整套课件教程：高频电子线路.ppt

1、目录 第1章绪论 1.1信息技术 1.2无线通信系统 1.3本课程的特点 第2章高频小信号放大器 2.1概述 2.2高频小信号放大器的功能 2.3分析小信号放大器的有关知识下一页目录 2.4小信号谐振放大器 2.5各种滤波组件 2.6谐振放大器的制作、调试和检测 第3章高频功率放大器 3.1概述 3.2高频功率放大器的工作原理及特性分析 3.3谐振功率放大器电路 3.4宽带高频功率放大器 3.5高频功率放大器的制作、调试与检测下一页上一页返回目录 第4章幅度调制与解调电路 4.1概述 4.2幅度调制电路 4.3幅度解调电路 4.4混频器 4.5幅度调制和解调电路的制作、调试及检测下一页上一页返

2、回目录 第5章角度调制与解调电路 5.1概述 5.2角度调制 5.3调频电路 5.4调频波的解调 5.5角调制与解调电路的制作、调试和检测下一页上一页返回目录 第6章反馈控制电路 6.1概述 6.2自动增益控制电路 6.3自动频率控制电路 6.4自动相位控制环路 6.5反馈控制电路的制作、调试和检测下一页上一页返回目录 第7章高频电子技术实训 7.1调幅收音机组装与调试 7.2无线调频话筒制作上一页返回高频电子线路前言 本书为满足高等院校电子及通信专业教育的需要,针对高校学生的特点,系统地介绍了高频电子技术的基本原理、基本性能和实践方法。作为高等教育的电子及通信专业的一门核心技术课教材,在本书

3、的编写中考虑了以下原则与特点。符合高等教育特点,考虑培养学生具有一定的持续发展能力,加强实用性和实践性。既讲述通信系统的基本知识和基本原理,又介绍新技术、新发展;注重通信技术在实际系统中的应用,注意吸收新技术和新的通信系统内容;讲述由浅人深,简明透彻,概念清楚,重点突出;着重基本概念、基本原理的阐述,减少不必要的数学推导和计算。下一页返回前言 教材的宏观体系是:先基础知识,后系统介绍。每章后均设有小结和习题。第7章为高频电子电路应用,设有调幅收音机和无线调频话筒的制作;每章的后面都有本章主要电路的制作、调试和检测的实践内容,其电路参数均为验证后正常工作参数,可根据实际教学条件取舍实践内容。这样

4、既便于教师组织教学,又利于学生自己动手实践。本书参考学时为64学时,外加12周实践教学,选用本书作为教材可根据课程设置的具体情况、专业特点和教学要求的侧重点不同进行自由取舍,灵活讲授。下一页上一页返回前言 本书有针对性地认真分析解决目前高频电子技术教学中存在的各种问题,积极探索,增加计算机在高频电子技术教学中应用的广度和深度,彻底地改革传统的教学模式和教学方法,重新定位培养目标、教学重点和教学内容,使高频电子技术教学跟上全国高频电子技术教育教学改革和发展的步伐,更加贴近各个专业发展的实际要求,为提高其教学质量奠定一个坚实可靠的基础。下一页上一页返回前言 本书既适于各类高校通信及电子等专业作为教

5、材选用,也可作为高等技术教育独立本科院校有关专业的教材。本书由谭琦耀担任主编并编写前言、第1章和第2章,韦忠善担任第二主编并编写第7章,卢勇威、兰建扬、陈洁萍、徐世举担任副主编,并由兰建扬编写第5章,陈洁萍编写第6章,徐世举编写第3章,周丹娜参加编写第4章。由于编写时间仓促,编写水平有限,书中不妥之处在所难免,热诚欢迎读者提出批评和建议。上一页返回第1章绪论 1.1信息技术 1.2无线通信系统 1.3本课程的特点 1.1信息技术 信息技术概括起来包括两类技术:信息处理和信息传输。信息是一个抽象的概念.具体形式有声音、图像、文字、数据等。这些信息经过传感器转换为电信号.就成为信息技术要处理的对象

6、。通信也叫信息传递.它的主要任务是传递信息.即将经过处理的信息从一个地方传递到另一个地方。对信息传递的要求主要是提高其可靠性和有效性。信息处理的目的是为了更可靠、更有效地传递信息。1.1.1无线电的传播特性 无线电的传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。无线电信号的传播特性依其所处的波段或频率而不同。下一页返回第1章绪论 电磁波从发射机天线辐射后，不仅电波的能量会扩散，接收机只能收到其中极小的一部分，而且在传播过程中，电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射，或在气层中产生折射或散射，从而造成强度的衰减。电波的传播方式如图1-1所示。1.1.2无线电波段的划分 根

