通信電子線路課件

緒論

課程內(nèi)容及要求:1、介紹信息傳輸和處理的基本電路,基本原理和基本分析方法。2、要求掌握高頻發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的組成，工作原理和電路設(shè)計(jì)。3、介紹和分析了回路、高頻小信號放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、調(diào)制、解調(diào)、干擾與噪聲等。0.1通信電子線路概述參考書通信電子線路

嚴(yán)國萍科學(xué)出版社2005-08通信電子線路顧寶良電子工業(yè)出版社2006－1高頻電子線路張肅文主編．高教出版社．第三版高頻電子線路學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解嚴(yán)國萍華中科大出版社通信電子線路于洪珍清華大學(xué)出版社高頻電子線路張義芳哈工大出版社2005.7通信電子電路何豐人民郵電出版社2003.3高頻電子線路陽昌漢哈爾濱工程大學(xué)2001.3通信電子線路評分標(biāo)準(zhǔn)

2006-2007學(xué)年第一學(xué)期

1.每個(gè)學(xué)生的總成績由兩部分組成，平時(shí)成績和期末考試成績。采用扣分制。2.每個(gè)學(xué)生的平時(shí)成績由出勤、作業(yè)、提問等情況評定。平時(shí)成績總共20分，占總成績的20％。3.期末考試成績占總成績的80%（考試卷的評分標(biāo)準(zhǔn)參見考試評分標(biāo)準(zhǔn)）。4.請假一次（包括事假、病假等）均扣平時(shí)成績1分,缺勤課程1/3學(xué)時(shí)以上取消考試資格。1、語言與文字（最基本的傳輸手段）2、光通信（遠(yuǎn)距離通信，迅速準(zhǔn)確）3、電通信（無線通信、有線通信）麥克斯韋（Maxwell）發(fā)現(xiàn)電磁場基本理論

赫茲（Hertz)

實(shí)驗(yàn)證明了電磁場理論摩斯（Morse）有線電報(bào)貝爾（Bell）有線電話0.2傳輸信號的基本方法1、通信系統(tǒng)原理框圖2、信號源3、發(fā)送設(shè)備4、傳輸信道5、接收設(shè)備6、收信裝置0.3通信系統(tǒng)簡介信號源接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備傳輸信道收信裝置0.3通信系統(tǒng)簡介

在實(shí)際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號,為此就需要將各種形式的信息轉(zhuǎn)變成電信號。常見的信號源有：話筒攝像機(jī)各種傳感器件0.3.1信號源發(fā)送設(shè)備的作用：

將基帶信號變換成適合信道的傳輸特性的信號。對基帶信號進(jìn)行變換的原因：

由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對應(yīng)的基帶信號特性各異，這些基帶信號往往并不適合信道的直接傳輸。0.3.2發(fā)送設(shè)備

傳輸信道又稱傳輸媒質(zhì)，是傳輸信號的媒質(zhì)。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性。如：電纜、光纜、無線電波……傳輸信道簡介：有線通信信道0.3.3傳輸信道無線通信信道1、雙絞線

適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。2、同軸電纜

適用于距離在幾百米、帶寬小于10MHz、碼流率小于20Mbps的通信環(huán)境。有線通信信道3、光纖電纜特點(diǎn)：衰減?。ㄐ∮?dB/km）、工作頻率高、信息容量大有線通信信道

無線通信以自由空間為傳輸媒質(zhì)：地波與天波一、地波（分為地面波和空間波）1、地面波是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波2、空間波是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波,發(fā)射天線和接收天線較高，接收點(diǎn)的電磁波由直接波和地面反射波合成。無線通信信道二、天波經(jīng)過地面100km至500km的電離層反射傳送到接收點(diǎn)的電磁波。

電離層反射的特點(diǎn)：

頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會穿透電離層。故頻率只限于中短波段300KHz~30MHz。無線通信信道地面波適于長波空間波適用于超短波，天波則適用于短波散射通信：利用對流層對電波的散射進(jìn)行通訊，它適用于超短波以及微波波段的通信，通信距離很遠(yuǎn)。無線通信信道無線電波段的劃分

波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱超長波10,000-100,000m30—3kHz甚低頻VLF長波1,000—10,000m300—30kHz低頻LF中波200—1,000m1500—300kHz中頻MF中短波50—200m6,000—1,500kHz中高頻IF短波10—50m30—6MHz高頻HF米波1—10m30—300MHz甚高頻VHF分米波10—100cm300MHz—3GHz特高頻UHF厘米波(微波)1—10cm3—3GHz超高頻SHF毫米波1—10mm30—300GHz極高頻EHF亞毫米波1mm以下300GHz以上超極高頻接收設(shè)備的作用：

接收傳送過來的信號，并進(jìn)行處理，以恢復(fù)發(fā)送端的基帶信號。

對接收設(shè)備的要求：

由于信號在傳輸和恢復(fù)的過程中存在著干擾和失真，接收設(shè)備要盡量減少這種失真。0.3.4接收設(shè)備收信裝置接收設(shè)備輸出的電信號變換成原來形式的信號的裝置。如：還原聲音的喇叭恢復(fù)圖象的顯象管0.3.5收信裝置消息信號源放大器調(diào)制器高頻振蕩器諧振放大器或倍頻器已調(diào)波放大器發(fā)射天線接收天線高頻放大器本地振蕩器混頻器中頻放大器解調(diào)器放大器視頻顯示器揚(yáng)聲器等等0.4無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)選擇電路無線電如何將聲音傳送到

遠(yuǎn)方？將首先把聲音變成電信號，然后把這種低頻電信號裝載到高頻電振蕩上(即調(diào)制)，通過與高頻電振蕩波長相當(dāng)?shù)奶炀€把信號有效的輻射出去。為什么要調(diào)制？從切實(shí)可行的天線出發(fā)區(qū)別不同的音頻信號可實(shí)現(xiàn)的回路帶寬無線電發(fā)射機(jī)無線電發(fā)射機(jī)將音頻信號“裝載”到高頻振蕩中的方法有好幾種，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等。電視中圖象是調(diào)幅，伴音是調(diào)頻。廣播電臺中常用的方法是調(diào)幅與調(diào)頻。最簡單的接收機(jī)無線電超外差式接收機(jī)

常用的信號表示方法1、數(shù)學(xué)表達(dá)式法如：階越函數(shù)正弦波0.5信號及其頻譜

A2、波形表達(dá)方式例如：0.5信號及其頻譜t3、頻域表示法

根據(jù)傅立葉變換的基本原理，任何一個(gè)函數(shù)都可以用傅立葉級數(shù)展開。如果把信號看成一個(gè)函數(shù)，這就為我們研究信號提供了一新的方法。通過研究信號的頻譜我們可以突出在信號傳輸中存在的主要問題，如信號的變化規(guī)律，信號的能量分布……0.5信號及其頻譜信號及其頻譜

由于任何復(fù)雜的信號，都可分解為許多不同頻率的正弦信號之和，因此，所謂“頻譜”即是指組成信號的各正弦分量按頻率分布的情況。為了更直觀地了解信號的頻率組成和特點(diǎn)，我們通常采用作圖的方法來表示頻譜。用頻率f作橫座標(biāo)，用信號的各正弦分量的相對振幅作縱座標(biāo)，通常稱之為頻譜圖。0.5信號及其頻譜如：下面所示的一般語音信號的頻譜示意圖可以看到語音信號的頻譜是連續(xù)的，其主要能量集中在1000Hz左右。電壓f/Hz30034000.5信號及其頻譜一般數(shù)字信號的頻譜圖如下：

可見，數(shù)字信號的頻譜是不連續(xù)的。

振幅f脈沖信號的分解脈沖信號的頻譜f1表示脈沖重復(fù)頻率，也就是基波頻率。f3、

f5、f7…分別表示三、五、七次諧波，在f軸的0點(diǎn)，表示直流分量，這條譜線的長度表示脈沖直流分量（即平衡值）的大小。高次諧波的譜線可以分布到很高的頻率，但其幅度已相當(dāng)小。0.6本課程的特點(diǎn)1、電子信息與通信專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。2、它是電路理論、信號與線性系統(tǒng)、低頻電子線路等課程的后繼課程。3、在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)要注意它與低頻電路理論的不同分析方法和實(shí)驗(yàn)測試的不同點(diǎn)。0.64、課程要求：（1）通過學(xué)習(xí)掌握實(shí)際單元電路的分析方法。包括放大、振蕩、調(diào)諧、調(diào)制、變頻電路。（2）整機(jī)電路的分析和計(jì)算。（3）根據(jù)給出的指標(biāo)完成部分電路的設(shè)計(jì)。本課程的特點(diǎn)0.7數(shù)字通信系統(tǒng)

傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)，其原理框圖如下圖所示：

0.7數(shù)字通信系統(tǒng)模擬信號經(jīng)信源編碼和信道編碼變成數(shù)字基帶信號，發(fā)射機(jī)將基帶信號調(diào)制到高頻載波上經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩?，接收機(jī)還原出數(shù)字基帶信號，經(jīng)信道解碼和信源解碼還原出模擬基帶信號。用數(shù)字基帶信號對高頻正弦載波進(jìn)行的調(diào)制稱數(shù)字調(diào)制。根據(jù)基帶信號控制載波的參數(shù)不同，數(shù)字調(diào)制通常分為與振幅鍵控調(diào)制，頻率鍵控和相位鍵控三種基本方式。0.7數(shù)字通信系統(tǒng)振幅鍵控：（Amplitude-shiftkeying）(ASK)載波振幅受基帶控制相位鍵控：（phase-shiftkeying）(PSK)載波相位受基帶信號控制，當(dāng)基帶信號p(t)=1時(shí)，載波起始相位為0，當(dāng)p(t)=0時(shí)載波起始相位為

0.7數(shù)字通信系統(tǒng)

頻率鍵控：（Frequency-shiftkeying）(FSK)載波頻率受基帶信號控制，當(dāng)p(t)=1時(shí)，載波頻率為f1；當(dāng)p(t)=1時(shí)，載波頻率為f2，其波形如右圖所示：0.7數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)有較強(qiáng)的抗干擾能力，通過再生中繼技術(shù)可以消除噪聲的積累，并能對信號傳輸中因干擾而產(chǎn)生的差錯(cuò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，從而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(2)數(shù)字信號便于保密處理，易于實(shí)現(xiàn)保密通信。

(3)數(shù)字信號便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，使通信系統(tǒng)更加通用和靈活。

(4)數(shù)字電路易于大規(guī)模集成，便于設(shè)備的微型化。0.7數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信的缺點(diǎn)：數(shù)字信號占據(jù)頻帶較寬，頻帶利用率低，但目前采用了一些新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，不斷增大通信容量，提高頻率利用率，所以數(shù)字通信的發(fā)展前景廣闊。0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)70年代以前，通信系統(tǒng)主要是模擬體制，接收機(jī)如前介紹的超外差接收機(jī)，70—80年代無線電通信實(shí)現(xiàn)了模擬

數(shù)字的大轉(zhuǎn)變，從系統(tǒng)控制（選臺調(diào)諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、信道編碼，以及硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)都無一例外地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化?，F(xiàn)代超外差接收機(jī)可用下圖來表示，它是一個(gè)模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)。0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)(軟件無線電)

進(jìn)入90年代后，通信界開始了一場新的無線電革命，即從數(shù)字化走向了軟件化，軟件無線電技術(shù)（softwareRadio）應(yīng)運(yùn)而生。支持這場革命的是多種技術(shù)的綜合，包括多頻段天線和RF變換寬帶A/D/A轉(zhuǎn)換，完成IF、基帶、比特流處理功能的通用可編程處理器等。軟件無線電最初目的是滿足軍用通信中不同頻段，不同信道調(diào)制方式和數(shù)據(jù)方式的各類電臺之間的聯(lián)網(wǎng)需要，因?yàn)樗梢院苋菀椎亟鉀Q各種接口標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容問題，使得它的優(yōu)越性很快得到商用通信的青睞，并且在個(gè)人移動通信領(lǐng)域發(fā)展迅速。軟件無線電是特指具有用軟件實(shí)現(xiàn)各種功能特點(diǎn)的無線電臺（如移動通信中的移動電話機(jī)、基站電臺、軍用電臺等），它主要由低成本、高性能的DSP芯片組成。規(guī)范的軟件無線電典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)

軟件無線電的標(biāo)志：

1.無線通信功能是由軟件定義并完成的，這種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、信道接入方式、信道調(diào)制方式與糾錯(cuò)算法等，軟件無線電區(qū)別于軟件控制的數(shù)字無線電。

2.在盡可能靠近天線的地方使用A/D/A轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樾盘柕臄?shù)字化是實(shí)現(xiàn)軟件無線電的首要條件。理想軟件無線電系統(tǒng)中的A/D/A轉(zhuǎn)換器已相當(dāng)靠近天線，從而可對高頻信號進(jìn)行數(shù)字化處理，這也是它與常用的數(shù)字通信系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。

0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)

軟件無線電的特點(diǎn)：

1.具有完全的可編程性通過安裝不同的軟件來實(shí)現(xiàn)不同的電路功能，包括工作模式，系統(tǒng)功能，擴(kuò)展業(yè)務(wù)等。

2.軟件無線電基于DSP技術(shù)

系統(tǒng)所需要的信號處理工作有變頻、濾波、調(diào)制解調(diào)，信道編譯碼，接口協(xié)議與信令處理，加解密、抗干擾處理，以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理。0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)3.

其有很強(qiáng)的靈活性及可擴(kuò)充性

可以任意轉(zhuǎn)換信道接入方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號。4.具有集中性

由于軟件無線電結(jié)構(gòu)具有相對集中和統(tǒng)一的硬件平臺，所以多個(gè)信道可以享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A轉(zhuǎn)換器，從而可以獲取每一信道的相對廉價(jià)的信號處理性能。

0.8現(xiàn)代通信系統(tǒng)

由于大規(guī)模集成電路的數(shù)字無線電和軟件無線電收發(fā)信機(jī)，其內(nèi)部的基本功能，基本原理，工作流程和電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的超外式無線電收發(fā)信機(jī)并無太大差異，經(jīng)典高頻電子線路的分析方法與設(shè)計(jì)思想仍可作為現(xiàn)代無線電新技術(shù)的理論基礎(chǔ)。而且，由于目前器件水平的限制，軟件無線電技術(shù)還基本只能在通信系統(tǒng)的基帶處理部分得到較好發(fā)揮，還必須采用與傳統(tǒng)電路結(jié)合的方式進(jìn)行系統(tǒng)研制。要超越器件水平的限制，進(jìn)行深入的理論研究，提出新的解決方案和好的算法，也需要借助于一些經(jīng)典的通信電路理論。數(shù)字通信中的很多電路功能也基本上用模擬電路實(shí)現(xiàn)。因此，本門課程中仍以基本模擬通信電子電路為主要內(nèi)容進(jìn)行分析。

高頻小信號放大電路2.1概述小信號放大電路分為窄頻帶放大電路和寬頻帶放大電路兩大類。窄頻帶放大電路由雙極型晶體管、場效應(yīng)管或集成電路等有源器件提供電壓增益，LC諧振回路、陶瓷濾波器、石英晶體濾波器或聲表面濾波器等器件實(shí)現(xiàn)選頻功能。它有兩種主要類型：以分立組件為主的諧振放大器和以集成電路為主的集中選頻放大器。返回2.2諧振放大器

諧振放大器的主要性能指針標(biāo)是電壓增益、通頻帶和矩形系數(shù)。現(xiàn)以共發(fā)射極接法的晶體管為例，將其看做一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，如圖2.2.1所示，相應(yīng)的Y參數(shù)方程為式2.2.1所示。返回2.2.1單管單調(diào)諧放大器

1.電路組成及特點(diǎn)返回圖2.2.2單管單調(diào)諧放大電路2.電路性能分析

圖2.2.3單管單調(diào)諧放大器的等效電路動畫演示單管單調(diào)諧放大器的電壓增益為:因?yàn)樨?fù)載的接入系數(shù)為，晶體管的接入系數(shù)為所以負(fù)載等效到回路兩端的導(dǎo)納為

設(shè)從集電極和發(fā)射極之間向右看的回路導(dǎo)納為，則:返回由于是上的電壓,且相位相反,所以與由Y參數(shù)方程可知:

代入得:根據(jù)自耦變壓器特性

因此代入得

其中,

是

等效到諧振回路兩端的導(dǎo)納,它包括回路本身元件L、C、

返回和負(fù)載導(dǎo)納總的等效值,即諧振回路總電導(dǎo)和總電容:諧振頻率

或

返回回路有載Q值以上幾個(gè)公式說明,考慮了晶體管和負(fù)載的影響之后,放大器諧振頻率和Q值均有變化.

