简 介： 本文分析了一个由结型场效应管2N5432和2N4416组成的高频桥式乘法器电路，该电路应用于静电计中进行信号调制与解调。通过LTspice仿真展示了电路工作原理：500kHz开关信号控制场效应管桥路交替导通，对输入信号实现全波整流。研究发现变压器漏感会导致输出信号出现冲激脉冲，且输出信号相位滞后。该电路可作为信号调制解调的典型教学案例，后续可进一步研究不同步信号和频率偏移对输出的影响。
关键词： 场效应管，高频同步整流

01 桥式乘法器

一、静电计中的电路

  这是一个 LTspice 示例电路中的静电测量电路。可以看到，核心电路中存在两个有趣的桥式电路。第一个是由四个结型场效应管 2N5432 组成的输入信号调制电路。第二个是由四个结型场效应管 2N4416 组成的解调电路。这个电路之前我并没有看到过。下面，对于这个由场效应管组成的桥电路的特性进行仿真，查看一下它的具体功能。

二、原图仿真

  这个桥电路的解调功能需要由上面的开关信号控制。这是一个 D 触发器组成的二分频电路。D触发器的时钟信号是一个 1MHz 的脉冲信号。经过二分频获得两个反向的 500kHz的方波开关信号。注意，由于D触发器的工作地是 -5V。所以输出的开关信号的幅度是 -5V 到 0V。这一对开关信号控制结场效应管桥电路中场效应管交替开关。也就是对角场效应管同时关断和闭合。在另外一个相位，关断和闭合交替。这样，就可以将输入的同频率同相位的交流信号进行整流输出。

  下面观察整流桥电路的输入输出信号。输入的 500kHz 的正弦信号，经过变压器耦合到整流桥的上下两端。请注意，变压器副边的同铭端的位置，桥电路 上下交流信号是反相的。在场效应管栅极电压控制下，桥电路对边导通，输出了信号的一半的波形，在另外一个控制相位下，桥电路输出反相另外一半信号。因此，就输出了信号的整流波形。现在看到的是桥电路上下两个反向正弦信号。它们幅度相同，相位相反。观察整流桥右边输出信号，它是输入信号的全波整流结果。

  可以看到，在桥电路开关切换的时候，输出信号中出现了冲激脉冲，这是因为变压器中线圈之间存在着漏感，因此输出信号并没有严格跟随输入信号，而是落后了一个相位。在桥电路开关切换的瞬间，由于电感续流，这样就会产生冲激电压。因此，输出的电压并没有严格降低到0。这个场效应管桥电路实际上是一个乘法器，它对输入的正弦信号乘以一个同频率的符号函数，最终输出了全波整流信号。

※ 总  结 ※

  本文分析了一个由场效应管组成的高频同步整流桥电路。这个电路应用在一款经典的静电计电路中做放大信号解调的功能。那么，如果输入信号与开关信号不同步，也就是存在一个延时相位的情况下，输出信号会有什么变化？另外，如果输入信号与解调信号的频率不同会对输出造成什么影响呢？ 后面再通过仿真实验进行验证。这个电路可以用于信号与系统课程中关于信号的调制与解调的教学应用示例。

参考资料

[1]

结型场效应管：2N5432，2N4416: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/156872418?spm=1011.2415.3001.5331

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