射頻模擬電路_No2_第一章 選頻放大器

1、第一章 選頻放大器電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院 電子科技大學(xué) 2第1章 選頻放大器要點(diǎn) 諧振電路串并聯(lián)諧振回路的主要特性兩種諧振回路的阻抗互換及抽頭變換了解雙調(diào)諧耦合諧振回路諧振放大器高頻小信號(hào)諧振放大器的基本要求晶體管高頻小信號(hào)的等效電路模型和參數(shù)調(diào)諧回路放大器及其級(jí)聯(lián)功率放大器諧振功率放大器的原理諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的種類、電路構(gòu)成及匹配網(wǎng)絡(luò) 電子科技大學(xué) 3第1章 選頻放大器簡(jiǎn)介 1、實(shí)際的通信系統(tǒng)均是有僅僅具有一定帶寬的頻譜資源的概念。2、諧振放大器：將低頻模擬電路中的阻性負(fù)載RL用諧振回路代替！諧振放大器又稱：選頻放大器構(gòu)成：小信號(hào)諧振放大器：處理小信號(hào)，如接收機(jī)。

2、諧振功率放大器：處理大信號(hào)，如手機(jī)基站，電視發(fā)射塔。選頻網(wǎng)絡(luò)* LC諧振回路最基本的選頻回路，收音機(jī)、 電視機(jī)上使用廣泛* 濾波器：LC、晶體、SAW、介質(zhì)、同軸、腔體 、1-1 諧振電路的基本特性 主要內(nèi)容：串并聯(lián)諧振回路（簡(jiǎn)單諧振回路）的主要特性兩種諧振回路的阻抗互換及抽頭變換了解雙調(diào)諧耦合諧振回路作用：選頻、濾波、作負(fù)載、移相網(wǎng)絡(luò)、相頻轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) 電子科技大學(xué) 4 電子科技大學(xué) 51-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 1、電路：由信號(hào)源、電容C、電感L構(gòu)成。2、適用情況：信號(hào)源內(nèi)阻Rs小（恒壓源）以及負(fù)載電阻RL不太大 的情況： 有載品質(zhì)因數(shù)QL不能夠太小 回路具有較好的選擇性！其中r：代表

3、電感L的損耗電阻串聯(lián)諧振回路 電子科技大學(xué) 61-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 1）回路阻抗：3、串聯(lián)諧振條件：電抗：其中： 電子科技大學(xué) 71-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 (初相角為零)模相角2）回路電流 (復(fù)數(shù)) ：設(shè) 電子科技大學(xué) 81-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 電流與電壓同相，且為最大！3）串聯(lián)諧振條件：當(dāng)X = 0時(shí)，Z = Zo = r 為實(shí)數(shù)（純阻），且模為最?。∵@種情況稱為 串聯(lián)諧振！串聯(lián)諧振回路的基本特性相角為0時(shí)： 電子科技大學(xué) 91-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 諧振條件：X = 0 諧振頻率 電子科技大學(xué) 101-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 4）諧振回

4、路的特性阻抗定義：電路發(fā)生諧振時(shí)，電感的感抗或者電容的容抗。公式： 電子科技大學(xué) 111-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 1）串聯(lián)諧振時(shí)，回路阻抗最小且為實(shí)數(shù)（純阻），回路電 流最大且與電壓同相。2）串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q：4、串聯(lián)諧振特性：定義：諧振時(shí)回路感抗或者容抗與回路損耗電阻r之比Qo公式： 電子科技大學(xué) 121-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 Qo：無(wú)功功率與有功功率之比：設(shè)流過(guò)電感線圈的電流為I，則電感L上的無(wú)功功率為 ，電阻r的消耗功率為 ，得到電感的品質(zhì)因數(shù)為：所以：實(shí)際工程電路中，總是滿足： 電子科技大學(xué) 131-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性 3）串聯(lián)諧振回路的等效阻抗：

5、W = Wo Z為純阻且最?。籛 Wo Z呈感性；W Wp Z呈容性；W 1矩形系數(shù)Kr越接近于1，選頻能力越好對(duì)于簡(jiǎn)單回路，矩形系數(shù)與Q值無(wú)關(guān) 是一個(gè)常數(shù) 電子科技大學(xué) 491-1-4 諧振電路的通頻帶與選擇性LC諧振回路對(duì)比總結(jié)表： 電子科技大學(xué) 501-1-5 有載品質(zhì)因素QL 串聯(lián)型諧振回路有載品質(zhì)因數(shù) 其中Qo為無(wú)載Q值即空載Q值 電子科技大學(xué) 511-1-5 有載品質(zhì)因素QL 并聯(lián)型諧振回路有載品質(zhì)因數(shù) 其中Qp為無(wú)載Q值即空載Q值1-1-5 有載品質(zhì)因素QL 有載品質(zhì)因素QL：有載品質(zhì)因素QL總是小于空載品質(zhì)因素Q0由于QL1時(shí)，有： 電子科技大學(xué) 601-1-6 串并聯(lián)阻抗互換

