高頻電子線路課件

第一章高頻小信號(hào)諧振放大器1.1LC選頻網(wǎng)絡(luò)1.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

1.3集中選頻放大器1.4電噪聲1.1LC選頻網(wǎng)絡(luò)

1.1.1選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性1.1.2LC選頻回路*1.1.4雙耦合諧振回路及其選頻特性1.1.3LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)LC選頻網(wǎng)絡(luò)由電感線圈和電容組成，當(dāng)外界授予一定能量，電路參數(shù)滿(mǎn)足一定關(guān)系時(shí)，可以在回路中產(chǎn)生電壓和電流的周期振蕩回路。若該電路在某一頻率的交變信號(hào)作用下,能在電抗原件上產(chǎn)生最大的電壓或流過(guò)最大的電流，即具有諧振特性，故該電路又稱(chēng)諧振回路。諧振回路按電路的形式分為：1.串聯(lián)諧振回路2.并聯(lián)諧振回路3.耦合諧振回路1.1LC選頻網(wǎng)絡(luò)用途：1.利用他的選頻特性構(gòu)成各種諧振發(fā)大器2.在自激振蕩器中充當(dāng)諧振回路3.在調(diào)制、變頻、解調(diào)充當(dāng)選頻網(wǎng)絡(luò)

本章討論各種諧振回路在正弦穩(wěn)態(tài)情況下的諧振特性和頻率特性。1.1.1選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性

要求選頻電路的通頻帶寬度與傳輸信號(hào)有效頻譜寬度相一致。理想的選頻電路通頻帶內(nèi)的幅頻特性fof1f2理想實(shí)際α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20通頻帶外的幅頻特性應(yīng)滿(mǎn)足

理想的幅頻特性應(yīng)是矩形，既是一個(gè)關(guān)于頻率的矩形窗函數(shù)。

矩形窗函數(shù)的選頻電路是一個(gè)物理不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，實(shí)際選頻電路的幅頻特性只能是接近矩形

矩形窗函數(shù)的選頻電路是一個(gè)物理不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，實(shí)際選頻電路的幅頻特性只能是接近矩形定義矩形系數(shù)K0.1表示選擇性：2Δf0.7稱(chēng)為通頻帶：顯然，理想選頻電路的矩形系數(shù)K0.1=1，而實(shí)際選頻電路的矩形系數(shù)均大于1。fof1f22Δf0.72Δf0.1理想實(shí)際α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20

另外，為不引入信號(hào)的相位失真，要求在通頻帶范圍內(nèi)選頻電路的相頻特性應(yīng)滿(mǎn)足

即理想條件下信號(hào)有效頻帶寬度內(nèi)的各頻率分量都延遲一個(gè)相同時(shí)間τ，這樣才能保證輸出信號(hào)中各頻率分量之間的相對(duì)關(guān)系與輸入信號(hào)完全相同。+π/2φ(f)f-π/20理想實(shí)際

實(shí)際選頻回路的相頻特性曲線并不是一條直線，所以回路的電流或端電壓對(duì)各個(gè)頻率分量所產(chǎn)生的相移不成線性關(guān)系，這就不可避免地會(huì)產(chǎn)生相位失真，使選頻回路輸出信號(hào)的包絡(luò)波形產(chǎn)生變化φo+π/2φ(f)f-π/20-φofof1f22Δf0．7理想實(shí)際1.1.2LC選頻回路RpLCRSiSRLCRSiSRLCRSuS

串聯(lián)LC諧振回路RLCRSuSRLCRSuSZS串聯(lián)LC諧振回路仿真RLCRSuSRLCRSuSiiRLCRSuSRLCRSuS電容性電感性RQ2>Q1Q11OQ2OQ1Q2同樣定義串聯(lián)諧振回路端電流的相位為RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-仿真1矩形系數(shù):=9.96RLCRSuSRL仿真并聯(lián)LC諧振回路RpLCRSiSRLCRSiS

并聯(lián)LC諧振回路仿真RLCRSiSZPRLCRSiSRpLCRSiSRpLCRSiS+ui-RLCRSiSRLCRSiS電感性電容性Rp仿真Q2>Q1Q11OQ2OQ1Q2同樣定義并聯(lián)諧振回路端電壓的相位為RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-仿真1RpLCRSiSRL仿真例1設(shè)一并聯(lián)諧振回路，諧振頻率f0=10MHz，回路電容C＝50pF，試計(jì)算所需的線圈電感L。又若線圈品質(zhì)因素為Q＝100，試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需的帶寬為0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿(mǎn)足要求？解：（1）計(jì)算L值（2）回路的諧振電阻和帶寬（3）求滿(mǎn)足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻設(shè)回路并聯(lián)電阻為，回路有載品質(zhì)因數(shù)為將已知條件帶入，可得：RLCRSiS返回ZPRLCRSuSZSRLCRSuSRLCRSiSRpLCRSiSRLCRSuSRpLCRSiS+ui-iiRLCRSuSRLCRSiSRLCRSuSRLCRSiS電感性電容性電容性電感性RpRQ2>Q1Q11OQ2或OQ1Q2或同樣定義并聯(lián)（串聯(lián)）諧振回路端電壓（電流）的相位為RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-11RpLCRSiSRLRLCRSuSRL例2(習(xí)題1.2)：串聯(lián)回路如下圖所示。

信號(hào)源頻率

f=1MHz。電壓振幅V=0.1V。將1-1端短接，電容C

調(diào)到100pF時(shí)諧振。此時(shí)，電容

C

兩端的電壓為10V。如1-1端開(kāi)路再串接一阻抗Z

（電阻和電容串聯(lián)），則回路失諧，電容C

調(diào)到200pF時(shí)重新諧振。此時(shí)，電容C

兩端的電壓為2.5V。試求：線圈的電感L，回路品質(zhì)因數(shù)

Q以及未知阻抗Z

。解：（1）計(jì)算L值（2）空載品質(zhì)因數(shù)和有載品質(zhì)因數(shù)電容：（3）計(jì)算阻抗回路的諧振電阻1.1.3LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)

BX1RXR1AABX2R2BX1RXR1AABX2R2BX1RXR1AABX2R2RL1CRSiSL2RpCRSiS二變壓器阻抗變換電路RL'

