[工学]射频电子线路总复习-ok课件.ppt

1、第1章 选频放大器1.1 谐振电路的基本特性谐振回路用途：选频网络、移相网络、相频转换网络、作负载。简单串并联谐振电路的基本特性tVvSscos1()ZrjLrjXC电压谐振工程近似1()PCrYjCGjBLLPCrGLLCB1CrLGRPP1电流谐振并联谐振回路的谐振电阻 容性感性P1XLC0100CLLC10串联谐振时的谐振频率 0X Zr纯阻性 10BCLLCP1并联谐振回路的谐振频率PPRCrLZ纯阻性 1()svIrjLC串联谐振时的电流 00SVIIr1()sPIVGjCL谐振时的端电压 CrLIGIVSPSP00LSVjQ V00CSVjQ V CPSPIj I QLPsPIj

2、I Q 0001LQrCr1PPPPPPPPPPLCQCRrGRLLG并联谐振回路的品质因数串联谐振回路的品质因数有载品质因数 rRRLQLSL0)(1LSPPLGGGLQ有载品质因数 广义失谐0001111()jjQ211|arctg)(000 Q0(谐振点)时取最大值1 回路的品质因数愈高，曲线愈尖锐。CL0111PLLQLrrrCLC2Q回路储能每周耗能品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。特性阻抗 品质因数的物理意义串并联谐振回路的通频带与选择性三分贝通频带(半功率点通频带)，即 下降到0.707或 时的通频带。|2102LfQfLQff0707.02谐振回路的通频带与 成反

3、比，愈大，通频带愈窄。LQLQ矩形系数707.01.01.022ffKr愈接近1，选择性愈好。1.0rK简单谐振回路0.19.95rK谐振回路的相频特性群延时特性各频率分量通过系统的延时都为以 为载频的调幅波通过谐振回路后引起的群延时可由式 计算。P回路品质因数 愈高，相频特性愈陡峭，变大。LQ|0t0tdd波形包络的形状不变，不会产生相位失真。合成的信号包络也仅延时0t0t串并联阻抗等效互换串并联互换前后的品质因数不会发生变化LQXRRX2211221(1)LRQR2121(1)LXXQ1LQ122RQRL12XX回路抽头时阻抗的变比关系接入系数 NNLLP1121NNN211CCCP02a

4、bdbZpZ电流源 SSPII部分接入的作用：阻抗匹配、提高谐振回路的有载品质因数。对信号有极大的增益，信号带宽外，增益迅速减小。因此，谐振放大器具有很好的选频能力。1.2高频小信号调谐放大器谐振放大器，用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放大器的负载，谐振回路的谐振频率(考虑晶体管影响后)位于输入信号的中心频率，信号带宽与谐振回路的通频带基本一致。高频小信号放大器工作于放大器的线性区，放大器可用线性四端网络来等效。高频晶体管小信号等效电路模型与参数高频晶体管网络参数模型112212ierefeoeIy Vy VIy Vy V 频率的函数ieieieygj Coeoeoeygj Crerer

5、eyyfefefeyy晶体管的高频参数截止频率 ：f下降到 时对应的频率。|2/0 特性频率 ：下降到l所对应的频率。Tf|120ffT10ffT0ff工作工作工作ffffffTT/|最高振荡频率 ：晶体管功率增益 时的工作频率。maxf1PA maxTfff1.2.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器 1.放大器的输入导纳：LoefereieibiyyyyyVIY2.放大器的调谐回路的谐振频率 LCf2103.电压增益 12120121fefeVLp p yp p yAQfgj CgjjLf22122PoeiegGp gp g22122oeieCCp Cp C回路的有载品质因数 gCQL

