第2章選頻網(wǎng)絡(luò)

一、簡單諧振回路高頻振蕩回路是高頻電路中應(yīng)用最廣的無源網(wǎng)絡(luò)阻抗變換信號選擇（選頻）直接作為負(fù)載使用振蕩回路：由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。簡單振蕩回路：只有一個回路的振蕩電路。串聯(lián)（LC）諧振回路并聯(lián)（LC）諧振回路RLCRSuSZSRLCRSiSZP2.阻抗分析阻抗ZP阻抗Zs近似串聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路1.電路結(jié)構(gòu)損耗電阻損耗電阻RLCRSuSZSRLCRSiSZP1>諧振條件：回路總電抗X=0時，回路處于諧振狀態(tài)2>諧振阻抗：3.諧振特性呈純電阻，且為最大值呈純電阻，且為最小值3>諧振頻率：串聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路RLCRSiSZPRpLCRSiSZP4.頻率特性阻抗ZP近似并聯(lián)諧振回路并聯(lián)等效動畫RLCRSuSZS串聯(lián)諧振回路阻抗ZsRpLCRSiSZP并聯(lián)諧振回路阻抗ZP品質(zhì)因數(shù)Q1>品質(zhì)因數(shù)QQ的物理意義：諧振條件下，回路儲存能量與消耗能量之比RLCRSuSZS串聯(lián)諧振回路RpLCRSiSZP并聯(lián)諧振回路i+u-特征阻抗串聯(lián)阻抗Zs并聯(lián)阻抗ZP2>阻抗的頻率特性近似處理串聯(lián)阻抗Zs并聯(lián)阻抗ZP絕對失諧廣義失諧幅頻特性相頻特性幅頻特性相頻特性串聯(lián)阻抗Zs并聯(lián)阻抗ZP幅頻特性相頻特性幅頻特性相頻特性電容性電感性R電感性電容性Rp討論：串聯(lián)阻抗的諧振曲線：回路電流與工作頻率之間的關(guān)系3>諧振曲線和相位特性曲線RLCRSuS串聯(lián)諧振回路ZSi+ui-諧振時歸一化的諧振曲線相位特性曲線：回路電流相角ψ與工作頻率之間的關(guān)系諧振曲線相位特性曲線Q2>Q1Q11OQ2OQ1Q2RpLCRSiSZP+u-并聯(lián)阻抗的諧振曲線：回路電壓與工作頻率之間的關(guān)系諧振時歸一化的諧振曲線相位特性曲線：回路電壓相角ψ與工作頻率之間的關(guān)系諧振曲線相位特性曲線并聯(lián)諧振回路Q2>Q1Q11OQ2OQ1Q2RpLCRSiS4>諧振時電壓電流關(guān)系iiiCiRiL+vi-RLCRSvS+vC-+vL-ii+vi-+vR-諧振時思考：諧振時，各電壓電流之間的矢量關(guān)系？5>通頻帶歸一化的諧振曲線串聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路116>選擇性選擇性指回路從含有各種不同頻率信號總和中選出有用信號、排除無用信號的能力。回路諧振曲線越尖銳,則選擇性越好。正常使用時，諧振回路的諧振頻率應(yīng)調(diào)諧在所需信號的中心頻率上。通帶與選擇性的綜合評價計算矩形系數(shù)K0.1計算選擇性矩形系數(shù)越接近1，選擇性越好RpLCRSiSRLRLCRSvSRL7>信號源內(nèi)阻及負(fù)載對回路的影響考慮信號源內(nèi)阻及負(fù)載時，諧振電路如下：空載時有載時比較有載和空載：內(nèi)阻和負(fù)載影響動畫O?Z

?RP幅頻特性曲線Oj90o-90o相頻特性曲線0o這對曲線說明了并聯(lián)諧振回路具有怎樣的頻率特性？1.LC并聯(lián)諧振回路有何基本特性?說明Q對回路特性的影響。思考討論題解：并聯(lián)諧振回路具有諧振特性，當(dāng)外加信號頻率與回路諧振頻率相等，即回路調(diào)諧時，回路兩端輸出電壓為最大，且相移為零；當(dāng)外加頻率與回路諧振頻率不相等時，即回路失諧時，回路兩端輸出電壓迅速下降，相移值增大。利用回路的諧振特性，通過調(diào)諧，可以從各種不同信號頻率的信號總和中選出有用信號、濾除無用信號，這稱為諧振回路的選頻作用。

當(dāng)諧振回路Q值越大，回路諧振頻率越尖銳，其選頻作用越好，但通頻帶將會變窄。2.并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)是否越大越好？說明如何選擇并聯(lián)諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL的大小。并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)不是越大越好。因為QL值增大后雖然抑制帶外干擾信號能力增強(qiáng)，但通頻帶也隨之變小，因此，在實際應(yīng)用中，為了保證有良好的選擇性，應(yīng)在滿足通頻帶的要求下，力求增大回路的有載品質(zhì)因數(shù)，即可按QL≤f0/BW0.7來選擇回路的有載品質(zhì)因數(shù)。例1

L=180mH,C=140pF,r=10W,試求（1）f0、Q、Rp；（2）Δf=±10kHz、±50kHz時的等效阻抗和相移。Is.LrCZ+Vo

–?解：（1）求f0、Q、RpHz

=1MHz(2)求回路失諧時的等效阻抗和相移當(dāng)Δf=±10kHz時當(dāng)Δf=±50kHz時-arctan計算表明：由于該并聯(lián)諧振回路的Q

值較大，故隨著失諧量的增大，回路的等效阻抗明顯減小，而相移量增大。-arctan例2

下圖中，L=586mH,C=200pF,r=12W,RS

=RL=100kW

，試分析信號源及負(fù)載對諧振回路特性的影響。LrVs.CRLRS解：1.計算不考慮RS、RL時的回路固有特性：fp、Qp、RP、BW0.72.計算考慮RS、RL時的回路特性：fp、QL、R’P、BW0.7LrVs.CRLRS由于L、C基本不變，故諧振頻率fp仍為465kHz。等效負(fù)載電阻有載品質(zhì)因數(shù)通頻帶可見：信號源內(nèi)阻及負(fù)載電阻使回路品質(zhì)因數(shù)下降,導(dǎo)致回路通頻帶變寬，選擇性變差。應(yīng)采取措施減小信號源和負(fù)載的影響。LIs.C并聯(lián)形式串聯(lián)形式二、阻抗變換阻抗相等1.串、并聯(lián)阻抗等效互換結(jié)論：高Q時，串并聯(lián)電路互換時電抗性質(zhì)不變且基本相同；電阻基本為Q2倍關(guān)系結(jié)論：轉(zhuǎn)換前后阻抗性質(zhì)不變RLCRSiSRpLCRSiSZPZP2.變壓器阻抗變換設(shè)變壓器為無耗的理想變壓器可變大，也可變小，取決于n3.并聯(lián)諧振回路的其他形式通常在電子線路中并聯(lián)諧振時，總阻抗結(jié)論：當(dāng)R1，R2不是很大的時候，可以認(rèn)為它們都集中在電感支路內(nèi)，此時L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL4.抽頭是并聯(lián)電路的阻抗變換高頻電路的實際應(yīng)用中，常用到激勵信號或負(fù)載與振蕩回路中的電感或電容部分接入并聯(lián)振蕩回路，稱為抽頭振蕩回路或部分接入并聯(lián)振蕩回路常見抽頭式接入電路iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRL'RS'iS'LCRL'RS'iS'abab典型電路等效原則：等效電路與原電路功率相等iSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab+vcb-+Uab-+vdb-+vab-等效原則：等效電路與原電路功率相等iSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiR即iL>>iS；iC>>iR近似條件：回路處于諧振附近，外電路分流較小可以忽略，電感抽頭回路①忽略線圈之間互感②線圈之間互感為M兩線圈繞向一致取正，否則取負(fù)③線圈之間為緊耦合（互感變壓器）電容分壓回路iSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab+vcb-+Uab-+vdb-+vab-阻抗變換關(guān)系總結(jié)：思考：該諧振回路的諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)，諧振電阻？。

