第06章高頻電路

1、第一章第一章 X X射線物理射線物理1醫(yī)學電子學基礎醫(yī)學工程與電子科學學院張展召15090050475271391311第一節(jié)第一節(jié) 小信號調諧放大器小信號調諧放大器第四節(jié)第四節(jié) 調頻與鑒頻調頻與鑒頻第二節(jié)第二節(jié) 高頻功率放大器高頻功率放大器第三節(jié)第三節(jié) 調幅與檢波調幅與檢波第一節(jié)第一節(jié) 小信號調諧放大器小信號調諧放大器一、單調諧放大器一、單調諧放大器三、集成高頻放大器三、集成高頻放大器二、雙調諧放大器二、雙調諧放大器一、單調諧放大器一、單調諧放大器1.1.工作原理工作原理(1)(1)電路結構電路結構 LC并聯(lián)諧振回路為交流負載。并聯(lián)諧振回路為交流負載。 RB1、RB2、RE組成分壓式電流負反

2、饋直流偏置電路。組成分壓式電流負反饋直流偏置電路。 CB、CE分別為基極和發(fā)射極旁路電容。分別為基極和發(fā)射極旁路電容。 ZL為負載阻抗。為負載阻抗。 變壓器變壓器TrTr2 2的初級線圈的初級線圈1-21-2的匝數(shù)的匝數(shù)N N1212，1-31-3的匝數(shù)的匝數(shù)N N1313，次級線圈，次級線圈4-54-5的匝數(shù)的匝數(shù)N N4545。 輸入信號經(jīng)輸入信號經(jīng)Tr1耦合和晶體管放大，產生集電極耦合和晶體管放大，產生集電極電流電流ic。(2)(2)工作原理工作原理 當當LC回路調諧于輸入信號頻率回路調諧于輸入信號頻率 f=f0，等效阻抗最，等效阻抗最大，產生最大的諧振電壓，經(jīng)大，產生最大的諧振電壓，經(jīng)

3、TrTr2 2耦合輸出電壓耦合輸出電壓uo 輸入信號頻率輸入信號頻率f 偏離偏離LCLC回路諧振頻率回路諧振頻率f0時，回路的時，回路的等效阻抗變小，輸出電壓隨之變小，且偏離越多，等效阻抗變小，輸出電壓隨之變小，且偏離越多，電壓越小。電壓越小。0210ggnnAmu電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)n n1 1: : 三極管與三極管與LC 回路的接入系數(shù)回路的接入系數(shù)13121NNn n n2 2 : : 負載與負載與LC回路的接入系數(shù)回路的接入系數(shù)13452NNn g g0 0 : : 諧振回路的等效電導諧振回路的等效電導001Rgg gm m : : 三極管的等效跨導三極管的等效跨導）(mV26(m

4、A)mCQIg2.2.通頻帶和選擇性通頻帶和選擇性 0.70.7通頻帶通頻帶: : BW0.7fH - fL707.00uuAAfH、fL分別為相對電壓增益分別為相對電壓增益時的上限頻率和下限頻率時的上限頻率和下限頻率 0.10.1通頻帶：通頻帶：BW0.1f2 - f1f2 - f1對應于對應于1 .00uuAA的頻率范圍的頻率范圍 矩形系數(shù)：矩形系數(shù)： 0.121r0.7HLBWffKBWff3.3.參差調諧放大器參差調諧放大器 多級參差調諧放大器各級調諧在不同的頻率上。多級參差調諧放大器各級調諧在不同的頻率上。 設參差調諧放大器由三級單調諧放大器組成，設參差調諧放大器由三級單調諧放大器組

5、成，通頻帶為通頻帶為BW0.7，中心頻率為，中心頻率為f0。第一級第一級 ：f01= f0 fd，第二級第二級 ：f02= f0 + fd，第三級第三級 ：f03= f0 。其中其中 fd為頻率偏移量。為頻率偏移量。三級單調諧放大器的總電壓增益提高，通頻帶展寬，三級單調諧放大器的總電壓增益提高，通頻帶展寬，有較好的選擇性。有較好的選擇性。二、雙調諧放大器二、雙調諧放大器雙調諧放大器通頻帶寬，選擇性好。雙調諧放大器通頻帶寬，選擇性好。 因因L1C1調諧在輸入信號頻率上，輸入信號經(jīng)調諧在輸入信號頻率上，輸入信號經(jīng)Tr1耦耦合和三極管放大，在初級諧振回路合和三極管放大，在初級諧振回路L1C1兩端產生

