《通信電子線路》全套教學課件

目錄第1章緒論第2章高頻小信號諧振放大器第3章高頻諧振功率放大器第4章正弦波振蕩器第5章振幅調制、解調及變頻器第6章角度調制與解調第7章反饋控制與整機線路全套可編輯PPT課件

第1章緒論1.1發(fā)射設備的組成1.2接收設備的組成1.3無線電波的傳播與波段劃分小結本課件是可編輯的正常PPT課件

通信系統的主要任務是完成信息的傳輸、交換及處理。

它包括終端設備、傳輸設備、交換設備及傳輸信道。

視傳輸信道的不同，又可分為有線(電纜、光纖、波導等)傳輸與無

線(通過自由空間)傳輸。

最簡單的通信方式就是點對點的通信，雙方用電話機或對講機通過一對導線或自由空間進行通信。若實現一點對多點或多點對多點的通信，就必須要通過各種設備所組成的網絡來進行，這就比點對點的通信復雜得多，它不僅要采用交換技術，還要采用頻率變換及復用技術等。

一個點對點通信系統的組成如圖1.0.1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1.0.1通信系統方框圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1發(fā)射設備的組成

能產生高頻振蕩，并經調制、放大后，將輸出的高頻功率饋送給傳輸線路或天線的設備，叫做發(fā)射設備，即發(fā)射機。

發(fā)射設備為完成其功能，通常都由多級組成。

圖1.1.1是一個調幅發(fā)射機的簡化方框圖，下面以此圖為例，說明發(fā)射機的組成和工作原理。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1.1.1調幅發(fā)射機方框圖本課件是可編輯的正常PPT課件

首先，說明一下消息、信息與信號的區(qū)別。

消息是語言、文字、圖像、數據等的統稱；信息是受信者所得到的新知識；信號則是消息的表現形式，它是帶有信息的一種物理量(如電、光、聲等)。

若將信息變換為隨時間變化的電壓或電流，則這種帶有信息的電壓或電流即為電信號。

要完成通信，尤其是無線通信，必須產生一個高頻率的載波電信號，然后設法將信息對應的電信號“加到”此載波上，這一過程稱為調制，即用一個原始電信號(調制信號)去控制電振蕩(載波)的參量的過程。本課件是可編輯的正常PPT課件

調制在無線通信中的作用至關重要。

無線電傳播一般都采用高頻(射頻)的一個原因就是高頻適于天線輻射和無線傳播。

無線通信是利用電磁波在自由空間傳播信息的，而只有當交變的電磁場的波長與天線的尺寸可以相比擬時，才能向自由空間有效地輻射出電磁波。

調制的另一個重要作用是實現信道的復用，提高信道利用率。

調制的方法一般分為兩大類：連續(xù)調制(調幅、調頻、調相)及脈沖調制(脈幅、脈寬、脈位)。本課件是可編輯的正常PPT課件

振蕩器的主要作用是產生一定頻率的最初高頻振蕩，通常其振蕩功率是很小的。

倍頻器的主要作用是提高發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度以及擴展發(fā)射機的波段范圍。

中間放大器的

主要作用是將小的高頻振蕩功率加以放大，供給輸出功率放大器所需的激勵，它通常由幾級放大器構成。

輸出放大器的主要作用是在激勵信號的頻率上，產生足夠的高頻功率，送給天線或傳輸線路。

在調幅電話發(fā)射機中，振幅調制通常是在輸出放大器中進行的。

圖1.1.1中的調制器，實際上就是音頻放大器，它的功用就是將話音信號放大，供給輸出放大器進行調制所需的功率。

圖上各處的信號波形就反映了發(fā)射機的工作過程。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.2接收設備的組成

能將天線或傳輸線路送來的信號加以選擇、放大、變換，以獲得所需信息的設備叫做接收設備。

若其信號源是無線信號，則為無線電接收機，簡稱接收機。

它的基本任務是選擇、放大和處理電信號。

圖1.2.1是一個超外差式調幅接收機的簡化方框圖，下面以此圖為例，說明發(fā)射機的組成和工作原理。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1.2.1超外差式調幅接收機方框圖本課件是可編輯的正常PPT課件

在自由空間中每時每刻都同時存在著各種不同頻率、不同強度的電磁波，其中有各個無線電臺發(fā)射的，有各種電氣設備產生的，有來自宇宙天體的。

我們需要接收的，僅是其中之一，稱為有用信號，而其他許多不需要的電磁波就是干擾。

接收機的重要任務之一，就是選擇信號、抑制干擾。

接收機選擇信號是利用可調整的諧振回路對信號頻率的諧振來完成的。

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目前應用最廣泛的無線電接收設備皆屬超外差式接收機，圖1.2.1是超外差式接收機的方框圖以及各部分的電壓波形。

超外差式接收機與其他形式接收機不同的地方是在高頻放大器與檢波器之間增加了變頻器和中頻放大器，由于變頻器的作用，將不同的信號頻率都變成固定的頻率，此固定頻率通常稱為中頻，在固定中頻上進一步放大與選擇，使選擇性、放大量等性能得到了極大的提高。

當然，由于采用變頻器，也會產生新的矛盾，即會受到一些特定頻率信號的干擾，諸如中頻干擾、鏡像干擾以及其他組合干擾等，需要注意與克服。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3無線電波的傳播與波段劃分

電磁波傳播途徑有地面波、天波和空間波(包括直射波和由地面或其他地物反射的反射波)三種，如圖1.3.1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1.3.1電磁波的傳播途徑本課件是可編輯的正常PPT課件

下面簡述其特點。

1.地面波

地面波是沿地球表面?zhèn)鞑サ摹?/p>

雖然地球的表面是彎曲的，但電磁波具有繞射的特點，其傳播距離與大地損耗有密切關系，工作頻率愈高，衰減就愈大，傳播的距離就愈短。

因此，利用繞射方式傳播時，采用長、中波比較合適。

由于地面的電性能在較短時間內的變化不大，所以電磁波沿地面的傳播比較穩(wěn)定。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.天波

天波是利用電離層的反射進行傳播的。

由于太陽的照射，在距離地面高度約100km的高空，有一厚約20km的電離層，稱E層；在距離地面高約200~400km處，有電離層F層。

一般中波在夜間可經E層反射而傳播，短波則經F層反射而傳播，超短波由于頻率過高，電離層的離子、電子密度不夠大，故超短波都穿透電離層而不能反射回地面。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.空間波

空間波是電磁波由發(fā)射天線直接輻射至接收天線的。

由于地面及建筑物等的反射亦能抵達接收天線，故空間波實際上是直射波和反射波的合成，此現象稱多徑傳播。表1.3.1概括地說明了各個無線電波波段的劃分、傳播特性及應用場合，僅供參考。本課件是可編輯的正常PPT課件