7、据无线电信号的传播特性.无线电波段的划分如表1-1所示上一页返回1.2无线通信系统 1.2.1无线通信系统的组成 广义地说，凡是在发信者和受信者之间，以任何方式进行消息的传输，都可以称为通信。实现消息传递所需的设备的总和称为通信系统。以电信号作为消息载体的通信系统，称为电信系统或现代通信系统。其组成方框图如图1-2所示。下一页返回1.2无线通信系统 1.2.2无线通信系统的类型 无线通信系统按照工作频段划分为中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率.主要指发射与接收的射频(RF)频率。射频频率就是载波射频.射频实际上就是“高频”的广义语.它是指适合无线电发射和传播的频

8、率。无线通信的发展方向就是开辟更高的频段。(1)按照传输手段分.有无线通信、有线通信和光纤通信等。(2)按照通信方式分.有(全)双工、半双工和单工方式。(3)按照调制方式的不同分.有调幅、调频、调相以及混合调制等。(4)按照传送的信号类型分.有模拟通信和数字通信.也可以分为语音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。下一页上一页返回1.2无线通信系统 1.2.3无线电广播系统通信设备的组成 无线通信(或称无线电通信)的类型很多.可以根据传输方法、频率范围、用途等分类。不同的无线通信系统.其设备组成和复杂程度虽然有较大差异.但它们的基本组成相似。按工作模式和电路组成分.无线通信系统可分为单工、半

9、双工和双工无线通信。无线电广播系统由发射设备和接收设备组成.无线电广播系统的发射设备如图1-4所示。无线电广播系统的接收设备广泛使用超外差接收机.其主要特点是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。当信号频率改变时.相应改变本地振荡信号频率即可。超外差接收设备的组成框图如图1-5所示。上一页返回1.3本课程的特点 高频电子技术是低频电子技术(模拟电子技术)的后续课程。从其处理的信号频率角度来说.发射和接收的信号都是高频信号.这是相对于需要传送的音频信号和视频信号来说的。通常称这些音频和视频信号为基带信号。基带信号的特点是信号频带较宽.宽带信号包含大量低频信号的能量。这些信号不宜在空

10、间传播.特别是远距离传播。为了能够在无线信道有效地传播低频信号.就必须进行调制.将基带信号变换为适合于传播的高频信号.即已调信号.已调信号属于窄带信号。调制和解调是一种变换.通信系统中的发射设备和接收设备的任务就是进行这种变换。因此.在这些设备中.必定包含有非线性电子器件。本教材在阐述各部分高频电子线路时.除高频小信号谐振放大器外.其他部分都为非线性电路。返回表1-1无线电波段的划分返回图1一1电波的传播方式返回图1-2通信系统组成方框图返回图1-4无线电广播系统的发射设备返回图1一5超外差接收设备组成框图返回第2章高频小信号放大器 2.1概述 2.2高频小信号放大器的功能 2.3分析小信号放

11、大器的有关知识 2.4小信号谐振放大器 2.5各种滤波组件 2.6谐振放大器的制作、调试和检测 2.1概述 高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中.其主要功能是从所接收的众多电信号中选出有用信号并加以放大.而对其他无用信号、干扰与噪声进行抑制.以提高信号的质量和抗干扰能力。高频小信号放大器是指放大高频小信号(中心频率在几百千赫到几百兆赫.频谱宽度在几千赫到几百兆赫,振幅在微伏至毫伏量级的范围内)的放大器。因此,高频小信号放大器不但需要有一定的增益.而且需要有选频能力。前者由双极型晶体管(以下简称晶体管)、场效应管或集成电路等有源器件提供.后者由LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英

12、晶体滤波器和声表面波滤波器等选频器件实现。高频小信号放大器也广泛用于其他电子设备中,如测量仪器、发射机等。返回2.2高频小信号放大器的功能 2.2.1高频小信号放大器的分类 高频小信号放大器主要有两类:一类是以谐振回路为负载的谐振放大器;另一类是以集中选择性滤波器为负载的集中选频放大器。谐振放大器常以晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或稠合谐振回路构成.它又可分为调谐放大器(通称高频放大器)和频带放大器(通称中频放大器)。前者的谐振回路需对外来不同的信号频率进行调谐,后者的谐振回路的谐振频率固定不变。集中选频放大器是把放大和选频两种功能分开处理.放大作用由多级非谐振宽频带放大器承担,目前一般都