諧振頻率處放大器的電壓增益其電壓增益振幅

另一種表達(dá)式

返回下一頁上一頁單位諧振函數(shù)

另外，由上述公式可知，電壓增益振幅與晶體管參數(shù)、負(fù)載電導(dǎo)、回路諧振電導(dǎo)和接入系數(shù)有關(guān)：(1).為了增大,應(yīng)選取\yfe\大，goe小的晶體管。(2).為了增大要求負(fù)載電導(dǎo)小，如果負(fù)載是下一級放大器，則要求其gie小。(3).回路諧振電導(dǎo)geo越小,越大。而取決于回路空，與成反比。載Q值

(4).與接入系數(shù)有關(guān)，但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。由于

返回和

還會影響回路有載Q值

，

帶，所以

而又將影響通頻與的選擇應(yīng)全面考慮，選取最佳值。

例2.1在圖2.2.2中，已知工作頻率

。和工作頻率處的數(shù)值如

晶體管采用3DG47型高頻管。其Y參數(shù)在上述工作條件下:

,接入系

回路電感,數(shù),,一級相同的放大器。求諧振電壓增益振幅Au0和通頻帶求回路電容C是多少時(shí)，才能使回路諧振？負(fù)載是另，并返回返回解：忽略yre的作用。

因?yàn)樗?/p>

從而因?yàn)?/p>

又

所以

下一頁上一頁返回由

可得

返回2.2.2多級單調(diào)諧放大器如果多級放大器中的每一級都調(diào)協(xié)在同一頻率上，則稱為多級單調(diào)諧放大器。設(shè)放大器有n級，各級電壓增益振幅分別為,,…,,則總電壓增益振幅是各級電壓增益振幅的乘積,即如果每一級放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同，則總電壓增益振幅返回單位諧振函數(shù)

n級放大器通頻帶

例2.2某中頻放大器的通頻帶為6MHz，現(xiàn)采用兩級或三級相同的單調(diào)諧放大器，兩種情況下對每一級放大器的通頻帶要求各是多少？返回解:當(dāng)n=2時(shí)，因?yàn)?/p>

所以，要求每一級帶寬

同理，當(dāng)n=3時(shí)，要求每一級帶寬

根據(jù)矩形系數(shù)定義，當(dāng)

時(shí)，,可求得：所以，n級單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)返回2.2.3諧振放大器的穩(wěn)定性為了提高放大器的穩(wěn)定性，通常從兩個(gè)方面著手。一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納值.

的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容

（由混合π型等效電路圖可知，跨接在輸入、輸出端之間），所以制作晶體管時(shí)應(yīng)盡量使其

減小，使反饋容抗增大，反饋?zhàn)饔脺p弱。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。返回為了使通過的外部電流和通過的內(nèi)部反饋電流相

位相差從而能互相抵消，通常在晶體管輸出端添加一個(gè)反相的耦合變壓器。是其交流等效電路。為了直觀，將晶體管內(nèi)部電容晶體管外部。圖2.3.3（a）所示為收音機(jī)常用的中和電路，（b）畫在了失配法通過增大負(fù)載電導(dǎo)電路的穩(wěn)定。，進(jìn)而增大總回路電導(dǎo)，使輸出電路嚴(yán)重失配，輸出電壓相應(yīng)減小，從而反饋到輸入端的電流減小，對輸入端的影響也就減小?？梢姡浞ㄊ怯脿奚鲆娑鴵Q取中和法是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，以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋?zhàn)饔?。由于yre的實(shí)部通常很小，可以忽略，所以常常只用一個(gè)電容CN來抵消yre的虛部的影響，就可以達(dá)到中和的目的。圖2.2.4放大器的中和電路上一頁返回2.3寬頻帶放大器寬頻帶放大器既要有較大的電壓增益，又要有很寬的通頻帶，所以常用電壓增益和通頻帶BW的乘積作為衡量其性能的重要指針，稱為增益帶寬積，寫成

此處的通頻帶用上限截止頻率

表示，因?yàn)閷掝l帶放大器的下限截止頻率一般很低或?yàn)榱泐l。是電壓增益幅值。增益帶寬積越大的寬頻帶放大器的性能越好。

返回2.3.1展寬放大器頻帶的方法在實(shí)際寬頻帶放大電路中，要展寬通頻帶，也就是要提高上限截止頻率，主要有組合法和反饋法兩種方法。1.組合電路法2.負(fù)反饋法

返回3.電感串并聯(lián)補(bǔ)償法

2.3.1單級差分寬頻帶放大器集成寬頻帶放大器常采用單級或多級差分電路形式。圖2.3.1共射電路的交流通路和高頻等效電路返回圖2.4.1（a）、（b）分別是共射電路的交流通路和高頻等效電路。設(shè)

是交流負(fù)載，且則返回所以其中

即上限截止頻率

圖2.4.2是一個(gè)雙端輸入雙端輸出的差分放大電路。它的差模電壓增益與單管共射電路的電壓增益

相同增益帶寬積

圖2.4.2雙入雙出差分電路返回例2.3在圖2.4.2所示差分放大器中，

管和

管的參數(shù)相同，在時(shí)

均為

計(jì)算差分放大器的差模電壓增益、上限截止頻率和增益帶寬積。解：先求晶體管混合π型參數(shù)。根據(jù)式2.2.2和式2.2.1可以得出：下一頁上一頁返回然后求差模電壓增益、上限截止頻率和增益帶寬積。可求得：可得到：上一頁返回2.4集成高頻小信號放大電路實(shí)例介紹然后在2.2節(jié)介紹的諧振放大器可用于對窄帶信號的選頻放大。為了提高增益，一般常采用多級放大電路。對于多級放大電路，要求每級均有LC諧振回路，故不易獲得較寬的通頻帶，選擇性也不夠理想。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，窄帶信號的放大越來越多地采用集中選頻放大器。在集中選頻放大器里，先采用矩形系數(shù)較好的集中濾波器進(jìn)行選頻，利用單級后多級集成寬帶放大電路進(jìn)行信號放大。前者以集中預(yù)選頻代替了逐級選頻，減小了調(diào)試的難度，后者可充分發(fā)揮線性集成電路的優(yōu)勢。集中濾波器的任務(wù)是選頻，要求在滿足通頻帶指標(biāo)的同時(shí)，矩形系數(shù)要好。其主要類型有集中LC濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。下一頁返回集中LC濾波器通常由一節(jié)或若干節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)理論，按照帶寬、衰減特性等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前已得到了廣泛應(yīng)用。陶瓷濾波器是由壓電陶瓷材料做成的具有選頻特性的器件。它具有無需調(diào)諧、體積小、加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但工作頻率不太高（幾十兆赫茲以下），相對頻寬較窄。目前，應(yīng)用最普遍的集中濾波器是聲表面波濾波器。聲表面波濾波器SAWF是利用某些晶體的壓電效應(yīng)和表面波傳播的物理特性制成的一種新型電—聲換能器件。所謂壓電效應(yīng)是指：當(dāng)晶體受到應(yīng)力作用時(shí)，在它的某些特定表面上將出現(xiàn)電荷，而且應(yīng)力大小與電荷密度之間存在著線性關(guān)系，這是正壓電效應(yīng)；當(dāng)晶體受到電場作用時(shí)，在它的某些特定方向上將出現(xiàn)應(yīng)力變化，而且電場強(qiáng)度與應(yīng)力變化之間存在著線性關(guān)系，這是逆壓電效應(yīng)。下一頁上一頁返回當(dāng)把輸入電信號加到發(fā)送換能器上時(shí)，叉指間便會產(chǎn)生交變電場。由于逆壓電效應(yīng)的作用，基本材料將產(chǎn)生彈性變形，從而產(chǎn)生聲波振動。向基片內(nèi)部傳送的體波會很快衰減，而表面波則向垂直于電極的左、右兩個(gè)方向傳播。向左傳送的聲表面波被涂于基片左端的吸聲材料所吸收，向右傳送的聲表面波由接受換能器接收，由于正壓電效應(yīng)，在叉指對間產(chǎn)生電信號，并由此端輸出。聲表面波濾波器的濾波特性，如中心頻率、頻帶寬度、頻響特性等一般由叉指換能器的幾何形狀和尺寸決定。這些幾何尺寸包括叉指對數(shù)、指條寬度a、指條間隔b、指條有效長度B和周期長度M等。下一頁上一頁返回上一頁返回2.5章末小結(jié)（1）在分析高頻小信號諧振放大器時(shí)，Y參數(shù)等效電路是描述晶體管工作狀況的重要模型，使用時(shí)必須注意，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。在分析小信號寬頻帶放大器時(shí)，混合π型等效電路是描述晶體管工作狀況的重要模型，混合π型參數(shù)同樣與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。（2）單管單調(diào)諧放大電路是諧振放大器的基本電路。為了增大回路的有載Q值，提高電壓增益，減少對回路諧振頻率特性的影響，諧振回路與信號源和負(fù)載的連接大都采用部分接入方式，即采用LC分壓式阻抗變換電路。（3）集中選頻放大器由集中濾波器和集成寬帶放大器組成，其性能指標(biāo)優(yōu)于分立組件組成的多級諧振放大器，且調(diào)試簡單。展寬放大器工作頻帶的主要方法有組合法與反饋法。