假設(shè)初級(jí)電感線圈的圈數(shù)為N1，次級(jí)圈數(shù)為N2，且初次間全耦合(k=1)，線圈損耗忽略不計(jì)，則等效到初級(jí)回路的電阻RL'上所消耗的功率應(yīng)和次級(jí)負(fù)載RL上所消耗功率相等從功率等效角度證明：理想變壓器無(wú)損耗：二變壓器阻抗變換電路可通過(guò)改變比值調(diào)整RL'的大小。三回路抽頭的阻抗變換L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RLiSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRL'RS'iS'LCRL'RS'iS'ababiSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab+ucb-+uab-+udb-+uab-iSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab+ucb-+uab-+udb-+uab-iSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiRiL>>iS；iC>>iRiSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiR例4應(yīng)用部分接入法的選頻電路接入系數(shù)對(duì)回路有載品質(zhì)因數(shù)影響明顯減小。仿真

例5

如圖，抽頭回路由電流源激勵(lì),忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。

解由于忽略了回路本身的固有損耗,因此可以認(rèn)為Q→∞。由圖可知,回路電容為

諧振角頻率為電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為由于回路兩端電壓u(t)與i(t)同相,電壓振幅U=IR=2V,故輸出電壓為

回路有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬例6如圖所示并聯(lián)諧振回路，信號(hào)源與負(fù)載都為部分接入。已知RS、RL，并知回路參數(shù)L、C1、C2和空載品質(zhì)因數(shù)Q0，求（1）fo與B

；（2）RL不變，要求總負(fù)載與信號(hào)源匹配，如何調(diào)整回路參數(shù)？題意分析：并聯(lián)諧振回路是高頻電路中的最基本、最重要的電路之一，掌握其基本參數(shù)與特性非常重要。對(duì)這些內(nèi)容一定要十分熟練。本題的主要目的就是考查這部分內(nèi)容。另外，題目考查的內(nèi)容還有抽頭接入回路、接入系數(shù)、阻抗變換和匹配的概念。在求帶寬（通頻帶）時(shí)還要注意有載QL值和空（無(wú)）載Q0值的區(qū)別。iSRSL1L2C1C2RLacbd計(jì)算fo與B再考慮有載時(shí)的情況。這里先不考慮信號(hào)源，設(shè)RL對(duì)回路的接入系數(shù)為p2

，則:把RL折合到回路兩端，變?yōu)?/p>

對(duì)于，先考慮空載時(shí)的情況：解：iSRSL1L2C1C2RLacbd回路本身的并聯(lián)諧振電阻它與并聯(lián)，構(gòu)成總的回路負(fù)載因此，有載QL值為

iSRSL1L2C1C2RLacbdiS'RS'LCRp'ab若考慮時(shí)，也可以求得考慮影響后的回路帶寬

若要使Rp″與Rs匹配，即Rp″=Rs，需調(diào)整Rp″。由于RL不變，Rp″中可調(diào)整的參數(shù)有p1、p2、Q0和L。但實(shí)際上L及Q0一般不變，而且回路f0也不能變。2.設(shè)信號(hào)源對(duì)回路的接入系數(shù)為p1，則總負(fù)載折合到信號(hào)源處為：討論：一般地，阻抗變換時(shí)，由回路的低端折合到高端（部分接入到全接入）電阻增加，即除以p2（因?yàn)閜通常不大于1）。反之，乘以p2。計(jì)算這類(lèi)題目時(shí)，要特別注意所有負(fù)載對(duì)Q值、通頻帶等參數(shù)的影響。iSRSL″C″R0″ab

因此，可通過(guò)調(diào)整p1和p2來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整p1就是調(diào)整L的抽頭位置，調(diào)整p2就是調(diào)整C1和C2。需要注意的是，調(diào)C1和C2時(shí)要保持C不變。*1.1.4雙耦合諧振回路及其選頻特性仿真ususisisisis+u2m-+u2m-1111.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）概述1.2.1晶體管的高頻小信號(hào)等效模型

1.2.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

1.2.3高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’e1.2.1晶體管的高頻小信號(hào)等效模型eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’e+u1-+u2-i1i2二

Y參數(shù)等效電路yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibicyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe11.2.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器Rb1Rb2ReEc45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc仿真32154B1B2CLyLVT輸入回路輸出回路晶體管45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVT32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-p1yfeubep1yfeube+u31-p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-1B1例7一中頻放大器線路如圖所示，已知放大器工作頻率為，回路電容，中頻變壓器接入系數(shù)，，線圈品質(zhì)因數(shù)。晶體管的Y參數(shù)（在工作頻率上）為:，，，，。設(shè)后級(jí)輸入電導(dǎo)仍為，求：（1）回路有載品質(zhì)因數(shù)和通頻帶；（2）放大器電壓增益；（3）中和電容題意分析：本題是小信號(hào)放大器分析的基本題。由于圖中只有一個(gè)諧振回路，屬于單調(diào)諧回路，根據(jù)

即可計(jì)算，但要注意的是：公式中C∑等效到回路中的總電容，g∑為等效到回路中的總電導(dǎo)由于采用了中和電路，計(jì)算增益時(shí)應(yīng)認(rèn)為放大器本身是穩(wěn)定，而且不必考慮由

引起的反饋。本題的關(guān)鍵在于回路中的總電容、總電阻到底由哪些元件組成的。解：（1）由于

為回路的總電容，R∑為回路的總電阻。R∑包括三個(gè)部分組成：回路本身的損耗以及三極管輸出電阻和后級(jí)輸入阻抗等效到回路中的損耗?；芈繁旧淼膿p耗，即回路本身的并聯(lián)諧振電阻為晶體管輸出電阻折合到回路兩端的電阻為下一級(jí)輸入電阻折合到回路兩端的電阻為則回路兩端總電阻為同樣，可以求得回路總電容為：因此（2）諧振時(shí)的電壓增益為討論：本題中回路中的總電容是由回路本身的電容C以及三極管的輸入電容、輸出電容分別折合到回路中構(gòu)成的，應(yīng)注意電容的折合與電阻、電感是不同的；回路的總電阻包括回路本身的諧振電阻以及三極管的輸入電阻、輸出電阻分別折合到回路中三個(gè)部分。在不同的應(yīng)用時(shí)，等效所包含的內(nèi)容是不一樣的，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。（3）三、多級(jí)單調(diào)諧放大器Au1Au2Aun（2）n級(jí)放大器的矩形系數(shù)圖示電路為一單調(diào)諧回路中頻放大器，晶體管3DG6C的直流工作點(diǎn)是VCE