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小

結

1.無線通信系統由信源、發(fā)射設備、信道、接收設備和信宿組成，本章重點分析了收發(fā)設備的組成。

2.發(fā)射設備由高頻振蕩器、倍頻器、中間放大器、輸出放大器、調制器、天線、電源等構成。

3.接收設備主要分析了超外差式接收機的組成：天線、高頻小信號諧振放大器、變頻器、中頻小信號諧振放大器、解調器、低頻功率放大器、終端等。

4.無線電波的頻率不同，具有不同的特點，因此可將其劃分為不同的波段；無線電波傳播的方式可分為地面波傳播、天波傳播和空間波傳播。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章高頻小信號諧振放大器2.1概述2.2LC

諧振回路2.3高頻小信號諧振放大器的工作原理2.4集中選頻放大器與集成放大器2.5電噪聲與噪聲系數小結本課件是可編輯的正常PPT課件

2.1概

述

高頻小信號諧振放大器主要用于各種無線電接收設備及高頻儀表中，一方面可以對窄帶信號實現不失真放大，另一方面可濾除帶外信號，抑制噪聲和干擾，有選頻作用。

所謂“高頻”，通常指低于微波頻率范圍的信號頻率，信號頻率在數百千赫至數百兆赫，屬于窄帶放大器。本課件是可編輯的正常PPT課件

所謂“小信號”的“小”字，主要是強調放大這種信號的放大器工作在線性范圍內(晶體管工作于甲類狀態(tài))，即對其放大過程而言，電路中的晶體管工作在小信號放大區(qū)域中，非線性失真很小。

這時允許把晶體管看成線性元件，因此可作為有源四端網絡來分析。

所謂“諧振”，主要是指放大器的負載為諧振回路(如LC諧振回路等)。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.中心頻率

中心頻率是諧振放大器的工作頻率，一般用f0

表示。

其工作范圍很寬，一般為幾百千赫至幾百兆赫。

中心頻率是由通信系統的要求來確定的。

工作頻率是設計放大器時，確定放大器件與選頻器件頻率參數的主要依據。

2.增益

增益分為電壓增益和功率增益。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.通頻帶與選擇性

因為放大器所放大的信號一般都是已調信號，含有一定的邊頻，為了使信號不失真地傳輸，所以放大器必須要有一定的通頻帶，允許主要邊頻通過，即通頻帶應大于或者等于有用信號頻譜的寬度。

電壓增益下降3dB時所對應的頻帶寬度，稱為放大器的通頻帶，用2Δf0.7(或BW)表示。

選擇性是指對通頻帶以外干擾信號的衰減能力，或指放大器從各種不同頻率的信號中選出有用信號，抑制干擾信號的能力。本課件是可編輯的正常PPT課件

4.噪聲系數NF

放大器工作時，由于種種原因產生的載流子不規(guī)則運動，將會在電路中形成噪聲，從而使信號受到影響。

噪聲系數可理解為信號通過放大器后，信噪比變壞的程度。

噪聲系數是用來表征放大器的噪聲性能好壞的一個參量。

如果

NF=1，說明信號通過放大器后，信噪比沒有變壞；如果

NF>1，則說明信噪比變壞了。

通常噪聲系數都大于1，因此，要求放大器的噪聲系數盡量接近1。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2LC

諧振回路

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圖2.2.1并聯諧振回路本課件是可編輯的正常PPT課件

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當回路相對失諧ε

很小，也就是說ω

和ω0

非常接近時，相對失諧ε有如下近似式：

這樣，廣義失諧ξ

在ω

很接近于ω0時也有近似式：本課件是可編輯的正常PPT課件

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幅頻特性和相頻特性如圖2.2.2所示。圖2.2.2并聯諧振回路的幅頻特性與相頻特性本課件是可編輯的正常PPT課件

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圖2.2.3回路的諧振曲線與通頻帶本課件是可編輯的正常PPT課件

選擇性是諧振回路的另一個重要指標，它表示回路對通頻帶以外干擾信號的抑制能力。

在多路通信中，應根據對相鄰頻道信號抑制程度的要求來決定。

一個理想的諧振回路，其幅頻特性應是一個矩形，在通頻帶內信號可以無衰減地通過，通頻帶以外衰減為無限大。

實際諧振回路選頻性能的好壞，應以其幅頻特性接近矩形的程度來衡量。

為了便于定量比較，引用矩形系數這一指標。本課件是可編輯的正常PPT課件

矩形系數的定義為：諧振回路的α值下降到0.1時與α值下降到0.7時，頻帶寬度B0.1與頻帶寬度B0.7

之比，用符號

K0.1

表示，即

圖2.2.4是實際回路和理想回路的幅頻特性。

由該圖可知，理想回路的矩形系數K0.1=1，而與實際回路的矩形系數顯然相差甚遠。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.4幅頻特性本課件是可編輯的正常PPT課件

所以

可見LC

并聯回路的矩形系數遠大于1，與理想選頻特性比較，頻率的選擇性較差。本課件是可編輯的正常PPT課件

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2.LC

串聯諧振回路

在LC

串聯諧振回路中，信號源、電感L、電容C

這三者首尾相連構成串聯關系，如圖2.2.5所示。

其中，L和C的損耗電阻都包括在R0

中，因此圖中L、C

是理想的器件。

所以在調諧放大器中，諧振回路作為放大器的負載常采用并聯方式。

在此就不詳細討論串聯諧振回路了，但考慮到內容的完整性，將串聯諧振回路和并聯諧振回路的基本特性列在表2.2.1中，以便讀者對比學習這兩種方式的諧振回路，并注意到串聯諧振回路和并聯諧振回路互為對偶電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.5串聯諧振回路本課件是可編輯的正常PPT課件

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圖2.2.6帶信號源內阻和負載的并聯諧振回路本課件是可編輯的正常PPT課件

回路的等效品質因數(稱為有載Q

值)為

空載時的品質因數為

兩者比較可得QL<Q0，由此可見，當LC

諧振回路外接信號源內阻RS

和負載RL

后，回路的損耗增加，有載QL

值下降，因此通頻帶加寬，選擇性變壞。本課件是可編輯的正常PPT課件

實際信號源內阻和負載并不一定都是純電阻，也有可能有電抗成分(一般是容性)。在低頻時，電抗成分一般可忽略，但高頻時就要考慮它對諧振回路的影響。

考慮信號源輸出電容和負載電容時的并聯諧振回路如圖2.2.7所示。

圖中CS

是信號源輸出電容，CL

是負載電容。

回路總電容為

CΣ=CS+C+CL。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.7本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.1設計一并聯諧振回路，諧振頻率f0=5MHz，回路電容C=50pF，計算所需線圈的電感值L。

若線圈品質因數Q0=100，計算回路諧振電阻及回路帶寬。

若要求增加回路的帶寬為0.5MHz，則應在回路上并聯多大電阻才能滿足要求?本課件是可編輯的正常PPT課件

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2.2.3諧振回路的接入方式

實際電路中信號源內阻RS及負載RL

的數值是固定的，對LC

諧振回路影響較大，會減小Q

值，加寬通頻帶，使選擇性變壞。

在通信電路中常采用LC

阻抗變換的方法，使信號源或負載不直接并入回路的兩端，而是經過一些簡單的變換電路，把它們折算到回路兩端。

通過改變電路的參數，達到要求的回路特性。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.8串、并聯變換本課件是可編輯的正常PPT課件