通信電子線路基礎(chǔ)

2.1高頻電路中的有源器件任務(wù)：完成信號的放大、非線性變換等主要功能。2.1有源器件：二極管：檢波、調(diào)制、解調(diào)、混頻等變?nèi)荻O管，PIN管等。BJT、FET：高頻應(yīng)用集成電路：通用集成寬帶放大電路，專用高頻集成電路。2.1.1BJT的高頻小信號模型一、混合π等效電路Cb'eCb'c+_beecb'+_+_混合

型等效電路二、三極管的Y參數(shù)等效電路

三極管處在小信號線性放大狀態(tài)時(shí)，可以近似為線性器件。因此，我們避開三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將其看成一個(gè)線性二端口網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示，從而可以用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路來等效三極管。Uce+beceIbIcUbe+__（a）_yoeyfeUbe（b）IbIc+_UbeUce+yieyreUceY參數(shù)等效電路三極管的二端口模型已知線性二端口網(wǎng)絡(luò)的y參數(shù)方程為：

將其移植到上圖（a）中，得到三極管共發(fā)射極接法的y參數(shù)電流方程：

并由這個(gè)電流方程畫出三極管的交流Y參數(shù)等效電路如圖：_yoeyfeUbeIbIc+_UbeUce+yieyreUce是輸入端交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納，即受控電流源的內(nèi)導(dǎo)納。

是輸出交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；

是輸入交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納，這是造成三極管輸入回路與輸入回路耦合的主要因數(shù)，也稱為反饋導(dǎo)納；其中：

是輸出端交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納，這是體現(xiàn)三極管電流控制作用的參數(shù)，其作用相當(dāng)于H參數(shù)等效電路中的

；混合π等效電路和Y參數(shù)等效電路所反映的是同一只三極管，所以兩種等效電路之間存在著確定的關(guān)系，根據(jù)Y參數(shù)的上述定義，從混合π等效電路可以推導(dǎo)出：

，三點(diǎn)結(jié)論：1)Y參數(shù)與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，在這點(diǎn)上與H參數(shù)一樣；2)Y參數(shù)與三極管的工作頻率有關(guān)。在下一章將要討論的小信號諧振放大器中，由于電路的通頻帶很窄，三極管的工作頻率被局限在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，Y參數(shù)在此可以近似看成常數(shù)；3)如果工作頻率對三極管來講不是特別高，即滿足：Y參數(shù)均為容性參數(shù)，為了今后分析電路方便，我們將Y參數(shù)記為：

CgdCgs+gssdrgs_+_rDCJ2.1.2二極管和場效應(yīng)管的高頻小信號模型一、二極管的高頻小信號模型二、FET的高頻小信號模型2.2

無源諧振網(wǎng)絡(luò)任務(wù)：信號傳輸、頻率選擇和阻抗變換等。一、LC串聯(lián)諧振回路：r是L和C的損耗之和CLrZS（1）串聯(lián)諧振頻率：（2）品質(zhì)因數(shù)：回路諧振時(shí)無功功率與損耗功率之比（3）特性阻抗ρ：

諧振時(shí)容抗或感抗的值

（4）廣義失諧ξ：能夠清楚的反映失諧的大小通信電路中用到的諧振電路多為窄帶電路，即ω與ω0很接近，則有a、并聯(lián)諧振頻率b、品質(zhì)因數(shù)c、廣義失諧二、并聯(lián)諧振回路CLrIy+U-CLgoIy+U-1、基本概念：

LC理想，g0是L和C的損耗之和。2、并聯(lián)諧振回路的幅頻特性和相頻特性d、通頻帶e、矩形系數(shù)ω

zo/2-/2相頻特性幅頻特性UoξU00.707U0BW0.7?ω0.7曲線越窄，選頻特性越好，定義當(dāng)U下降到U0的時(shí)，對應(yīng)的頻率范圍為通頻帶——BW0.7f、直接接入信號源和負(fù)載的LC并聯(lián)諧振回路CLrCLRLRsRoCLCLRLRsC′LR′o諧振頻率：(C′=C+CL)諧振阻抗：Re=Rs//Ro//RL有載品質(zhì)因數(shù)：通頻帶：例：已知并聯(lián)振蕩回路的fo=465KHz，C=200pF，BW=8kHz，求:(1)回路的電感L和有載QL；

(2)如將通頻帶加寬為10kHz，應(yīng)在回路兩端并接一個(gè)多大的電阻？解:（1）諧振時(shí)的阻抗：

R′o=QLωoL98.4KΩ（2）設(shè)要并接的電阻為RL，由題意知3、部分接入的并聯(lián)振蕩回路目的：實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；減小負(fù)載對諧振回路的影響CLR'LCLRLR'LU1U2設(shè)接入系數(shù)為：n=U2/U1，則：RL'=n2RL信號源的阻抗匹配Rs=Ri負(fù)載的阻抗匹配RL=R0阻抗匹配CLrRLRsRiRoa、自耦變壓器部分接入電路

接入系數(shù)：部分到全部—增大全部到部分—減小R'0信號源的匹配:Rs=R0'L1N1N2L2MRSR0緊耦合：n=M/L2緊耦合：R接入系數(shù):b、電容抽頭部分接入電路負(fù)載部分接入電路——實(shí)現(xiàn)阻抗變換接入系數(shù)：接入系數(shù)：例：圖示電路是一電容抽頭的并聯(lián)振蕩回路，信號角頻率ω=10106rad/s。試計(jì)算諧振時(shí)回路電感L和有載QL值（設(shè)線圈Qo值為100）；并計(jì)算輸出電壓與回路電壓的相位差。解：由題意知三、耦合諧振回路——雙調(diào)諧回路1、單調(diào)諧回路中通頻帶和選擇性問題

單調(diào)諧回路中Q值越高，諧振曲線越尖銳，通頻帶越窄，選擇有用信號的能力越強(qiáng)——即選擇性越好。但在需要保證一定通頻帶的條件下，又要選擇性好，對于單調(diào)諧回路來說是難以勝任的。采用耦合振蕩回路就可以解決單調(diào)諧回路中通頻帶和選擇性的矛盾。耦合系數(shù)——反映兩回路的相對耦合程度。定義為耦合元件電抗的絕對值與初、次級回路中同性質(zhì)元件電抗值的幾何平均值之比。耦合系數(shù)k通常在0～1之間，k<0.05稱為弱耦合；

k>0.05稱為強(qiáng)耦合；k=1稱為全耦合。2、耦合諧振回路及特性分析a、兩個(gè)概念耦合因數(shù)——表示耦合與Q共同對回路特性造成的影響。b、頻率特性分析設(shè)：初級回路總阻抗為Z1，次級回路總阻抗為Z2，兩回路之間的耦合阻抗為Zm，則兩回路方程為：

L1L2C1r1C2r2+_I2EI1整理上式，得右式為了簡化分析，只討論等振、等Q電路。等振：指初、次級回路諧振頻率相等；等Q：指初、次級回路Q相等。得到歸一化幅頻特性：不同η值時(shí)的頻率特性曲線：η=1η>1η<11ξ0