6、0广义失谐 02LfQf0f0120feVPP yAg谐振时 归一化抑制比011VVAjA最佳接入系数01(1)2PLoptoeQGQpg02(1)2PLoptieQGQpg0max02(12feLvoeieyQAQg g）4功率增益谐振时 22001ievPiegAAg222210|41(1)4(1)1fePLPoeiePyPQAg gPQ匹配条件：1PP 22122oeieP gP g2)1(4PPPP失配损耗 ：表征的是负载与晶体管的失配，最大值为1。插入损耗 ：20)1(QQL回路本身的损耗，表征回路固有损耗使功率增益 降低的比例。PA回路本身损耗为零 0Q20(1)1LQQ回路对功率

7、增益 无影响PA谐振状态时的最大增益 12max04ieoefePggyA5小信号单调谐回路谐振放大器的通频带与选择性3dB通频带与简单谐振回路相同 LQffB0707.07.021200.70722fevp p yAfC 增益带宽积 当晶体管选定，电路完全确定以后，放大器的带宽增益乘积是一个常数，带宽愈窄，增益愈高，反之亦然。与 成反比，愈小，带宽增益积愈大。CC22221ieoeCPCPCC不稳定 必须外接定值的电容 矩形系数95.9110222707.01.01.0ffKr高频小信号单调谐回路谐振放大器级联 1.级联放大器的电压增益 12VVVVnAAAA由完全相同的单级放大器组成 1n

8、VVAA2级联放大器的通频带与选择性 100.707221nLffQ 121n：级联放大器3dB带宽的缩小因子 10.10.110.707100121nrnfKf高频小信号调谐放大器的稳定性 放大器的输入导纳为：LoefereieiyyyyyY第项反映晶体管的输入导纳，第二项表示由反向传输导纳 引入的输出回路对输入回路的影响，因此是一种“反馈”。rey稳定性系数 2()()|1cos()sieoeLSfereferegggGKyy不稳定1SK1SK1SK稳定 临界状态 输入、输出回路都是部分接入的 2221021|2ppyCggKfereSresfeVCKyA00|22提高放大器稳定性的措施

9、为保证放大器的稳定，增益不能太高，为保证稳定的高增益，应选 大且 小的晶体管。|feyreC在晶体管选定后在电路上采取措施，抵消 的影响。fey(1)中和法(2)失配法例：一并联回路，其通频带B过窄，在L、C不变的条件下，怎样能使B增宽?解：通频带 0LfBQ要使B增宽，应增大 或减小 。0fLQ本题要求L、C不变，故不能增大 ，只能减小 。0fLQ并联回路的品质因素 0LRQL应减小 R在回路两端并联一电阻就可使B增宽。fey例：如图所示解题思路 将图(a)简化为图(b)，画出其输出同路等效电路如图(c)所示，再化简为图(d)即可进行计算：注意：下一级放大器的输入导纳就是上一级放大器的负载导

10、纳，而本例小放大管为同型号，故有21ieiegg1p1p2p2p22p21p120fevp p yAg g122201()feiepiep p ygAggC2gBC0LfQB20(1)LQQ或001PQLG01LQLg0LPQgQG01006.1114.442.4PLQ GQg046532.314.4LfBKHzQ 1.4 高频谐振功率放大器 与低频功放的比较工作频率 相对带宽 工作状态负载效率低频功放 低（20Hz-20KHz）宽甲类、推挽乙类无调谐负载阻性低高频功放高（一个工作频率 ）窄 百分之零点几到百分之几丙类选频网络高maxmin/1000ff0f0/ff共同点：输出功率大、效率高不

11、同点：高频谐振功率放大器的基本工作原理 在基极回路加入合适的偏置电压谐振功放工作于丙类可正可负BBV丙类可提高集电极效率的原因:因为晶体管仅在部分时间内有电流流通，大部分时间内是无集电极电流的，集电极耗散功率等于集电极电压与集电极电流之乘积，因而大部分时间是无集电极耗散功率的。谐振回路的基本功用:作为负载接受、储存和传送高频能量，具有阻抗匹配和滤波作用。正是其滤波作用因而晶体管可以工作于丙类状态。输出集电极电流虽然失真，但输出信号的谐波分量由于谐振回路的作用而被抑制和滤除。电源提供的功率输出的交流功率 集电极耗散功率dcP0PcP0dccPPP集电极效率dccdccdcdccPPPPPPP10