13、采用集中宽频带放大器。集中选择性滤波器常用的有LC带通滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等,这些滤波器都可作为部件在专业工厂生产。因此,采用集中选频放大器的电路简单、性能可靠、调整方便。下一页返回2.2高频小信号放大器的功能 2.2.2高频小信号放大器的主要性能指标 高频小信号放大器的主要性能指标有谐振增益、通频带和选择性等。它的典型幅频特性曲线如图2-1所示.图中f0为有用信号的中心频率.即放大器的谐振频率。由图2-1可说明放大器主要性能指标的含义如下。谐振增益是指放大器在谐振频率上的电压增益A VO(或功率增益)，其值可用分贝(dB)数表示。它用来说明放大器对有用信号的放大能力

14、，一般希望每级的增益越大越好。通频带是指放大器的增益比谐振增益下降3 dB时.所对应的频率范围用BW0.7表示.如图2-1所示。为了不失真地放大有用信号BW0.7 应大于有用信号的频谱宽度。下一页上一页返回2.2高频小信号放大器的功能 选择性是指放大器从含有各种不同频率的信号中选出有用信号、排除干扰信号的能力。它定义为通频带以外某一特定频率上的增益AV(fN)与谐振增益AV0之比值.用S表示.即上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 2.3.1串并联谐振回路的特性 谐振回路也称振荡回路.是最常用的选频网络.它由电感线圈和电容器组成。简单的谐振回路有串联、并联谐振回路，以及把两个或更多个串、

15、并联谐振回路相互藕合连接起来的藕合谐振回路。1.串联谐振回路 串联谐振回路如图2一2所示。图中r表示L和C的总损耗电阻。实际上，由于电容损耗比电感线圈的损耗小很多，所以r近似等于线圈的损耗电阻。串联谐振回路的总阻抗为下一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 在某一频率上.回路的感抗与容抗相等时.回路的总阻抗Z=r最小.此时电流与电压同相.回路发生串联谐振.由此可得串联谐振频率为 谐振时容杭与感杭数值相等通常称它们为回路的特性阻抗以表示，即下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 回路的特性阻杭与回路固有损耗电阻的比值.称为回路的固有品质因数，用Q0表示.即 Q0越大.说明回路电抗元件

16、储能越大而损耗的能量越小。用S表示的回路的选择性(也称谐振曲线方程)为下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 它表示当回路调谐不变、信号源频率改变时.谐振回路电流的相对幅值变化规律。于是可绘出串联谐振回路在不同Q0值上的谐振曲线和相移曲线.如图2-3所示。由图可见,Q0值越大,谐振曲线越尖锐,相移特性越陡峭;Q0值越小,曲线就越平坦。2.并联谐振回路 L C并联谐振回路如图2-4所示。图中r代表线圈L的等效损耗电阻.由于电容器的损耗很小.其损耗电阻可以略去。下面按照与串联LC回路对偶关系.直接给出并联LC回路的主要基本参数。回路的总导纳为下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知

17、识 回路的谐振频率为 回路的特性阻抗为 回路的品质因数为下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 同样可得出并联回路的谐振曲线和相移曲线.如图2一5所示 3.串并联谐振回路的特性比较 串并联回路的特性比较如表2-1所示。4.串并联阻杭的等效互换 串并联阻抗的等效互换电路如图2-6所示。5.并联谐振回路的搞合连接与接入系数 1)变压器祸合连接的变比关系 图2-7是变压器祸合连接形式。根据功率关系 可得下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 根据变压器的电压变换关系.即 可得下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 2)自藕变压器藕合连接的变比关系 图2-8是自藕变压器藕

18、合连接形式.其变比关系的分析与变压器藕合相同。同理可得 3)双电容分压祸合连接的变比关系 图2一9为双电容分压祸合连接形式.其变比关系可以应用串并联等效互换的关系求得.下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 2.3.2双口网络的Y参数 在高频时.晶体管的电杭效应不容忽视.因此.在分析高频小信号且通频带较窄的窄带谐振放大器时.采用Y参数等效电路比较方便。图2-10是双口网络示意图。双口网络即具有两个端口的网络。所谓端口是指一对端钮.流入其中一个端钮的电流总是等于流出另一个端钮的电流。而四端网络虽然其外部结构与双口网络相同.但对流入、流出电流没有类似的规定.这是两者的区别。下一页上一页返

19、回2.3分析小信号放大器的有关知识 对于双口网络.在其每一个端口都只有一个电流变量和一个电压变量.因此共有4个端口变量。如设其中任意两个为自变量.其余两个为应变量.则共有6种组合方式.也就是说有6组可能的方程用以表明双口网络端口变量之间的相互关系。Y参数方程就是其中的一组。它是选取各端口的电压为自变量.电流为应变量.其方程如下下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 所以Y参数又称为短路导纳参数.即确定这4个参数时必须使某一个端口电压为零.也就是使该端口交流短路。下一页上一页返回2.3分析小信号放大器的有关知识 晶体管的Y参数可以通过测量得到。根据Y参数方程.分别使输出端或输入端交流短

