模擬集成電路系統(tǒng)第1、2章

模擬集成電路系統(tǒng)通信電子電路高頻電子線路目錄第一章緒論第二章小信號調諧放大器第三章高頻功率放大器第四章正弦振蕩器第五章振幅調制與解調第六章角度調制與解調第七章混頻第八章反饋控制系統(tǒng)第一章緒論通信系統(tǒng)的概念和基本構成通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢本課程的特點

第一節(jié)通信系統(tǒng)的基本概念

輸入變換器發(fā)送設備信道接收設備輸出變換器干擾源信源接收信息信息來源。它可以是聲音.圖像.電碼等電信息，也可以是溫度.壓力.光強.濕度等非電物理量將信息變換成電信號，稱為基帶信號。當信源為非電物理量時，它是不可缺少的。

對信號進行處理，把基帶信號變換成適合于信道傳輸特性的信號?？砂ㄕ袷帯⒎糯?、調制、抽樣、A/D變換等電路。送端的基帶信號。可包括濾波、放大、混頻、解調、

D/A變換等電路。將信道傳來的信號還原成發(fā)將接收設備輸出的電信號變換成原來形式的信息（如聲音.圖像等）。它可以是揚聲器、顯示器和打印設備等。工業(yè)干擾、天電干擾等一切干擾的集中形式。發(fā)送設備和接收設備中間的傳輸媒介，即信號傳輸?shù)耐ǖ?。大體分為有線信道和無線信道兩大類。1、通信系統(tǒng)的構成2、常用信道工作頻段的劃分采用高頻通信的原因1.天線實際天線長度

波長2.調制3、無線電波的傳輸方式繞射傳播方式—電波沿地球彎曲表面?zhèn)鞑?。長波范圍采用。折射和反射傳播方式—利用電離層的折射.反射。中長波范圍采用。直射傳播方式—電波在自由空間中做直線傳播。超短波和微波范圍采用。地球地球地球電離層4、無線電發(fā)送系統(tǒng)的原理高頻振蕩高放或倍頻調幅功放低放話筒5、超外差式無線電接受機原理框圖混頻器高頻放大器電臺選擇電路中頻放大器（2-3級）解調器（檢波器）音頻放大器揚聲器本機振蕩器AGC電路第二節(jié)通信電路系統(tǒng)的發(fā)展趨勢電子系統(tǒng)的集成化——可使系統(tǒng)體積更小更可靠.

通信系統(tǒng)的數(shù)字化——

可使系統(tǒng)的傳輸質量更好.

電子系統(tǒng)的現(xiàn)場可編程化—可使系統(tǒng)的構成更靈活.

電子系統(tǒng)的智能化—可使系統(tǒng)的自動化程度更高。第三節(jié)本課程的特點非線性電路形式的多樣性非線性電路分析的近似性本課程的實踐性與其它數(shù)字電路的銜接性第二章小信號調諧放大器第0節(jié)概述第一節(jié)調諧回路與阻抗變換電路第二節(jié)高頻單調諧放大器第三節(jié)多級調諧放大器及穩(wěn)定性第四節(jié)集成調諧放大器及集中選擇濾波器第0節(jié)小信號調諧放大器概述與寬帶放大器的區(qū)別

1.負載是具有選頻作用的LC調諧回路；

2.上限截頻/下限截頻近似等于或略大于一，即窄帶?；緲嫵杉巴瓿傻淖饔?/p>

包括:甲類放大、調諧回路（可以是LC回路、石英晶體、壓電陶瓷或聲表面波器件）兩部分。完成選頻放大的作用。主要指標要求：

電壓增益高、選擇性好、通頻帶合適、穩(wěn)定性高。第一節(jié)調諧回路與阻抗變換電路LC單調諧回路

分為：

串聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路ULrC1.電路2.諧振電流3.回路諧振頻率4.回路的品質因數(shù)IZ串聯(lián)諧振回路5.串聯(lián)諧振特性曲線據(jù)此畫出特性曲線如圖可見，回路失諧（即）時，電流減小，體現(xiàn)出回路的選頻作用。Q值越大，曲線越尖銳，說明選擇性越好。Q=50100200如圖所示為一個有耗的空心線圈和電容組成的并聯(lián)回路。其中為L的損耗電阻，C的損耗很小，可忽略。為激勵電流源，回路兩端所得到的輸出電壓為。并聯(lián)諧振回路的阻抗特性

并聯(lián)諧振電路或回路的導納：并聯(lián)諧振電路1.并聯(lián)諧振回路2.回路諧振頻率3.回路的品質因數(shù)說明G越小，其分流越小，損耗的能量越小，Q值越高。CRLIU10.707Q1Q2B1B2并聯(lián)諧振電路4.諧振特性曲線諧振特性曲線Q值越大，曲線越尖銳，說明選擇性越好。三、信號源內阻和負載對并聯(lián)諧振回路的影響isRSCSLRPC1RLCLiSLRC顯見，由于信號源內阻抗和負載阻抗的介入，使（2）回路總電容損耗增大（1）回路總電阻