η

=1，稱為臨界耦合，

曲線為單峰。

η

<1，稱為欠耦合

η

>1，稱為過耦合，

曲線為雙峰。

η

=2.41時(shí)2.2.2無源固體組件(固體濾波器)一、石英晶體諧振器1、電器特性

利用石英晶體的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)可以將其制成晶體諧振器。通常把基頻諧振稱為基音諧振，把高次諧波上的諧振稱為泛音諧振。

一般的用圖示的LC諧振回路來模擬石英晶體的電特性。CqLqrqC0JTXffs0fp容性感性2、應(yīng)用：振蕩器高頻窄帶濾波器Z1Z2RL1'122'差接橋式帶通濾波器具有高Q，通帶極窄二、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器1、陶瓷濾波器（帶通濾波器）321工藝：由壓電陶瓷制成。但Q值低于石英晶體，約為幾百，高于LC諧振電路。優(yōu)點(diǎn)：體積小、成本低、通帶衰耗小和矩形系數(shù)小等。缺點(diǎn)：一致性差。頻率特性離散性大，通頻帶不夠?qū)挕?、聲表面波濾波器聲表面波傳播方向RsUsRL聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)圖依靠基片變形激起表面超聲波實(shí)現(xiàn)選頻特性：當(dāng)叉指換能器的幾何參數(shù)以及發(fā)端換能器的距離一定時(shí)，它就具有選擇某一頻率信號輸出的能力。特點(diǎn)：可滿足多種頻率特性、性能穩(wěn)定、工作頻率高、體積小、可靠性高等。一千兆赫幾百兆赫幾十兆赫最高工作頻率可達(dá)50%可達(dá)10%小于1%相對帶寬可小于1.2可小于4矩形系數(shù)可滿足多種頻率特性、性能穩(wěn)定、工作頻率高可靠性高、性能穩(wěn)定、成本低、工作頻率較高頻率穩(wěn)定、Q值高、相對帶寬窄特點(diǎn)符號三端兩端聲表面濾波器陶瓷濾波器晶體濾波器濾波器名稱二、總結(jié)2.3干擾和噪聲

通信電子線路處理的信號，多數(shù)是微弱的小信號，因而很容易受到內(nèi)部和外界一些不需要的電壓、電流及電磁騷動的影響，這些影響稱為干擾（或噪聲），當(dāng)干擾（或噪聲）的大小可以與有用信號相比較時(shí)，有用信號將被它們所“淹沒”。為此，研究干擾問題是電子技術(shù)的一個(gè)重要課題。一般來講，除了有用信號之外的任何電壓或電流都叫干擾（或噪聲），但習(xí)慣上把外部來的稱為干擾，內(nèi)部固有的稱為噪聲。2.3.1外部干擾一、外部干擾的來源

外部干擾分為自然干擾和人為干擾。自然干擾是大氣中的各種擾動。人為干擾是各種電器設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾。

二、消除外部干擾的方法1、電源干擾的抑制方法

供電電源因?yàn)V波不良所產(chǎn)生的100Hz紋波干擾是主要的電源干擾，電源內(nèi)阻產(chǎn)生的寄生耦合干擾也是主要的電源干擾。對于高增益的小信號放大器，寄生耦合有時(shí)可能造成放大器自激振蕩。解決100Hz電源干擾和寄生耦合的方法是對每個(gè)電路的供電電源單獨(dú)進(jìn)行一次RC濾波，叫做RC去耦電路，如果電路的工作頻率較高，而供電電流又比較大，則可以用電感代替電阻，構(gòu)成LC去耦電路，電感L稱為扼流圈。因?yàn)榇笕萘康碾娊怆娙荻即嬖诖?lián)寄生電感，在高頻時(shí)寄生電感的感抗會很大，使電容失去濾波的作用，所以電路中都并聯(lián)一小容量的電容，就可消去寄生電感的影響。C1C2RR0UCC+放大整流穩(wěn)壓電源C1C2LR0UCC+放大整流穩(wěn)壓電源

工廠里的大型用電設(shè)備產(chǎn)生的電火花干擾能沿著電力線進(jìn)入電子設(shè)備。除此之外，電力線還起著天線的作用接收天空中的雜散電磁波，并將其傳送到電子設(shè)備中形成干擾。這些干擾的特點(diǎn)是：突發(fā)性強(qiáng)，干擾往往以脈沖電壓形式出現(xiàn)；頻率高，通常為幾百kHz~幾MHz；干擾會同時(shí)出現(xiàn)在電力線的兩根導(dǎo)線上，其大小和相位相同，這種性質(zhì)的干擾稱為共模干擾。消除電網(wǎng)共模干擾的方法是在交流市電的輸入端插入一個(gè)濾波器，下圖電路為某電視機(jī)的交流電源濾波器，在每根電源線與地之間均構(gòu)成一個(gè)

型濾波器，電容C的容量在幾千pF到0.01

F之間選取，電感L繞制在高頻磁芯上，約10圈左右，導(dǎo)線直徑要根據(jù)設(shè)備的交流輸入功率來選擇。220V輸出CCCCTP801TP802220V輸入2、電路接地不當(dāng)?shù)母蓴_及消除

電路中接地不當(dāng)會形成嚴(yán)重的干擾，消除這些干擾的方法是正確的接地，即在電路中要采用一點(diǎn)接地、數(shù)字電路的地線和模擬電路的地線要完全分開，有條件時(shí)在多層印制板中要分別安排數(shù)字地層和模擬地層。三、電磁兼容性和空間電磁耦合干擾

空間電磁耦合對電路的影響分為靜電耦合干擾和交變磁場耦合干擾，防止這兩種干擾的基本方法是：接地、濾波、隔離、電磁屏蔽。下圖是電路中常用的電磁屏蔽示意圖。圖（a）為靜電屏蔽，（b）為交變磁場屏蔽。微弱信號的傳輸導(dǎo)線易受到干擾，通常采用屏蔽線作為引線，使用屏蔽線時(shí)，切忌將網(wǎng)狀金屬層當(dāng)成導(dǎo)線使用，即不能將金屬網(wǎng)兩端都接地，只能取一端接地。屏蔽罩電路干擾磁力線C1屏蔽罩C2電路干擾源（a）（b）2.3.2內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲分為人為噪聲和固有噪聲兩類

固有噪聲是一種起伏型噪聲，它存在于所有的電子線路中，其主要來源是電阻熱噪聲和半導(dǎo)體器件的噪聲。一、電阻熱噪聲1、電阻熱噪聲的基本概念

當(dāng)溫度大于300K時(shí)，作隨機(jī)運(yùn)動的自由電子，穿越電阻的運(yùn)動過程，會在電阻兩端產(chǎn)生的隨機(jī)的起伏噪聲電壓，下圖是電阻起伏噪聲電壓波形的示意圖。tEn0起伏噪聲電壓是時(shí)間上連續(xù)的隨機(jī)過程，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論，起伏電壓的強(qiáng)度可以用其均方值表示。電阻R兩端起伏噪聲電壓的均方值和均方根值為

功率譜密度定義是：單位頻帶內(nèi)噪聲電壓（或電流）的均方值：

噪聲電壓的功率譜密度SU=4kTR噪聲電流的功率譜密度SI=4kTGSU常用在串聯(lián)電路中計(jì)算噪聲，SI常用在并聯(lián)電路中計(jì)算噪聲

2、電路中電阻熱噪聲的計(jì)算（1）單個(gè)電阻的熱噪聲強(qiáng)度（2）多個(gè)電阻的熱噪聲強(qiáng)度

RR(理想)R(理想)R1R2R1R2R1+R2R1R2R1R2R1//R23、二端口網(wǎng)絡(luò)的噪聲和等效噪聲帶寬

當(dāng)噪聲通過線性二端口網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)輸出端的噪聲將發(fā)生變化，設(shè)二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)為H(jf)，輸入端噪聲源用噪聲電壓功率譜密度Sui表示，則輸出噪聲電壓功率譜密度Suo為:輸出噪聲電壓均方值為:

設(shè)f=f0時(shí)，H(jf)=H0，對于諧振式網(wǎng)絡(luò)，f0為諧振頻率；對于非諧振式網(wǎng)絡(luò)，f0為網(wǎng)絡(luò)通頻帶的中心頻率。則:令稱為網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬，故