20、路.在另一端加上直流偏压和交流信号.然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流.代入式(2-30)中就可求得。通过查阅晶体管手册也可得到各种型号晶体管的Y参数。上一页返回2.4小信号谐振放大器 2.4.1单级单调谐放大器 电路组成及特点 图2-12是一个典型的单级单调谐放大器。Cb与Cc分别是和信号源(或前级放大器)与负载(或后级放大器)的藕合电容.Ce是旁路电容。电容C与电感L组成的并联谐振回路作为晶体管的集电极负载.其谐振频率应调谐在输入有用信号的中心频率上。回路与本级晶体管的藕合采用自藕变压器藕合方式，这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。负载(或下级放大器)与回路的藕合采用自藕变压器

21、藕合和电容藕合方式，这样既可减弱负载(或下级放大器)导纳对回路的影响，又可使前、后级的直流供电电路分开。另外，采用上述藕合方式也比较容易实现前、后级之间的阻抗匹配。下一页返回2.4小信号谐振放大器 2.电路性能分析 为了分析单级单调谐放大器的电压增益.图2-13给出了其等效电路。在单级单调谐放大器中.选频功能由单个并联谐振回路完成.所以单级单调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振回路的矩形系数相同.其通频带则由于受晶体管输出阻抗和负载的影响.比单个并联谐振回路要宽。从对单级单调谐放大器的分析可知.其电压增益取决于晶体管参数、回路与负载特性及接入系数等.所以受到一定的限制。如果单级放大器的电压增益较

22、小而不能满足要求时.可采用多级放大器。另外.单级单调谐放大器的矩形系数不好.即选择性较差.可以采用参差放大器和双调谐放大器加以改善。下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 2.4.2多级单调谐放大器 如果多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上.则称为多级单调谐放大器。设放大器有n级.各级电压增益振幅分别为Au1，Au2，Au3，Aun 则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积，即 如果每一级放大器的结构和参数均相同.则总电压增益振幅为下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 谐振频率处电压增益振幅为 n级放大器通频带为下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 2.4.3双调谐回路谐振放大器 改善单

23、级放大器的通频带和选择性可以采用双调谐放大器。双调谐放大器是指集电极采用双调谐回路作为负载的一种放大器.可分为互感藕合和电容藕合两种类型。现以互感藕合双调谐放大器为例进行分析。图2-14(a)(b)分别是其电路图和高频等效电路.图2-14(c)是将晶体管输出电流源和输出导纳折合到L1C1两端.负载导纳折合到L2C2两端后的等效电路。3种稠合情况时的谐振曲线如图2-15所示。临界藕合是比较常用的情况.可求出相应的通频带和矩形系数下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 对照工作于临界稠合状态的双调谐放大器和临界偏调的双参差放大器可以发现.二者的谐振曲线是相同的。它们均由两个谐振回路组成.但前者两个

24、回路调谐于同一个频率.后者两个回路调谐于不同频率。前者仅一级放大.增益较小;后者为两级放大.增益较大。2.4.4集中选频放大器下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 1.集中滤波器 集中滤波器的任务是选频.要求在满足通频带指标的同时.矩形系数要好。其主要类型有集中LC滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。集中LC滤波器通常由一节或若干节LC网络组成.根据网络理沦.按照带宽、衰减特性等要求进行设计.目前已得到了广泛应用。图2-16给出了一种LC集中滤波网络结构。陶瓷滤波器是由压电陶瓷材料做成的具有选频特性的器件。它具有无须调谐、体积小、加工方便等优点.但工作频率不太高(几十兆赫兹以下).相对频宽

25、较窄。图2-17是声表面波滤波器的基本结构、符号和等效电路。下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 声表面波滤波器是在经过研磨抛光的极薄的压电材料基片上.用蒸发、光刻、腐蚀等工艺制成两组叉指状电极.其中与信号源连接的一组称为发送叉指换能器.与负载连接的一组称为接收叉指换能器。当把输入电信号加到发送换能器上时.叉指间便会产生交变电场。由于逆压电效应的作用.基体材料将产生弹性变形.从而产生声波振动。向基片内部传送的体波会很快衰减.而表面波则向垂直于电极的左、右两个方向传播。向左传送的声表面波被涂于基片左端的吸声材料所吸收.向右传送的声表面波由接收换能器接收。由于正压电效应.在叉指对间产生电信号.并