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若將式(2.2.21)分別代入式(2.2.19)和式(2.2.20)即可得出串、并聯變換的基本公式：

當支路的Q

值較大(如Q≥10)時，則有近似式：本課件是可編輯的正常PPT課件

從這兩式可以看到，在高

Q

值情況下，等效的串聯支路和并聯支路的電抗值基本相等，而并聯支路的電阻是串聯支路電阻的Q2

倍。

應特別注意的是這種等效只在某一個頻率點上互相等效，因為不同的頻率對應的Q

值不同。本課件是可編輯的正常PPT課件

下面將這種變換用于分析另一種并聯諧振回路，將它變換成上節(jié)中分析過的形式。如圖2.2.9(a)所示的諧振回路是實際電路中經常遇到的并聯諧振回路。

利用串、并聯阻抗的變換可以在固有頻率ωP

點上把電路變換成如圖2.2.9(b)所示的標準并聯諧振回路。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.9串、并聯變換本課件是可編輯的正常PPT課件

根據串、并聯阻抗的變換關系得

般Q

值總是比較大，當(如Q≥10)時，可得近似式：

在以后各章的分析中經常會用到這兩個近似式。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.互感變壓器接入方式

互感變壓器接入電路如圖2.2.10所示，其等效電路如圖2.2.11所示。

變壓器的原邊線圈就是回路的電感線圈，副邊線圈接負載RL。

設原邊線圈匝數為

N1，副邊線圈匝數為N2，且原、副邊耦合很緊(k=1)，損耗忽略不計。

根據等效前后負載上得到功率相等的原則，可得到等效后的負載阻抗R'L，即本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.10互感變壓器接入電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.9串、并聯變換本課件是可編輯的正常PPT課件

因全耦合變壓器初次級電壓比U1/U2

等于相應線圈匝數比

N1/N2，故有

其中，p=N2/N1，定義為互感變壓器的接入系數，可通過改變p

來調整R'L的大小。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.抽頭部分接入方式

在“通信電路”中經常運用部分接入的諧振回路進行阻抗變換。

如圖2.2.12所示電路，負載GL不是接在并聯諧振回路的a、b兩端，而是部分地接在L2兩端(即c、d兩端)，因為L2

是總電感L1+L2

的一部分，因而稱為部分接入。

現在要討論的是在諧振時從a、b兩端向回路看的諧振電導Ge

是什么，在高Q

值情況下做近似推導。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.12并聯諧振回路的部分接入本課件是可編輯的正常PPT課件

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具體來說這種等效關系是這樣的：如果把L1+L2

和C

的并聯回路封在一個“黑盒子”中，則在c、d兩點接電導GL，還是在a、b兩點接Ge，在外電路看來是完全等效的。

我們還能把這種等效關系進一步引申。

在c、d兩點接電導GL，則在a、b兩點接入的諧振電導則為Ge；反過來，如在a、b兩點接電導Ge，則在c、d兩點向回路看的諧振電導為GL，如圖2.2.13所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.13電導變換關系本課件是可編輯的正常PPT課件

與電導(或電阻)的變換關系相類似，可以證明對電納(或電抗)，電源部分接入有同樣的等效變換關系如圖2.2.14所示。

此等效指的是回路的電壓，各支路的電流及回路的損耗功率均相等。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.2.14電流源、電抗部分接入的變換關系本課件是可編輯的正常PPT課件

回路部分接入的形式很多，但接入系數都可按定義式(2.2.34)計算。

由于只考慮高Q時的近似情況，因此計算電壓比時應忽略負載對分壓比的影響。

各種形式的部分接入電

路歸納于表2.2.2中。本課件是可編輯的正常PPT課件

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2.3高頻小信號諧振放大器的工作原理

2.3.1晶體管高頻小信號等效電路

1.晶體管混合π型等效電路圖2.3.1給出了一個完整的晶體管共發(fā)射極混合π型等效電路。

圖中b、c、e三點代表晶體管基極、集電極和發(fā)射極三個電極的外部端子，b'代表設想的基極內部端子。

因為晶體管的b'、c、e三個電極用一個π型電路等效，而b至b'又串聯一個基極體電阻rbb'，所以稱為混合π型電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.1混合π型等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

這個等效電路共有8個參數，比較復雜。

下面分別介紹各元件參數的物理意義。

(1)發(fā)射結的結電阻rb'e：晶體管處于放大區(qū)時，發(fā)射結總是處于正向偏置狀態(tài)，所以rb'e

的數值比較小，一般是幾百歐，它的大小隨工作點電流而變。

(2)集電結電阻rb'c：由于集電結總是處于反向偏置狀態(tài)，所以rb'c

較大，約為10kΩ~10MΩ，一般可忽略不計。

(3)發(fā)射結電容Cb'e：它隨工作點電流增大而增大，主要為擴散電容，數值范圍為20pF~0.01μF。本課件是可編輯的正常PPT課件

(4)集電結電容Cb'c：它隨c、b間反向電壓的增大而減小，它會引起交流反饋，可能引起自激，希望其值小些，數值一般在10pF左右。

(5)基區(qū)體電阻rbb'：它是從基極引線端b到有效基區(qū)b'的電阻。

不同類型的晶體管rbb'的數值也不一樣。rbb'

的存在，使得輸入的交流信號產生損耗，所以rbb'

的值應盡量小，一般為15~50Ω。本課件是可編輯的正常PPT課件

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晶體管的混合π型等效電路分析法物理概念比較清楚，對晶體管放大作用的描述比較全面，各個參數基本上與頻率無關。

因此，這種電路可以適用于相當寬的頻率范圍。

但這個等效電路比較復雜，在實際應用中，可以根據具體情況，把某些次要的因素忽略。

例如，高頻時，Cb'c

的容抗較小，和它并聯的集電結電阻rb'c

就可以忽略；此外，集

射極電容Cce

可以合并到集電極回路之中，集

射極電阻rce

較大故可以忽略。

考慮這些情況后可以得到簡化的五參數混合π型等效電路，如圖2.3.2所示。

這種簡化的等效電路，基本上能滿足工程計算的要求。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.2簡化的混合π型等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

2.晶體管Y參數等效電路

Y

參數等效電路是拋開晶體管的內部電路結構，只從外部來研究它的作用，把晶體管看做一個有源線四端網絡，用一組網絡參數來構成其等效電路。

具體來說，只要能夠確定晶體管的輸入端和輸出端的電流

電壓關系，就可以解決問題。

晶體管的Y

參數等效電路如圖2.3.3所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.3共射晶體管Y參數等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

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圖2.3.4簡化的共射晶體管Y參數等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