＝8V，IE＝2mA；工作頻率f0

＝10.7MHz；；調(diào)諧回路采用中頻變壓器L1~3＝4μH，Q0

＝100，其抽頭為N1~2＝5圈，N1~3

=20圈，N4~5

=5圈。已知晶體管參數(shù)如下：gie＝2860μS；Cie

＝18pF；goe

＝200μS；Coe

＝7pF；yfe

＝45mS；?fe＝－54o；yre＝0.31mS；?re＝－88.5o試計(jì)算放大器的：1）單級(jí)電壓增益Av0；2）單級(jí)通頻帶2Δf0.7；3）四級(jí)的總電壓增益（AV0）44）四級(jí)的總通頻帶（2Δf0.7）45）如四級(jí)的總通頻帶

保持和單級(jí)的通頻帶2Δf0.7相同，則單級(jí)的通頻帶應(yīng)加寬多少？四級(jí)的總電壓增益下降多少？此時(shí)，單級(jí)放大器的負(fù)載回路應(yīng)并聯(lián)上一個(gè)多大的電阻？yieyreuceyfeubeyoeYSyL1.2.3高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性

實(shí)際上yre≠0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?，且在相位上滿(mǎn)足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。1.共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益

u'beuce

由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓u'be，定義穩(wěn)定系數(shù)S:S＝ube(jω)／u'be(jω)u'be(jω)=-yreuce/

(YS+yie)=-yreuce/y1uce(jω)=-yfeube/

(yL+yoe)=-yfeube/y2S＝ube(jω)／u'be(jω)=y1y2/yfeyre

當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率fT時(shí):

yfe≈|yfe|≈gm,yre≈jωCb'c，φre＝90o

經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)S的平方根成反比:當(dāng)取S=1時(shí)，稱(chēng)為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱(chēng)為臨界穩(wěn)定電壓增益。實(shí)際中常取S=5，此時(shí)電壓增益稱(chēng)為最大穩(wěn)定增益。即為

S＝ube(jω)／u'be(jω)=y1y2/yfeyre

當(dāng)S為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明ube(jω)／u'be(jω)同相，滿(mǎn)足自激振蕩的相位條件。

當(dāng)|S|>1時(shí)，|ube(jω)|>|u'be(jω)|，不滿(mǎn)足振幅條件，放大器不會(huì)自激；當(dāng)|S|≤1時(shí)，放大器不穩(wěn)定。

為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級(jí)放大器通常選|S|＝5～10。

2.提高放大器的穩(wěn)定性的方法

一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納yre的值。

二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有中和法與失配法。

中和法通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路(中和電路)，來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋?zhàn)饔谩?/p>

CNCL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2CNCb'ciNif

具體線路：

用一個(gè)電容CN來(lái)抵消yre的虛部(反饋電容)的影響，就可達(dá)到中和的目的。

固定的中和電容CN只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對(duì)其它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。

電橋平衡時(shí)，CD兩端的回路電壓不會(huì)反映到AB兩端,即對(duì)應(yīng)兩邊阻抗之比相等?！獴AViCN+–VoCb￠cCDL1L2例失配法

信號(hào)源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗不與本級(jí)晶體管的輸出阻抗匹配。

原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。使Yi=yie，即使后項(xiàng)

0，則必須加大Y

L

晶體管實(shí)現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法一般采用共發(fā)一共基級(jí)聯(lián)放大.則

中和法與失配法比較

中和法：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，增益高缺點(diǎn)：①只能在一個(gè)頻率上完全中和，不適合寬帶②因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。③采用中和對(duì)放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒(méi)有改善效果。失配法：優(yōu)點(diǎn)：①性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；②頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；③生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。缺點(diǎn)：增益低。

1.3集中選頻放大器1.3.1集中選頻放大器的組成第二種形式第一種形式1.3.2集中選頻濾波器

1）石英晶體的物理特性：石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分是SiO2，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖(a)表示自然結(jié)晶體，圖(b)表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體的物理特性，在石英晶體內(nèi)畫(huà)出三種幾何對(duì)稱(chēng)軸，連接兩個(gè)角錐頂點(diǎn)的一根軸ZZ，稱(chēng)為光軸，在圖(b)中沿對(duì)角線的三條XX軸，稱(chēng)為電軸，與電軸相垂直的三條YY軸，稱(chēng)為機(jī)械軸。

Y

X1

X

Y

Z

Y

Y

X

X

Y

Y

X

X

Y

Y

X

X

(a)

(b)

1石英晶體濾波器

沿著不同的軸切下，有不同的切型，X切型、Y切型、AT切型、BT、CT……等等。石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反過(guò)來(lái)，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。

石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。2）石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào)

石英片相當(dāng)一個(gè)串聯(lián)諧振電路，可用集中參數(shù)Lq、Cq、rq來(lái)模擬，Lq為晶體的質(zhì)量（慣性），Cq

為等效彈性模數(shù)，rg

為機(jī)械振動(dòng)中的摩擦損耗。

右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。電容C0稱(chēng)為石英諧振器的靜電容。其容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。

一般C0在幾PF～幾十PF。式中

—石英介電常數(shù)，s—極板面積，d—石英片厚度

C0

rq

Cq

Lq

JT

b

a

rqLqCqCoab石英晶體的特點(diǎn)是：①等效電感Lq特別大、等效電容Cq特別小，因此，石英晶體的Q值很大，一般為幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。這是普通LC電路無(wú)法比擬的。

②由于，這意味著等效電路中的接入系數(shù)很小,因此外電路影響很小。3）.石英諧振器的等效電抗（阻抗特性）石英晶體有兩個(gè)諧振角頻率。一個(gè)是左邊支路的串聯(lián)諧振角頻率

q，即石英片本身的自然角頻率。另一個(gè)為石英諧振器的并聯(lián)諧振角頻率p。串聯(lián)諧振頻率

并聯(lián)諧振頻率

顯然

接入系數(shù)p很小，一般為10-3數(shù)量級(jí)，所以

p與q很接近。上式忽略rq

后可簡(jiǎn)化為

當(dāng)

=

q時(shí)z0=0Lq、Cq串諧諧振，當(dāng)

=

p，z0=，回路并諧諧振。當(dāng)為容性。當(dāng)時(shí),jx0

為感性。其電抗曲線如上圖所示。

xo

容性

O

容性

wq

wp

感性

并不等于石英晶體片本身的等效電感Lq。石英晶體濾波器工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。

必須指出，在q與p的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn)的等效電感2.陶瓷濾波器

利用某些陶瓷材料的壓電效應(yīng)構(gòu)成的濾波器，稱(chēng)為陶瓷濾波器。它常用鋯鈦酸鉛[Pb(zrTi)O3]壓電陶瓷材料（簡(jiǎn)稱(chēng)PZT）制成。

