个输入电压的极性可正可负的乘法器。
(3)四象限乘法器两个输入电压的极性可正可负的乘法器。
在一般情况下,乘法器是一个典型的非线性器件，可以实现多种频谱搬移电路。
它的线性特性只是非线性本质的一种特殊情况。
3. 模拟乘法器的实现方法： (1)霍尔效应法 (2)1/4平方差法 (3)三角波平均法 (4)对数和一反对数法 (5)可变跨导法等最易于用集成技术实现的是后两种方法。
目前单片集成模拟乘法器几乎都是采用可变跨导法制作的。
4. 模拟乘法器的性能指标：（可变跨导型）可变跨导型的模拟乘法器主要也是由差动放大器等构成的，因此它的性能指标有些与集成运放类似，例如输入偏置电流I IBX 和I IBY 、输入失调电流I IoX 和I IoY 、共模抑制比K CMR 、输出失调电流（或输出不平衡电流）I oo 、输出失调电压U oo 等。
此外，模拟乘法器还有反映相乘功能的指标，主要有：(1)运算精度E R （又称为线性精度，是反映运算误差的一个参数）运算精度：若乘法器的各种失调均调零，在两个输入端所加电压ux 、u Y 的绝对值为最大允许值时，实际输出电压u O ＇与理想输出电压u O 的最大相对误差，常用百分数表示，即'100%o oR ou u E u -=⨯ (6-2)式中，理想输出电压指按式（6-1）计算出来的电压值。
由于ux 、u Y 各有正负两种极性，因此输入共有4种情况，则其相对误差就有4个值，E R 是这4个值中的最大者。
(2)X 通道馈通抑制度CFT 和Y 通道馈通抑制度SFT若模拟乘法器的某一输入电压为零而另一输入电压不为零，其输出电压u O 应为零。
实际上，此时乘法器的输出电压并不完全为零，即有一部分输入电压泄漏到输出端，这就是馈通电压，它有X 通道馈通电压 U FX 和Y 通道馈通电压U FY 两种，馈通电压的存在，使乘法器的输出产生了误差。
馈通抑制度是衡量乘法器误差大小的指标。
载漏抑制度：X 通道馈通抑制度CFT ，当u Y =0时而X 输入端加幅度为U xm 的正弦电压时，如果输出电压的幅度为U om1，则载漏抑制度120lg()xmom U CFT dB U = （6-3）信漏抑制度：Y 通道馈通抑制度SFT ，当u X =0时而Y 输入端加幅度为U ym 的正弦电压时，如果输出电压的幅度为U om2，则信漏抑制度220lg()ym om U SFT dB U = （6-4）CFT 和SFT 越大越好。
二. 模拟乘法器的应用集成模拟乘法器的应用十分广泛，除了组成各种频率变换电路外（调幅、检波、变频、鉴相等），还能组成各种模拟运算、压控增益和整流等电路（本节主要讨论该类电路）。
最基本的模拟运算电路是乘法电路，在此基础上还有其它运算电路。
1.乘方器利用模拟乘法器很容易组成各种乘方运算电路，如果将同一输入电压加到乘法器的两个输入端，如图6-5所示，则实现了平方运算。
由（a ）得20M I u K u =为平方电路。
若采用两个乘法器，便可构成立方电路。
如图（b ）得3012M M I u K K u = 2.正弦波倍数频器若平方器的输入电压是正弦信号，即sin I im u U t ω= 则平方器输出电压222011(sin )cos 222M im M im M im u K U t K U K U t ωω==- 如果在平方器的输出端接一个隔直电容，则输出电压：t U K u im M o ω2cos 21'2-=实现了正弦信号的二倍频。
3.除法器除法运算电路由模拟乘法器和运放组成，如图6-6所示，乘法器置于运放的负反馈支路中。
解 在运放为负反馈的条件下，利用“虚地” 有111I u i R =, Z F f u i R -= “虚断” 有11I Z F fu ui i R -==1 即 R而02Z M I u K u u =则021M I I fK u u u R -=1R 可得10121f I M I R u u K R u =- 实现了反相除法运算。
该电路的工作条件是u I2必须为正极性信号（K M ＞0），才能给运放引入负反馈，保证其工作在线性运算状态。
4.开方电路利用除法运算电路可实现开平方运算。
把图6-6中乘法器的两个输入端都接至运放的输出端，如图6-7所示，便成为开平方电路。
当R 1=R f 时，若忽略二极管V 很小的管压降，由图6-7得到0u =该电路的工作条件是u I 必须为负极性信号（K M ＞0），才能给运放引入负反馈，保证其工作在线性运算状态。
加二极管是为了避免当u I 变为正极性信号（受干扰等）时电路被锁定现象。
如果在运放的反馈去路中串联多个乘法器就可以得到开高次方的运算电路。
如下图6-8利用两个乘法器可组成开立方电路。
当R 1=R f 时，02M u = 5.压控增益电路若模拟乘法器的一个输入端接直流控制电压U C ，另一个输入端接输入信号u i ，则输出电压 0M c i u K U u = 可知，此时乘法器相当于一个电压u M c A K U =的放大器，A u 与控制电压U c 成正比，即可用电压的大小控制增益的大小，因此是压控增益放大器。
图6-6所示的除法器也可用作压控增益放大器。
由除法器公式知，若u I1=u i ，u I2=U c ，则01i M cu u K U =-该除法器可看作是输入信号为u i 、电压增益1/u M c A K U =-的压控增益放大器。