Δfn是分析二端口網(wǎng)絡(luò)噪聲的重要參數(shù)，稱為等效帶寬。

H2(f)H0f0f

fn二、半導(dǎo)體器件的噪聲1、散粒噪聲

2、分配噪聲

三、信噪比和噪聲系數(shù)1、信噪比

2、噪聲系數(shù)

3、噪聲溫度

在某些低噪聲的系統(tǒng)中，如衛(wèi)星地面接收機(jī)，常用噪聲溫度Te來表示系統(tǒng)的噪聲性能，而不用NF。Te的定義是：設(shè)線性系統(tǒng)內(nèi)部附加噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率為Na，將Na折算到系統(tǒng)輸入端Na/AP,把Na/AP想象成由信號源內(nèi)阻Rs在溫度從T0升高Te而產(chǎn)生的。

3、閃爍噪聲

本章小結(jié)本章討論了常用有源器件高頻小信號電路模型、無源諧振電路、常用無源固體器件和有關(guān)噪聲的基礎(chǔ)知識共四個(gè)方面的內(nèi)容。這些內(nèi)容之所以單獨(dú)用一章來討論，主要是為了便于教學(xué)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x取。

1、通信電子線路中應(yīng)用較多的是三極管、場效應(yīng)管的y參數(shù)等效電路，這是以后分析各種高頻小信號放大器的基礎(chǔ)，是本章的重點(diǎn)之一。

2、通信電子線路中大量用到各種無源諧振電路，特別是掌握并聯(lián)諧振電路和互感耦合諧振電路的振幅頻率特性和矩形系數(shù)與電路參數(shù)的關(guān)系，是本章的重點(diǎn)之二。

3、近年來，石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面濾波器等固體濾波器被廣泛地應(yīng)用在通信電子線路中，本章將這幾種濾波器集中起來介紹，以便查閱。

4、噪聲是涉及面廣而復(fù)雜的問題，本章主要從電路的角度介紹噪聲的形成及簡單的分析計(jì)算，為進(jìn)一步的分析打下基礎(chǔ)。

高頻功率放大電路3.1概述

與低頻功率放大電路一樣，輸出功率、效率和非線性失真同樣是高頻功率放大電路的三個(gè)最主要的技術(shù)指標(biāo)。不言而喻，安全工作仍然是首先必須考慮的問題。在通信系統(tǒng)中高頻功率放大電路作為發(fā)射機(jī)的重要組成部分，用于對高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)天線將其輻射到空間，所以要求輸出功率很大。輸出功率大，從節(jié)省能量的角度考慮，效率更加顯得重要。因此，高頻功放常采用效率較高的丙類工作狀態(tài)，即晶體管集電極電流導(dǎo)通時(shí)間小于輸入信號半個(gè)周期的工作狀態(tài)。同時(shí)，為了濾除丙類工作時(shí)產(chǎn)生的眾多高次諧波分量，采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，故稱為丙類諧振功率放大電路。顯然，諧振功放屬于窄帶功放電路。對于工作頻帶要求教寬，或要求經(jīng)常迅速更換選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率的情況，可采用寬帶功率放大電路。寬帶功放工作在甲類狀態(tài)，利用傳輸線變壓器等作為匹配網(wǎng)絡(luò)，并且可以采功率合成技術(shù)來增大輸出功率。3.2丙類諧振功率放大電路。3.2.1工作原理圖3.2.1諧振功率放大電路原理圖。

假定輸入信號是單頻正弦波，輸出回路調(diào)諧在輸入信號的相同頻率上。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可得到以下表達(dá)式：

其中ub

和uc

分別是輸入信號和輸出信號，R是回路等效總電阻，IC0和Ic1m

分別是集電極電流ic中的直流分量和基波振幅。

由此可以得到集電極電源提供的直流功率PD，諧振功放輸出交流功率Po、集電極效率η和集電極功耗Pc:

圖3.2.2是三種不同靜態(tài)工作點(diǎn)情況時(shí)晶體管轉(zhuǎn)移特性分析。其中QA、QB和QC分別是甲類、乙類和丙類工作時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。甲、乙、丙三種工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)移特性分析

在乙類工作狀態(tài)時(shí)，集電極電流是在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的尖頂余弦脈沖，可以用傅氏級數(shù)展開為：

其中ICm是尖頂余弦脈沖的高度，即集電極電流最大值。由此可求得在時(shí)的最高效率

在甲類工作狀態(tài)時(shí)，為保證不失真，必須滿足,又（忽略晶體管飽和壓降），所以由公式（3.2.5）可知，最高效率為50%。

由圖3.2.3可以得到集電極電流ic的分段表達(dá)式：在放大區(qū)：圖3.2.3丙類狀態(tài)轉(zhuǎn)移特性分析當(dāng)ωt=θ時(shí)：當(dāng)ωt=0時(shí)：所以，也可寫成：波形系數(shù)：集電極效率和輸出功率分別為：若ICm固定，則只是θ的函數(shù)：，，，…3.2.2性能分析

若丙類諧振功放的輸入是振幅為Ubm的單頻余弦信號，那么輸出單頻余弦信號的振幅Ucm與Ubm有什么關(guān)系?Ucm的大小受哪些參數(shù)影響？圖3.2.5折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性分析放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線AB的表達(dá)式可用以下步驟求出。由式（3.2.1）和（3.2.2）可以寫出：代入式（3.2.6），經(jīng)過整理可得到動態(tài)線表達(dá)式：其中由圖（3.2.5）可以寫出斜率值gd的另一種形式：因?yàn)樗?、負(fù)載特性諧振功放負(fù)載特性曲線2、放大特性放大特性分析3、調(diào)制特性基極調(diào)制特性4、小結(jié)根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析，可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）若對等幅信號進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在臨界狀態(tài)，此時(shí)輸出功率最大，效率也接近最大。比如對第七章將介紹的調(diào)頻信號進(jìn)行功率放大。（2）若對非等幅信號進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在欠壓狀態(tài)，但線性較差。若采用甲類或乙類工作，則線性較好。比如對第六章將介紹的調(diào)幅信號進(jìn)行功率放大。（3）丙類諧振功放在進(jìn)行功率放大的同時(shí)，也可進(jìn)行振幅調(diào)制。若調(diào)制信號加在基極偏壓上，功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)；若調(diào)制信號加在集電極電壓上，功放應(yīng)工作在過壓狀態(tài)。（4）回路等效電阻R∑直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線斜率，對功放的各項(xiàng)性能指標(biāo)關(guān)系很大，在分析和設(shè)計(jì)功放時(shí)應(yīng)重視負(fù)載特性。例3.2某高頻功放工作在臨界狀態(tài)，已知VCC=18V,gcr=0.6A/V,θ=60°,R∑=100Ω,求輸出功率Po直流功率PD和集電極效率η。由圖3.2.6可以寫出以下關(guān)系式：解：由式（3.2.14）可求得：所以故所以3.2.3直流饋電線路和匹配網(wǎng)絡(luò)1.直流饋電線路（1）集電極饋電線路

（2）基極饋電線路

為了使諧振功放的輸入端能夠從信號源或前級功放得到有效功率，輸出端能夠向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級功放的要求，在諧振功放的輸入和輸出端必須加上匹配網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是在所要求的信號頻帶內(nèi)進(jìn)行有效的阻抗變換（根據(jù)實(shí)際需要使功放工作在臨界點(diǎn)、過壓區(qū)或欠壓區(qū)），并充分濾除無用的雜散信號。2.匹配網(wǎng)絡(luò)3.3寬帶高頻功率放大電路與功率合成電路

寬帶高頻功率放大電路采用非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)作為匹配網(wǎng)絡(luò)，能在很寬的頻帶范圍內(nèi)獲得線性放大。常用的寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)是傳輸線變壓器，它可是功放的最高頻率擴(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫，并能同時(shí)覆蓋幾個(gè)倍頻程的頻帶寬度。由于無選頻濾波性能，故寬帶高頻功放只能工作在非線性失真較小的甲類或乙類狀態(tài)，頻率較低。所以，寬帶高頻功放是以犧牲效率來換取工作頻帶的加寬。3.3.1傳輸線變壓器的特性及其應(yīng)用1.寬頻帶特性2.阻抗變換特性