6、最大兩端產生最大的諧振電壓。的諧振電壓。 1.1.互感耦合雙調諧放大器的工作原理互感耦合雙調諧放大器的工作原理 由于初、次級回路互感作用，且由于初、次級回路互感作用，且L2C2也諧振于輸也諧振于輸入信號頻率上，回路兩端產生最大的輸出電壓入信號頻率上，回路兩端產生最大的輸出電壓uo。 改變改變L1與與L2之間的距離或磁芯位置可調節(jié)回路間之間的距離或磁芯位置可調節(jié)回路間的耦合程度。的耦合程度。 21LLMk 要獲得對稱的諧振曲線，應：要獲得對稱的諧振曲線，應： L1=L2=L，C1=C2=C，Q1=Q2=Q兩調諧回路的耦合因子：兩調諧回路的耦合因子： =k Qk k為耦合系數(shù)，由下式?jīng)Q定：為耦合系

7、數(shù)，由下式?jīng)Q定：1（臨界耦合），曲線為單峰，與強耦合的峰值相（臨界耦合），曲線為單峰，與強耦合的峰值相等，頂部較平坦，下降較快，有較寬的通頻帶和較好的等，頂部較平坦，下降較快，有較寬的通頻帶和較好的選擇性。選擇性。2. 2. 雙調諧放大器的諧振曲線隨耦合因子雙調諧放大器的諧振曲線隨耦合因子而變化而變化1（弱耦合），曲線呈單峰形；（弱耦合），曲線呈單峰形；1（強耦合），曲線呈對稱于中心頻率（強耦合），曲線呈對稱于中心頻率f0的雙峰；的雙峰；三、三、 集成高頻放大器集成高頻放大器 集成高頻放大器是一種集中選頻濾波器和集成集成高頻放大器是一種集中選頻濾波器和集成寬帶放大器組成的小信號諧振放大器。寬帶

8、放大器組成的小信號諧振放大器。 集成高頻放大器的兩種組合形式集成高頻放大器的兩種組合形式: : L4 4、C6 6和和C7 7組成組成+12V+12V電源的電源的型濾波電路。型濾波電路。實例：實例：15901590組成的集成高頻放大器組成的集成高頻放大器 C4為輸入耦合電容，為輸入耦合電容，C5對輸入信號短路；對輸入信號短路； L1C1為輸入端并聯(lián)諧振回路；為輸入端并聯(lián)諧振回路； L2 2C2 2和和L3 3C3 3為輸出端互感耦合雙調諧回路，均調諧為輸出端互感耦合雙調諧回路，均調諧在中心頻率在中心頻率f0上，起選擇信號作用；上，起選擇信號作用；R可降低可降低L1 1C1 1回路的回路的值，展

9、寬頻帶；值，展寬頻帶；一、高頻功率放大器的特點一、高頻功率放大器的特點第二節(jié)第二節(jié) 高頻功率放大器高頻功率放大器二、丙類諧振功率放大器的工作原理二、丙類諧振功率放大器的工作原理 窄帶型高頻功率放大器采用具有選頻功能的諧振窄帶型高頻功率放大器采用具有選頻功能的諧振回路作為負載，稱諧振功率放大器?；芈纷鳛樨撦d，稱諧振功率放大器。 一、一、 高頻功率放大器的特點高頻功率放大器的特點1. 1. 作用：放大高頻信號并獲得足夠大的輸出功率。作用：放大高頻信號并獲得足夠大的輸出功率。2. 2. 分類：窄帶型和寬帶型。分類：窄帶型和寬帶型。 寬帶型高頻功率放大器采用工作頻帶很寬的傳輸寬帶型高頻功率放大器采用工

10、作頻帶很寬的傳輸線變壓器作為負載，可實現(xiàn)功率合成。線變壓器作為負載，可實現(xiàn)功率合成。（3 3）輸入信號較大，有較大的輸出功率和較高的效）輸入信號較大，有較大的輸出功率和較高的效率，諧振回路的作用是從失真的集電極電流脈沖中選率，諧振回路的作用是從失真的集電極電流脈沖中選出基波分量，濾出諧波成分。出基波分量，濾出諧波成分。3.3.諧振功率放大器的特點諧振功率放大器的特點（1 1）工作頻率高，從幾百）工作頻率高，從幾百kHzkHz到幾百到幾百MHzMHz以上，但頻以上，但頻帶很窄。帶很窄。（2 2）采用選頻諧振回路作為負載，工作在丙類狀態(tài)。）采用選頻諧振回路作為負載，工作在丙類狀態(tài)。二、二、丙類諧振