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2.3.2單調諧共發(fā)放大器的工作原理

1.電路組成

圖2.3.5為共射單調諧回路放大器原理電路，從中可以看出它主要由輸入回路、晶體管和負載三部分組成。

(1)輸入回路：一般由調諧回路或濾波回路構成。

它把從天線信號中選擇出的有用信號輸入到晶體管基極。

(2)晶體管：它是調諧放大器具有放大作用的核心部件。

(3)負載：一般由LC諧振回路構成放大器的負載，它具有選頻作用。

當信號在LC并聯諧振回路的諧振頻率附近時，回路阻抗最大，放大器增益就高；反之，如果信號頻率遠離諧振頻率，則回路阻抗急劇下降，放大器就無放大作用。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.5共射極單調諧放大器原理電路本課件是可編輯的正常PPT課件

2.等效電路

1)交流等效電路

圖2.3.5所示電路包含直流和交流兩種通路。

研究放大器的增益、通頻帶等指標需要分析其交流等效電路，圖2.3.6為其交流等效電路。圖2.3.6本課件是可編輯的正常PPT課件

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圖2.3.7單調諧放大器的Y參數等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

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圖2.3.8單向化的簡化Y參數等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

3.主要技術指標

1)電壓增益

電壓增益定義為

由圖2.3.8可見本課件是可編輯的正常PPT課件

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2)通頻帶

單級單調諧放大器的諧振曲線如圖2.3.9所示。圖2.3.9單級調諧放大器的諧振曲線本課件是可編輯的正常PPT課件

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3)矩形系數本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.2如圖2.3.10所示，設工作頻率f0=10.7MHz，回路電容C=56pF，L=4μH，Q0=100，線圈匝數N1~3=100，接入系數p1=0.25，p2=0.25。

測得晶體管的Y

參數如下：gie=0.96mS，Cie=23pF，goe=0.058mS，Coe=10pF，Yfe=(37-j4.1)mS，Yre=(0.038-j0.00058)mS。

求：(1)單級放大倍數Au0；(2)單級通頻帶B。

解

設不考慮Yre的作用，忽略基極偏置電阻，得折合后的微變等效電路如圖2.3.11所示。

電導：

回路總電導：本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.10兩級單調諧共發(fā)射極放大器本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.11微變等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

(1)單級放大器諧振時的放大倍數(電壓增益)：

(2)有載品質因數為

單級通頻帶本課件是可編輯的正常PPT課件

2.3.3多級單調諧回路放大器

在實際應用中，往往需要把很微弱的信號放大到足夠大，這就要求放大器具有比較高的增益。

例如，雷達或通信接收機對微弱信號的放大主要依靠中頻放大器，且要求中頻放

大器有104~106的放大倍數。

顯然，單級放大器無法達到如此高的增益。

因此高頻放大器常常采用多級單調諧放大器級聯而成，如圖2.3.12所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.12三級高頻單調諧回路放大器本課件是可編輯的正常PPT課件

1.多級單調諧放大器的增益

假設有n級放大器級聯，各級的電壓增益分別為A1，A2，…，An，級聯后總的增益為各級電壓增益的積，即

如果各級放大器的增益相同，則本課件是可編輯的正常PPT課件

2.多級單調諧放大器的通頻帶

n

級相同的單調諧放大器級聯時，總通頻帶為

上式表明，n

級單調諧放大器的總通頻帶BΣ

為單級調諧放大器通頻帶的Φ1(n)倍。式中Φ1(n)稱為帶寬縮減因子，它表示總通頻帶縮減到單級通頻帶的倍數，它總是小于1，n

愈大，其值愈小。

所以，n

級總通頻帶比單級小。

級數越多(n

越大)時，總通頻帶越窄。n為不同值時Φ1(n)的數值如表2.3.1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

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3.多級單調諧放大器的矩形系數

根據矩形系數的定義，同樣可求出n級單調諧放大器的矩形系數與級數n

的關系，見表2.3.1。

從表2.3.1中可以看出，多級單調諧放大器電路的電壓增益隨n的增加明顯增加，矩形系數也有改善，選擇性提高，但通頻帶變窄。

為了滿足總通頻帶的要求，勢必要增寬單級放大器的通頻帶，這就要降低回路QL

值，導致放大器增益的下降。

因此，對于多級單調諧放大器來說，選擇性、通頻帶、增益之間的矛盾比較突出。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.3.4小信號諧振放大器的穩(wěn)定性

在高頻電路中，調諧放大器的工作穩(wěn)定性是指放大器的工作狀態(tài)(直流偏置)、器件參數、電路元件參數等發(fā)生變化時，以及不可避免的一些外界干擾存在時，放大器主要特性的穩(wěn)定程度。

一般不穩(wěn)定現象是中心頻率偏移，通頻帶變窄、諧振曲線變形等；極端不穩(wěn)定情況是放大器的自激(或寄生振蕩)。本課件是可編輯的正常PPT課件

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圖2.3.13共射晶體管Y參數等效電路本課件是可編輯的正常PPT課件

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上式是以保證放大器獲得穩(wěn)定可靠工作的電壓增益，又稱為最大穩(wěn)定增益。

單管共發(fā)高頻放大器的電壓增益由于穩(wěn)定性的限制，不可能做得很高。

至此，可歸納出小信號諧

振放大器的晶體管選擇原則為：為了工作的穩(wěn)定性好，應選擇Cb'c

小的晶體管；為了使靈敏度高，應選擇噪聲系數或噪聲溫度低的晶體管(尤其是高放管)；還應正確選擇晶體管的工作點(獲得高增益、低噪聲)。本課件是可編輯的正常PPT課件

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解決上述不良影響的方法主要有中和法和失配法兩種。

1)中和法

中和法是解決放大器的增益和穩(wěn)定性之間矛盾的一種有效措施。

它的方法是在晶體管的輸入端和輸出端之間引入一個外加的反饋電路(中和電路)，使它的作用與晶體管內部反饋的作用相互抵消。

通常是在輸出回路與晶體管基極之間接入一電容來實現中和作用，該電容亦稱作中和電容。

以圖2.3.14所示的單調諧放大器為例進行分析，圖2.3.15(a)為其交流等效電路。

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圖2.3.14采用中和法的諧振放大器本課件是可編輯的正常PPT課件

從圖2.3.15(a)中可以看出，未加中和電容Cn

時，由于Cb'c

的作用，有反饋電流Ir(內部反饋電流)流進a點(晶體管輸入端)；加Cn

后，由于Cn

的作用引出另一反饋電流(外部反饋電流)In

流出a點。

如果Cn

的值選擇合理，使Ir=In，則兩電流在a節(jié)點正好相互抵消，即∑Ia=Ir-In=0。

這樣引起放大器不穩(wěn)定的內部反饋電流Ir

不會進入晶體管基極，從而消除了晶體管內部的不穩(wěn)定因素的影響。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.15中和法的原理電路本課件是可編輯的正常PPT課件

上述過程可以看做一個電橋平衡的過程，如圖2.3.15(b)所示。

Cb'c、Cn

及回路電感L1

和L2

正好構成一個橋式電路，根據電橋平衡原理，若電橋對邊兩臂的阻抗乘積相等，則cd兩端(放大器輸出端)的電壓不會對ab兩端(放大器輸入)產生影響，即放大器的輸出信號不會反饋到輸入端。