由此可得到特性阻抗Zc和輸入端輸入阻抗Zi分別為：3.3.2功率合成

利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對輸入信號進(jìn)行放大，然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號相加，這樣得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。利用功率合成技術(shù)可以獲得幾百瓦甚至上千瓦的高頻輸出功率。3.4集成高頻功率放大電路及應(yīng)用簡介

在VHF和UHF頻段，已經(jīng)出現(xiàn)了一些集成高頻功率放大器件。這些功放器件體積小，可靠性高，外接元件少，輸出功率一般在幾瓦至十幾瓦之間。日本三菱公司的M57704系列、美國Motorola公司的MHW系列便是其中的代表產(chǎn)品。

三菱公司的M57704系列高頻功放是一種厚膜混合集成電路，同樣也包括多個(gè)型號，頻率范圍為335MHz~512MHz（其中M57704H為450MHz~470MHz），可用于頻率調(diào)制移動通信系統(tǒng)。它的電特性參數(shù)為：

當(dāng)VCC=12.5V,Pin=0.2W,Zo=ZL=50Ω時(shí)，輸出功率Po=13W，功率增益Gp=18.1dB,效率35%~40%。M57704系列功放等效電路圖3.5章末小結(jié)1.高頻諧振放大電路可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。

2.丙類諧振功放效率高的原因在于導(dǎo)通角θ小，也就是晶體管導(dǎo)通時(shí)間短，集電極功耗減小。

3.折線分析法是工程上常用的一種近似方法。利用折線分析法可以對丙類諧振功放進(jìn)行性能分析，得出它的負(fù)載特性、放大特性和調(diào)制特性。

4.丙類諧振功放的輸入回路常采用自給負(fù)偏壓方式，輸出回路有串饋和并饋兩種直流饋電方式。

5.諧振功放屬于窄帶功放。寬帶高頻功放采用非調(diào)諧方式，工作在甲類狀態(tài)，采用具有寬頻帶特性的傳輸線變壓器進(jìn)行阻抗匹配，并可利用功率合成技術(shù)增大輸出功率。

小信號放大電路按頻帶寬度分:窄帶放大器：以各種選頻電路作負(fù)載，例如并聯(lián)諧振回路、耦合諧振回路、各種濾波器等寬帶放大器：采用無選頻作用的電路作負(fù)載，例如高頻變壓器、傳輸線變壓器等按負(fù)載分:調(diào)諧放大器集中選頻放大器：以石英晶體、陶瓷、聲表面濾波器負(fù)載單調(diào)諧放大器：輸出端接調(diào)諧回路雙調(diào)諧放大器：輸入、輸出端都接調(diào)諧回路參差調(diào)諧放大器：調(diào)諧回路的諧振頻率不同

小信號放大電路的分類:

作用：放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號（微弱），通常是窄帶放大器，以各種選頻電路作負(fù)載（并聯(lián)、耦合諧振回路等），所以還具有選頻或?yàn)V波作用。組成：放大器件+負(fù)載回路（非線性電阻）要求：（1）增益要高（2）選擇性要好（3）工作要穩(wěn)定可靠（4）噪聲要小

另外，由于小信號諧振放大器放大的信號幅度很小，電路中用于放大的器件工作在線性范圍，因而它們屬于線性放大器，通常采用線性模型的等效電路分析法。3.1.1概述3.1小信號諧振放大器分類：調(diào)諧放大器和頻帶放大器，前者的諧振回路調(diào)諧于輸入有用信號的頻率；后者諧振頻率為固定值。3.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器電路1、采用分壓式穩(wěn)定偏置電路；2、T工作在甲類放大狀態(tài)；3、輸出端采用并聯(lián)諧振電路，起選頻作用，T的集電極采用部分接入，以提高諧振回路的有載Q值；4、信號輸入與輸出為實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、滿足最大功率傳輸均采用變壓器耦合。一、電路和工作原理21345CL+_Ui+_Uo+_Ui交流通路二、主要參數(shù)分析計(jì)算1、放大器的交流小信號等效等效電路n1yfeUi+_g

C

LUo′將1－2和4－5分別折算到1－3端后的等效電路yfeUi+_yieUiC23145CoegoegLCL+_UoLY參數(shù)等效電路2、分析計(jì)算（1）電壓增益（電壓放大倍數(shù)）當(dāng)輸出回路諧振時(shí)，ξ=0，即為純電導(dǎo)。因此，諧振時(shí)電壓增益Auo為：n1yfeUi+_g

C

LUo′將1－2和4－5分別折算到1－3端后的等效電路（2）功率增益（諧振時(shí)功率放大倍數(shù)）a、失配損耗：如果負(fù)載失配導(dǎo)致輸出功率減小引起的功率損耗。此時(shí)，

若諧振回路理想、無損耗，則go=0，當(dāng)輸出端匹配時(shí)n12goe=n22gL，輸出功率最大，功率增益最大，記為APomax：b、插入損耗：由于諧振回路的接入而引起功率增益下降，稱為諧振回路的插入損耗——（1－Qe/Q）2

。這樣任意態(tài)下的功率增益表述為下式：功率損耗。下降的程度，稱為失配反映了失配時(shí)功率增益，稱為失配系數(shù)其中221222max)1(4)1(4PPgngnPPPAAoeLPoPo+=+×=（3）選擇性和通頻帶選擇性S：任意頻率時(shí)的放大倍數(shù)與諧振時(shí)放大倍數(shù)之比定義為放大器的選擇性。

（4）矩形系數(shù)矩形系數(shù)K：放大器電壓增益下降至諧振時(shí)增益的0.1倍（或0.01倍）時(shí)，相應(yīng)的通頻帶放大器通頻帶之比，即

理想和實(shí)際的選頻曲線BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.1K越接近于1,選頻特性約好!例3－1：單調(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級放大器，BJT的參數(shù)為：gie=1.1×10－3S，goe=1.1×10-4S，|yfe|＝0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N13＝20圈，N45＝4圈，L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。求：f0，Aou，BW0.7解：1、負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級放大器，所以gL=gie，CL=Cie3.1.3單調(diào)諧放大器的級連目的：提高增益（各級增益相乘）；改善頻率選擇性。一、同步調(diào)諧多級放大器（單級級連構(gòu)成）電壓放大倍數(shù)：Au=Au1?Au2……Aun＝

Au1n（每一級都相同）級數(shù)n1234Bn/B11.00.640.510.43K0.19.954.663.743.18矩形系數(shù)：選擇性和通頻帶：頻帶越窄?？梢钥闯黾墧?shù)越多，通，單級12)()(12)(7.01100-====+SSnBWBWAAAASnnnuuuux二、參差調(diào)諧放大器

將若干個(gè)單級諧振放大器級連,但每個(gè)諧振放大器的調(diào)諧頻率不同，稱為參差調(diào)諧放大器。參差調(diào)諧放大器可以增加帶寬，同時(shí)又得到邊沿較陡峭的頻率特性。因此，它用于寬帶和高選擇性的場合。fofo1fo2f|K|fsfs雙參差fofo1fo2f|K|三參差合成曲線更接近于矩形3.1.4雙調(diào)諧放大器（通頻帶寬，選擇性好）臨界耦合狀態(tài)(η=1)時(shí)的最大電壓放大倍數(shù)為：級數(shù)n1234B1/B21.00.80.710.66K0.13.152.161.91.8電路較復(fù)雜；調(diào)整比較困難。3.1.5集成電路調(diào)諧放大器使用集成寬帶放大器或?qū)Ｓ酶哳l集成放大器構(gòu)筑調(diào)諧放大器實(shí)現(xiàn)的方案為:1、寬帶放大器+集中選頻濾波器2、前置放大器+集中選頻濾波器+寬帶放大器寬帶放大器集中濾波器集中濾波器前置放大器寬帶放大器VT1VT2VT31026413121198754E307uiuo+6V-6V+_11025784612111、集成射頻/中頻放大器4E3074E307的內(nèi)部原理電路和引腳如下左圖所示。在使用時(shí)將④與⑥、⑦與⑧短路連接，⑤與①之間接，就構(gòu)成了一個(gè)典型的恒流源差動放大電路。⑦和⑧之間可以加接電阻，增大反饋，減小靜態(tài)功耗。該芯片的供電電壓為±8V，單端輸出時(shí)，VT1和VT2的特征頻率300~600MHz。右圖是芯片的典型應(yīng)用電路。+12VXG1590UoRL=50

uAGC39PF1~10pF26T2UsRs=50

T115514433887762XG159024pF1~10pF1~10pF10

H10

H10k

51k

0.002

F0.002

F0.002

F2、兩級60MHz中頻放大器XG1590是通用型高頻線性集成放大器芯片，帶有自動增益控制功能。當(dāng)芯片調(diào)諧在60MHz工作時(shí)，功率增益為45dB，非調(diào)諧工作時(shí)BW0.7=10MHz，當(dāng)自動增益控制電壓UAGC=5~7V時(shí)，控制范圍達(dá)60dB，芯片采用單電源供電，最大電源電壓18V。該電路是應(yīng)用于某雷達(dá)系統(tǒng)的中頻放大器，整個(gè)電路的功率增益約為80dB，帶寬為1.5MHz。