26、由此端输出。声表面波滤波器的滤波特性.如中心频率、频带宽度、频响特性等一般由叉指换能器的几何形状和尺寸决定。这些几何尺寸包括叉指对数、指条宽度a、指条间隔b、指条有效长度L和周期长度M等。下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 为了保证对信号的选择性要求.声表面波滤波器在接入实际电路时必须实现良好的匹配。图2-18所示为一接有声表面波滤波器的预中放电路.滤波器输出端与一宽带放大器相接。2.集成宽带放大器 1)组合电路集成宽带放大器 在集成宽带放大器中广泛采用共发一共基电路如图2-19所示。2)负反馈集成宽带放大器 调节负反馈电路中的某些元件参数.可以改变反馈深度.从而调节负反馈放大器的增益和频

27、带宽度。如果以牺牲增益为代价.可以扩展放大器的频带.其类型可以是单级负反馈.也可以是多级负反馈。下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 单级负反馈放大器有电流串联和电压并联两种反馈电路.其交流等效电路分别如图2-21(a)、图2-21(b)所示。其中电流串联负反馈电路的特点是输入、输出阻杭高.所以适合与低内阻的信号电压源连接。电压并联负反馈电路的特点是输入、输出阻抗低.所以适合与高内阻的信号电流源连接。3.高频小信号放大器实例 单片中规模图像中频集成电路TA7607AP包括中频放大、视频检波等部分。由电视机高频头送来的载频为38MHz的图像中频信号.由分立的前置中频放大器放大约15413左右(

28、其作用是补偿SAWF的插入损耗)后.进入声表面波滤波器SAWF(SAWF实际上是一个带通滤波器).然后由TA7607AP的1,16双端输入.经三级相同的具有AGG特性的高增益宽带放大器放大后(在频率为58MHz处的增益典型值为50413)进行视频检波。下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 图2-23给出了外接前置中放、SAWF(图2-23(a)和TA7607AP中第一级中放(图2-23(b)的电路图。2.4.5谐振放大器的稳定性 为了提高放大器的稳定性.通常从两个方面着手。一是从晶体管本身想办法.减小其反向传输导纳yre值。yre的大小主要取决于集电极与基极间的结电容Cbc由混合型等效电路图

29、可知Cbc跨接在输入、输出端之间).所以制作晶体管时应尽量使其减小Cbc,使反馈容杭增大.反馈作用减弱。二是从电路上设法消除晶体管的反向作用.使它单向化。具体方法有中和法与失配法。图2-24(a)所示为收音机常用的中和电路.图2-24(b)是其交流等效电路。下一页上一页返回2.4小信号谐振放大器 失配法通过增大负载电导YL.进而增大总回路电导.使输出电路严重失配.输出电压相应减小.从而使输出端反馈到输入端的电流减小.对输入端的影响也就减小。可见.失配法是用牺牲增益来换取电路的稳定的。用两只晶体管按共发一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。图2一25是其结构原理图。上一页返回2.5各

30、种滤波组件 2.5.1石英晶体谐振器 1.石英晶振的阻杭频率特性 图2-2 6是石英晶振的符号和等效电路。由以上参数可以看到以下几点。(1)石英晶振的Q值和特性阻抗都非常高。(2)由于石英晶振的接入系数，n很小.所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小 综合以上两点.不难理解石英晶振的频率稳定度是非常高的。下一页返回2.5各种滤波组件 2.石英晶振组成的振荡器电路 将石英晶振作为高Q值谐振回路元件接入正反馈电路中.就组成了晶体振荡器。根据石英晶振在振荡器中的作用原理.晶体振荡器可分成两类。一类是将其作为等效电感元件用在三点式电路中.工作在感性区.称为并联型晶体振荡器;另一类是将其作为一个短路元件

31、串接于正反馈支路上.工作在它的串联谐振频率上.称为串联型晶体振荡器。1)皮尔斯(Pierce)振荡电路 并联型晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器相同.只是将其中一个电感元件换成石英晶振。石英晶振可接在晶体管c,b极之间或b,e极之间.所组成的电路分别称为皮尔斯振荡电路和密勒振荡电路。皮尔斯电路是最常用的振荡电路之一。图2-28(a)是皮尔斯电路.图2-28(b)是其高频等效电路.其中虚线框内是石英晶振的等效电路。下一页上一页返回2.5各种滤波组件 2)密勒(Miller)振荡电路图2-30是场效应管密勒振荡电路。石英晶体作为电感元件连接在栅极和源极之间.LC并联回路在振荡频率点等效为电感.作为

32、另一电感元件连接在漏极和源极之间.极间电容Cgd则作为构成电感三点式电路中的电容元件。由于Cgd又称为密勒电容.故此电路有密勒振荡电路之称。密勒振荡电路通常不采用晶体管.原因是正向偏置时晶体管发射结电阻太小.虽然晶振与发射结的藕合很弱.但也会在一定程度上降低回路的标准性和频率的稳定性.所以采用输入阻抗高的场效应管。下一页上一页返回2.5各种滤波组件 3)泛音晶振电路 从图2-26(c)中可以看到.在石英晶振的完整等效电路中.不仅包含了基频串联谐振支路.还包括了其他奇次谐波的串联谐振支路.这就是前面所说的石英晶振的多谐性。但泛音晶体所工作的奇次谐波频率越高.可能获得的机械振荡和相应的电振荡越弱。