例3

下圖中，線圈匝數(shù)N12

=10匝，N13

=50匝，N45

=5匝，L13=8.4mH,C=51pF,Q=100,Is

=1mA,Rs

=10kW,RL=2.5kW,求有載品質(zhì)因數(shù)Qe、通頻帶BW0.7、諧振輸出電壓Uo。=250kW=250kW解：將Is

、RS

、RL均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端Re=R's

//Rp//R'L=30.6kW由折算前后信號源輸出功率相等，可得kW=40.6kW

1.耦合振蕩回路在高頻電路中,有時用到兩個互相耦合的振蕩回路,也稱為雙調(diào)諧回路。把接有激勵信號源的回路稱為初級回路,把與負(fù)載相接的回路稱為次級回路或負(fù)載回路。

在高頻電路中，耦合振蕩回路主要完成以下兩方面的功能：A、阻抗變換

B、提供比簡單諧振回路更好的頻率特性

三、耦合振蕩回路圖2兩種常見的耦合回路及其等效電路對于圖2-10（b）電路,耦合系數(shù)為2耦合系數(shù)k：是指耦合電路中的耦合電抗Zm與初次級中與Zm同性質(zhì)兩電抗的幾何平均值之比。對于圖2（a）電路,耦合系數(shù)為3耦合振蕩回路的反射阻抗反射阻抗或耦合阻抗1.反射電阻，反射電抗的性質(zhì)如何？2.反射阻抗的作用？反射阻抗反射電阻，反射電抗的性質(zhì)如何？可見，最佳全諧振是復(fù)諧振的一個特例，但需要的互感要比復(fù)諧振要小，此時互感耦合叫臨界耦合。注意：這里的品質(zhì)因數(shù)Q1和Q2是沒有互感時初級和次級回路的品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)初次級回路參數(shù)完全相同時臨界耦合系數(shù)耦合因數(shù)5.耦合振蕩回路的頻率特性aba、b節(jié)點電流方程引入廣義失諧耦合因數(shù)弱（欠）耦合，很少使用臨界耦合，輸出幅度單峰達(dá)到最大值過耦合，出現(xiàn)雙峰與單回路諧振曲線的區(qū)別歸一化分析：在Q相同時，通頻帶與單諧振的對比例4耦合回路如圖所示，已知初次級回路的特性阻抗為耦合因數(shù)(1)回路參數(shù)L1、L2、C1、C2和M(2)a-b兩端的等效阻抗Zab(3)初級回路的等效品質(zhì)因數(shù)QL1(4)回路的通頻帶BW0.7(5)如果調(diào)整C2，使f02為950kHZ（信號源頻率仍為1MHz）,反射到初級的阻抗呈容性還感性。解：因為兩個回路參數(shù)相同，因此電路處于最佳全諧振狀態(tài)，故有：回路電容回路電感a-b等效阻抗回路無載品質(zhì)因數(shù)初級回路的等效品質(zhì)因數(shù)回路的通頻帶當(dāng)調(diào)整次級回路的諧振頻率低于原來的諧振頻率時，證明電容C2比原來變大，故，在1MHz時次級回路呈容性，反射到初級的反射阻抗成感性。概述小信號放大器低頻（寬帶）放大器：工作頻率低，直流或交流高頻（窄帶）放大器：工作于幾百千赫至幾百兆赫高頻小信號放大器的特點1）工作頻率高2）具有選頻作用，一般采用諧振回路3）晶體管工作于線性區(qū)，可等效分析1）增益或放大倍數(shù)以分貝數(shù)計算2）通頻帶和、3）選擇性縱坐標(biāo)變?yōu)闅w一化的放大倍數(shù)4）工作穩(wěn)定性、5）噪聲系數(shù)后面詳細(xì)講解高頻小信號放大器的主要質(zhì)量指標(biāo)1）增益；2）通頻帶；3）選擇性；4）工作穩(wěn)定性；5）噪聲系數(shù)優(yōu)點：具有普遍意義，分析電路方便缺點：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)利用四端口的電壓電流（4個量）表示其功能，我們稱這種數(shù)為晶體管的參數(shù)，最常用的有h、y、z三種參數(shù)，由于晶體管是電流控制元件，所以用y參數(shù)描述比較方便一、等效電路與參數(shù)晶體管在高頻小信號運用時，它的等效電路主要有兩種：形式等效電路（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路）物理模擬等效電路（混合π等效電路）1、形式等效電路短路參數(shù)與晶體管本身參數(shù)有關(guān)，與外電路無關(guān)，稱為內(nèi)參數(shù)晶體管構(gòu)成放大器后，得到的放大器y參數(shù)，不僅與晶體管參數(shù)有關(guān)，還與外電路有關(guān)，故稱為外參數(shù)晶體管等效Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’eeb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’e2、混合π參數(shù)等效電路優(yōu)點：各元件參數(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)保持常數(shù)缺點：分析電路不方便等效基區(qū)體電阻，約十幾歐到幾十歐發(fā)射結(jié)電阻折合到基極回路的等效電阻,約幾十歐到幾千歐發(fā)射結(jié)電容，約幾十皮法到幾百皮法集電結(jié)電容，約幾個皮法集電結(jié)電阻，約10K到10M晶體管跨導(dǎo)，幾十毫西門子共基極電路的等效晶體管高頻共基極等效電路及其簡化電路3、混合π等效電路與形式等效電路的轉(zhuǎn)換14、晶體管的高頻參數(shù)①截止頻率②特征頻率③最高振蕩頻率二、單調(diào)諧回路諧振放大器1.電路原理分析高頻交流通路輸入回路晶體管輸出回路保證晶體管工作在甲類狀態(tài)負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點晶體管的輸出及負(fù)載電阻均通過阻抗變換電路接入LC諧振回路晶體管y參數(shù)等效2.放大器性能參數(shù)分析1）電壓增益諧振時負(fù)載匹配時2.放大器性能參數(shù)分析2）功率增益非諧振點功率增益的計算很復(fù)雜，用處不大，只討論諧振點功率增益gi1=gi2時，忽略回路損耗Gp，且輸出匹配時，得到最大功率增益考慮回路損耗Gp，且輸出匹配時插入損耗2.放大器性能參數(shù)分析3）通頻帶與選擇性分析放大器的相對電壓增益諧振頻率絕對失諧有載品質(zhì)因數(shù)與并聯(lián)諧振分析類似，通頻帶為：10.707QL越高，通頻帶越窄諧振電壓增益只決定于通頻帶和總電容的乘積選擇性用矩形系數(shù)表示矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，單調(diào)諧放大器諧振曲線和矩形相差較大，鄰道選擇性差10.7070.1仿真03-1例3-1如圖是一個高頻小信號放大器，已知晶體管的yre=0，yoe=0，yfe=60∠60mS,接入系數(shù)p1=0.8,p2=0.5,RL=2kΩ，C1=200pF,fp=100MHz,Q0=80，求放大器的有載品質(zhì)因數(shù)QL，諧振時的電壓增益Av0、電感L1的值和頻帶寬度各是多少？解：1、同步調(diào)諧放大器每級諧振回路均調(diào)諧在同一頻率上各級諧振回路調(diào)諧在不同頻率上同步調(diào)諧放大器—