A703uoRL=50

+12V0.001

F200pF40pF17~45pF35784T27~45pFusRs=50

T13、30MHz射頻放大器

高頻集成放大器

A703組成的30MHz射頻放大器，電源電壓為12V，消耗功率110mW。變壓器T1初級匝數(shù)為10圈，次級匝數(shù)為10圈；T2初級匝數(shù)為12圈，次級匝數(shù)為1圈，線徑為#22，磁芯是T44—10型。該電路主要特性指標(biāo)為：電壓增益35dB，功率增益37dB，帶寬1MHz，噪聲系數(shù)6dB。Auyre增大自激yre=0ff0yfe對放大器幅頻特性的影響3.2小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性

在前面對小信號諧振放大器的分析中把三極管當(dāng)成單向化器件對待,但是實(shí)際上三極管的高頻小信號模型是雙向傳輸?shù)摹?/p>

yre的影響將在小信號諧振放大器中產(chǎn)生兩個(gè)問題：其一是影響小信號諧振放大器的諧振頻率，特別是當(dāng)輸入端也接有諧振回路時(shí)，yre中的電容成分會引起放大器的頻率特性發(fā)生明顯的畸變，使得多級調(diào)諧放大器調(diào)整變得很困難。其二是yre中的電導(dǎo)成分會引起放大器自激，使放大器不穩(wěn)定。

3.2.1諧振放大器的輸入導(dǎo)納Yi及穩(wěn)定性分析cebyoeyie+_+_ysy'Lyi一、輸入導(dǎo)納當(dāng)ω＝ωo時(shí)，y''L為純電導(dǎo)；當(dāng)ω<ωo時(shí)，y''L呈感性；當(dāng)ω>ωo時(shí)，y''L呈容性。因此，gF隨頻率的變化可正可負(fù)，若gF>0，gi增大，當(dāng)一定時(shí)，減小，為負(fù)反饋，電路穩(wěn)定工作；若gF<0，gi減小，當(dāng)一定時(shí)，增大，為正反饋，當(dāng)gF+gie+

gs<0時(shí)，電路產(chǎn)生自激。穩(wěn)定工作的條件：

gF+gie+

gs>03.2.2提高放大器穩(wěn)定性的方法（1）選擇高頻性能好的三極管。

通常Cb

c(即C

)越小越好。（2）中和法。在晶體管外部接一個(gè)中和電容CN來抵消內(nèi)部反饋有害的影響。N1N2Cb

cCN如果中和電路使和相等，此時(shí)，正反饋的影響被抵消。起到使放大器穩(wěn)定工作的作用。組合放大電路：采用共射——共基級聯(lián)電路V1V2

VT2管的Cb‘c不構(gòu)成正反饋，而VT1管由于負(fù)載阻抗很小，導(dǎo)致該級增益很低，VT1和VT2之間處于嚴(yán)重失配狀態(tài)，也不會構(gòu)成自激振蕩。（3）失配法。

是一種通過適當(dāng)降低放大器的增益，提高放大器的穩(wěn)定性的方法。3.3集成寬帶放大器

寬帶放大器是一種線性放大器，屬于模擬集成電路的范疇，與模擬電子線路課程中的運(yùn)算放大器沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，對寬頻帶放大器頻帶寬度的要求越來越高，從低頻段0Hz直流開始，一直延伸到幾百M(fèi)Hz甚至GHz，如此寬的頻帶范圍，對集成電路的制造提出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有時(shí)還要增加許多用于展寬頻帶的電抗補(bǔ)償電路。

F733是通用型的集成寬帶放大器，國外同類型號為LM733、μA733，其封裝形式和主要功能相同。該芯片在沒有外接頻率補(bǔ)償?shù)臈l件下，能夠放大0Hz~120MHz的電壓信號，改變增益調(diào)節(jié)端G1、G2的連接方式，可以提供10、100、400三種增益供選用。輸入與輸出可以采用單端方式，也可以采用雙端（平衡）方式。

F733的內(nèi)部原理電路如圖所示。電路由差動輸入級VT1、VT2，中間差動放大級VT3、VT4，輸出差動級VT5、VT6和偏置電流源共四部分組成，三級放大器均采用差動放大電路，其中輸入級R3~R6四個(gè)電阻用來調(diào)節(jié)增益，當(dāng)⑨—④腳短路時(shí)，電壓增益為300~500；⑨—④斷開，③—⑩短路時(shí)，電壓增益為90~110；③④⑨⑩四個(gè)管腳均開路時(shí)，電阻全部參與反饋，電壓增益為9~11。R5VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VT9VT10VT1150

50

590

590

R3R45R69104312876

由兩片寬帶集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的高增益低噪聲弱信號放大電路如圖所示，圖中C2、C3、C4是高頻補(bǔ)償電容，必須經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)整，以保證通頻帶內(nèi)增益平坦的程度和上限頻率。L1的取值范圍是6.8~8.2

H，它對下限頻率有一定的補(bǔ)償作用。輸出信號取自于CX2501B的②腳，也可以從③腳輸出，此時(shí)需要在③和⑥腳之間接一個(gè)18~22

H的電感。該電路的主要技術(shù)指標(biāo)是：電壓增益；帶寬為0.5~80MHz；輸出噪聲幅度20mV。CX2501B23CX35B8457691011121368+12VC2C1uoC3C4L1C5C6C7LCLCLCCCCCCCCCuiR*本章小結(jié)

通信系統(tǒng)中使用的小信號放大器分為兩類，一類是諧振放大器，諧振放大器都是選頻的窄帶放大器，并聯(lián)諧振回路、耦合諧振回路和各種固體濾波器是其負(fù)載。諧振放大器的主要參數(shù)除了電壓放大倍數(shù)（增益）、輸入阻抗、輸出阻抗外，通頻帶和選擇性是有別于其它放大器的重要的參數(shù)。另一類是寬帶放大器，實(shí)用中的寬帶放大器多為集成放大器。分離元件的諧振放大器通常采用y參數(shù)等效電路來分析計(jì)算，單管單調(diào)諧放大器和單管雙調(diào)諧放大器的分析計(jì)算是本章的重點(diǎn)，這一章要注意計(jì)算公式的靈活應(yīng)用。小信號放大器能否穩(wěn)定工作是電路設(shè)計(jì)和調(diào)整中必須考慮的問題，但是穩(wěn)定性涉及的問題比較多，計(jì)算只能為電路調(diào)整指一個(gè)方向，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行仔細(xì)地調(diào)整。

集成寬帶放大器+集中選頻濾波器是目前小信號放大器的方向。寬帶放大器也存在穩(wěn)定工作的問題，當(dāng)頻率比較高時(shí)，需要認(rèn)真考慮阻抗匹配問題。

高頻諧振功率放大器4.1概述

高頻諧振功率放大器用于各種無線電發(fā)送設(shè)備中，對高頻載波或高頻已調(diào)波進(jìn)行功率放大。工作狀態(tài)：A，B，AB，C；（甲、乙、甲乙、丙）D，E，S；（開關(guān)型）F，G，H；（特殊技術(shù)型）

目的：能夠使電信號能夠有效地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸特點(diǎn)：高頻、大信號、非線性工作要求：輸出功率大（PE=PO+PC）、轉(zhuǎn)換效率高窄帶高頻功率放大器：以諧振回路為負(fù)載，所以又稱