12、1coscoscCPcmvIRtVt1cmCPVIRcosceCCcmvVVt放大器输出的交流功率 22011111222cmccmcPPVPI VI RR电源输入的直流功率(平均功率)001TdcccccccPi V dtI VT0cdcPPP1101001112/22ccmccmcdcccccccIVIVPPgkI VIV波形系数 011ccIIg 电压利用系数 cmCCVkV高频谐振功率放大器折线近似分析法 BZbecBZbeBZbeccVviVvVvgi0)(导通角 ：一个周期内导通角度的12。CbBBBZCVVVcos尖顶余弦电流脉冲用傅里叶级数展开tItIIicccc2coscos

13、2100max0()ccCIi 1max1()ccCIi max()cncnCIi)(1c)(2c)(cn尖顶余弦电流分解系数结论1.0 180c某个 最大)(cn2.作倍频器时60c2倍频40c3倍频3.乙类工作无三次谐波)()()()()(010max1max011ccccccccciiIIg4.波形系数5.最佳导通角在 左右70兼顾效率与功率高频谐振功率放大器的动态特性负载线的做法截距式直线方程 0()cdceigvV090tceCCvVbeBBvVQBZBBcCIVVgi)(虚拟工作点电流 虚拟工作点Q00tminceCCcmcevVVVmaxbeBBbbevVVVPRtg1180c甲

14、类负载线的斜率与低频放大器负载线的斜率公式是一致的 欠压工作状态 尖顶余弦电流脉冲恒流源区临界工作状态 尖顶余弦电流脉冲负载线为双折线负载线为双折线 最佳工作状态过压工作状态 电流波形出现凹坑负载线为三折线 恒压源状态PRCCV 的影响CCV 在过压区与 的关系基本是线性的集电极调幅 cmVCCV 的影响 BBVBBV 与 基本成线性关系基极调幅在欠压状态cmVBBV放大特性 bV高频谐振功率放大器的馈电线路高频谐振功率放大器的馈电线路高频谐振功率放大器工作在丙类，它的馈电线路除 了保证集电极合适的工作电压外，还要保证基极偏置。馈电原则交流等效电路还要考虑到负载是谐振回路，交流分量必须通过谐振

15、回路,以获得交流信号的放大。谐振功放工作在大电流状态，为减少功耗，外电路应对直流近似短路，但又不能对交流短路。外电路为保证输出波形不失真，对交流谐波应近似短路。集电极电路对不同频率电流的等效电路高频谐振功率放大器的输出匹配网络与级间匹配网络滤波度：11/cncnLnLIIII中介回路效率01LkPP输出匹配网络LP最大状态接近临界工作状态末级射频谐功放应工作在略欠压状态 型匹配网络的计算T型匹配网络的计算级间耦合回路答：输出功率等于输出电压与输出电流的乘积。当集电极供电电源电压VCC一定时，输出电压不便增大，要增大输出功率只能增大输出电流。而要增大输出电流，必须在增大激励电压的同时，减小负载电

16、阻。为了保持放大器的导通角不变，必须在增大激励电压的同时，调整偏置电压。正向偏压减小或反向偏压增大。例：在集电极供电电源电压VCC一定的情况下，要提高输出功率，但不得改变放大器的导通角，应如何调整放大的工作参数(包括集电极负载、输入信号幅度、偏置电压)？答：工作于临界状态下的丙类功率放大器，当增大集电极供电电源电压时，进入欠压状态；当减小集电极供电电源电压时，进入过压状态。基极正偏增大(或反偏减小)，进入过压状态；反之、进入欠压状态。例：工作于临界状态下的丙类功率放大器，改变集电极供电电压，其他电路参数不变，则放大器工作状态将如何变化？改变基极偏压而其他参数不变，放大器工作状态又如何变化？例：

