射频模拟电路-No2-第一章(1).ppt

1、电子科技大学 电子工程学院 电子科技大学电子科技大学 2第第1章章 选频放大器选频放大器要点要点 串并联谐振回路的主要特性串并联谐振回路的主要特性两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换了解双调谐耦合谐振回路了解双调谐耦合谐振回路高频小信号谐振放大器的基本要求晶体管高频小信号的等效电路模型和参数调谐回路放大器及其级联谐振功率放大器的原理谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的种类、电路构成及匹配网络 电子科技大学电子科技大学 3第第1章章 选频放大器选频放大器简介简介 1、实际的通信系统均是有仅仅具有一定带宽的、实际的通信系统均是有仅仅具有一定带宽的频谱资源的概念。频

2、谱资源的概念。2、谐振放大器：将低频模拟电路中的阻性负载、谐振放大器：将低频模拟电路中的阻性负载RL用谐振回路代替！用谐振回路代替！谐振放大器谐振放大器又称：又称：选频放大器选频放大器构成：构成：小信号谐振放大器：处理小信小信号谐振放大器：处理小信号，如接收机。号，如接收机。谐振功率放大器：处理大信号，谐振功率放大器：处理大信号，如手机基站，电视发射塔。如手机基站，电视发射塔。选频网络选频网络* LC谐振回路谐振回路最基本的选频回路，收音机、最基本的选频回路，收音机、 电视机上使用广泛电视机上使用广泛* 滤波器：滤波器：LC、晶体、晶体、SAW、介质、同轴、腔体、介质、同轴、腔体 、1-1 谐

3、振电路的基本特性谐振电路的基本特性 v主要内容：主要内容： 串并联谐振回路（简单谐振回路）的主要特性 两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换 了解双调谐耦合谐振回路v作用：作用： 选频、滤波、作负载、移相网络、相频转换网络 电子科技大学电子科技大学 4 电子科技大学电子科技大学 51-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 1、电路：由信号源、电容、电路：由信号源、电容C、电感、电感L构成构成。2、适用情况：信号源内阻、适用情况：信号源内阻Rs小（恒压源）以及负载电阻小（恒压源）以及负载电阻RL不太大不太大 的情况：的情况： 有载品质因数有载品质因数QL不能够太小不能够太小 回路具有较

4、好的选择性！回路具有较好的选择性！其中r：代表电感L的损耗电阻 电子科技大学电子科技大学 61-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 1()ZrjLrjXC1XLC阻抗3、谐振条件：电抗其中： 电子科技大学电子科技大学 71-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 ( (初相角为零初相角为零) )tVvSscossSvV SSVV11()()jSSsVVvII eZrjLrjLCC221()SVIrLC模相角Xarctgr 回路电流 (复数) ：设设 电子科技大学电子科技大学 81-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 X 电子科技大学电子科技大学

5、 91-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 若令LC10那么，当0时，有0100CL此时回路电抗X=0，回路电流00()SSSVII VVr最大，电路谐振。因此：LC10称为串联谐振电路的谐振频率 电子科技大学电子科技大学 101-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 定义品质因数：001LQr实际工程电路中，总是满足rL 0 品质因数反映了回路中平均储能与平均耗能之间的关系 电子科技大学电子科技大学 111-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 000SLSVVjLjQ Vr谐振时电感、电容两端的电压：电感L：电容C：谐振时电感线圈上的电压大

6、小和电容两端的电压大小均为信号源电压的 倍。 0Q因此串联谐振称为电压谐振电压谐振00020011SCSSLVVjVjQ VjC rrLC 电子科技大学电子科技大学 121-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 1()1()rj Lj CZrjLC阻抗工程中总是满足 rL 111()()LCZCrrjLjCCLL 电子科技大学电子科技大学 131-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 LCB111()PCrYjCGjBZLLPCrGL其中 电子科技大学电子科技大学 141-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 并联谐振回路的端电压：11()()j

7、sssPIIIVV eCrYGjCjCLLL221()sPIVGCLPBarctgG 电子科技大学电子科技大学 151-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 B 电子科技大学电子科技大学 161-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的谐振电阻 CrLGRPP1定义并联谐振回路的谐振频率LCP1此时10BCLPPRCrLZ，并联谐振回路阻抗为纯电阻，并且其模的值达到最大。 电子科技大学电子科技大学 171-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的品质因数 rLQPPrLP21PPPPPPPPPPPPCRCCRRLC