參差調(diào)諧放大器—

總電壓放大倍數(shù)諧振時總電壓放大倍數(shù)以分貝表示諧振時總電壓增益，則三、多級單調(diào)諧回路諧振放大器若m級放大器的通頻帶單級放大器的通頻帶m級相同放大器的總通頻帶比單級縮小，級數(shù)越多，總通頻帶越小m級相同放大器的總通頻帶等于原單級的通頻帶，必須增大每級的通頻帶，即必須降低每級回路的QL帶寬縮減因子m級放大器的矩形系數(shù)m級相同放大器的總通頻帶比單級縮小，級數(shù)越多，總通頻帶越小m級相同放大器的矩形系數(shù)隨著級數(shù)增多有所改善，但效果有限單調(diào)諧放大器選擇性較差，而且增益和通頻帶的矛盾比較突出。為了改善以上缺點，通常采用雙調(diào)諧放大器和參差調(diào)諧放大器雙調(diào)諧放大器原理圖1、雙調(diào)諧放大器忽略基極偏置電阻和晶體管的yre，畫出高頻等效電路雙調(diào)諧放大器等效電路設(shè)電路工作在最佳全諧振狀態(tài)，初級與次級參數(shù)完全相同，即：p1p2（1）諧振頻率（2）每個回路的固有品質(zhì)因數(shù)（3）電壓增益在臨界耦合時，η=1諧振時的電壓增益為：（4）頻帶寬度和選擇性：雙調(diào)諧放大器的頻帶寬度和選擇性就是耦合諧振回路的同樣的結(jié)果，即：仿真03-11、穩(wěn)定性的引入（原因）

前面分析了高頻小信號放大器的性能，但由于晶體管內(nèi)部存在集基間電容Cb’c的反饋，或者通過y參數(shù)的反向傳輸導(dǎo)納yre的反饋，使放大器存在不穩(wěn)定的問題。四、諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施2、穩(wěn)定性分析放大器的輸入導(dǎo)納中體現(xiàn)了反饋作用yie是輸出短路時晶體管本身的輸入導(dǎo)納（共射連接）YF是通過yre反饋引起的輸入導(dǎo)納，反映了負(fù)載的影響改變回路的等效品質(zhì)因數(shù)引起回路失諧反饋的能量抵消了回路損耗的能量，放大器將處于自激狀態(tài)為了避免工作不穩(wěn)定甚至自激狀態(tài)，必須遠(yuǎn)離產(chǎn)生自激的條件：引入穩(wěn)定系數(shù)當(dāng)S>>1時，放大器才能穩(wěn)定工作，一般要求S=5~10當(dāng)S=1時，放大器自激3、提高放大器穩(wěn)定性的方法由于yre的存在，晶體管是一個“雙向元件”，所以要提高放大器的穩(wěn)定性，就必須減少yre的反饋影響，變“雙向元件”為“單向元件”。稱為單向化。單向化的方法：（1）中和法，消除yre（Cb'c）的反饋作用;（2）失配法，增大負(fù)載電導(dǎo)G'L和信號源電導(dǎo)gs，使輸入和輸出回路失配。單向化模型動畫3-1下圖是利用中和電容Cn的中和電路。為了抵消Yre的反饋,從集電極回路取一與反相的電壓,通過Cn反饋到輸入端。提高放大器穩(wěn)定性的方法（1）中和法中和電容某收音機(jī)實際電路中和電容（2）失配法

失配法是通過增大放大器的負(fù)載導(dǎo)納，使輸出電路失配，以降低輸出電壓，從而減少對輸入端的影響。因此失配法是用犧牲電路增益來換取電路的穩(wěn)定。共發(fā)—共基電路是典型的失配法應(yīng)用。失配，減小yre（3）減少放大器的電磁耦合

前面討論放大器的穩(wěn)定性，是從放大器內(nèi)部來看的，實際上還應(yīng)考慮由于外部原因造成的不穩(wěn)定，而電磁耦合是引起外部寄生反饋的主要因素，因此抑制和減少電磁耦合是提高放大器穩(wěn)定性的重要途徑。放大器中的電磁耦合途徑主要有：

A、電容性耦合；

B、電感性耦合；

C、公共電阻耦合；

D、輻射耦合噪聲的來源與特點1噪聲的表示和計算方法2減少噪聲系數(shù)的措施3四、電路中的噪聲干擾噪聲放大電路外部因素引起的電路自身產(chǎn)生的自然干擾人為干擾自然噪聲人為噪聲噪聲的來源與特點電路中的電阻、諧振回路和電子器件內(nèi)部所具有的帶電微粒無規(guī)則運動產(chǎn)生具有起伏噪聲的性質(zhì)隨機(jī)過程起伏噪聲電壓的分析方法直流分量起伏噪聲電壓的特點：不規(guī)則，無周期1平均值2均方值起伏強(qiáng)度3均方根值交流分量的有效值4頻譜無數(shù)脈沖疊加5功率譜總的平均功率功率譜密度特點：起伏噪聲的功率譜密度在極寬的頻帶內(nèi)具有均勻的密度等效噪聲帶寬白噪聲6靈敏度等效噪聲帶寬0f0f0f電阻熱噪聲導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子作大小和方向都無規(guī)則的熱運動功率譜密度均方值均方根值思考：串并聯(lián)等效的區(qū)別？多個電阻的噪聲電壓均方值如何計算？電路中的噪聲分析1.電阻噪聲2.晶體二極管噪聲3.晶體三極管噪聲4.場效應(yīng)管噪聲噪聲的表示和計算方法信號功率噪聲功率信噪比放大電路輸入信號輸出信號噪聲噪聲噪聲系數(shù):放大電路輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值衡量電路噪聲性能好壞衡量信號質(zhì)量的指標(biāo)放大電路用分貝數(shù)表示10lg放大電路點噪聲系數(shù)和平均噪聲系數(shù)為方便計算和測量，引入額定功率額定功率增益噪聲系數(shù)與不匹配時的計算結(jié)果相同噪聲溫度放大電路為什么要引入噪聲溫度？問題：1、多級系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)的特點2、如何提高多級系統(tǒng)的噪聲性能3、減小噪聲系數(shù)的措施

在高頻范圍內(nèi)，為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻調(diào)諧功率放大器，這是發(fā)射設(shè)備的重要組成部分。