11、功率放大器的工作原理丙類諧振功率放大器的工作原理1.1.電路結構電路結構 ui=0時，時， T處于截止狀態(tài)。處于截止狀態(tài)。 L1C1和和 L2C2為輸入、輸出并聯(lián)諧振回路，均諧振為輸入、輸出并聯(lián)諧振回路，均諧振 在工作頻率在工作頻率f0上；上； CB和和CC均為高頻旁路電容；均為高頻旁路電容； RL為負載；為負載； UB為基極直流工作電壓。為基極直流工作電壓。 T工作在丙類狀態(tài)，取工作在丙類狀態(tài)，取UB0。2.基波分量的選出基波分量的選出高頻輸入信號高頻輸入信號 ubUbmcos0tuBE =UB + ub = UB+Ubmcos0tT的導通角的導通角180T導通后產生的導通后產生的 ib和和

12、 ic均為均為余弦脈沖電流，波形如圖余弦脈沖電流，波形如圖（b）、（）、（c）所示。）所示。用付里葉級數(shù)展開，得：用付里葉級數(shù)展開，得：iC=ICO+Ic1m cos0t + Ic2m cos(20t )+ Icnm cosn(n0t )集、射極之間的電壓：集、射極之間的電壓： uCE =UCC uCUCCUc1mcos0t 經(jīng)經(jīng)Tr2耦合，在耦合，在RL上可得不失真的輸出電壓上可得不失真的輸出電壓 uo。 L2C2回路諧振于基波頻率回路諧振于基波頻率，iC中只有基波分中只有基波分量在回路兩端產生較大的壓降：量在回路兩端產生較大的壓降： uC RLIcmcosctUc1mcos0t輸出諧振回路

13、有選取基波分量的作用。輸出諧振回路有選取基波分量的作用。3.3.輸出功率和效率輸出功率和效率Lc1m2c1mc1mc1mc1m11121222RUIUIUIUPRL上的基波功率為上的基波功率為U1、I1分別為分別為RL上基波電壓、電流的有效值上基波電壓、電流的有效值COCCDIUP電源消耗的直流功率為電源消耗的直流功率為 1COm1cCCm1cD12121gIIUUPP輸出效率輸出效率為 越大，越大，越小，效率越小，效率越高。但越高。但減小，輸出功減小，輸出功率率P1減小。為兼顧減小。為兼顧P1和和，一般選，一般選=60，達到達到90%。CCmcUU1為集電極電壓利用系數(shù)為集電極電壓利用系數(shù)C

14、OmcIIg11)(為集電極電流利用系數(shù)為集電極電流利用系數(shù)與導通角與導通角有關，有關，越小，越小，g1（）越大。）越大。一、調幅的基本概念一、調幅的基本概念第三節(jié)第三節(jié) 調幅與檢波調幅與檢波二、高電平調幅電路二、高電平調幅電路三、二極管包絡檢波電路三、二極管包絡檢波電路 調幅波中各個波的峰點連調幅波中各個波的峰點連線（正弦虛線）稱包絡線，其線（正弦虛線）稱包絡線，其形狀和頻率與調制信號相同。形狀和頻率與調制信號相同。一、一、調幅的基本概念調幅的基本概念(a)(a)為低頻正弦調制信號；為低頻正弦調制信號；(b)(b)為高頻載波信號；為高頻載波信號；(c)(c)為為“攜帶攜帶”低頻調制信號的低頻

15、調制信號的調幅波。調幅波。 tUuccmccos設高頻載波信號設高頻載波信號tUummmcos低頻調制信號低頻調制信號( (cm) uc和和um同時輸入調幅器中，輸出端得高頻調幅波同時輸入調幅器中，輸出端得高頻調幅波信號：信號：)cos()()cos()cos(1 camcmcmattUttmUu cmCUUm 為調幅波中包絡線的波幅與載波幅度之為調幅波中包絡線的波幅與載波幅度之比，稱調制系數(shù)。比，稱調制系數(shù)。不同調制系數(shù)的調幅波：不同調制系數(shù)的調幅波： 調制系數(shù)調制系數(shù)m m1 1，圖（，圖（a a） ； 調制系數(shù)調制系數(shù)m m1 1，包絡將出現(xiàn)，包絡將出現(xiàn)失真，稱為過調幅，圖失真，稱為過調