8、QCRGL注意，这些等式成立的条件是：结合 可以得到并联谐振品质因数的几个变形：CrLGRPP1 电子科技大学电子科技大学 181-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 SPSPILVIGCr并联谐振时的端电压 谐振时流过电容和电感的电流 1/CPPPSPSPLIVjCIjQ IjCCr21PPCPsPsPPVLIIjQ IrjLjLCr 谐振时流过电感线圈和电容上的电流大小均为信号源电压的 倍。因此并联谐振称为电流谐振电流谐振电容C：电感L：PQ1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 19品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。tI

9、im0sinLC10设设其中其中1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 20m0000I1sin-costCmVItdttCC电容两端的电压电容两端的电压电容上存储的能量电容上存储的能量22222mCC0m0220I111WCCcosLI cos22C2Vtt电感上存储的能量电感上存储的能量222011sin22LmWLiLIt系统存储的总能量系统存储的总能量212LCmWWWLI1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 21电阻消耗的平均功率电阻消耗的平均功率221()22mRmIPrI r20001/2=2/2RRRRm

10、PWP TPfI r一个周期中电阻消耗的能量一个周期中电阻消耗的能量1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 222002011121222/2mRmLILWQWrI r02Q系统储能每个周期的系统耗能系统储能与周期耗能的比系统储能与周期耗能的比因此品质因素因此品质因素001LLLCQrrrLC进一步将进一步将 代入品质因素的表达式，得代入品质因素的表达式，得01LC1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 23 定义特性阻抗 CL那么那么v品质因素品质因素 特征阻抗反映了系统存储能量的能力，而电阻r则反映了系统消耗能量的能力

11、 在线圈损耗相同的条件下，Q正比于特性阻抗 为了保证高Q值，谐振回路必须保证足够的电感量 为了保证电路稳定，谐振回路电容不能太小0Qr1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学电子科技大学 24为了更好的描述简单谐振电路的频率特性，定义为了更好的描述简单谐振电路的频率特性，定义参数：参数：归一化抑制比归一化抑制比v 在串联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率在串联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率下的回路电流与谐振时回路电流的比值下的回路电流与谐振时回路电流的比值v 在并联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率在并联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率下的回

12、路端电压与谐振时回路端电压的比值下的回路端电压与谐振时回路端电压的比值1-1-4归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐串联谐振归一化抑制比串联谐振归一化抑制比 电子科技大学电子科技大学 250000200000001()1()1111()1()11()SSVrjLIrCIVrrjLCLjjQrLCLCjQ 1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐并联谐振归一化抑制比并联谐振归一化抑制比 电子科技大学电子科技大学 261/()1/()11111()1()11()SPPSPPPPPPPPPIGjCGVLVIGGjCLLLCjCjCrLrCCLjQ 1-1-4 归一化抑制比与广

13、义失谐归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学电子科技大学 27)(ppPQ011PIVjIV)(000 Q串联谐振与并联谐振的归一化抑制比具有相同的形式，串联谐振与并联谐振的归一化抑制比具有相同的形式，为了进一步定义为了进一步定义广义失谐系数广义失谐系数串联谐振广义失谐系数串联谐振广义失谐系数并联谐振广义失谐系数并联谐振广义失谐系数21|1|jearctg 0.40.60.811.21.41.600.20.40.60.81归一化频率(/0)归一化抑制比(|)归一化抑制比幅频特性 Q = 5Q = 10Q = 151-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐v归一化抑制比的意义归一化抑

14、制比的意义（幅频）（幅频） 适用于任何一种简单的谐振回路 只与频率和品质因素有关，其最大值始终为1 曲线的锐度只与Q值相关，Q值越大，曲线越尖锐 电子科技大学电子科技大学 2800.511.52-2-1.5-1-0.500.511.52归一化频率(/0)归一化抑制比()归一化抑制比相频特性 Q = 5Q = 10Q = 151-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐v归一化抑制比的意义归一化抑制比的意义（相频）（相频） 任何一种简单谐振回路相频特性一样 谐振时回路的电流（电压）相移为零 相频特性的陡度与Q值有关，Q值越大，曲线越陡 电子科技大学电子科技大学 291-1-4 归一化

15、抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐v广义失谐广义失谐 广义失谐与相对频率偏移成正比 相频特性的陡度与Q值有关，Q值越大，曲线越陡 广义失谐实际上就是回路阻抗虚部跟实部的比 电子科技大学电子科技大学 300000000000000022()1/()1/()PPPPPPfQQQQfLLCXrrrCCLBGGG 实际工作中工作频率总是接近谐振频率的，实际工作中工作频率总是接近谐振频率的，因此因此 电子科技大学电子科技大学 311-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性0.40.60.811.21.41.600.20.40.60.81归 一 化 频 率 (/0)归一化抑制比(|)