17、例：改正图（a）线路中的错误，不得改变馈电形式，更新画出正确的线路。题意分析题意分析：这是一个两级功放，分析时可以一级一级地考虑，且要分别考虑输入回路、输出回路是否满足交流要有交流通路，直流要有直流通路，而且交流不能流过直流电源的原则。解：第一级放大器的基极回路；输入的交流信号将流过直流电源，应加扼流圈和滤波电容；直流电源被输入互感耦合回路的电感短路，应加隔直电容。第一级放大器的集电极回路；输出的交流将沉过直流电源，应加扼流圈，加上扼流圈后，交流没有通路，故还应加一旁路电容。第二级放大器的集电极回路；输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈及滤波电容。此时，直流电源将被输出回路的电感短路，加隔直电

18、容。第二级放大器的基极回路：没有直流通路，加一扼流圈。RFCRFCRFCR FC第3章 波形发生与变换电路 3.1 LC反馈正弦波振荡器工作原理正弦波振荡器：不需要外加输入信号，只要接上电源就可以输出一定振幅、一定频率的正弦波信号的装置。增幅振荡 000阻尼振荡等幅振荡3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件构成LC振荡器所必须的条件：CCV决定振荡频率的储能回路，例如LC或RC回路、石英晶体等；控制合适补充能量的系统，一般由晶体管及反馈电路构成；能源，就是直流电源 。振荡平衡条件|112(0,1,)ABABABnn|ifififVVVV由变压器变比保证由同名端保证起振条件2(0,1,)1|1

19、ABnnABAB1|1fiffiiVVVV振荡器振幅平衡的稳定条件0平衡点iVA振荡器相位平衡的稳定条件 0提高谐振回路的品质因数，有利于提高振荡器的频率稳定度。通过放大器从小信号线性放大器转变为丙类工作状态的限幅放大器完成的。振荡器从起振时的增幅振幅（输出幅度越来越大）转变成输出等幅振荡（幅度不再增大）的原因？反馈型晶体管LC振荡器电路 晶体管振荡器的馈电原则：与高频谐振功率放大器、小信号调谐放大器等相同。直流通路：保证晶体管合适的偏置电压，把直流电压加到各极上去。交流通路：保证反馈信号移相，从输出端反馈到输入端，输出信号加到负载回路等。LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则 和 具有相同性

20、质的电抗与 性质相反ceXbeXbcXceX3.3.1 频率稳定度的定义 频率准确度 0fff频率的相对准确度 000fffff时间频率稳定度温度频率稳定度 频率稳定度的分类长期频率稳定度短期频率稳定度()1()2vnnsSSP3.5石英晶体振荡器 (1)具有极高的空载品质因数，可达百万数量级。(2)具有极小的接入系数，有载品质因数也很高。电路特性：石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度物理性质：石英晶体的材料的物理化学性质十分稳定正压电效应反压电效应石英谐振器串联支路的谐振频率 1qqqL C并联谐振频率 001pqqqC CLCC感性区容性区容性区石英晶体振荡器电路 晶体振荡器的电路形式主要分

21、为两类：石英晶体在电路中作为等效电感元件使用并联型晶体振荡器；石英晶体作为串联谐振元件使用，工作在串联谐振频率上，称为串联型晶体振荡器。与电信号谐波的差别在于：基音与泛音不能同时存在基音与泛音大体上成奇数倍的关系并联型晶振 1(n2)n2基音频率基音频率1111LC泛音晶体振荡器 泛音：石英晶片振动的机械谐波第4章 频谱搬移电路 实质上是将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移频谱线性变换。普通振幅调制波：振幅应正比于信息()f t ()cos1cosacmaccmccmkv tVk fttVfttV调制信号为单音余弦波()cosf tVtc()1coscoscmacv tVmtt调幅指数 aa