根據電橋平衡條件，有

即本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.14是采用自耦變壓器耦合的連接方法來連接中和電容的。

除此之外也可以采用變壓器耦合的連接方法，即調諧回路接在變壓器的初級，中和電容接在次級。

如圖2.3.16所示。

在這里需注意同名端的位置，應使高頻信號通過變壓器后反相一次，否則不僅不能克服晶體管的內部反饋，反而會起相反的作用。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.16變壓器耦合的中和連接本課件是可編輯的正常PPT課件

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2)失配法

失配法(單向化)的道理很容易理解，當輸出電路嚴重失配時，輸出電壓相應減小，反饋到輸入端的信號就進一步減弱，對輸入電路的影響也隨之減小。

通過增大負載電導，使輸出電路嚴重失配，失配越嚴重，輸出電路對輸入回路的反饋作用就越小，這樣，放大器基本上可以看做是單向化的。

常用的辦法是將兩晶體管按共射-共基方式連接，做成復合管形式。

圖2.3.17為某接收機高頻放大電路，該電路采用了共射—共基組合電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.3.17采用共射—共基組合電路的高頻放大電路本課件是可編輯的正常PPT課件

2.4集中選頻放大器與集成放大器

2.4.1基本組成與特點集中選頻放大器的組成如圖2.4.1所示。

圖2.4.1集中選頻放大器的組成本課件是可編輯的正常PPT課件

與分散選頻式的多能調諧放大器相比，集中選頻放大器有以下特點：

(1)可選用矩形系數接近于1的優(yōu)質濾波器，因而放大器的選擇性好，調整也容易。

(2)變換中心頻率和帶寬方便。

如圖2.4.2所示，只要撥動開關S，即可更換濾波器，從而改變中心頻率和帶寬。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.2中心頻率和寬帶可變的集中選頻放大器本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)溫度穩(wěn)定性好。

分散式選頻放大器中，每個濾波器都與溫度敏感的晶體管相連，因此溫度對濾波特性影響大。

而集中選頻放大器只與濾波器相連的晶體管才對濾波性能產生影響。

如果選用溫度特性好的寬放電路，則溫度穩(wěn)定性就更好。

(4)采用集成的寬放集中放大器，可以縮小電路體積，提高工作可靠性，從而優(yōu)化電路。

(5)易于大規(guī)模生產，成本低。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.4.2集中濾波器

1.陶瓷濾波器

陶瓷濾波器是利用陶瓷片的壓電效應制成的，它的材料一般是鋯鈦酸鋁陶瓷。

制作時，先在陶瓷片的兩面涂上氧化銀漿，然后加高溫使之還原為銀，并且牢固附著在陶瓷片上，形成兩個電極，再經過直流高壓極化后，陶瓷片就有了壓電效應。

所謂壓電效應，就是當有機械力(壓力或張力)作用于陶瓷片時，陶瓷片的表面就會出現等量的正負電荷，稱為正壓電效應。反之，當陶瓷片的兩面加上極性不同的電壓時，陶瓷片的幾何尺寸就會發(fā)生變化(伸長或縮短)，稱為反壓電效應。本課件是可編輯的正常PPT課件

顯然，如果陶瓷片兩個端面上加上交流電壓，陶瓷片就會隨交流電壓極性周期性地變化而產生機械振動，同時由于反壓電效應，陶瓷片兩端面產生極性周期變化的正負電荷，即產生交流電流。

當外加電壓的頻率正好等于陶瓷片固有振動頻率(其值取決于陶瓷片的結構和幾何尺寸)時，將會出現諧振現象，此時機械振動最強，形成的交流電流也最大，這就表明壓電陶瓷片具有與諧振電路相似的特性。本課件是可編輯的正常PPT課件

陶瓷濾波器的等效電路和電路符號如圖2.4.3所示。

圖中，C0

等效于壓電陶瓷片的固定電容值(或稱靜態(tài)電容值)，Lq、Cq、rq

分別等效于陶瓷片機械振動時的慣性、彈性、摩擦損耗。

可見陶瓷濾波器有兩個諧振點：

一個是由Lq、Cq、rq組成的串聯諧振回路，其諧振頻率為

另一個是由Lq、Cq、rq

和C0

組成的并聯諧振回路，其諧振頻率為本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.3陶瓷濾波器的等效電路及電路符號本課件是可編輯的正常PPT課件

通常C0?Cq，所以ωp≈ωq，即兩個諧振頻率相距很近。

當外加信號頻率等于陶瓷濾波器的串聯諧振頻率ωq(或fq)時，會發(fā)生串聯諧振，陶瓷濾波器的等效電抗為0；當外加信號頻率等于陶瓷濾波器的并聯諧振頻率時，會發(fā)生并聯諧振，其電抗為無窮大。

陶瓷濾波器電抗頻率特性曲線如圖2.4.4所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.4陶瓷濾波器的抗頻率特性曲線本課件是可編輯的正常PPT課件

如果用兩個陶瓷片連成如圖2.4.5所示的形式，并適當選擇串臂和并臂濾波器的諧振頻率，即可獲得比較理想的濾波特性。

壓電陶瓷片的厚度、半徑不同時，其等效參數也不相同。

若將不同諧振頻率的若干個壓電陶瓷片組合連接，就可獲得矩形系數接近于1的理想濾波器，如圖2.4.6所示。

圖2.4.7所示為三端陶瓷濾波器的電路符號。

圖2.4.8為一典型三端陶瓷濾波器的傳輸特性(其中心頻率為465kHz)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.5二振子三端陶瓷濾波器本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.6多振子三端陶瓷濾波器本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.7三端陶瓷濾波器電路符號本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.8三端陶瓷濾波器的傳輸特性本課件是可編輯的正常PPT課件

2.石英晶體濾波器

晶體濾波器和陶瓷濾波器一樣，也是利用壓電效應原理制成的。

晶體濾波器的材料是石英晶體。

石英是一種天然礦石，采用切割工藝，按照一定方位將晶體切成薄片，切片的尺寸和厚度隨工作頻率不同而不同。

石英晶片切割加工后，兩面敷銀，再用引線引出，封裝即成。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.聲表面波濾波器

濾波器的基片材料是石英、鈮酸鋰、鈦酸鋇等壓電晶體，經表面拋光后在晶體表面蒸發(fā)上一層金屬膜，并經光刻工藝制成如圖2.4.9(a)所示的兩組相互交錯的叉指形金屬電極，它具有能量轉換的功能，所以稱為叉指換能器。