6、 串并聯(lián)互換結(jié)論（ QL1 ）：小的串聯(lián)電阻R1轉(zhuǎn)換為大的并聯(lián)電阻R2，且電抗X1轉(zhuǎn)換為同性質(zhì)的X2，且X2 X1（不變）；串聯(lián)、并聯(lián)電路的有載品質(zhì)因素不變： 電子科技大學(xué) 61注意與串、并聯(lián)諧振時(shí)的Qp、Rp等對(duì)比理解記憶。串聯(lián)形式電路中的電阻愈大，則損耗愈大；并聯(lián)形式電路中的電阻愈小，則分流愈大，損耗也愈大，反之亦然，所以這兩種電路是完全等效的 電子科技大學(xué) 621-1-6 串并聯(lián)阻抗互換 1-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系 電子科技大學(xué) 63 實(shí)際諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)小于空載品質(zhì)因數(shù)！如何減小信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)諧振回路有載品質(zhì)因數(shù)的影響？ 解決方法：采用部分接入！1-1-7 回

7、路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系 電子科技大學(xué) 64電感部分接入變壓器部分接入天線等效電路：作為上一級(jí)的負(fù)載，三極管的輸入阻抗很低！上述阻抗如何折算至選頻諧振回路兩端？1-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系采用部分接入一方面可降低信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載電阻對(duì)諧振回路的影響，提高回路的有載品質(zhì)因素；另一方面也可進(jìn)行阻抗匹配。 電子科技大學(xué) 65 電子科技大學(xué) 661-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系1、電感的部分接入：db端看進(jìn)去的阻抗（諧振時(shí)）1)定義接入系數(shù)：電感線圈 的匝數(shù)電感線圈 的匝數(shù)ab端看進(jìn)去的阻抗 電子科技大學(xué) 671-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系忽略電感L1與L2之間的互感，那么總的電感量L

8、= L1 +L2圖(a)可以看成一個(gè)由L、r、C 組成的串聯(lián)諧振電路，從而諧振頻率2) 諧振時(shí)：3) 諧振時(shí)Zab的計(jì)算(不考慮L1、L2的互感)：部分接入計(jì)算變換圖 電子科技大學(xué) 681-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系于是諧振時(shí)：其中令：串聯(lián)諧振電路(a)可以用并聯(lián)諧振電路(b)來(lái)等效電路(b)的諧振頻率 電子科技大學(xué) 691-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系諧振時(shí)從端口ab看進(jìn)去的阻抗諧振時(shí)從端口db看進(jìn)去的阻抗 電子科技大學(xué) 701-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系4) 阻抗關(guān)系：從而諧振時(shí)從而諧振時(shí)改變P值，即可改變回路在ab端的等效阻抗！ 電子科技大學(xué) 711-1-7 回路抽頭時(shí)阻

9、抗的變比關(guān)系5) 電感部分接入結(jié)論： 一般P 1，所以 Zab Zdb，即：由低抽頭(Zab)向高抽頭(Zdb)轉(zhuǎn)換時(shí)，等效阻抗提高 倍。反之，由高抽頭向低抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，等效阻抗降低至 倍。 導(dǎo)納形式的折合關(guān)系：與阻抗時(shí)的折合情況相反！ 電子科技大學(xué) 721-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系 電子科技大學(xué) 731-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系2、電容的部分接入：ab端對(duì)db端的接入系數(shù) 電子科技大學(xué) 741-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系總電容： 電子科技大學(xué) 751-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系諧振時(shí)因此接入系數(shù) 電子科技大學(xué) 761-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系3、電壓源與電流

10、源的部分接入： 電子科技大學(xué) 771-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系分壓關(guān)系即db端的電壓是ab端的P倍即：由低抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，電壓提高 倍。反之，由高抽頭向低抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，電壓降低至P倍。 電子科技大學(xué) 781-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系也可由信號(hào)源的功率守恒推到出結(jié)論公式 電子科技大學(xué) 791-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系 電子科技大學(xué) 801-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系4、變壓器的部分接入：， 可得 功率即抽頭系數(shù)為故根據(jù)變壓器的電壓變換關(guān)系，即 得，P1=P2 電子科技大學(xué) 811-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系例題講解： 電子科技大學(xué) 821-1-7 回路抽頭時(shí)

11、阻抗的變比關(guān)系 電子科技大學(xué) 831-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系 電子科技大學(xué) 841-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系思考題：某接收機(jī)輸入回路的簡(jiǎn)化電路如下圖所示。 已知1=5pF，2=15pF，s=75 ， L=300 。若使負(fù)載L等效到回路輸入端的電阻 ， 線圈初、次級(jí)匝數(shù)比12應(yīng)該是多少？1-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解）簡(jiǎn)單調(diào)諧回路元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，選頻能力差使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的簡(jiǎn)單諧振回路通過(guò)一定形式的耦合，可以有效提高選頻能力，這種回路稱為耦合諧振回路兩個(gè)簡(jiǎn)單調(diào)諧回路的耦合諧振回路稱為雙調(diào)諧耦合諧振回路 電子科技大學(xué) 85 電子科技大學(xué) 861-1