設一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載，信號中心頻率，回路電容采用C=50pF，試計算所需的線圈電感值。又若線圈品質因數(shù)為，試計算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需的帶寬為0.5MHz，則應在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求？例

解：（1）計算L值。由諧振頻率表達式可得：

將以兆赫（MHz）為單位，C以皮法（PF）為單位，L以微亨（μH）為單位。上式可變?yōu)橐粚嵱糜嬎愎綄=50pF代入，得L=5.07(μH)

(2)回路諧振電阻和帶寬回路帶寬為

（3）求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設回路上并聯(lián)的電阻為，并聯(lián)后的總電阻為，回路的有載品質因數(shù)為，由帶寬公式可以得到回路總電阻為因此，需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。四、常用阻抗變換電路電感分壓式阻抗變換電路電容分壓式阻抗變換電路變壓器耦合式阻抗變換電路（一）電感分壓式阻抗變換電路1.電路iSRCML1L2N1N2RLU2U1iSRCLRL’(1)若耦合系數(shù)K=1，則有（2）耦合系數(shù)K=0（即M=0）,則有2.阻抗變換關系：(二)電容分壓式阻抗變換電路1.阻抗電變換路：2.阻抗變換關系：4.應用：放大器負載回路；電視機天線回路等。C1iSRSLRLU1U2iSRSLRLU1U2iSRSLRLU1U2iSRSLC2RLU1U23.電路優(yōu)點：電路簡單、不消耗功率。iSRSLC1C2RL’例電路如圖所示。試求輸出電壓的表達式及回路的帶寬。忽略回路本身的固有損耗。解：設回路滿足高的條件，由圖知，回路電容為諧振角頻率為：電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為回路諧振時，兩端的電壓與同相，電壓振幅為所以回路兩端的電壓輸出電壓回路品質因數(shù)回路帶寬通過計算表明滿足高的假設，而且也基本滿足遠大于1的條件。由上述計算知，

與同相位。存在一個小的相移。由于對實際分壓比的影響，與實際上(三)變壓器耦合式阻抗變換電路iSRCL1.變換電路：2.當為理想變壓器時，阻抗變換關系：變壓器初、次級線圈匝比R1C1LRLN1N2ZLiSCL3.應用：收音機中放負載回路；電視機圖象中放、伴音中放等。iSCL’R1C1LRL’ZL’構成晶體管的分壓式電流反饋直流偏置電路，以保證晶體管工作在甲類狀態(tài)。電容CB、CE對高頻旁路，電容值比低頻放大器中小得多。

LC振蕩回路作為晶體管放大器的負載，為放大器提供選頻回路。振蕩回路采用部分連接，可以實現(xiàn)阻抗匹配，同時降低負載導納和放大管輸出導納對LC回路的影響。第二節(jié)高頻單調諧放大器簡單工作原理

信號由輸入端的高頻變壓器引入，晶體管放大器的負載為部分接入的諧振回路，該回路對輸入信號頻率諧振，即。此時，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，而對其它頻率的阻抗很小，因而輸入信號頻率的電壓得到放大，而其它頻率信號受到抑制。同時諧振回路采用抽頭連接，可以實現(xiàn)阻抗匹配，以提供晶體管集電極所需要的負載電阻，從而在負載（下一級晶體管的輸入）上得到最大的電壓輸出。所以諧振回路的作用是實現(xiàn)選頻濾波及阻抗匹配。典型電路：

電路采用部分接入，以減小放大管輸出導納對LC回路的影響；與負載間采用變壓器耦合方式,以更好的匹配，降低負載導納對LC回路的影響。uiCbR1R2ReCeCLyi212345EC一、混合型等效電路晶體管高頻共發(fā)射極混合π型等效電路基區(qū)體電阻,約發(fā)射結電阻折合到基極回路的等效電阻,約幾十歐到幾千歐；（晶體管混合等效電路及其單向化動畫）：發(fā)射結電容,約10皮法到幾百皮法；：集電結電阻,約10kΩ～10MΩ；：集電結電容,約幾個皮法；：晶體管跨導,幾十毫西門子以下；各參數(shù)有關的公式如下：其中:是發(fā)射極靜態(tài)電流,是晶體管低頻短路電流是晶體管特征頻率。放大系數(shù),注意:各參數(shù)均與靜態(tài)工作點有關。

另外，常用的晶體管高頻共基極等效電路如圖圖（a）所示，圖(b)是簡化等效電路。晶體管高頻共基極等效電路及其簡化電路二、Ｙ參數(shù)等效電路

雙口網(wǎng)絡即具有兩個端口的網(wǎng)絡，如圖所示。參數(shù)方程是選取各端口的電壓為自變量,電流為應變量,其方程如下雙口網(wǎng)絡其中四個參量均具有導納量綱，即

所以Ｙ參數(shù)又稱為短路導納參數(shù),即確定這四個參數(shù)時必須使某一個端口電壓為零,也就是使該端口交流短路。共發(fā)射極接法的晶體管Ｙ參數(shù)等效電路