輸出功率大效率高

高頻功率放大器的一般要求同低頻功放相同特點:1.工作頻率高，相對頻帶窄

2.采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路

3.一般工作在丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路

4.圖解法和折線法分析工作狀態(tài)：甲類、乙類、甲乙類和丙類等，與集電極電流的導(dǎo)通角有關(guān)（動畫5-1）-VBB+C-VCC+L+vS_+vb_原理電路(動畫5-2)+vC_-vc+高頻功放的電路組成偏置電壓,??類工作狀態(tài)輸入信號（激勵信號）LC諧振回路，實現(xiàn)??功能，R.p是什么vBEic?-VBB?UBZvbic?VbmgC工作原理分析-VBB+C-VCC+L+vS_+vb_+vC_-vc+vBEic?-VBB?VBZvbic?VbmgCIcmax-VBB+C-VCC+L+vS_+vb_+vC_-vc+2集電極余弦電流脈沖的分解icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax動畫5-500.10.20.30.40.50.620406080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()…2.01.0iC頻譜LC回路阻抗RpubVBZ-VBBIcmaxVbmvBEtibtictvCEvctVCCVcm-VBB+C-VCC+L+vS_+vb_+vC_-vc+vBEic?-VBB?UBZvb?VbmgCvBZvBZmaxvbvcvCEminvCE3電壓、電流波形4輸出功率與效率00.10.20.30.40.50.620406080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()2.01.0思考：1.何時，輸出功率最大？2.何時，效率最大？3.如何選擇最佳通角？集電極電壓利用系數(shù)，在盡限使用時，甲類工作狀態(tài)：乙類工作狀態(tài)：丙類工作狀態(tài)：設(shè)例下圖所示電路中，VCC=24V，Po=5W，=70o，

=0.9,

求該功放的C、P=、PC、iCmax和回路諧振阻抗Rp解：00.10.20.30.40.50.620406080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()-VBB+C-VCC+L+vS_+vb_+vC_-vc+設(shè)置VBB<UBE(on)

，使晶體管工作于丙類。當(dāng)輸入信號較大時，可得集電極余弦電流脈沖。將LC

回路調(diào)諧在信號頻率上，就可將余弦電流脈沖變換為不失真的余弦電壓輸出。在一個信號周期內(nèi)，只有小于半個信號周期的時間內(nèi)有集電極電流流通（丙類放大），形成余弦脈沖電流。iCmax是余弦脈沖電流的最大值，θ是導(dǎo)通角（＜90o

）。LC諧振回路的作用：（1）選頻。濾除余弦脈沖電流中的直流和各次諧波，輸出不失真的余弦波電壓；（2）阻抗匹配。通過調(diào)節(jié)L、C可將RL轉(zhuǎn)換成功放管所需的負(fù)載值Re。vc與vb反相。當(dāng)uBE為uBEmax時，iC為iCmax，而uCE為uCEmin。ic不僅出現(xiàn)時間短，而且只在uCE很小的時段內(nèi)出現(xiàn)，因此集電極損耗很小，功放效率較高。

諧振功率放大電路與小信號諧振放大電路有何區(qū)別？（1）作用與要求不同。小信號諧振放大器主要用于高頻小信號的選頻放大，要求有較高的選擇性和諧振增益；諧振功放主要用于高頻信號的功率放大，要求效率高，輸出功率大。（2）工作狀態(tài)不同。小信號諧振放大器輸入信號很小，要求失真小，故工作在甲類狀態(tài)；諧振功放為大信號放大器，為了提高效率，工作在丙類狀態(tài)。（3）對諧振回路要求不同。小信號諧振放大器主要用來選擇有用信號抑制干擾信號，要求它有較高的選擇，故回路的Q值較高；而諧振功放諧振回路主要用于抑制諧波，實現(xiàn)阻抗匹配，輸出大功率，所以回路的Q值低。2高頻功率放大器的動態(tài)分析βo0.5fβfβ0.2fTfT當(dāng)放大器工作在諧振狀態(tài)時，其外部電路電壓方程為：vBEicgCVBZ高頻功率放大器的動態(tài)特性

輸入端：輸出端：輸入信號諧振回路兩端信號兩式消去cosωt利用晶體管內(nèi)部特性關(guān)系式（折線方程）上式為iC與vce之間的動態(tài)特性方程動態(tài)特性曲線的斜率動態(tài)特性曲線在vce軸上的截距cosθcvceic如何在靜態(tài)特性曲線上畫動態(tài)特性曲線？vo?A?BOVCC?QVcmvceminvbemax畫法一：取斜率gd和橫軸截距B點Vo畫法二：兩點Q、A確定一條直線靜態(tài)工作點Q：令ωt=90o，可得：A點：令ωt=0o，可得：連接點A和Q，即可得到動態(tài)特性曲線（低頻中稱為負(fù)載線）gd動態(tài)特性的分析

vceicVo?gd

可見動態(tài)特性曲線的斜率與負(fù)載Rp有關(guān)，放大器的工作狀態(tài)將隨負(fù)載的不同而變化。下面討論當(dāng)VCC、VBB、Vbm不變時，動態(tài)特性曲線與負(fù)載Rp的關(guān)系。1)欠壓工作狀態(tài)3)臨界工作狀態(tài)2)過壓工作狀態(tài)三種工作狀態(tài)

vBEic?-VBB?VBZvbicgCVbm?vbemaxicmaxvceicVCC?QvceminVcesgd?ubemax???vceminvbemaxgcr?1)欠壓工作狀態(tài)當(dāng)Rp較小時，|gd|較大，動態(tài)特性曲線與vbemax所對的靜態(tài)特性曲線的交點位于放大區(qū)此時，vcemin>Vces晶體管的工作范圍在放大區(qū)和截止區(qū)ic為尖頂脈沖，集電極電壓利用不充分2)過壓工作狀態(tài)當(dāng)Rp較大時，|gd|較小，動態(tài)特性曲線與vbemax所對的靜態(tài)特性曲線的交點位于飽和區(qū)此時，vcemin<Vces晶體管的動態(tài)范圍延伸到飽和區(qū)ic為波形頂部下凹的余弦脈沖3)臨界工作狀態(tài)動態(tài)特性曲線、臨界飽和線與vbemax所對的靜態(tài)特性曲線三線的交于一點此時，vcemin≈Vces，ic為尖頂脈沖工作狀態(tài)動畫5-6VCC?QVcesVcm?vCEicgcrIcmaxvbemaxvBEic?-VBB?VBZvbicgCVbm?vbemaxicmaxvceicVCC?QvceminVcesgd?ubemax???vceminvbemaxgcr?如果已知臨界狀態(tài)時的輸出功率Po兩式聯(lián)立消去Icmax求解得到由上可看出，高頻功放工作在臨界狀態(tài)時，有較大的Icm1和較大的回路電壓Vcm，故晶體管輸出功率最大，高頻功放通常選擇這種工作狀態(tài)。為保證這種工作狀態(tài)所需要的集電極負(fù)載電阻Rp稱為最佳負(fù)載電阻vceicVo?Q高頻功率放大器的負(fù)載特性Rp由小增大，負(fù)載線由欠壓區(qū)經(jīng)過臨界點進(jìn)入過壓區(qū)Rp增大icvcePoRp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Icm1IcoP=PcvbemaxVcm1）欠壓區(qū)幾乎不變（略減少）2）過壓區(qū)討論：1）臨界狀態(tài)，輸出功率最大Po=Pocr，效率也較高，可以說是最佳工作狀態(tài)，常選此狀態(tài)為末級功放輸出狀態(tài)2）過壓狀態(tài)，效率高，但輸出功率較小；Vcm幾乎不變，相當(dāng)于一個恒壓源3）欠壓狀態(tài)，Ic0、Icm1效幾乎不變，功放相當(dāng)于一個恒流源，高頻功率放大器的調(diào)制特性

vceic

vbemax?QVCC??QVCC?QVCC????icVCC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)VCC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPOPC當(dāng)Rp，Vbm不變，改變VCC、VBB時，Icm1，Ic0，P=，Po