這種陶瓷片的兩面用銀作為電極，經(jīng)過(guò)直流高壓極化之后具有和石英晶體相類(lèi)似的壓電效應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：容易焙燒，可制成各種形狀；適于小型化；且耐熱耐濕性好。它的等效品質(zhì)因數(shù)QL為幾百，比石英晶體低但比LC濾波高。1)陶瓷片的“壓電效應(yīng)”與“反壓電效應(yīng)”2)兩端陶瓷濾波器（外形及符號(hào)）兩個(gè)諧振頻率：

3）三端陶瓷濾波器實(shí)物圖：3聲表面波濾波器(SAWF)實(shí)物圖：聲表面波濾波器應(yīng)用實(shí)例：

V1是預(yù)中放部分，起前置放大作用；

Z1為SAWF起集中選頻作用；

TA7680AP為彩電圖像中頻放大器IC。1.4電噪聲1.4.1概述1.4.2噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)1.4.3噪聲系數(shù)計(jì)算方法

1.4.1

概述

噪聲是一種隨機(jī)信號(hào)，其頻譜分布于整個(gè)無(wú)線電工作頻率范圍，因此它是影響各類(lèi)收信機(jī)性能的主要因素之一。干擾與噪聲的分類(lèi)如下：

干擾一般指外部干擾，可分為自然的和人為的干擾。自然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。人為干擾主要有工業(yè)干擾和無(wú)線電器的干擾。

噪聲一般指內(nèi)部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。本章主要討論自然噪聲，對(duì)工業(yè)干擾和天電干擾只做簡(jiǎn)略的說(shuō)明。1.4.2噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)

理論上說(shuō)，任何電子線路都有電子噪聲，但是因?yàn)橥ǔｋ娮釉肼暤膹?qiáng)度很弱，因此它的影響主要出現(xiàn)在有用信號(hào)比較弱的場(chǎng)合，在電子線路中，噪聲來(lái)源主要有兩方面：電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲，兩者有許多相同的特性。1電阻的熱噪聲

電阻由導(dǎo)體等材料組成，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在一定的溫度下總是處于“無(wú)規(guī)則”的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種熱運(yùn)動(dòng)的方向和速度都是隨機(jī)的。自由電子的熱騷動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)形成非常弱的電流。由于en呈現(xiàn)正態(tài)分布，所以又稱(chēng)其為高斯噪聲

電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜，從零頻一直延伸到10-13Hz以上的頻率，而且它的各個(gè)頻率分量的強(qiáng)度是相等的。這種頻譜與白色光的光譜類(lèi)似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做白噪聲，電阻的熱噪聲就是一種白噪聲。1)熱噪聲電壓和功率譜密度在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為噪聲功率譜密度式中，k為玻耳茲曼常數(shù)，為1.38×10-23J/K；T為熱力學(xué)溫度，單位為K，

電阻熱噪聲等效電路2)線性電路中的熱噪聲①電阻熱噪聲通過(guò)兩電阻串聯(lián)②熱噪聲通過(guò)線路電路結(jié)論：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。例：并聯(lián)回路的熱噪聲

并聯(lián)回路可以等效為Re+jXe（圖（c））,現(xiàn)在看上述輸出噪聲譜密度與Re、Xe的關(guān)系。展開(kāi)化簡(jiǎn)后得對(duì)比,可得結(jié)論：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。輸出端的均方噪聲電壓為例9

求如圖所示網(wǎng)絡(luò)輸出至負(fù)載電阻RL上的噪聲功率和額定噪聲功率。題意分析：本題所涉及的網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，討論噪聲問(wèn)題肯定是熱噪聲問(wèn)題。從題意來(lái)看，是要求純電阻網(wǎng)絡(luò)的熱噪聲功率。熱噪聲功率與噪聲均方電壓或均方電流有關(guān)，計(jì)算十分簡(jiǎn)單。需要注意的是，均方噪聲電壓或電流是交流形式的均方值另外，ES為信號(hào)源而非噪聲源。解：網(wǎng)絡(luò)總的等效電阻為討論：（1）對(duì)于純電阻網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)電阻產(chǎn)生的熱噪聲大小等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲（包括均方噪聲電壓、電流或功率）。（2）純電阻網(wǎng)絡(luò)或電阻產(chǎn)生的最大噪聲功率，即額定噪聲功率為kTB。（3）對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度，其均方噪聲電壓帶寬由線性系統(tǒng)的帶寬決定。網(wǎng)絡(luò)輸出的噪聲功率為2二極管的噪聲

晶體二極管工作狀態(tài)可分為正偏和反偏兩種。正偏使用時(shí)，主要是直流通過(guò)pn結(jié)時(shí)產(chǎn)生散粒噪聲。反偏使用時(shí)，因反向飽和電流很小，故其產(chǎn)生的散粒噪聲也小，如果達(dá)到反向擊穿（如穩(wěn)壓管），又分兩種情況：齊納擊穿二極管主要是散粒噪聲，個(gè)別的有1/f噪聲(閃爍噪聲)。雪崩擊穿二極管的噪聲較大，除有散粒噪聲，還有多態(tài)噪聲，即其噪聲電壓在兩個(gè)或兩個(gè)以上不同電平上進(jìn)行隨機(jī)轉(zhuǎn)換，不同電平可能相差若干個(gè)毫伏。這種多電平工作是由于結(jié)片內(nèi)雜質(zhì)缺陷和結(jié)寬的變化所引起。

硅二極管工作電壓在4V以下是齊納二極管，7V以上的是雪崩二極管，4V～7V之間兩種二極管都有。為了低噪聲使用，最好選用低壓齊納二極管。3晶體三極管的噪聲

晶體三極管的噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個(gè)重要來(lái)源。一般說(shuō)來(lái)，在一個(gè)放大電路中，晶體三極管的噪聲往往比電阻熱噪聲強(qiáng)得多，在晶體三極管中，除了其中某些分布，如基極電阻rbb′會(huì)產(chǎn)生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲來(lái)源。1).散彈（粒）噪聲在晶體管的PN結(jié)中（包括二極管的PN結(jié)），每個(gè)載流子都是隨機(jī)地通過(guò)PN結(jié)的（包括隨機(jī)注入、隨機(jī)復(fù)合）。大量載流子流過(guò)結(jié)時(shí)的平均值（單位時(shí)間內(nèi)平均）決定了它的直流電流I0，因此真實(shí)的結(jié)電流是圍繞I0起伏的。這種由于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為散彈噪聲，或散粒噪聲。