16、幅，圖(c) (c) ； 正常情況下，應正常情況下，應m m1 1 ，圖，圖(b)(b)。二、二、高電平調幅電路高電平調幅電路利用丙類諧振功率放大器實現(xiàn)調制與功放合一。利用丙類諧振功率放大器實現(xiàn)調制與功放合一。 1.基極調幅電路基極調幅電路 Tr1為高頻載波輸入變壓器，次為高頻載波輸入變壓器，次級線圈級線圈L2與基極相連與基極相連; C1為低頻調制信號輸入耦合電容為低頻調制信號輸入耦合電容; C2為高頻載波旁路電容；為高頻載波旁路電容； L3 C3并聯(lián)調諧回路，并聯(lián)調諧回路，L4為調幅波為調幅波輸出繞組；輸出繞組； R1、R2為三極管的直流偏置電阻。為三極管的直流偏置電阻。2.電路工作原理電路

17、工作原理 高頻載波信號經(jīng)高頻載波信號經(jīng)Tr1加于三極管基極，低頻加于三極管基極，低頻調制信號經(jīng)調制信號經(jīng)C1、 L2耦合耦合同時加于三極管基極。同時加于三極管基極。 三極管工作于非線性三極管工作于非線性狀態(tài)，工作點狀態(tài)，工作點Q在特性在特性曲線的彎曲部分。曲線的彎曲部分。Q右右移時放大倍數(shù)增大；移時放大倍數(shù)增大；Q左移時放大倍數(shù)減小。左移時放大倍數(shù)減小。 um相對于相對于 uc變化緩慢，其作用相當于使三極變化緩慢，其作用相當于使三極管的工作點管的工作點Q移動。移動。 兩信號同時加于基極后，三極管的非線性變兩信號同時加于基極后，三極管的非線性變化產生新的頻率分量，經(jīng)化產生新的頻率分量，經(jīng)L3C3

18、的選頻作用，再的選頻作用，再由由L4輸出，實現(xiàn)調幅。輸出，實現(xiàn)調幅。2.電路工作原理電路工作原理結果：結果： 盡管盡管uBE為高頻載波與低頻調制波的線性疊加為高頻載波與低頻調制波的線性疊加（圖（圖a），但由于三極管處于非線性工作狀態(tài)，），但由于三極管處于非線性工作狀態(tài)，iB與與 uBE不成線性關系，使不成線性關系，使 iB和和 iC均為脈沖電流（圖均為脈沖電流（圖b），其峰點的包絡線與調制信號的波形一致，經(jīng)），其峰點的包絡線與調制信號的波形一致，經(jīng) L3C3調諧回路的選頻，得圖（調諧回路的選頻，得圖（c）的調幅波。）的調幅波。三、二極管包絡檢波電路1.檢波檢波 從調幅波中取出其包絡。從調幅波中

19、取出其包絡。2.電路組成電路組成 高頻輸入電路、非線性元件、高頻濾波電路。高頻輸入電路、非線性元件、高頻濾波電路。3.工作原理工作原理 線圈線圈L1、L2組成高頻輸入電路，將調幅波信號組成高頻輸入電路，將調幅波信號傳送到二極管傳送到二極管D的輸入端；的輸入端； 利用二極管單向導電性和利用二極管單向導電性和RC 低通濾波電路，濾掉高低通濾波電路，濾掉高頻信號，檢出調制信號。頻信號，檢出調制信號。三、鑒頻電路三、鑒頻電路第四節(jié)第四節(jié) 調頻與鑒頻調頻與鑒頻一、調頻的基本概念一、調頻的基本概念二、調頻電路二、調頻電路調頻或調相：使高頻載調頻或調相：使高頻載波的頻率或相位按照低波的頻率或相位按照低頻調制