的變化關(guān)系1）集電極調(diào)制特性

當(dāng)

Rp，

Vbm，

VBB不變，

VCC增加，功放工作狀態(tài)由臨界進(jìn)入欠壓區(qū)；

VCC減小，功放工作狀態(tài)由臨界進(jìn)入過壓區(qū)；分析：欠壓區(qū)，Icm1，Ic0，幾乎不變，P=，Po

不變。

過壓區(qū)，VCC對Icm1和Po實現(xiàn)調(diào)制作用，故集電極調(diào)制應(yīng)

工作在過壓區(qū)

進(jìn)入過壓狀態(tài)后，隨著UBB向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm增大得十分緩慢。

VcmIcoIcml臨界VBB過壓欠壓O-VBB2vBEicvBEmax1vBEmax2-VBB3vb-VBB1vBEmax3VBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)

當(dāng)Ubm固定，UBB自負(fù)值向正值方向增大時，集電極脈沖電流ic的導(dǎo)通角θc增大，從而集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，狀態(tài)由欠壓區(qū)進(jìn)入過壓區(qū)。

1）基極調(diào)制特性

改變Vbm或VBB對工作狀態(tài)的影響

基極調(diào)幅電路動畫

3高頻功率放大器的實用電路

要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：直流饋電線路：為晶體管各級提供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號有效地傳輸。IcoVCCIc1CLIcnLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路ICniC頻譜LC回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTVBBVBB2基極饋電線路IBOUBBIBOIeo+VBB-二高頻功放的耦合回路RiRoR'LR'S功率放大器輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)RLRSvS(1)使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。

(2)抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。

(3)在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到公共負(fù)載，同時又盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響。

輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級間耦合網(wǎng)絡(luò):是用以與下級放大器的輸入端相連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò):是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載L1C1C2L2CARAr1IAMr'r1C1L1C1R'pL1IK

介于放大器與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介并聯(lián)諧振回路。RA、CA分別代表天線的幅射電阻與等效電容；

L2、C2為天線回路的調(diào)諧元件。它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以使天線回路的電流IA達(dá)到最大值，亦即使天線幅射功率達(dá)到最大。

從集電極向右方看去可以等效為一個并聯(lián)諧振回路,其中Rp為折合到晶體管輸出回路的等效負(fù)載。1.輸出匹配電路

(1)并聯(lián)諧振回路型的匹配電路

RpRp

當(dāng)天線回路調(diào)諧在串聯(lián)諧振狀態(tài)時，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為

設(shè)初級回路的接入系數(shù)為p，則晶體管輸出回路的等效負(fù)載為：r'r1C1L1C1R'pL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRpL1C1中介回路的等效諧振阻抗為

QL為有載品質(zhì)因素，

改變互感系數(shù)M和接入系數(shù)p就可以在不影響回路調(diào)諧的情況下。調(diào)整晶體管的輸出回路的等效負(fù)載電阻Rp，以達(dá)到阻抗匹配的目的。

由于高頻功率放大器工作在非線性(丙類)工作時，放大器的內(nèi)阻變動劇烈：導(dǎo)通時，內(nèi)阻很??；截止時內(nèi)阻近于無窮大。因此輸出電阻不是常數(shù)。所謂線性電路的阻抗匹配(負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻相等)概念也就失去了意義。

ηk：中介回路的傳輸效率。L1C1C2L2CARAr1IAMRp如果設(shè)

：

r'r1C1L1C1R'pL1IKRp

要想回路的傳輸效率高，則空載Qo越大越好，有載QL越小越好，也就是說，中介回路本身的損耗越小越好

但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。

在大功率輸出級，T型、Π型等濾波型的匹配網(wǎng)絡(luò)就得到了廣泛的應(yīng)用。

圖中的R2一般代表終端(負(fù)載)電阻，R1則代表由R2折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以(a)為例進(jìn)行計算公式的推導(dǎo)(2)濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò)兩種Π型匹配網(wǎng)絡(luò)(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2

將并聯(lián)回路R1C1與R2C2變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得L1C1'R1'C2'R2'網(wǎng)絡(luò)匹配時，R1'=R2'由諧振條件得

:[例]有一個輸出功率為2W的高頻功率放大器、負(fù)載電阻RL=50Ω，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，試求Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值。

解

:(2)濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò)

R1應(yīng)該是功率放大器所要求的匹配電阻

Rp,即L1C1'R1'C2'R2'網(wǎng)絡(luò)匹配時，R1'=R2'改寫為：

解之得：

由諧振條件得

:注意，考慮到晶體管的輸出電容Co后，C1應(yīng)減去Co之值，才是所需外加的調(diào)諧電容值。一般，當(dāng)L1確定之后，用C2主要調(diào)匹配，用C1主要調(diào)諧振。

實際還有其它各種形式的匹配網(wǎng)絡(luò)。分析方法都很類似，即從匹配與諧振兩個條件出發(fā)，再加上一個假設(shè)條件(通常都是假定Q1值)，即可求出電路元件的數(shù)值。

L1R1C1R2=RLC24丁類諧振功率放大器與丙類倍頻器主要要求：

了解提高放大器效率的方法。了解丁類諧振功放的工作原理。了解丙類倍頻器的工作原理。

丁類諧振功率放大器如何提高功放效率？提高功放效率的方法：1.減小θ2.減小iCvCE

丙類；有限制

各種高效率諧振功放的設(shè)計基礎(chǔ)例如丁類要減小PCvctvBEOVBBvBE(on)tiCOiCmaxVCCtvCEO使放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)晶體管導(dǎo)通iC≠0時，uCE最小，約為零；而當(dāng)uCE≠0時，晶體管截止，iC=0。因此，iCuCE很小，理想情況下效率可達(dá)100%。丁類諧振功率放大器V1、V2兩管同類型且特性相同。兩管的激勵電壓ub1和ub2大小相等，極性相反。兩管的負(fù)載是L、C、RL構(gòu)成的串聯(lián)諧振回路。（有電壓開關(guān)型和電流開關(guān)型兩類）丁類放大器原理圖工作原理：設(shè)ui為足夠大的正弦波，則兩管輪流飽和導(dǎo)通。當(dāng)V1管飽和導(dǎo)通時，uA=VCC–UCE(Sat)當(dāng)V2管飽和導(dǎo)通時，uA=UCE(Sat)因此uA為方波電壓，其幅值為[VCC–2UCE(Sat)]tuAOVCC丁類諧振功率放大器UCE(sat)工作原理：當(dāng)回路調(diào)諧于輸入信號頻率，且Q值足夠高時，只有uA中的基波分量能在回路中產(chǎn)生電流io，因此負(fù)載RL上得到不失真的輸出電壓uo