在聲表面波濾波器中，輸入端和輸出端各有一個這樣的換能器。本課件是可編輯的正常PPT課件

當在一組換能器兩端加上交流信號電壓時，由于壓電晶片的反壓電效應，壓電晶片產生彈性振動，并激發(fā)出與外加信號電壓同頻率的彈性波，即聲波。

這種聲波的能量主要集中在晶體的表面，深度僅為彈性波的一個波長，故稱聲表面波。

叉指電極產生的聲表面波，沿著與叉指電極垂直的方向雙向傳輸，其中一個方向的聲波被吸聲材料吸收，另本課件是可編輯的正常PPT課件

當信號頻率等于叉指換能器的固有頻率ω0

時，換能器產生共振，輸出信號幅度最大，當信號頻率偏離ω0

時，輸出信號幅度減小，所以聲表面波濾波器有選頻作用。

在諧振時，叉指換能器的等效電路可用電容C和電阻R

并聯組成的等效電路來表示，如圖2.4.9(b)所示。

圖2.4.9(c)為聲表面波濾波器的電路符號。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.9聲表面波濾波器的結構示意圖、等效電路及電路符號本課件是可編輯的正常PPT課件

2.4.3集中選頻放大器實例

圖2.4.10(a)給出了用于電視機中放電路的聲表面波濾波器實用電路，圖2.4.10(b)是該電路的中頻放大器的幅頻特性，它是由SAWF來實現的。

經過SAWF中頻濾波以后的圖像中頻(PIF)信號輸入到集成中放電路中，經過三級具有AGC特性的中頻放大級放大后，送到視頻同步檢波器。

從圖2.4.10(b)可看到，采用聲表面波濾波器后，中放電路能夠獲得比LC中頻濾波器更優(yōu)良的幅頻特性。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.10本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.11為彩色電視機中由多個陶瓷濾波器組成的色度信號與伴音信號分離電路。彩色電視機中，從視頻檢波出來的信號同時包含有中頻頻率為6.5MHz、帶寬為130kHz的調頻伴音信號及中頻頻率為4.43MHz、帶寬為1.3MHz的色度信號。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2.4.11彩色電視機色度信號與伴音信號分離電路本課件是可編輯的正常PPT課件

2.5電噪聲與噪聲系數

2.5.1電子噪聲的基本概念在通信設備及高頻儀表中，除了有用信號外，還有許多不需要的信號，一般稱之為干擾及噪聲。

通常將有確定來源、有規(guī)律的外部與內部的無用信號稱為干擾，如50Hz的電源干擾、工業(yè)干擾及無線電波干擾等；將電子線路中某些元器件產生的隨機起伏的電信號稱為噪聲，因為這種信號都是與電子或載流子的電擾動有關，故統稱為電子噪聲。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.電阻的熱噪聲

根據物理學的觀點，構成物質的所有粒子(包括帶電的微粒———自由電子)都處于熱運動狀態(tài)。

一個具有一定電阻值的導體，由于有一定的溫度，導體中的自由電子處于不規(guī)

則的熱運動，通過導體任一截面的自由電子數目是隨時間而變化的，即使在導體兩端無外加電壓，在導體中也會有由于這種熱運動而引起的電流，這種呈起伏狀態(tài)的電流稱為起伏噪聲電流。本課件是可編輯的正常PPT課件

根據熱力學統計理論和實踐證明，在電阻R兩端產生的熱噪聲電動勢的均方值為

式中：K

為波爾茲曼常數，其值為1.38×1023

焦耳/度(絕對溫度)；T

為電阻的絕對溫度(K)，0K=-273℃；Bn

為表示能夠通過接收機(或網絡)的噪聲頻譜寬度，亦稱等效噪聲帶寬。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.電子器件的噪聲

1)電子二極管的噪聲

目前廣泛采用電子二極管作為標準噪聲發(fā)生器，供測試噪聲的儀器使用。

電子二極管的噪聲是一種典型的散粒噪聲。

電子二極管加上一定燈絲電壓后，燈絲(陰極)就發(fā)射電子，當陽極正向電壓足夠大時，陽極電流就達到飽和值。

陽極電流的大小取決于陰極溫度，溫度愈高，陽極電流愈大。

2)晶體二極管的噪聲

同電子二極管一樣，晶體二極管的噪聲主要也是散粒噪聲。

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3)晶體三極管的噪聲

晶體三極管的噪聲問題比較復雜，產生噪聲的原因也比較多，例如有基極體電阻的熱噪聲、載流子運動的散粒噪聲、分配噪聲、渡越噪聲、1/f噪聲等等。

晶體管的噪聲對頻率也不是均勻分布的，在低頻段是隨工作頻率的升高而下降，在某頻段表現為均勻的，超過某頻率又迅速增大。

晶體管的噪聲還與工作狀態(tài)、信號源內阻有關。

總之，計量晶體管的噪聲要以實驗為主，一般計量其總效果，用噪聲系數表示。

晶體管手冊中，通常給出某頻段和某工作狀態(tài)時的噪聲系數。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.噪聲系數與噪聲溫度

從效果來看，一個實際線性網絡的噪聲性能好壞，可以用它的輸出噪聲電平大小或輸出信噪比的高低來衡量。

而實際上，這兩個參量并不能真正反映網絡本身的噪聲性能。首先，網絡的輸入端總要與信號源相連，因此網絡的輸出噪聲中，不僅有網絡本身的，也有來自信號源內阻的熱噪聲。

其次，網絡輸出端的信噪比總是與輸出信號強度有關，而輸出信號強弱又與輸入信號強度和網絡增益等特性有關。

再次，在由多個網絡組成的系統中，單純考慮整個系統的輸出信噪比，并不能說明各個網絡對此信噪比的影響程度，也就不能確切地掌握改進整個系統輸出信噪比的方向。本課件是可編輯的正常PPT課件

1)噪聲系數的定義

圖2.5.1所示為一線性四端網絡，其中Si為網絡的輸入信號功率，Ni為網絡的輸入噪聲功率(信號源內阻RS

產生的噪聲)，So為網絡的輸出信號功率(So=KP·Si)，No

為網絡的輸出噪聲功率，NA

為網絡內部噪聲在輸出端產生的功率。圖2.5.1線性四端網絡本課件是可編輯的正常PPT課件

對于一個線性四端網絡，其噪聲系數

NF

的定義如下：

即當網絡輸入端接上一個標準信號源時，它的輸入端信噪比與輸出端信噪比之比值，就稱為該網絡的噪聲系數。本課件是可編輯的正常PPT課件

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2)噪聲溫度

在許多情況下，特別是在低噪聲系統中，如衛(wèi)星通信地面站的接收機中，常用噪聲溫度Te

而不用

NF

來表示設備的噪聲性能。

Te

的定義是：假設實際網絡內部的噪聲功率

NA

是由信號源內阻RS

的熱噪聲所產生的，此時RS

的溫度即為Te。

利用式(2.5.3)和式(2.5.4)可得到：

或本課件是可編輯的正常PPT課件

2.5.2多級線性放大器的噪聲系數

設兩級放大器的噪聲如圖2.5.2所示，每一、二級的額定功率增益、噪聲系數、內部噪聲分別為

KPM1、NF1、NA1

和

KPM2、NF2、NA2，KTBn是信號源內阻的熱噪聲輸送給放大器的額定功率。

設等效噪聲頻帶為Bn。圖2.5.2兩級線性放大器的噪聲本課件是可編輯的正常PPT課件

當兩級放大器沒有連接時，由式(2.5.4)可知，第一級放大器的噪聲系數為

式中，NoM1由兩部分組成：一是被放大了的輸入噪聲功率；二是放大器本身的內部噪聲在輸出端產生的噪聲功率

NA1，則有

所以本課件是可編輯的正常PPT課件

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由上式可見，多級線性放大器總的噪聲系數主要取決于前一、二級，而和后面各級的噪聲系數幾乎沒有關系。

