二极管环形电路设计与应用

图5-2-6所示为二极管环形电路的基本电路图。与二极管平衡电路相比，它只是多接了2只二极管（VD3和VD4），4只二极管方向一致，组成一个环路，因此称为二极管环形电路。控制电压u2正向加到 VD1、VD2两端，反向加到VD3、VD4两端，随控制电压u2的正负变化，两组二极管交替导通和截止。当u2≥0时，VD1、VD2导通，VD3、VD4截止；当u2＜0时，VD1、VD2截止，VD3、VD4导通。在理想情况下，它们互不影响，因此，二极管环形电路是由两个平衡电路组成：VD1与VD2组成平衡电路Ⅰ，VD3、VD4组成平衡电路Ⅱ，分别如图5-2-6（b）、（c）所示。因此，二极管环形电路又称为二极管双平衡电路。

图5-2-6　二极管环形电路

根据图5-2-6（a）中电流的方向，平衡电路Ⅰ在负载RL上产生的总电流为

式中，iLI为平衡电路Ⅰ在负载RL上的电流，前已得iLI＝2gDK(ω2t)u1；iLⅡ为平衡电路Ⅱ在负载RL上产生的电流。由于VD3、VD4是在控制信号u2的负半周内导通，其开关函数与K(ω2t)相差T2/2（T2＝2π/ω2）。又因VD3上所加的输入电u1与VD1上的极性相反，VD4上所加的输入电压u1与VD2上的极性相反，所以iLⅡ表示式为

代入式（5-2-18），输出总电流iL为

图5-2-7　环形电路的开关函数波形图

图5-2-7给出了K(ω2t)、K(ω2t-π)及K′(ω2t)的波形。由此可见K(ω2t)、K(ω2t-π)为单向开关函数，K′(ω2t)为双向开关函数，且有

由此可得K(ω2t-π)、K′(ω2t)的傅立叶级数

当u1＝U1cos ω1t 时，

由上式可以看出，环形电路中输出电流iL只有控制信号u2的基波分量和奇次谐波分量与输入信号u1的频率ω1的组合频率分量(2n＋1)ω2± ω1（n＝0,1,2,…）。在平衡电路的基础上，又消除了输入信号u1的频率分量ω1，且输出的(2n＋1)ω2± ω1（n＝0,1,2,…）的频率分量的幅度等于平衡电路的两倍。(www.xing528.com)

环形电路iL中无ω1频率分量，这是两次平衡抵消的结果。每个平衡电路自身抵消ω2及其谐波分量，两个平衡电路抵消ω1分量。若ω2较高，则3ω2± ω1、5ω2± ω1等组合频率分量很容易滤除，故环形电路的性能更接近理想相乘器，这是频谱线性搬移电路要解决的核心问题。