因?yàn)樯椩肼暫碗娮锜嵩肼暥际前自肼暎懊骊P(guān)于熱噪聲通過(guò)線性系統(tǒng)的分析對(duì)散彈噪聲也完全適用。這包括均方相加的原則，通過(guò)四端網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算以及等效噪聲帶寬等。

晶體管中有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)工作于正偏，結(jié)電流大。而集電結(jié)工作于反偏，除了基極來(lái)的傳輸電流外，只有反向飽和電流（它也產(chǎn)生散彈噪聲）。因此發(fā)射結(jié)的散彈噪聲起主要作用，而集電結(jié)的噪聲可以忽略。

晶體管中通過(guò)發(fā)射結(jié)的少數(shù)載流子，大部分由集電極收集，形成集電極電流，少數(shù)部分載流子被基極流入的多數(shù)載流子復(fù)合，產(chǎn)生基極電流。由于基極中載流子的復(fù)合也具有隨機(jī)性，即單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的載流子數(shù)目是起伏變化的。晶體管的電流放大系數(shù)α、β只是反映平均意義上的分配比。這種因分配比起伏變化而產(chǎn)生的集電極電流、基極電流起伏噪聲，稱(chēng)為晶體管的分配噪聲。

分配噪聲本質(zhì)上也是白噪聲，但由于渡越時(shí)間的影響，響當(dāng)三極管的工作頻率高到一定值后，這類(lèi)噪聲的功率譜密度將隨頻率的增加而迅速增大。2).分配噪聲3).閃爍噪聲由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好而引起的噪聲稱(chēng)為閃爍噪聲。它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱(chēng)1/f噪聲。因此，它主要在低頻（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。這種噪聲也存在于其他電子器件中，某些實(shí)際電阻器就有這種噪聲。晶體管在高頻應(yīng)用時(shí)，除非考慮它的調(diào)幅、調(diào)相作用，這種噪聲的影響也可以忽略。4場(chǎng)效應(yīng)管噪聲在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作原理不是靠少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，因而散彈噪聲的影響很小。場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲有以下幾個(gè)方面的來(lái)源：溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過(guò)溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應(yīng)噪聲，閃爍噪聲。

必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實(shí)際放大器中將同時(shí)起作用并參與放大。有關(guān)晶體管的噪聲模型和晶體管放大器的噪聲比較復(fù)雜，這里就不討論了。

研究噪聲的目的在于如何減少它對(duì)信號(hào)的影響。因此，離開(kāi)信號(hào)談噪聲是無(wú)意義的。

從噪聲對(duì)信號(hào)影響的效果看，不在于噪聲電平絕對(duì)值的大小，而在于信號(hào)功率與噪聲功率的相對(duì)值，即信噪比，記為S／N（信號(hào)功率與噪聲功率比）。即便噪聲電平絕對(duì)值很高，但只要信噪比達(dá)到一定要求，噪聲影響就可以忽略。否則即便噪聲絕對(duì)電平低，由于信號(hào)電平更低，即信噪比低于1，則信號(hào)仍然會(huì)淹沒(méi)在噪聲中而無(wú)法辨別。因此信噪比是描述信號(hào)抗噪聲質(zhì)量的一個(gè)物理量。1.4.3噪聲系數(shù)計(jì)算方法1噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)可由下式表示

設(shè)Pi為信號(hào)源的輸入信號(hào)功率，Pni為信號(hào)源內(nèi)阻RS產(chǎn)生的噪聲功率，Po和Pno分別為信號(hào)和信號(hào)源內(nèi)阻在負(fù)載上所產(chǎn)生的輸出功率和輸出噪聲功率,Pna表示線性電路內(nèi)部附加噪聲功率在輸出端的輸出。

描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，其定義為已知噪聲功率是與帶寬B相聯(lián)系的。噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。定義：Pni為信號(hào)源內(nèi)阻Rs的最大輸出功率，為kTB噪聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的匹配情況無(wú)關(guān)噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準(zhǔn)線性電路

信噪比與負(fù)載的關(guān)系

設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為RS，信號(hào)源的電壓為US（有效值），當(dāng)它與負(fù)載電阻RL相接時(shí)，在負(fù)載電阻RL上的信噪比計(jì)算如下：信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在RL上的功率

在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論：信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值之比。在負(fù)載兩端的信噪比信號(hào)源在RL上的功率用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。任何信號(hào)源加上負(fù)載后，其信噪比與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，信噪比均為信號(hào)均方電壓（或電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。放大器的噪聲系數(shù)NF為Pasi和Pao分別為放大器的輸入和輸出額定信號(hào)功率，Pani和Pano分別為放大的輸入和輸出額定噪聲功率，Gpa為放大器的額定功率增益。以額定功率表示的噪聲系數(shù)2.噪聲系數(shù)的計(jì)算

額定功率,又稱(chēng)資用功率或可用功率,是指信號(hào)源所能輸出的最大功率,它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù),是信號(hào)源的一個(gè)屬性,它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)——內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì),與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān),如圖所示。（a）電壓源;（b）電流源放大器的噪聲系數(shù)NF為

對(duì)于無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)，輸出端匹配時(shí)，輸出的額定噪聲功率Pano=kTB,所以噪聲系數(shù):因?yàn)镻ani=kTB,

抽頭回路的噪聲系數(shù)

將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端,為p2gS,等效到回路兩端的信號(hào)源電流為pIS,輸出端匹配時(shí)信號(hào)源的最大輸出功率，即二端網(wǎng)絡(luò)輸出端最大功率為：

輸入端信號(hào)源的最大輸出功率,即二端網(wǎng)絡(luò)最大輸入功率為：

因此,網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為例10

求如圖所示虛線所含網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)。方法一：額定功率增益法＋US－方法二：開(kāi)路電壓法（戴維南定理）＋Un－根據(jù)定義,級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為3.級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)

式中,Pno為總輸出額定噪聲功率,它由三部分組成:經(jīng)兩級(jí)放大的輸入信號(hào)源內(nèi)阻的熱噪聲;經(jīng)第二級(jí)放大的第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲;第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲,即RLNN

按噪聲系數(shù)的表達(dá)式,Pna1和Pna2可分別表示為

則將上式代入定義，得

多級(jí)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算多級(jí)放大器噪聲系數(shù)計(jì)算等效圖多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)計(jì)算公式為：NNNN