這是由于前兩級放大器的內部噪聲被放大的倍數大，它在輸出端總噪聲中所占的比重大，所起的作用也大。

因此，在多級線性放大器中，最關鍵的是第一級，不僅要求它的噪聲系數小，而且要求它的功率增益盡可能高。

我們在超外差接收機中設置高頻放大器，其重要原因之一就在于此。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.5.3減小噪聲系數的方法

根據上面的分析，可得出如下幾種減小噪聲系數的方法：

(1)合理選擇晶體管及其電路。

(2)合理確定設備的通頻帶。

(3)合理選擇信號源內阻。

(4)降低放大器的工作溫度。

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小

結

1.串聯諧振電路是指將電感、電容、信號源三者串聯連接；并聯諧振回路是指將電感、電容、信號源三者并聯連接。

它們的共同點如下：本課件是可編輯的正常PPT課件

2.串聯諧振電路和并聯諧振回路的不同點如下：

(1)串聯諧振回路諧振時，其電感和電容上的電壓為信號源電壓的Q

倍，為電壓諧振；并聯諧振回路諧振時，電感和電容支路的電流為信號源電流的Q倍，為電流諧振。

(2)串聯諧振回路失諧，當f>f0

時，回路呈感性，f<f0

時，回路呈容性；并聯諧振回路失諧，當f>f0

時，回路呈容性，f<f0時，回路呈感性。

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(3)串并聯阻抗互換時，

(4)回路采用抽頭接入的目的是減小負載和信號源內阻對回路的影響，由部分折合到回路的全部時，等效電阻提高1/p

2

倍，即采用抽頭接入時，回路的Q值提高了。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性兩個質量指標衡量。

矩形系數可以衡量實際幅頻特性接近理想幅頻特性的程度，矩形系數越接近1，則選擇性越好。

4.高頻小信號放大器由于信號小，可以認為工作在晶體管的線性范圍內，所以常采用等效電路法進行分析。Y

參數和π型等效電路是描述晶體管工作狀況的重要等效模型。為計算方便，常使用Y

參數等效電路對放大器的性能指標進行計算，Y

參數不僅與靜態(tài)工作點有關，還會隨工作頻率的變化而變化。本課件是可編輯的正常PPT課件

5.高頻小信號諧振放大器的主要性能指標是：增益、通頻帶、矩形系數、波段平穩(wěn)度、帶寬增益積等。

6.為了克服自激，常采用中和法和失配法。

7.噪聲系數的概念為我們設計電路提供了理論指導。

噪聲系數的大小反映了系統內部噪聲的大小。本課件是可編輯的正常PPT課件第3章高頻諧振功率放大器3.1概述3.2高頻功率放大器的工作原理3.3高頻功率放大器的工作狀態(tài)分析3.4高頻功率放大器的實際線路3.5倍頻器小結本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1概

述

高頻諧振功率放大器(簡稱高頻功放)的主要功用是放大高頻信號，并且以高效輸出大功率為目的。

它主要應用于各種無線電發(fā)射機中。

發(fā)射機中的振蕩器產生的信號功率很小，需要經多級高頻功率放大器才能獲得足夠高的功率，送到天線輻射出去。

高頻功放的輸出功率范圍，可以小到便攜式發(fā)射機的毫瓦級，大到無線電廣播電臺的幾十千瓦甚至兆瓦級。本課件是可編輯的正常PPT課件

放大器工作在什么狀態(tài)，直接影響到其能量轉換效率。

由先修課程可知，低頻功率放大器(簡稱低頻功效)可以工作在甲(A)類狀態(tài)，也可以工作在乙(B)類狀態(tài)，或甲乙(AB)類狀態(tài)。

乙類狀態(tài)要比甲類狀態(tài)效率高(甲類ηmax=50%；乙類ηmax=78.5%)。

為了提高效率，高頻功率放大器多工作在丙(C)類狀態(tài)。

為了進一步提高高頻功率放大器的效率，近年來又出現了D類、E類和S類等開關型高頻功率放大器。

本章主要討論丙類功率放大器的工作原理。本課件是可編輯的正常PPT課件

由于高頻功放通常工作在丙類，屬于非線性電路，因此不能用線性等效電路分析，工程上通常采用圖解法(折線法)分析，即用折線段來近似表示電子器件的特性曲線，然后對放大器的工作狀態(tài)進行分析計算。

折線法的物理概念清楚，分析問題也很清楚，但計算準確度較低。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2高頻功率放大器的工作原理

3.2.1電路組成及工作原理諧振功率放大器一般工作在發(fā)射機的末級或末前級，以保證輸出信號有較大的功率，并通過天線有效地輻射出去。

圖3.2.1為某高頻功放的實際電路圖。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.2.1高頻功放的實際電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

高頻功放主要由以下部分組成：

(1)晶體管：它是電路中的能量轉換器件，控制直流能量向交流能量的轉換。

(2)電源：高頻功放一般包括兩個電源，即基極電源EB和集電極電源EC。

基極電源EB

是為了設置合理的工作狀態(tài)，保證晶體管工作在丙類狀態(tài)；EC

提供直流能量。

(3)饋電電路：保證直流電源能饋送到晶體管各電極，同時防止交流信號進入直流電源。

饋電電路包括基極饋電(由L1、C1、C2

構成)和集電極饋電(由L2、C3、C4

構成)。饋電的形式多種多樣，根據具體的需要可選用不同的饋電形式，詳細內容將在后面敘述。本課件是可編輯的正常PPT課件

(4)耦合回路：主要作用是高效地傳輸高頻信號能量，濾除諧波成分，實現阻抗匹配。

高頻功放的輸入端和輸出端均有耦合回路。

輸入端的耦合回路為高頻功放提供激勵；輸出端的耦合回路就是晶體管集電極的負載，所以輸出端的耦合回路又叫做輸出回路(由C5、C6、L3、L4、L5、CA、RA

構成)，輸出回路應調諧在所需要的輸出頻率上，并且諧振回路的諧振阻抗應滿足工作狀態(tài)對負載阻抗的要求。

輸出回路由中介回路(L3、C5)和天線回路(L4、C6、L5)構成。

CA、RA

為等效的天線阻抗。本課件是可編輯的正常PPT課件

為了分析方便，由圖3.2.1所示的實際電路可以得到高頻功放的原理電路，如圖3.2.2所示。

除電源和偏置電路外，它還包含晶體管、諧振回路和輸入回路三部分。

高頻功放中常采用平面工藝制造的NPN高頻大功率晶體管，它能承受高電壓和大電流，并有較高的特征頻率fT。

晶體管作為一個電流控制器件，它在較小的激勵信號電壓作用下，形成基極電流ib，ib

控制了較大的集電極電流ic，ic

流過諧振回路產生高頻功率輸出，從而完成了把電源的直流功率轉換為高頻功率的任務。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.2.2高頻功放的原理電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