16、谐 振 回 路 通 频 带 0.7072f0.52f0.7070.51.0 定义谐振回路的定义谐振回路的3dB带宽为带宽为 定义谐振回路的定义谐振回路的6dB带宽为带宽为0.7072 f0.52 f 电子科技大学电子科技大学 321-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性20.7070011|221 ()fQf00.70702ffQ 根据根据3dB带宽的定义，有带宽的定义，有 从而从而3dB带宽带宽 因此因此3 dB带宽与谐振回路品质因素成反带宽与谐振回路品质因素成反比，品质因素越高，比，品质因素越高，3dB带宽越窄带宽越窄10000.20.40.60.81归一化频率(/0)

17、归一化抑制比(|)谐振回路矩形系数 0.7070.12f0.7072f0.1 电子科技大学电子科技大学 331-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性 谐振回路的选择性是谐振回路的选择性是指选择有用信号排除指选择有用信号排除干扰信号的能力干扰信号的能力 定义定义矩形系数矩形系数0.10.10.70722rfKf0.010.010.70722rfKf 电子科技大学电子科技大学 341-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性v矩形系数是描述谐振回路（滤波器）选频能力的矩形系数是描述谐振回路（滤波器）选频能力的一个重要概念，一个重要概念，Kr1v矩形系数矩形系数K

18、r越接近于越接近于1，选频能力越好，选频能力越好v对于简单回路，矩形系数与对于简单回路，矩形系数与Q值无关值无关200.1200.1001|0.1210121 ()ffQfQf 200.100.100.707010129.952rffQKffQ 是一个常数是一个常数 电子科技大学电子科技大学 351-1-5 有载品质因素有载品质因素QL 串联型谐振回路有载品质因数 0000LSLSLSLLQRRrLrRRrrrQQRRr 电子科技大学电子科技大学 361-1-5 有载品质因素有载品质因素QL 并联型谐振回路有载品质因数 1()1()()LPPSLPPSLPPPPPPSLQL GGGGGGGLG

19、GQQGGG0.40.60.811.21.41.600.20.40.60.81归 一 化 频 率 (/0)归一化抑制比(|)谐 振 回 路 通 频 带 QL = 5Q0 = 100.7072f0.7072f0.7071-1-5 有载品质因素有载品质因素QL v有载品质因素有载品质因素 有载品质因素QL总是小于空载品质因素Q0 由于QL1，那么 电子科技大学电子科技大学 412121LRRQ21211LXXQ221(1)LRQR2121(1)LXXQ21121(1)LXXXQ22211(1)LLRQRQ R 电子科技大学电子科技大学 421-1-6 串并联阻抗互换串并联阻抗互换 LCRPISLC

20、rIS222221()pPPLLLLLLCRQ rrrrrCr1-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系采用部分接入一方面可采用部分接入一方面可降低信号源内阻及负载降低信号源内阻及负载电阻对谐振回路的影响电阻对谐振回路的影响，提高回路的有载品质，提高回路的有载品质因素；另一方面也可进因素；另一方面也可进行阻抗匹配。行阻抗匹配。 电子科技大学电子科技大学 43 电子科技大学电子科技大学 441-1-7 电感抽头时阻抗的变比关系电感抽头时阻抗的变比关系忽略电感忽略电感L1与与L2之间的互感，那么总的电感量之间的互感，那么总的电感量L= L1 +L2图图(a)可以看成一个由可以看成

21、一个由L、r、C 组成的串联谐振电路，从组成的串联谐振电路，从而谐振频率而谐振频率01LC 电子科技大学电子科技大学 451-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系于是于是0010LC010201()0LLC010110LC其中其中11LCCL串联谐振电路串联谐振电路(a)可以用并联谐振电路可以用并联谐振电路(b)来等效电路来等效电路(b)的谐振频率的谐振频率0P 电子科技大学电子科技大学 461-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系谐振时从端口谐振时从端口ab看进去的阻抗看进去的阻抗21111112221()()()abPpabPLLLLZRLC rLCrC

22、rLLLLZQ rrrLCr谐振时从端口谐振时从端口db看进去的阻抗看进去的阻抗dbPLZRCr 电子科技大学电子科技大学 471-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系定义定义接入系数接入系数1LpL从而谐振时从而谐振时2abdbZp Z由低抽头(Zab)向高抽头(Zdb)转换时，等效阻抗提高 倍。反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至 倍。 21p2p 电子科技大学电子科技大学 481-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系112NpNN2abPZp R21NpN2inPZp R 电子科技大学电子科技大学 491-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头