20、信號的規(guī)律作相頻調制信號的規(guī)律作相應的變化。應的變化。(a)(a)為調制信號；為調制信號；(b)(b)為高頻載波；為高頻載波；(c)(c)為調頻波。為調頻波。一、一、調頻的基本概念調頻的基本概念調頻波的幅度不變，頻率隨調制信號而變化；調頻波的幅度不變，頻率隨調制信號而變化；當調制信號電壓正向增大時，調頻波的頻率升高，當調制信號電壓正向增大時，調頻波的頻率升高，對應于調制信號正峰處，頻率達到最高值；對應于調制信號正峰處，頻率達到最高值；當調制信號電壓負向增大時，調頻波的頻率降低，當調制信號電壓負向增大時，調頻波的頻率降低，對應于負峰處，頻率達到最低值；對應于負峰處，頻率達到最低值；調制信號電壓為

21、零時，頻率等于載波頻率（中心調制信號電壓為零時，頻率等于載波頻率（中心頻率頻率fc c）。）。設高頻載波設高頻載波u uc c和低頻調制信號和低頻調制信號um分別為分別為 uc Uccosc t um Um cosmt調頻后，調制信號的角頻率在載波角頻率上疊加，調頻后，調制信號的角頻率在載波角頻率上疊加，調頻波的瞬時角頻率調頻波的瞬時角頻率 c+（t） 為最大角頻偏。為最大角頻偏。結果：結果：調頻波的頻率隨調制信號而變化，調頻波的頻率隨調制信號而變化，其最大瞬時角頻率為其最大瞬時角頻率為 max c，最小瞬時角頻率為最小瞬時角頻率為 min c。 二、二、調頻電路調頻電路LCf21高頻載波振蕩

22、器的頻率高頻載波振蕩器的頻率CfCLCCCLCf2)21(21)211(21dd電感電感L不變不變，則則 f 隨隨C 的變化關系為的變化關系為CCff2ddf 的相對變化與電容的相對變化與電容 C 變化的關系為變化的關系為LLff2dd若若C不變不變，f 的相對變化隨的相對變化隨L變化的關系為變化的關系為變容二極管調頻電路變容二極管調頻電路L1、C1組成高頻載波振蕩器的并聯(lián)諧振回路，組成高頻載波振蕩器的并聯(lián)諧振回路，C2、C3對高頻載波信號短路，對直流電壓對高頻載波信號短路，對直流電壓U U和低頻調制信和低頻調制信號隔離，號隔離， L2是高頻扼流圈。是高頻扼流圈。當調制信號當調制信號um=0時

23、，時，fc取決于取決于L1、C1及變容二極管的結電容及變容二極管的結電容 Cj；當有調制信號當有調制信號um輸入時，輸入時， Cj 隨隨um而變化。振蕩器頻率隨調制信而變化。振蕩器頻率隨調制信號電壓號電壓um而變化，從而實現(xiàn)調頻。而變化，從而實現(xiàn)調頻。 三、鑒頻電路斜率鑒頻器：利用諧振回路失諧的幅頻特性將等幅斜率鑒頻器：利用諧振回路失諧的幅頻特性將等幅的調頻波變換成幅度隨瞬時頻率變化的調頻的調頻波變換成幅度隨瞬時頻率變化的調頻- -調幅，調幅，然后用包絡檢波器將振幅變化檢出，得到原來的低然后用包絡檢波器將振幅變化檢出，得到原來的低頻調制信號。頻調制信號。鑒頻：從輸入調頻波中檢出反映頻率變化的低

24、頻調鑒頻：從輸入調頻波中檢出反映頻率變化的低頻調制信號的過程。制信號的過程。1.單失諧回路斜率鑒頻器單失諧回路斜率鑒頻器L1C1是失諧的諧振回路；是失諧的諧振回路；D、R、C組成二極管包絡檢波器。組成二極管包絡檢波器。（1 1）電路結構）電路結構（2 2）頻幅轉換過程）頻幅轉換過程 L1C1的諧振頻率為的諧振頻率為f0，調，調頻波的中心頻率頻波的中心頻率fc位于位于L1C1回路諧振曲線的回路諧振曲線的A點。點。 信號頻率升高時，回路信號頻率升高時，回路輸出電壓輸出電壓u2變大，信號頻率變大，信號頻率降低時，輸出電壓降低時，輸出電壓u2變小。變小。 調頻波通過調頻波通過L1C1回路后，變成調頻回路后，變成調頻-調幅波，其調幅波，其包絡線與低頻調制信號包絡線與低頻調制信號um的波形一致。經(jīng)二極管包的波形一致。經(jīng)二極管包絡檢波電路后，可獲得原來的低頻調制信號。絡