22、cmk VmV212avOTaOTOTSBPPm PPP频带宽度：max2BF调幅波中的功率关系双边带调制(DSB)单边带调制(SSB)()()cosDSBcmcvtVf tt频带宽度maxmax222DSBBF频带宽度 maxSSBBF振幅调制电路在AM、DSB及SSB信号中，均有 或 分量，而该分量是由调制信号 与载波从相乘产生的。无论是非线性电路还是线性时变电路，要完成调制功能，关键看该电路是否有两个信号的乘积项。由于非线性电路和线性时变电路要产生大量的组合频率分量，必须要有滤波器将所需频率分量选出，滤除其它的不需要的分量；否则，这些不需要的频率分量将对有用信号形成干扰或失真。cfFcf

23、F高电平调幅：集电极调幅和基极调幅 低电平调幅 1.模拟乘法器振幅调制电路2平方律调幅器3斩波调幅 单向开关函数122()coscos323ccS ttt双向开关函数*24()coscos33ccSttt振幅调制波的解调模型及电路 解调是调制的逆过程从频谱搬移的角度看，解调是频谱从高频端搬到基带的过程。普通振幅波的解调常常称为检波。二极管包络检波器的工作原理 电压传输系数(或称检波效率)12idLRR133()dcLRR133coscos()cddciLvRKVR()(1cos)cosiiacv tVmtt0()(1cos)diavtK Vmt大信号二级管包络检波器的失真 频率失真非线性失真

24、惰性失真 过大使在二极管截止期间C通过 放电的速度过慢，跟不上输入调幅波包络变化的速度，输出的平均电压就会不沿着包络走，而产生惰性失真。LR CLR不产生隋性失真的条件2max1aLamR Cm负峰切割失真()(0)LaLZjmZ当交流负载与直流负载相等时，不会产生负峰切割失真()，交直流负载相差越远，越容易产生负峰切割失真。1am 直流负载不相等，因而可能产生负峰切割失真 不产生负峰切割失真的条件 4.3 混频混频电路其作用是将载频为 的已调信号(或单频载波)不失真地变频为 的信号。sfIf中频电流振幅值 与信号电压振幅制之比IsLfffIsLfff()sLffILsfff()Lsff上混频

25、 高本振下混频 低本振下混频 晶体管混频器 LsVV线性时变分析法变频跨导 ：cgII112IcsIggV包含()分量二极管混频 Ls二极管混频动态范围大，组合频率分量少，本振泄漏小，无变频增益。二极管混频分小信号混频及开关混频。混频器中的组合频率干扰与非线性失真 组合频率干扰 1sIpffqp干扰信号KfIKLpfffqqKIff最强的干扰 中频干扰KLIfff镜像干扰 第5章 频谱的非线性变换 角度调制与解调角度调制是让载波的瞬时频率或瞬时相位与调制信号成线性关系，而载波的振幅不变。()()dttdt00()()ttt dt调制信号()cosvtVtffk Vm00()cos(sin)FM

26、fvtVtmt ppmk V00()cos(cos)PMPvtVtmt 用调制信号直接控制载波的瞬时频率直接调频调频信号的产生0(1)jjrDCCvV变容二极管调频电抗管直接调频电路晶体振荡器直接高频电路10()tKvt dt()v t积分调相调频波可变移相法调相电路可变延时法调相电路先将调制信号积分，然后对载波进行调相，结果得到调频波。由调相变调频间接调频。调频波的解调调角波调频波调相波鉴频或频率检波鉴相或相位检波限幅电路斜率鉴频器 实现斜率鉴频的关键是找到一个将输入调频波的振幅变换成按瞬时频率变化的网络。00()()()AAA j 微分法失谐回路法相位鉴频器 第二部分是检出相位差的相位检波器。相位鉴频器由两部分组成第一部分是将调频波的瞬时频率的变化转变成附加相位的变化的频相转换网络；1频相转换网络 02()2LQt|6arctag 与 成线性关系()2乘积型相位鉴频器 11cosvVt22sin()vVt 012112cossin()11sin(2)sin22mmmvK VVttK VVtK VV 121sin2avmvK VV|6avdvK3叠加型相位鉴频器 2221222142()4avddLCVvKVKtVKVKQt 较小时