從上式可以看出,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益遠(yuǎn)大于1時(shí),系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)。越是后面的網(wǎng)絡(luò),對(duì)噪聲系數(shù)的影響就越小,這是因?yàn)樵降胶蠹?jí)信號(hào)的功率越大,后面網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)信噪比的影響就不大了。因此,對(duì)第一級(jí)來(lái)說(shuō),不但希望噪聲系數(shù)小,也希望增益大,以便減小后級(jí)噪聲的影響。多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)計(jì)算公式為：

例11下圖是一接收機(jī)的前端電路,高頻放大器和場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。試求前端電路的噪聲系數(shù)(設(shè)本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計(jì))。

解將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù),有因此,前端電路的噪聲系數(shù)為4噪聲溫度

將線性電路的內(nèi)部附加噪聲折算到輸入端,此附加噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度來(lái)等效,這就是“噪聲溫度”。設(shè)等效到輸入端的附加噪聲為Pna/GPa,令增加的溫度為T(mén)e,即噪聲溫度,可得

這樣,多級(jí)放大器的等效噪聲溫度為：

晶體管放大器的噪聲系數(shù)根據(jù)下圖所示，共基極放大器噪聲可得各噪聲源在放大器輸出端所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值總和，然后根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可得到放大器的噪聲系數(shù)的計(jì)算公式共基極放大器噪聲等效電路5噪聲系數(shù)與靈敏度

噪聲系數(shù)是用來(lái)衡量部件(如放大器)和系統(tǒng)(如接收機(jī))噪聲性能的。而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號(hào)噪聲功率比(當(dāng)信號(hào)一定時(shí))。同時(shí)，當(dāng)要求一定的輸出信噪比時(shí)，它又決定了輸入端必需的信號(hào)功率，也就是說(shuō)決定放大或接收微弱信號(hào)的能力。對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力，可以用一重要指標(biāo)——靈敏度來(lái)衡量。所謂靈敏度就是保持接收機(jī)輸出端信噪比一定時(shí)，接收機(jī)輸入的最小電壓或功率(設(shè)接收機(jī)有足夠的增益)。例12某電視接收機(jī)，正常接受時(shí)所需的最小信噪比為20dB，電視接收機(jī)的帶寬為6MHz，接收機(jī)的前端噪聲系數(shù)為10，若信號(hào)源內(nèi)阻為75Ω，問(wèn)接收機(jī)前端輸入的信號(hào)靈敏度應(yīng)多大？解：一般接收機(jī)前端增益有10～20dB，所以前端的噪聲系數(shù)為接收機(jī)噪聲系數(shù)10。據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可得：在多級(jí)網(wǎng)絡(luò)級(jí)連中，信號(hào)的通頻帶近似等于噪聲帶寬，則輸入的額定噪聲功率為：則，要求輸入的信號(hào)功率為：而，功率匹配時(shí)：討論：提高靈敏度的方法①降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)；②降低接收機(jī)前端設(shè)備的溫度T靈敏度（用功率表示）也可表示為：

雖然線性電路(如晶體管放大器)有噪聲模型，但是用計(jì)算方法決定噪聲系數(shù)是有一定困難(如模型中的一些參數(shù)很難準(zhǔn)確得到)的，因此常用測(cè)量的方法來(lái)確定一個(gè)電路和系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。隨著頻率范圍、采用儀器或要求精度不同，有多種測(cè)量噪聲系數(shù)的方法。1)用噪聲信號(hào)源的測(cè)量方法下圖是一測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成。噪聲信號(hào)源待測(cè)放大器輔助放大器均方電壓表6噪聲系數(shù)的測(cè)量2)無(wú)噪聲源的測(cè)量方法

當(dāng)無(wú)合適的噪聲信號(hào)源，而又要測(cè)量部件或系統(tǒng)的噪聲系數(shù)時(shí)，可以采用間接的方法，與上圖類(lèi)似，將噪聲信號(hào)源換成一高頻信號(hào)源即可。測(cè)量的方法如下：設(shè)信號(hào)源的內(nèi)阻為RS，并與系統(tǒng)匹配。首先，關(guān)斷信號(hào)源（保留源電阻），在系統(tǒng)的輸出端測(cè)出噪聲功率值或電壓均方根值。然后，加正弦信號(hào)，使輸出電壓遠(yuǎn)大于噪聲電壓值，測(cè)出中心頻率的電壓增益或功率增益，再改變信號(hào)源頻率重復(fù)上述測(cè)量。

降低噪聲系數(shù)的措施

根據(jù)上面所討論的結(jié)果，有3種經(jīng)常采用的減小噪聲系數(shù)的措施。選用低噪聲器件和元件正確選擇晶體管放大級(jí)的直流工作點(diǎn)3.選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻本章小結(jié)1.電子設(shè)備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關(guān)。在通信系統(tǒng)中，接收機(jī)的靈敏度與噪聲有關(guān)，提高接收機(jī)的靈敏度有時(shí)比增加發(fā)射機(jī)的功率可能更為有效。因此研究各種干擾和噪聲非常必要。

2.所謂干擾（或噪聲），就是除有用信號(hào)以外的一切不需要的信號(hào)及各種電磁騷動(dòng)的總稱(chēng)。干擾（或噪聲）按其發(fā)生的地點(diǎn)分為由設(shè)備外部進(jìn)來(lái)的外部干擾和由設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的干擾；按接收的根源分有自然干擾和人為干擾，按電特性分有脈沖型，正弦型和起伏型干擾等。2.1概述1、使用高頻功率放大器的目的

放大高頻大信號(hào),使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2、高頻功率放大器使用中需要解決的兩個(gè)問(wèn)題①高效率輸出②高功率輸出高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和高。聯(lián)想對(duì)比：icebtooictVBZ3、諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù)載均為諧振回路。不同之處：激勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同；晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號(hào)諧振放大器波形圖icQebtooicticQebtooict小信號(hào)諧振放大器波形圖icebtooictVBZ諧振功率放大器波形圖4、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處:都要求輸出功率大和效率高。

功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。

諧振功率放大器通常用來(lái)放大窄帶高頻信號(hào)(信號(hào)的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類(lèi)工作狀態(tài)(

c＜90

)，為了不失真的放大信號(hào)，它的負(fù)載必須是諧振回路。

非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無(wú)調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類(lèi)或乙類(lèi)工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。三極管四種工作狀態(tài)

根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類(lèi)：導(dǎo)通角等于180°甲類(lèi)：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類(lèi)：導(dǎo)通角大于180°丙類(lèi)：導(dǎo)通角小于180°ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類(lèi)工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類(lèi)工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類(lèi)工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。射極輸出器——甲類(lèi)放大的實(shí)例簡(jiǎn)化電路帶電流源詳圖的電路圖特點(diǎn)：電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。