33、在工作频率较高的晶体振荡器中.多采用泛音晶体振荡电路。泛音晶振电路与基频晶振电路有些不同。在泛音晶振电路中.为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上.不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡.而且必须正确地调节电路的环路增益.使其在工作泛音频率上略大于1,满足起振条件.而在更高的泛音频率上都小于1.不满足起振条件。在实际应用时.可在三点式振荡电路中.用一选频回路来代替某一支路上的电杭元件.使这一支路在基频和低次泛音上呈现的电杭性质不满足三点式振荡器的组成法则.不能起振.而在所需要的泛音频率上呈现的电杭性质恰好满足组成法则.达到起振。图2-31(a)给出了一种并联型泛音晶体振荡电路。

34、下一页上一页返回2.5各种滤波组件 4)串联型晶体振荡器 串联型晶体振荡器是将石英晶振用于正反馈支路中.利用其串联谐振时等效为短路元件.电路反馈作用最强.满足振幅起振条件.使振荡器在晶振串联谐振频率fs上起振。图2-32(a)给出了一种串联型单管晶体振荡器电路.图2-32(b)是其高频等效电路。2.5.2压控振荡器(VCO)1.变容二极管 变容二极管是利用PN结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种压控电抗元件。变容二极管的符号和结电容变化曲线如图2-33所示。2.变容二极管压控振荡器 将变容二极管作为压控电容接入LC振荡器中.就组成了LC压控振荡器。一般可采用各种形式的三点式电路。下一页上

35、一页返回2.5各种滤波组件 3.晶体压控振荡器 为了提高压控振荡器中心频率稳定度.可采用晶体压控振荡器。在晶体压控振荡器中.晶振等效为一个短路元件.起选频作用;或者等效为一个高Q值的电感元件.作为振荡回路元件之一。通常仍采用变容二极管作压控元件。在图2-35(a)所示晶体压控振荡器中.晶振作为一个电感元件。图2-35(b)是其高频等效电路。控制电压调节变容二极管的电容值.使其与晶振串联后的总等效电感发生变化.从而改变振荡器的振荡频率。上一页返回2.6谐振放大器的制作、调试和检测 2.6.1单调谐回路谐振放大器的制作、调试和检测 1.制作电路(图2-37)(1)按图2-37所示连接电路(注意接线

36、前光测量12V电源电压无误差.关断电源再接线)接线。(2)接线后仔细检查.确认无误后接通电源。2.静态侧量 电路中选Rs=1k,500 ,2k 。测量各静态工作点.计算并填表2-3。3.动态侧量下一页返回2.6谐振放大器的制作、调试和检测 2.6.2双调谐回路谐振放大器的制作、调试和检测 1.制作电路(图2-38)(1)按图2-38所示连接电路接线。(2)接线后仔细检查.确认无误后接通电源。2.电路的调试和检侧上一页返回表2-1串并联回路的特性返回表2-3静态工作点测量返回表2-1串并联回路的特性返回图2-1放大器典型特性曲线返回图2-2串联谐振回路返回图2-3谐振曲线和相移曲线返回图2-4并

37、联谐振回路返回图2-5谐振曲线和相移曲线返回图2一6等效互换电路返回图2-7变压器藕合连接的变换返回图2-8自藕变压器藕合连接的变换返回图2-9双电容分压藕合连接的变换返回图2-10双口网络返回图2-12单极单调谐放大电路返回图2-13单级单调谐放大器的等效电路返回图2一14双调谐放大电路返回图2-15双调谐放大器的谐振曲线返回图2-16 LC集中滤波网络返回图2-17声表面波滤波器返回图2-18声表面波滤波器与放大器连接返回图2-19集成宽带放大器中 的共发一共基电路返回图2一21单级负反馈放大电路返回图2-2 3彩电图像中频放大电路返回图2-2 4放大器的中和电路返回图2-25共发一共基电

38、路返回图2-26石英晶体谐振器返回图2-26石英晶体谐振器返回图2-28皮尔斯振荡电路返回图2-30密勒振荡电路返回图2-31并联型泛音晶体振荡电路返回图2-3 2串联型晶体振荡电路返回图2-33变容一极管压控振荡电路返回图2-35晶体压控振荡电路返回图2-37单调谐回路潜振放大器返回图2-3 8双调谐回路谐振放大器返回第3章高频功率放大器 3.1概述 3.2高频功率放大器的工作原理及特性分析 3.3谐振功率放大器电路 3.4宽带高频功率放大器 3.5高频功率放大器的制作、调试与检测 3.1概述 3.1.1高频功率放大器的功能 功率放大器的任务是供给负载足够大的信号功率。高频功率放大器的工作频