。tuAOVCCUCE(sat)tioOtuoO丁類諧振功率放大器工作原理：io只能由V1和V2管分別導(dǎo)通時的iC1

、iC2合成。iC1

、iC2為半波電流tuAOVCCUCE(sat)tiC1OtiC2O丁類諧振功率放大器工作原理：可見：丁類諧振功放中的兩管均工作于開關(guān)狀態(tài)，它們均為半周導(dǎo)通、半周截止。導(dǎo)通時，電流為半個正弦波，但管壓降約為零；截止時，管壓降很大，當(dāng)電流為零，因此管耗很小，功放效率很高。tuAOVCCUCE(sat)tiC1OtiC2OiC1iC2丁類諧振功率放大器將丙類諧振功放集電極諧振回路調(diào)諧在二次或三次諧波頻率上，就可以構(gòu)成二倍或三倍頻器。通常丙類倍頻器工作在欠壓或臨界狀態(tài)，其輸出功率和效率均低于基波放大器。3.4.2丙類倍頻器輸出信號的頻率比輸入信號頻率高整數(shù)倍的電子電路，稱為倍頻器。串聯(lián)諧振回路L1、C1調(diào)諧在基波，抑制基波輸出。串聯(lián)諧振回路L2、C2調(diào)諧在二次諧波，抑制二次諧波輸出。并聯(lián)諧振回路L3、C3調(diào)諧在三次諧波頻率上三倍頻輸出帶有陷波電路的三倍頻器5寬帶高頻功率放大器主要要求：

了解傳輸線變壓器的工作原理和應(yīng)用特點。了解用傳輸線變壓器實現(xiàn)阻抗變換的方法。了解用傳輸線變壓器實現(xiàn)功率合成與分配的方法。了解寬帶高頻功放的工作原理。

以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對通頻帶BW/fo只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運用就受到了很大的限制。

近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶功率放大器得到了迅速的推廣。

寬帶功率放大器，實際上就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路

。

寬頻帶功率放大器沒有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個重要的問題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的甲類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價來換取寬頻帶輸出的

。

普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因

圖

(b)中L、Ls1、r1是變壓器初級繞組的電感、漏感和損耗電阻；Ls2、r2

是折合到初級后，次級繞組的漏感和損耗電阻；C是變壓器各分布電容折合到初級后的總和；R′L是折合到初級后的等效負(fù)載電阻。(a)原理電路(b)等效電路(c)高頻端等效電路(d)低頻端等效電路(e)頻率響應(yīng)曲線vsRsRLvoRsRsRsvsvsvsr1Ls1LLs2r2CR'LrLsLCR'LR'Lfsfvo一般變壓器的等效電路普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因

高頻端，由于初級繞組電感的感抗很強(qiáng)，因此在高頻端等效電路中可以認(rèn)為電感L是開路，如圖(c)。在高頻端負(fù)載R′L接在Ls和C組成的串聯(lián)諧振回路容抗元件的兩端，在串聯(lián)諧振頻率fs的附近，負(fù)載兩端的電壓急劇增加，并在fs上達(dá)到最大值。但是，偏離諧振頻率fs，電壓將急劇減小。(a)原理電路(b)等效電路(c)高頻端等效電路(d)低頻端等效電路(e)頻率響應(yīng)曲線vsRsRLvoRsRsRsvsvsvsr1Ls1LLs2r2CR'LrLsLCR'LR'Lfsfvo一般變壓器的等效電路普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因

低頻端，由于頻率較低，各漏感和損耗電阻很小，也可略去不計，可以認(rèn)為電容C開路，如圖(d)；工作頻率越低，電感L的旁路作用就越大，于是輸出電壓將隨著工作頻率的降低而下降。(a)原理電路(b)等效電路(c)高頻端等效電路(d)低頻端等效電路(e)頻率響應(yīng)曲線vsRsRLvoRsRsRsvsvsvsr1Ls1LLs2r2CR'LrLsLCR'LR'Lfsfvo一般變壓器的等效電路本章小結(jié)功率放大器的任務(wù)是向負(fù)載提供不失真的功率足夠大的信號，其主要性能指標(biāo)是輸出功率和效率。放大器按晶體管集電極電流流通的時間不同，可分為甲類、乙類、丙類等工作狀態(tài)，其中丙類工作狀態(tài)（通角θ小于90o的狀態(tài)）效率最高，但這時晶體管的集電極電流波形失真嚴(yán)重。采用LC

諧振網(wǎng)絡(luò)作為放大器的負(fù)載，可克服工作在丙類狀態(tài)所產(chǎn)生的失真，但諧振網(wǎng)絡(luò)通帶較窄，所以丙類諧振功率放大器適用于窄帶高頻信號的功率放大。諧振功放中，根據(jù)晶體管工作是否進(jìn)入飽和區(qū)，分為欠壓、臨界和過壓三種工作狀態(tài)。欠壓狀態(tài)：輸出電壓幅值Vcm比較小，vCEmin>VCE(sat)，晶體管工作時將不會進(jìn)入飽和區(qū)，iC電流波形為尖頂余弦脈沖。放大器輸出功率小，管耗大，效率低。過壓狀態(tài)：輸出電壓幅值Vcm過大，使vCEmin<VCE(sat)，在ωt=0附近晶體管工作在飽和區(qū)，iC電流波形為中間凹陷的余弦脈沖。放大器輸出功率大，管耗小，效率高，但失真大。臨界狀態(tài)：輸出電壓幅值Vcm比較大，在ωt=0時使晶體管工作剛好不進(jìn)入飽和的臨界狀態(tài)，iC電流波形為尖頂余弦脈沖，但頂端變化平緩。放大器輸出功率大，管耗小，效率高。諧振功放中，Rp、VCC、Ubm、VBB

改變，放大器的工作狀態(tài)也跟隨變化。四個量中分別只改變其中一個量，其他三個量不變所得到的特性分別是負(fù)載特性、集電極調(diào)制特性、放大特性和基極調(diào)制特性，熟悉這些特性有助于了解諧振功率放大器性能變化的特點，并對諧振功放的調(diào)試有指導(dǎo)作用。由負(fù)載特性可知，放大器工作在臨界狀態(tài)時，輸出功率最大，效率比較高，通常將相應(yīng)的Rp值稱為諧振功率放大器的最佳負(fù)載阻抗，也稱負(fù)載匹配。必須指出，在通信等應(yīng)用領(lǐng)域，諧振功率放大器的工作頻率往往高達(dá)幾百兆赫，在高頻工作時晶體管的非線性電容特性、引線電感等分布參數(shù)影響，會使放大器最大輸出功率下降，效率和增益降低。丁類諧振功放中，由于功率管工作于開關(guān)狀態(tài)，故效率比丙類諧振功放還要高，一般可達(dá)90%