降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路存在的問(wèn)題1.靜態(tài)偏置2.動(dòng)態(tài)工作情況R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2

動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)ui

加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。

靜態(tài)時(shí)T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。表2-1不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn)

工作狀態(tài)

半導(dǎo)通角

理想效率

負(fù)

載

應(yīng)

用

甲類(lèi)

qc=180°

50%

電阻

低頻

乙類(lèi)

qc=90°

78.5%

推挽，回路

低頻，高頻

甲乙類(lèi)

90°＜qc＜180°

50%＜h＜78.5%

推挽

低頻

丙類(lèi)

qc＜90°

h＞78.5%

選頻回路

高頻

丁類(lèi)

開(kāi)關(guān)狀態(tài)

90%~100%

選頻回路

高頻

工作狀態(tài)

功率放大器一般分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類(lèi)與戊類(lèi)放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類(lèi)工作狀態(tài)，屬于非線性電路ECICEOuCEiCO??Q???Q?截止區(qū)飽和區(qū)o180=q2.2高頻功率放大器的工作原理+ub-RpCL+uCE-icECUBB(b)等效電路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a)原理電路+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic2工作原理分析uBEic?-UBB?UBZubic?UbmgC+uBE_仿真vBEic?-UBB?-UBZvbic?VbmgCIcmax+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic+uBE_仿真icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxiC頻譜(2)集電極輸出電壓LC回路阻抗Rp+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic+uBE_仿真icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic+uBE_仿真ubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcm1UbmuBEic?-UBB?UBZubUbmgCθcαoα1α3g11.02.0α23.高頻功放的功率關(guān)系

當(dāng)晶體管允許的耗散功率一定時(shí)，，功放管的集電極損耗功率。試計(jì)算：直流電源提供的功率例1

某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率,集電極電源=24V，集電極電流直流分量，電壓利用系數(shù)及效率，臨界負(fù)載電阻，可以求出集電極電源供給的直流功率以及輸出題意分析：本題直接采用功放的電流、電壓、能量關(guān)系即可。已知電源電壓電流的直流分量，從而得到集電極損耗功率及效率，通過(guò)電壓利用系數(shù)，可以計(jì)算出波形系數(shù)，進(jìn)而利用輸出電流的直流分量求出輸出，再利用輸出功率可以得到臨界負(fù)載阻抗電流里的基波分量解：以及集電極損耗功率討論：本題考察的是如何靈活應(yīng)用功放的電流、電壓、能量關(guān)系。本題的解題方法還有多種，如由電源電壓以及電壓利用系數(shù)，可以得到，再由輸出功率可以得到臨界負(fù)載阻抗以及輸出電流。通過(guò)輸出電流的直流分量，可以計(jì)算出波形系數(shù)利用電壓利用系數(shù)計(jì)算出效率，從而得到集電極電源供給的直流功率輸出電壓中的基波分量80％VT1VT2T1LCRLECCC2.2.3D類(lèi)和E類(lèi)功率放大器簡(jiǎn)介

1.D類(lèi)功率放大器的原理分析

D類(lèi)功率放大器有電壓開(kāi)關(guān)型和電流開(kāi)關(guān)型兩種基本電路，電壓開(kāi)關(guān)型D類(lèi)功率放大器是已推廣應(yīng)用的電路

uiub1ub2ic1ic2uLuAub1和ub2是由ui通過(guò)變壓器T1產(chǎn)生的兩個(gè)極性相反的輸入激勵(lì)電壓

ui正半周時(shí)VT1管飽和導(dǎo)通，VT2管截止，電源EC對(duì)電容C充電，電容上的電壓很快充至（EC-UCES1）值，A點(diǎn)對(duì)地的電壓uA=（EC-UCES1）。

ui負(fù)半周時(shí)VT2管飽和導(dǎo)通，VT1管截止。VT2管的直流電源由電容C上充的電荷供給，uA=UCES2≈0

uA近似為矩形波電壓，幅值為（EC-2UCES）。若L、C和RL串聯(lián)諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)的角頻率ω上，且回路的Q值足夠高，則通過(guò)回路的電流ic1或ic2是角頻率為ω的余弦波，RL上可得相對(duì)輸入信號(hào)不失真的輸出功率。VT1VT2T1LCRLECCCuiub2ic1ic2uLuAECic1ωtic2ωtuLωt

盡管每管飽和導(dǎo)通時(shí)的電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小，這樣，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高

UCESuAωtub1EC-2UCESVT1VT2T1LCRLECCC2.2.3D類(lèi)和E類(lèi)功率放大器簡(jiǎn)介

1.D類(lèi)功率放大器的原理分析

D類(lèi)功率放大器有電壓開(kāi)關(guān)型和電流開(kāi)關(guān)型兩種基本電路，電壓開(kāi)關(guān)型D類(lèi)功率放大器是已推廣應(yīng)用的電路

uiub1ub2ic1ic2uLuAub1和ub2是由ui通過(guò)變壓器T1產(chǎn)生的兩個(gè)極性相反的輸入激勵(lì)電壓

ui正半周時(shí)VT1管飽和導(dǎo)通，VT2管截止，電源EC對(duì)電容C充電，電容上的電壓很快充至（EC-UCES1）值，A點(diǎn)對(duì)地的電壓uA=（EC-UCES1）。

ui負(fù)半周時(shí)VT2管飽和導(dǎo)通，VT1管截止。VT2管的直流電源由電容C上充的電荷供給，uA=UCES2≈0

uA近似為矩形波電壓，幅值為（EC-2UCES）。若L、C和RL串聯(lián)諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)的角頻率ω上，且回路的Q值足夠高，則通過(guò)回路的電流ic1或ic2是角頻率為ω的余弦波，RL上可得相對(duì)輸入信號(hào)不失真的輸出功率。ECUCESEC-2UCESuAωtic1ωtic2ωtuLωt

盡管每管飽和導(dǎo)通時(shí)的電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小，這樣，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高

2.輸出功率及效率計(jì)算

uA為矩形方波，用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)后可求得其基波分量的振幅為：

VT1管電流ic1(或VT2管電流ic2)的直流電流為：

ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωtUA1m≈ID電源供給的直流功率：PD=2EC

ID

放大器的輸出功率Po為；效率η=Po／PD=100％

實(shí)際晶體管的飽和壓降不可能為零，又考慮到管子結(jié)電容、電路分布電容的影響(使管壓降波形uA有一定上升沿和下降沿)，從而使D類(lèi)功放的效率小于100％，典型值大于90％。