39、率为105 109 Hz.对以某一频率为中心的一定频带范围内的信号有放大功能.龙广泛用于无线电通信系统和各种电子仪器设备中。根据被放大信号相对频带的宽窄.可分为窄带、宽带高频功放。窄带高频功率放大器由于工作频率高.相对频带宽度很窄(例如.中波广播电台(5351605kHz频段)的频带宽度为9kHz,如中心频率为1000kHz.则它的相对频宽只相当于中心频率的百分之一).因此.允大器输出电路一般都采用较低Q值的LC谐振回路作为它的负载。通常把这种养频带的高频功率放大器称为谐振功率放大器.它适用于固定频率或频率变化范匡较小的通信设备中.是发射机的重要组成部分.常在调幅、调频广播发射系统引用作输出级

40、。对于那些频率变化范围较大的通信下一页返回3.1概述 设备.由于难以迅速变换窄带毛率放大器负载回路的频率.为保证信号不失真.一般工作在线性放大状态.其豁出电路常采用宽频带的传输线变压器作为负载.构成宽频带高频功率放大器。宽带功放常用在中心频率多变化的某些通信电台中作为发射机的中间级.以提高打干扰能力。3.1.2高频功率放大器的分类 和低频功放类似.高频功放的工作状态取决于其偏置情况、输入信号电平的高低。根据放大管集电极电流在输入信号周期内的导通时间.高频功率放大器分为A(甲)类、B(乙)类、C(丙)类、D(丁)类、AB类和E类等。在输入信号的整个周期内.集电极都有电流流通的为A类功率放大器;只

41、在输入信号的半个周期内有电流流通的为H类;在小于输入信号半个周期内有电流流通的为C类放大器。下一页上一页返回3.1概述 3.1.3高频功率放大器的主要技术指标 高频功率放大器的主要性能指标是输出功率和效率。A类及推挽电路形式的B类高频功放.其输出信号基本没有非线性失真(或失真较小).为线性功率放大器.适合于放大调幅信号。单管组成的B类、C类或D类、E类等高频功放.其输出信号在波形上相对输入信号产生非线性失真.在频率成分中除了含有输入信号的频率分量外.还有许多其他频率分量。为滤除不需要的频率分量.功放的输出端应接入LC谐振回路.构成谐振功率放大器。谐振功放适合放大单频信号(如高频振荡信号、载波信

42、号)和调频等幅信号等。C类谐振功率放大器由于晶体管工作在非线性状态.所以它属于非线性电子线路.因而不能用线性等效电路来分析.通常采用工程近似解析法进行分析和估算。上一页返回3.2高频功率放大器的工作原理及特性分析 3.2.1工作原理 高频功率放大器的原理电路如图3-1所示 它由晶体管、谐振回路、电源及基极偏置电路等组成。为了保证晶体管工作在丙类状态.基极偏压应使晶体管工作在截止区.一般为负值.即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号.一般在0.5v以上.可达12v,甚至更大。也就是说.晶体管工作在截止和导通(线性放大)两种状态下.基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号。与低频功放不同的是

43、.高频功放选用谐振回路作负载.既保证输出电压相对于输入电压不失真.还具有阻抗变换的作用。这是因为集电极电流是周期性的高频脉冲.其频率分量除了有用分量(基波分量)外.还有谐波分量和其他频率成分.用谐振回路选出有用分量.将其他无用分量滤除;通过谐振回路阻抗的调节.从而使谐振回路呈现高频功放所要求的最佳负载阻抗.即匹配.使高频功放高效输出大功率。下一页返回3.2高频功率放大器的工作原理及特性分析 3.2.2特性分析 1.高频功放的工作状态 在放大器中.根据晶体管工作是否进入截止区和进入截止区时间的相对长短.即根据晶体管的导通角0的大小.将放大器分为:甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作状态。而在丙类放大器

44、中.还可根据晶体管工作状态是否进入饱和区.将其分为欠压、临界和过压工作状态。将不进入饱和区的工作状态称为欠压状态.其集电极电流脉冲形状如图3-4中曲线所示.为尖顶余弦脉冲。将进入饱和区的工作状态称为过压状态.其集电极电流脉冲形状如图3-4中曲线所示.为中间凹陷的余弦脉冲。如果晶体管刚好不进入饱和区.则称为临界工作状态.其集电极电流脉冲形状如图3-4中曲线所示.虽然仍为尖顶余弦脉冲.但顶端变化平缓。下一页上一页返回3.2高频功率放大器的工作原理及特性分析 2.高频功放的负载特性 负载特性是指只改变回路谐振电阻尺.直流电源电压Vcc VBB及输入电压uim振幅维持不变时.高频功放电流、电压、功率及