以上。但其工作頻率受到開關(guān)器件特性的限制。將丙類諧振功放集電極諧振回路調(diào)諧在二次或三次諧波頻率上，就可以構(gòu)成二倍或三倍頻器。通常丙類倍頻器工作在欠壓或臨界狀態(tài)，其輸出功率和效率均低于基波放大器。諧振功放直流電路有串聯(lián)和并聯(lián)饋電兩種形式?；鶚O偏置常采用自給偏置電路。自給偏置電路只能產(chǎn)生反向偏壓，自給偏壓形成的必要條件是電路中存在非線性導(dǎo)電現(xiàn)象。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的主要作用是將實際負(fù)載阻抗變換為放大器所要求的最佳負(fù)載；其次是有效濾除不需要的高次諧波并把有用信號功率高效率地傳給負(fù)載。寬帶高頻功放中，級間用傳輸線變壓器作為寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)，同時采用功率合成技術(shù)，實現(xiàn)多個功率放大器的聯(lián)合工作，從而獲得大功率輸出。傳輸線變壓器不同于普通變壓器，它是將傳輸線繞在高導(dǎo)磁率、低損耗的磁環(huán)上構(gòu)成的，其能量根據(jù)激勵信號頻率的不同，以傳輸線方式或以變壓器方式傳輸。在高頻以傳輸線方式為主，在低頻以傳輸和變壓器方式進(jìn)行，在頻率很低時將以變壓器方式傳輸，所以傳輸線變壓器具有很寬的工作頻帶，它主要用于平衡和不平衡電路的轉(zhuǎn)換、阻抗變換、功率合成與分配等。TheEnd反饋振蕩器產(chǎn)生振蕩的基本框圖正弦波振蕩器由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)組成。無外加輸入信號開關(guān)在１位置時：開關(guān)轉(zhuǎn)2位置時：

經(jīng)放大器放大后輸出，經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)后在反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端得到反饋信號,

與大小相等相位相同。放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉合環(huán)路，此時在沒有外加輸入信號的情況下，輸出端仍維持一定幅度的電壓，產(chǎn)生自激振蕩。起振時要滿足起始信號來自電擾動輸出信號大小滿足要求時，要能自動穩(wěn)定輸出電壓，實現(xiàn)使電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，輸出幅度和頻率都穩(wěn)定的信號。故要有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。正弦波還要有選頻網(wǎng)絡(luò)。振蕩的平衡條件和起振條件振蕩的平衡條件兩者大小相等、相位相同。由可得n=0,1,2…振幅平衡條件相位平衡條件即正反饋振幅條件和相位條件必須同時滿足。相位平衡條件確定振蕩頻率；振幅平衡條件確定振蕩輸出信號的幅值。振蕩的起振條件n=0,1,2…振幅起振條件相位起振條件相位條件是構(gòu)成振蕩電路的關(guān)鍵,振蕩閉合環(huán)路必須是正反饋。相位起振條件和相位平衡條件是一致的（正反饋）。放大環(huán)節(jié)必須具有非線性放大特性。為獲得正弦波，振蕩電路中要有選頻環(huán)節(jié)。振蕩頻率通常就由選頻環(huán)節(jié)確定。振蕩電路分析實例VTRb1Rb2ReCeCL1LfVCCCbM主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+vi-ic-vo++vf-ibuiuoA1/F可見起振初期是一個增幅的振蕩過程

變壓器反饋LC振蕩器例

分析下圖振蕩電路的工作原理放大部分選頻部分正反饋部分振蕩頻率放大器在小信號時工作于甲類，以保證起振時有較大的環(huán)路增益。工作原理－在回路諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足了振蕩的相位條件。－表示瞬時極性

起振時放大器工作于甲類，。隨著振蕩幅度的增大，放大器進(jìn)入非線性工作區(qū)，且由于自給偏置效應(yīng)進(jìn)入乙類或丙類非線性工作狀態(tài)，使減小，直至，進(jìn)入平衡狀態(tài)LC+–+–CBE變壓器反饋式振蕩器交流通路N1N2M+–當(dāng)環(huán)路增益下降到1時，振幅的增長過程將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。

振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件在平衡點Vi=ViA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使vi的振幅Vi增大時，環(huán)路增益減小，使反饋電壓振幅Vf減小，從而阻止Vi增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使vi的振幅Vi減小時，環(huán)路增益增大，使反饋電壓振幅Vf增大，從而阻止Vi減小。

ViO|T(ωo)|

A1ViA?動畫6-3

如果環(huán)路增益特性存在著兩個平衡點A和B，其中，A點是穩(wěn)定的，而B是不穩(wěn)定點，如右圖所示。|T(ωo)|BAUiUiAUiB1若某種原因使Vi大于ViB，則|T(ωo)|隨之增大，勢必使Vi進(jìn)一步增大，從而更偏離平衡點B，最后到達(dá)平衡點A；

反之，若某種原因使Vi小于ViB，則|T(ωo)|隨之減小，從而進(jìn)一步加速Vi減小，直到停止振蕩。

通過上述討論可見，要使平衡點穩(wěn)定，|T(ωo)|必須在ViA附近具有負(fù)斜率變化

動畫6-3動畫6-4相位穩(wěn)定條件的意義：當(dāng)相位平衡條件遭到破壞時，電路本身能自動重新建立起平衡點的條件。由于

，即相位發(fā)生變化，頻率也發(fā)生變化，故相位穩(wěn)定條件也就是頻率穩(wěn)定條件。假設(shè)某種原因，相位平衡破壞，產(chǎn)生一個很小的相位增量反饋電壓vf超前輸入vi，導(dǎo)致信號周期減小，信號頻率增大同理，

顯然可以看出，外因引起的相位的變化與頻率變化之間的關(guān)系為Oωωo動畫6-4提出問題：如何穩(wěn)定振蕩的相位（頻率）平衡？放大器正向傳輸導(dǎo)納的相移選頻網(wǎng)絡(luò)負(fù)載阻抗的相移即要求選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性曲線在工作頻率附近應(yīng)具有負(fù)斜率，才能滿足頻率穩(wěn)定條件。振蕩器總相位：正弦波反饋振蕩器由哪幾部分組成??電源有源器件選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器LC正弦波振蕩器有三種實現(xiàn)電路LC振蕩器可用來產(chǎn)生幾十千赫到幾百兆赫的正弦波信號互感耦合振蕩電路三端（點）式振蕩電路集成電路LC振蕩電路互感耦合振蕩電路集電極調(diào)諧互感振蕩回路電路形式？？共射調(diào)集型不利于諧波的及時濾除振蕩頻率？？動畫6-5：耦合振蕩回路起振判斷試分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩？該電路由共基放大電路和LC反饋選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在LC回路的諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足相位平衡條件。而共基放大電路具有較大增益，又具有內(nèi)穩(wěn)幅作用，因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和平衡調(diào)節(jié)。故此電路可能產(chǎn)生振蕩。諧振時回路應(yīng)呈純電阻性,因而：因此三個電抗元件不能是同性質(zhì)元件。一般情況下,回路Q值很高,因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流?b

、集電極電流?

c以及發(fā)射極電流?e,

故有因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件，X3應(yīng)為同性質(zhì)。

三端式振蕩器的基本工作原理發(fā)射極基極

三個電抗元件X1、X2、X3組成LC諧振回路，回路三個引出端分別與晶體管三個電極相連，諧振回路既是晶體管的集電極負(fù)載，又是正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)。X1、X2的電抗性質(zhì)必須相同，X3與X1、X2的電抗性質(zhì)必須相異。與E相連為同性質(zhì)電抗，不與E端相連為異性質(zhì)電抗（射同余反）。動畫6-6、6-7組成原則為便于說明，忽略電抗元件的損耗及管子輸入、輸出阻抗的影響反饋系數(shù)X1+X2+X3=0回路等效為純電阻，時，回路諧振，因此：與E相連的必須為同性質(zhì)電抗，不與E端相連的為異性質(zhì)電抗。反相反相同相電感三端式電容三端式與E相連是電感與E相連是電容電容三端振蕩器（考畢茲Colpitts）原理電路交流通路振蕩頻率反饋系數(shù)優(yōu)點：高次諧波成分小，輸出波形好。缺點：頻率不易調(diào)（調(diào)L，調(diào)節(jié)范圍?。﹦赢?-8仿真06-2增大C1/C2