12、-8雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解）雙調(diào)諧耦合諧振回路的兩種基本形式互感耦合靠M，M變化回路諧振頻率也變化互容耦合靠CM，一般CM C1 ， CM C2 ， 因此CM對(duì)回路諧振頻率影響較小根據(jù)耦合程度可分為：強(qiáng)、臨界、弱三種種耦合 電子科技大學(xué) 871-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解）定義耦合系數(shù)其中表示耦合元件電抗表示與耦合元件同性質(zhì)的初級(jí)回路中的總電抗表示與耦合元件同性質(zhì)的次級(jí)回路中的總電抗 電子科技大學(xué) 881-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解）互感耦合：若則互容耦合：若則且 電子科技大學(xué) 891-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解）定義耦合因子雙調(diào)諧次級(jí)回路的歸一化抑制比1-1-8 雙調(diào)諧耦

13、合諧振回路（了解）耦合因子 時(shí)，歸一化抑制比曲線出現(xiàn)兩個(gè)值為1的峰，并且關(guān)于 對(duì)稱，此時(shí)雙調(diào)諧耦合稱為強(qiáng)耦合。耦合因子 時(shí)，歸一化抑制比曲線只有一個(gè)峰，并且其峰值為1，此時(shí)雙調(diào)諧耦合稱為臨界耦合。耦合因子 時(shí)，歸一化抑制比曲線也只有一個(gè)峰，并且其峰值小于1，此時(shí)雙調(diào)諧耦合稱為弱耦合，在實(shí)際電路中基本不會(huì)出現(xiàn)這種情況。 電子科技大學(xué) 901-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解） 電子科技大學(xué) 91臨界耦合的通頻帶與矩形系數(shù)通頻帶矩形系數(shù)1-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解） 電子科技大學(xué) 92強(qiáng)耦合的通頻帶與矩形系數(shù)通頻帶矩形系數(shù)1-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路（了解） 電子科技大學(xué) 93與簡(jiǎn)單調(diào)諧

14、回路相比，雙調(diào)諧回路更寬的通頻帶更好的矩形系數(shù)，也就是更好的頻率選擇性更多的元件和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）R2是負(fù)載電阻，R1是二端網(wǎng)絡(luò)在工作頻率處的等效輸入電阻。倒L型網(wǎng)絡(luò)是由兩個(gè)異性電抗元件X1、X2組成，是 LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)的一種。部分接入-倒L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)X1+Xp=0, R1=Rp知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）部分接入-阻抗變換例 1 已知某電阻性負(fù)載為10，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，使該負(fù)載在20MHz時(shí)轉(zhuǎn)換為50。 如負(fù)載由10電阻和0.2 H電感串聯(lián)組成，又該怎樣設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)?解： 由題意可知，匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)使負(fù)載值增大，故采用上圖 (a)所示倒 L型網(wǎng)絡(luò)。知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配

15、（了解）知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）如負(fù)載為10電阻和0.2 H電感相串聯(lián)，在相同要求下的設(shè)計(jì)步驟如下： 因?yàn)?.2H電感在20MHz時(shí)的電抗值為：XL=L=2201060.210-6=25.1 而 X2-XL=20-25.1=-5.1 由1560pF和318pF兩個(gè)電容組成的倒L型匹配網(wǎng)絡(luò)即為所求，如圖例1.3(b)虛線框內(nèi)所示。這是因?yàn)樨?fù)載電感量太大， 需要用一個(gè)電容來(lái)適當(dāng)?shù)窒糠蛛姼辛俊Ｔ?0MHz處，1560 pF電容和0.2H電感串聯(lián)后的等效電抗值與(a)圖中的0.16 H電感的電抗值相等。知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）部分接入-阻抗變換知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）T型網(wǎng)絡(luò)等效過(guò)程1. Xp等效為Xp1,Xp22. Xs2,R串聯(lián)等效為并聯(lián)Xs2, R3. Xp2與Xs2并聯(lián)諧振4. Xp1與R并聯(lián)等效為串聯(lián)Xp1, R5. Xs1與Xp1串聯(lián)諧振部分接入-阻抗變換知識(shí)擴(kuò)展：阻抗匹配（了解）小知識(shí)：分貝(dB）、dBm、 dB問(wèn)題？信號(hào)輸出與輸入的功率增益為4000倍,是多少分貝？4000=10*10*10*2*2 =10+10+10+3+3 =36dB對(duì)于功率增益：+3dB指的是放大2倍。（乘以2） +10dB指的是放大10倍。（乘以10） -3 dB指的是減小2倍。（除以2） -10 dB指的是減小10倍。（除以10）小知識(shí)：分貝(dB）、dBm