23、时阻抗的变比关系1212CCCCC01LCdbPLZRCr220121()PPLPLL CrrRRrQRLC L 电子科技大学电子科技大学 501-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系C2abZaLbC2abZaLb谐振时谐振时22212022121()abLdbCLCZQ rrZC rC rCC因此接入系数因此接入系数112CpCC 电子科技大学电子科技大学 511-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbLaCRPbLRSR S21SSRRP 电子科技大学电子科技大学 521-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbL

24、aCRPbLVS，vs1SSVVp222SSppVVRp R 电子科技大学电子科技大学 531-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbISLaCRPbLIS，SSIpI 22SpSpIRI p R 电子科技大学电子科技大学 541-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbISLaCRPbLIS，SSIpI 22SpSpIRI p R1-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路v简单调谐回路元件少、结构简单，但是矩形系数简单调谐回路元件少、结构简单，但是矩形系数远大于远大于1，选频能力差，选频能力差v使用两个或两个以上的简单谐振回路通

25、过一定形使用两个或两个以上的简单谐振回路通过一定形式的耦合，可以有效提高选频能力，这种回路称式的耦合，可以有效提高选频能力，这种回路称为为耦合谐振回路耦合谐振回路v两个简单调谐回路的耦合谐振回路称为两个简单调谐回路的耦合谐振回路称为双调谐耦双调谐耦合谐振回路合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 55 电子科技大学电子科技大学 561-1-8双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路的两种基本形式双调谐耦合谐振回路的两种基本形式互感耦合靠互感耦合靠M，M变化回路谐振频率也变化变化回路谐振频率也变化互容耦合靠互容耦合靠CM，一般，一般CM C1 ， CM C2 ， 因此因此CM对回路谐

26、振频率影响较小对回路谐振频率影响较小根据耦合程度可分为：强、临界、弱三种种耦合根据耦合程度可分为：强、临界、弱三种种耦合 电子科技大学电子科技大学 571-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路定义定义耦合系数耦合系数121122XkX X其中其中12X表示耦合元件电抗表示耦合元件电抗11X表示与耦合元件同性质的初级回路中的总电抗表示与耦合元件同性质的初级回路中的总电抗22X表示与耦合元件同性质的次级回路中的总电抗表示与耦合元件同性质的次级回路中的总电抗 电子科技大学电子科技大学 581-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路互感耦合：互感耦合：12MkL L若若12LLL则则Mk

27、L互容耦合：互容耦合：12()()MMMCkCCCC若若12CCC则则MCkC且且MCC 电子科技大学电子科技大学 591-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路定义定义耦合因子耦合因子LkQ双调谐次级回路的归一化抑制比双调谐次级回路的归一化抑制比22222(1)41-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路v耦合因子耦合因子 时，归一化抑制比曲线出现两个时，归一化抑制比曲线出现两个值为值为1的峰，并且关于的峰，并且关于 对称，此时双调谐耦合对称，此时双调谐耦合称为称为强耦合强耦合。v耦合因子耦合因子 时，归一化抑制比曲线只有一个峰时，归一化抑制比曲线只有一个峰，并且其峰值为，并且其

28、峰值为1，此时双调谐耦合称为，此时双调谐耦合称为临界耦合临界耦合。v耦合因子耦合因子 时，归一化抑制比曲线也只有一个时，归一化抑制比曲线也只有一个峰，并且其峰值小于峰，并且其峰值小于1，此时双调谐耦合称为，此时双调谐耦合称为弱耦弱耦合合，在实际电路中基本不会出现这种情况。，在实际电路中基本不会出现这种情况。 电子科技大学电子科技大学 6010111-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 61v临界耦合的通频带与矩形系数临界耦合的通频带与矩形系数0.70722220221=2(1)4LfQf，当时，000.70722LLfffQQ通频带通频带矩形系数矩形系数0.

29、10.10.70724.463.159.9522rfKf1-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 62v强耦合的通频带与矩形系数强耦合的通频带与矩形系数0.70702222max21=221(1)402.412LfQf当时，当时，000.707max23.1LLfffQQ通频带通频带矩形系数矩形系数0.10.10.70727.32.359.9523.1rfKf1-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 63v与简单调谐回路相比，双调谐回路与简单调谐回路相比，双调谐回路 更宽的通频带更宽的通频带 更好的矩形系数，也就是更好的频率选择性更好的矩形系数，也就是更好的频率选择性 更多的元件和更复杂的结构更多的元件和更复杂的结构第一次作业第一次作业 电子科技大学电子科技大学 641-11-41-51-61-71-9