為了使高頻功放高效地輸出大功率，常選在C類狀態(tài)下工作。

為了保證在C類狀態(tài)下工作，基極偏置電壓EB

應使晶體管工作在截止區(qū)，一般為負值，即靜態(tài)時發(fā)射結為反偏。此時輸入激勵信號應為大信號，一般在0.5V以上，可達1~2V，甚至更大。

也就是說，晶體管工作在截止和導通(線性放大)兩種狀態(tài)下，基極電流和集電極電流均為高頻脈沖信號。

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高頻功放選用諧振回路作負載，既保證輸出電壓相對于輸入電壓不失真，還具有阻抗變換的作用，這是因為集電極電流是周期性的高頻脈沖，其頻率分量除了有用分量(基波分量)外，還有諧波分量和其他頻率成分，用諧振回路選出有用分量，將其他無用分量濾除；通過諧振回路阻抗的調節(jié)，從而使諧振回路呈現高頻功放所要求的最佳負載阻抗值，即匹配，使高頻功放高效地輸出大功率。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2.2晶體管特性的折線化分析方法

為了對高頻功放進行計算，通常采用折線法對晶體管的轉移特性和輸出特性曲線進行處理，即將轉移特性曲線和輸出特性曲線用折線來近似代替，如圖3.2.3所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.2.3晶體管特性曲線折線化本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.2.3(a)為折線化后的晶體管轉移特性。

由該圖可見，晶體管在放大區(qū)的轉移特性可用一條交橫軸于E'B且斜率為gc

的直線表示，函數式為

式中：E'B為晶體管導通電壓(硅管為0.5~0.7V；鍺管為0.2~0.3V)；gc

為晶體管跨導。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2.3輸出電流及電壓

1.集電極余弦脈沖電流的傅里葉分析

將晶體管的轉移特性折線化近似后，電流波形如圖3.2.4所示。圖3.2.4轉移特性折線化后的ic波形本課件是可編輯的正常PPT課件

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由圖3.2.4可見，高頻功放的集電極電流為周期性的余弦脈沖，且余弦脈沖電流ic

的大小和形狀由最大值icmax

和導通角θ決定。

利用傅里葉級數將ic

展開可得本課件是可編輯的正常PPT課件

將式(3.2.8)代入上面各積分式，積分后可得本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.2.5余弦脈沖分解系數、波形系數與θ的關系曲線本課件是可編輯的正常PPT課件

2.電流、電壓波形

由以上分析可知，高頻功放的輸出電流ic

為周期性余弦脈沖電流，那么輸出電壓是否也是余弦脈沖電壓呢?不是，因為晶體管的負載是

LC

并聯諧振回路，這是一個選頻網絡。

對直流和高次諧波電流分量而言，LC并聯諧振回路呈現的阻抗近似為零，因此，這些電流分量在諧振回路上無電壓輸出；對基波電流分量而言，如果LC

并聯諧振回路的固有諧振角頻率ω0

和基波分量的角頻率ω

相同，即ω0=ω，則LC諧振電路對于基波分量是諧振的，在諧振回路兩端產生較大的電壓：本課件是可編輯的正常PPT課件

集電極、發(fā)射極之間的電壓為

圖3.2.6給出了uBE、ic、uf和uCE

的波形圖。

由該圖可以看出，當集電極回路調諧時，uBEmax、icmax、uCEmin

是同一時刻出現的，θ越小，ic

越集中在uCEmin附近，故損耗將減小，效率得到提高。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.2.6諧振功率放大器的電壓和電流波形本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2.4功率和效率分析本課件是可編輯的正常PPT課件

在高頻功率放大器中，集電極效率ηc

是一個非常重要的指標。

提高ηc

不僅可以使設備充分利用，節(jié)省能源，更重要的是可以增大輸出功率，增加功放管的安全性。

由圖3.2.5所示，θ

越小，g1越大，效率越高。

但當θ

很小時，g1

增加不多，且造成α1(θ)減小，使輸出功率減小，因此為了兼顧功率和效率。

丙類功率放大器的導通角一般在60°~90°內選擇。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.3高頻功率放大器的工作狀態(tài)分析

3.3.1高頻功率放大器的動態(tài)特性當高頻功放加上信號源及負載阻抗時，晶體管電流(主要指i

)與電極電壓uBE

及uCE的關系曲線，即稱為高頻功放的動態(tài)特性。

借助于動態(tài)特性曲線，可求出三種狀態(tài)下的ic波形。

當放大器工作于諧振狀態(tài)時，其外部電路的關系為本課件是可編輯的正常PPT課件

要繪制動態(tài)特性曲線，只需取不同的ωt的值，比如分別取ωt=0°，1°，2°…，計算出對應的uBE、uCE

的值，在晶體管輸出特性曲線上描繪出不同uBE、uCE

值所對應的ic

的值，然后逐點相連，即可得到動態(tài)特性曲線。

但這種方法比較繁瑣，適合計算機繪圖。

其實，當LC

諧振回路諧振時，可以證明，ic~uCE

坐標平面上的動特性曲線方程在晶體管導通期間是一條直線方程，因此在畫晶體管導通期間動態(tài)特性時，只需求兩個特殊點(A、B點)即可。

而晶體管截止時，由于ic=0(忽略ICE0)，其動態(tài)特性在橫軸上變化，只需求一個最大變化點C即可。

將A、B、C三點相連，就可以畫出高頻功放完整的動態(tài)特性曲線，如圖3.3.1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.3.1高頻功放的動態(tài)特性本課件是可編輯的正常PPT課件

三個特殊點的具體求法是，在式(3.3.1)中，ωt分別取三個不同特殊值，即

當ωt=0時，

即得A點坐標。

當ωt=θ

時，

即得B

點坐標。本課件是可編輯的正常PPT課件

當|ωt|≥θ時，晶體管進入截止區(qū)域，集電極電流ic=0，動態(tài)特性曲線的工作點在橫軸uCE

上隨ωt的變化而移動。

當ωt=180°時，uCE=uCEmax=EC+Ufm，即為C點位置。綜上所述，高頻功放的動態(tài)特性與EB、EC、Ubm

、Ufm(RC)有關，也就是ic

波形與EB、EC、Ubm

、Ufm(Rc)有關。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.3.2高頻功率放大器的工作狀態(tài)

前面提到，要提高高頻功放的功率、效率，除了工作于C

類狀態(tài)外，還應該提高電壓利用系數ξ=Ufm/EC，也就是加大Ufm，這是靠增加Rc實現的。

現在討論Ufm

由小到大變化時，動態(tài)特性曲線的變化。

圖3.3.2表示在三種不同Ufm

時，所對應的三條動態(tài)特性曲線及相應的電流、電壓波形。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖3.3.2ic

與Ufm(Rc)的關系曲線本課件是可編輯的正常PPT課件

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2.臨界狀態(tài)

當Ufm

增大到Ufm=U'fm

時，A

點移至A'