，可增大反饋系數(shù)，提高輸出幅值，但會使三極管輸入阻抗的影響增大，使Q值下降，不利于起振，且波形變差，故C1/C2不宜過大，一般取0.1~0.5

。原理電路交流通路耦合電容旁路電容諧振回路C1C2LC1Lgieg'Lgmvbegoe+v'be-i+vce-C2C2C1Lgieg'Lgoegmvbe+vce-+vbe-i+vce-C2LC1g'Lgoegmvbek2Fgie+v'be-iC1Lgieg'Lgmvbegoe+v'be-i+vce-C2振蕩頻率一般可利用相位平衡條件求解所以：其中，令上式虛部為0可得，EC例6-1圖4-9例4-1的電容三點式振蕩器解：根據(jù)給定電路，畫出環(huán)路的等效電路。圖4-10例4-1電路的等效電路（1）回路電容振蕩頻率（2）起振條件則：電感三端式振蕩器（哈特萊Hartley）原理電路交流通路振蕩頻率反饋系數(shù)優(yōu)點：易起振，頻率易調(diào)（調(diào)C）。缺點：高次諧波成分較大，輸出波形差。仿真06-3VCCL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2CL2L1Cg'Lgoegmvbek2Fgie+v'be-+vce-+vce-+u'be

-ii1）電路結(jié)構(gòu)交流等效電路小信號高頻電路注意：高頻小信號等效電路中忽略了yre、Cie及Coe，且|yfe|=gm2）起振條件分析忽略ie對回路的影響，反饋系數(shù)為：VCCL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2CL2L1Cg'Lgoegmvbek2Fgie+v'be-+vce-+vce-+u'be

-ii交流等效電路小信號高頻電路3）振蕩頻率令虛部為0一般情況下，特例，改進(jìn)型電容三端式振蕩器（克拉潑Clapp）考畢茲電路中，晶體管極間電容與回路電容并聯(lián)，會使振蕩頻率偏移，且極間電容隨晶體管工作狀態(tài)而變，會使振蕩頻率不穩(wěn)定。改進(jìn):

在諧振回路電感支路中串接一個電容仿真06-4動畫6-10LC1C2C3RLBAECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB克拉潑振蕩器（ClappOscilltor）實際電路等效電路L、C3串聯(lián)替代原來的L構(gòu)成，且呈現(xiàn)電感性質(zhì)，仍屬于電容反饋型電路，總電容為C1

、C2>>C3

所以，C≈C3振蕩頻率為：LC1C2C3RLBAR'LECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB克拉潑振蕩器（ClappOscilltor）實際電路等效電路振蕩頻率電壓反饋系數(shù)由于C1，C2是振蕩回路的一部分，晶體管以部分接入方式與回路聯(lián)接，減弱了晶體管與回路的耦合原理電路交流通路C3

<<C1

，C3

<<C2

優(yōu)點：極間電容影響很小，且調(diào)節(jié)反饋系數(shù)時基本不影響頻率，提高穩(wěn)定度實際振蕩頻率必定略高于f0，因為要使L、C3支路呈感性。接入C3使三極管輸出端（C、E）與回路的耦合減弱，三極管等效負(fù)載阻抗減小，放大器放大倍數(shù)下降，振蕩器輸出幅度減小。C3越小，放大倍數(shù)越小，如C3過小則振蕩器不滿足振幅起振條件而停振，致使波段不寬，波段覆蓋倍數(shù)在1.2~1.3原理電路交流通路C3

<<C1

，C3

<<C2

2.西勒振蕩器(Siler)交流等效西勒振蕩器電路(a)實際電路;(b)交流等效電路C4>>C3,C3<<C2,C1(a)(b)總電容振蕩器的振蕩頻率為

因此可調(diào)節(jié)C4來改變頻率而不改變接入系數(shù)，因此調(diào)整系數(shù)可以加大，一般為1.6~1.8，適用于較寬波段工作。另外還可用C3來完成細(xì)調(diào)。仿真06-5動畫6-101石英諧振器及其特性石英是一種各向異性的結(jié)晶體，其化學(xué)成分是SiO2

。從一塊晶體上按一定的方位角切割成的薄片稱為晶片。在晶片的兩面涂上銀層作為電極，電極上焊出兩根引線固定在管腳上，就構(gòu)成了石英晶體諧振器。

晶體的特性與其切割的方位角有關(guān)。電極間加電場電極間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)交變電壓機(jī)械振動交變電流當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時，共振，振幅最大，產(chǎn)生的交變電流最大。類似串聯(lián)諧振。壓電諧振

C0是晶片的靜態(tài)電容，相當(dāng)于平板電容，即由晶片作介質(zhì)，鍍銀電極和支架引線作極板構(gòu)成。幾～十幾皮法。

Lq、Cq、rq為晶片振動時的等效動態(tài)電感、電容和摩擦損耗。Lq很大，幾十～幾百mH；Cq很小，百分之幾pF；rq

為幾～幾百歐。石英諧振器Q值很高，且性能很穩(wěn)定，因此有很高的回路標(biāo)準(zhǔn)性。基頻等效電路含泛音頻率的等效電路動畫6-11fs串聯(lián)諧振頻率fp并聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率通常所以石英諧振器只在之間的很窄頻率范圍內(nèi)呈感性，且感抗曲線很陡，故當(dāng)工作于該區(qū)域時，具有很強(qiáng)的穩(wěn)頻作用。一般不用電容區(qū)。石英諧振器的使用注意事項:（2）要有合適的激勵電平。過大會影響頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使噪聲影響大，輸出減小，甚至停振。（1）要接一定的負(fù)載電容CL(微調(diào))，以達(dá)標(biāo)稱頻率。

高頻晶體通常CL為30pF或標(biāo)為∞。石英晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器fs<f<

fp，晶體呈感性。晶體作為高Q電感元件與其它元件并聯(lián)構(gòu)成振蕩所需的并聯(lián)諧振回路。

f=fs，晶體工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，在振蕩器中用作高選擇性短路元件。CLJTC1C2JT晶體振蕩器電路(CircuitofCrystalOscillators)ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc仿真6-6晶體C1C2JTC3動畫6-12C1C2JTC3LqCqrqCoC1C2C3gmvbegiegmvbeC1C3CqLqrqCoC22.振蕩條件的近似分析RqXq+v'be—+v'be—LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmvbeg3ie3電路的諧振頻率的估算:C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JTC1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc??ωq?ω??ωqωp電容性電容性電感性

fXqORC正弦波振蕩器主要要求：了解RC正弦波振蕩電路的組成和工作原理。RC橋式振蕩器電路低頻等效電路高頻等效電路輸入信號頻率低，選頻網(wǎng)絡(luò)可以看作RC高通電路，頻率越低，輸出電壓越小。輸入信號頻率高，選頻網(wǎng)絡(luò)可以看作RC低通電路，頻率越高，輸出電壓越小。一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸系數(shù)其中：令：幅頻特性相頻特性在ω=ω0時，F(xiàn)達(dá)最大值，等于1/3。即輸出電壓是輸入電壓的1/3。在ω=ω0時，相位角Φf=