45、效率变化的特性。3.高频功放的振幅特性 高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅Uim时.放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在放大某些振幅变化的高频信号时.必须了解它的振幅特性。下一页上一页返回3.2高频功率放大器的工作原理及特性分析 4.高频功放的调制特性 在高频功放中.有时希望用改变某一电极直流电压来改变高频信号的振幅.从而实现振幅调制的目的。高频功放的调制特性分为基极调制特性和集电极调制特性。1)基极调制特性 图3-8给出了高频功放的基极调制特性。2)集电极调制特性 集电极调制特性指仅改变VCC放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在VBB,Uim及Re不变时.当VCC由大到小变

46、化时.功放的工作状态由欠压工作状态到临界.再进入到过压工作状态.集电极电流从一完整的余弦脉冲变化到凹顶脉冲。图3-9给出了高频功放的集电极调制特性。上一页返回3.3谐振功率放大器电路 3.3.1直流馈电线路 1.集电极馈电线路 图3-10是集电极馈电线路的两种形式:串联馈电线路、并联馈电线路。2.基极馈电线路 常见的基极馈电线路形式如图3-11所示 3.3.2输出匹配网络 1.LC网络的阻抗变换作用 1)串、并联电路的阻抗变换 电抗、电阻的串联和并联电路如图3-12(a),(b)所示.它们之间可以互相等效转换。令两者的端导纳相等.就可以得到它们之间的等效转换关系。由图3-12(a)可得：下一页

47、返回3.3谐振功率放大器电路 由图3-12(b)可得下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 由此可得串联阻抗转换为并联阻抗的关系式为下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 反之.可得并联阻抗转换为串联阻抗的关系式为下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 2)L形匹配网络的阻抗变换 这是由两个异性电抗元件接成L形结构的阻抗变换网络.它是最简单的阻抗变换电路。图3-15(a)所示为低阻抗变高阻抗的匹配网络。实际上.这种阻抗变换电路就是前面介绍原理电路时采用的并联谐振回路。RL为外接实际负载电阻.它与电感支路相串联.可减小高次谐波的输出.对提高滤波性能有利。为了提高网络的传输效率.C应采用高频

48、损耗很小的电容.L应用Q值高的电感线圈。下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 将图3-15(a)中L和RL串联电路用并联电路来等效.则得图3-15(b 所示电路。由串并联电路阻抗变换关系可得下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 3)形和T形匹配网络 由于L形网络阻抗变换前后的电阻相差1+Qe2倍.如果实际情况下要求变换的倍数并不高.这样回路的Qe只能很小.其结果滤波性能很差。为了克服这一矛盾.可采用形和T形匹配网络.如图3-17所示。2.高频功放的实际线路举例 图3-19是工作频率为50MHz的晶体管谐振功率放大电路.它向50,外接负载提供25W功率.功率增益达7 dB。这个放大电路基

49、极采用零偏.集电极采用串馈.并由L2 L3 C3 C4组成二形网络下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 3.丁类(D类)谐振功率放大器和丙类倍频器 在丙类高频功放中.提高放大器集电极的效率是靠减小集电极电流的导通角来实现的。为了让输出功率既符合要求又不使输入激励电压太大.就不能太小.因而.放大器效率的提高就受到了限制。由于晶体管放大器集电极效率为 要提高放大器效率.应尽可能减小集电极耗散功率PC,而下一页上一页返回3.3谐振功率放大器电路 可见.要减小PC:一种方法是减小PC的积分区间,另一种方法是减小ic与uce的乘积.上一页返回3.4宽带高频功率放大器 3.4.1传输线变压器 1.工作

50、原理 传输线变压器就是将传输线绕在高磁导率、低损耗的磁环上构成的高频变压器。图3-2 0为其典型的结构和电路图。2.传输线变压器的功能 1)平衡和不平衡电路的转换 2)阻抗变换 3.4.2功率合成器 1.功率合成与分配下一页返回3.4宽带高频功率放大器 在高频功率放大器中.当需要的输出功率超过单个电子元器件所能输出的功率时.可以将几个电子器件的输出功率叠加起来.以获得足够大的输出功率.这就是功率合成技术。所谓功率合成器.就是采用多个高频晶体管.使它们产生的功率在一个公共负载上相加。图3-24为常用的一种功率合成器组成方框图。2.功率合成(或分配)网络原理 利用1：4传输线变压器组成的功率合成(