2.輸出功率及效率計(jì)算

uA為矩形方波，用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)后可求得其基波分量的振幅為：

當(dāng)串聯(lián)Q值足夠大，且諧振于f0

，則：

ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωtUA1m≈IC0電源供給的直流功率：放大器的輸出功率Po為；

實(shí)際晶體管的飽和壓降不可能為零，又考慮到管子結(jié)電容、電路分布電容的影響(使管壓降波形uA有一定上升沿和下降沿)，從而使D類(lèi)功放的效率小于100％，典型值大于90％。

ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωtIC0放大器的效率為；2.2.4丙類(lèi)倍頻器

仿真iC+uce--Ec+-uc2+iciC1iC2ic頻譜0ICOICm1ICm2ICm3ICm4LC諧振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC22.3高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)分析1.動(dòng)態(tài)特性方程2.動(dòng)態(tài)特征曲線的畫(huà)法3.高頻功放的工作狀態(tài)2.3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性

2.3.3高頻功率放大器的調(diào)制特性

2.3.4高頻功率放大器的放大特性

2.3.5高頻功率放大器的調(diào)諧特性

2.3.6高頻功放的高頻效應(yīng)

uBEicgCUBZ+ub-CLECUBB+uc1-icRp+uCE-+uBE_2.3.1高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性

uCEicUo?A?BOEC?QUcmuceminubemax(4)連接ABD即得動(dòng)態(tài)特性曲線

D2.3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性

uceicUo?gduBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuCEicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?EC?QUcesUcm1?uBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?uCEicgcrIcmaxubemaxEC?QUcesUcm?uBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?uCEicgcrIcmaxubemaxEC?QUcesUcm?uCEicgcrIcmaxubemaxicuCEPoRp欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPcubemaxUcm12.3.3高頻功率放大器的調(diào)制特性

uceicubemax?QEC??QEC?QEC????icEC欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)EC欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)Icm1IcoPDPOPC

進(jìn)入過(guò)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

UcmIcoIcml臨界UBB過(guò)壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict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(shí)，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(guò)壓區(qū)。

2.3.4高頻功率放大器的放大特性u(píng)BEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)UcmIcmlIcoUbm過(guò)壓臨界欠壓OOωticOωticUbm增大OωticωtOictUbm線性功率放大器tUcmUbmUcm振幅限幅器UcmtUbmUcm

固定UBB、增大Ubm和固定Ubm、增大UBB的情況類(lèi)似，它們都使基極輸入電壓uBEmax隨之增大，對(duì)應(yīng)的集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過(guò)壓。

當(dāng)諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號(hào)振幅Ucm反映輸入信號(hào)振幅Ubm的變化，放大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。

當(dāng)諧振功率放大器用作振幅限幅器時(shí)，放大器必須在Ubm變化的范圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)。仿真2.3.5高頻功率放大器的調(diào)諧特性

實(shí)際回路在調(diào)諧過(guò)程中，其負(fù)載是一阻抗Zp，當(dāng)改變回路的元件數(shù)值，如改變回路的電容C時(shí)，功放的外部電流Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm等隨C的變化特性稱(chēng)為調(diào)諧特性。

設(shè)諧振時(shí)功放工作在弱過(guò)壓狀態(tài)，當(dāng)回路失諧后，由于阻抗Zp的模值減小，根據(jù)負(fù)載特性可知，功放的工作狀態(tài)將向臨界及欠壓狀態(tài)變化，此時(shí)Ico和Icml要增大，而Ucm將下降。

應(yīng)該指出，回路失諧時(shí)直流輸入功率PD=IcoEC隨Ico的增加而增加，而輸出功率Po=UcmIcmlcosφ將主要因cosφ因子而下降，因此失諧后集電極功耗PC將迅速增加。這表明高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。

UcmIcmlIco2.3.6高頻功放的高頻效應(yīng)

ubet-UBBUBZ休息2休息1ucef1f2f2>f1例2

某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率為15W,且Ec=24V，導(dǎo)通角。功放管參數(shù):

。試問(wèn)：（1）直流電源提供的功率，功放管的集電極損耗功率及效率，臨界負(fù)載電阻為多少？（2）若輸入信號(hào)振幅增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何改變？此時(shí)的輸出功率大約為多少？（3）若負(fù)載電阻增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何改變？（4）若回路失諧，會(huì)有何危險(xiǎn)？如何指示調(diào)諧？題意分析：在已知輸出功率P1、電源電壓EC、臨界飽和線斜率Sc及集電極電流導(dǎo)通角的情況下，只要計(jì)算出電壓利用系數(shù)，其它參數(shù)就很容易求出；輸入信號(hào)振幅變化、負(fù)載電阻變化，將影響功放的工作狀態(tài)，利用功放的振幅特性及負(fù)載特性判斷即可；由于諧振時(shí)功放工作在臨界狀態(tài)，此時(shí)利用輸出電壓指示調(diào)諧最合適。解：（1）根據(jù)臨界狀態(tài)電壓利用系數(shù)計(jì)算公式有所以（2）若輸入信號(hào)振幅增加一倍，根據(jù)功放的振幅特性，放大器將工作到過(guò)壓狀態(tài)，此時(shí)輸出功率基本不變。（3）若負(fù)載電阻增加一倍，根據(jù)功放的負(fù)載特性，放大器將工作到過(guò)壓狀態(tài)，此時(shí)輸出功率約為原來(lái)一半。

（4）若回路失諧，功率放大器將工作到欠壓狀態(tài)，此時(shí)集電極損耗將增加，有可能燒壞晶體三極管。用指示調(diào)諧最明顯，最大即諧振。例一諧振功放，原來(lái)工作在臨界狀態(tài)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)該功放的輸出功率下降，效率反而提高，但電源電壓EC、輸出電壓振幅Uc及Ubemax不變，問(wèn)這是什么原因造成的，此時(shí)功放工作在什么狀態(tài)？題意分析：本題是考察靈活運(yùn)用功放的外部特性的能力。由電源電壓EC、輸出電壓振幅Uc及Ubemax不變，可知icmax還是在臨界飽和線上，工作狀態(tài)不變。又由于電源電壓EC、輸出電壓振幅Uc不變，即電壓利用系數(shù)不變，根據(jù)影響效率的因素，可知是波形系數(shù)提高了，即是減小，本題就歸結(jié)為影響的因素了。解：由于EC、Uc及ubemax不變，即ucemin

、u