如共發(fā)射極接法的晶體管,如圖所示,相應的Ｙ參數(shù)方程為式中，分別稱為輸入導納、反向傳輸導納正向傳輸導納和輸出導納。其中共發(fā)射極接法的晶體管Ｙ參數(shù)等效電路三、Ｙ參數(shù)與混合參數(shù)的關系uiCbR1R2ReCeCLyi212345EC高頻單調諧放大器一、等效電路UbyiegmUbyoeCLyi212453高頻單調諧放大器一、等效電路n1gmUbCTGTL其中：yi2=gi2+jCi2yoe=goe+jCoe將輸出、負載回路折合到LC回路得到的等效電路：所以有：goe’=n12goeCoe’=n12Coegi2’=n22gi2Ci2’=n22Ci2其中：Gp為LC回路固有電導將同類元件值合并，得等效電路CT=n12Coe+n22Ci2+CGT=n12goe+n22gie+Gp其變比：其中：UbyiegmUbyoeCLyi212345n1gmUbgoe’Coe’CGpLCi2’gi2’高頻單調諧放大器n1gmUbgoe’Coe’CGpLCi2’gi2’n1gmUbCTGTL由合并的等效電路可知：此時，諧振回路的諧振頻率為：諧振回路的品質因數(shù)為：諧振回路的等效阻抗為：UbyiegmUbyoeCLyi212345n1gmUbCTGTL由等效電路可知，正弦穩(wěn)態(tài)下，單調諧放大器的增益為：高頻單調諧放大器單調諧放大器的性能(一)諧振電壓增益n1gmUbCTGTL(二)諧振功率增益1.在無耗（GP=0），且匹配(goe’=gi2’)時：2.有耗但匹配時.其中：=（1-QT/Q）2

稱為插入損耗。(三)放大器的相對增益和通頻帶1.放大器的相對增益為：依此作出曲線如圖2.通頻帶根據(jù)通頻帶定義有由此推得通頻帶或10.7070.1BB0.1(四)放大器的選擇性——指放大器對干擾信號的抑制能力。常以矩形系數(shù)K0.1來衡量選擇性的好壞。K0.1定義為相對增益下降到0.1時的帶寬B0.1帶寬B，即據(jù)B0.1定義有由此推得顯然，K0.11，K0.1愈趨近于1，選擇性愈趨近于理想?？梢?，單級調諧放大器的選擇性很差，這是他存在的主要缺點。單調諧放大器分析舉例例2-1一單調諧放大器，測得參數(shù)：gie=0.36ms，Cie=80pF，goe=75μs，Coe=9pF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10kHz，變壓器原圈總匝數(shù)N=117，電感L=590μH，固有Q值Q=80。求調諧回路參數(shù)和最大功率增益。解：（1）回路的有載QT值：（2）回路的總電容CT：

（3）回路的總電導GT：解:（4）LC回路的匝比：設GP=0，goe’=g

ie’例2-1一單調諧放大器，測得參數(shù)：gie=0.36ms，Cie=80pF，goe=75μs，Coe=9pF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10kHz，變壓器原圈總匝數(shù)N=117，電感L=590μH，固有Q值Q=80。求調諧回路參數(shù)和最大功率增益。解:（5）所需電容：

Coe’=n12Coe=(0.29)29pF=0.76pFCie’=n22Cie=(0.13)280pF=1.36pFC=GT-Coe’-Cie’=200pF-0.76pF-1.36pF200pF(6)實際最大功率增益：插入損耗：例2-1一單調諧放大器，測得參數(shù)：gie=0.36ms，Cie=80pF，goe=75μs，Coe=9pF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10kHz，變壓器原圈總匝數(shù)N=117，電感L=590μH，固有Q值Q=80。求調諧回路參數(shù)和最大功率增益。

例2-2已知工作頻率=30MHz,Ｖcc＝6Ｖ,＝2mA。晶體管采用3DG47型NPN高頻管，其Ｙ參數(shù)在上述工作條件和工作頻率處的數(shù)值如下：

，

，

；；，

；，

；回路電感Ｌ＝14μH,接入系數(shù)，

，回路空載品質因數(shù)＝100，負載是另一級相同的放大器。求放大器的諧振電壓增益、通頻帶，且回路電容C取多少時，回路諧振？

解：暫不考慮的作用（）。根據(jù)已知條件可得回路總電導電壓增益為回路總電容故外加電容C通頻帶信號接收過程中，通常要求：

Au高、B合適、選擇性好(K0.1趨近于1)。這用單級調諧放大器是難以滿足的。解決方法：采用多級調諧放大器。多級調諧放大器分為：

第三節(jié)多級調諧放大器及穩(wěn)定性{{1、同步調諧放大器2、參差調諧放大器，又分為（1）雙參差調諧放大器（2）三參差調諧放大器一、同步調諧放大器同步調諧放大器是指：若n級放大器，則有（一）n級放大器總電壓增益：相對電壓增益：一、同步調諧放大器（二）n級放大器總通頻帶—稱為縮小系數(shù)例2-3若要求某中頻放大器（多級同步調諧放大器）的頻帶為6.5MHz，分別求出用2級和3級實現(xiàn)時兩種情況下每一級的B為多少？解：（1）當n=2時（2）當n=3時即只有每級通頻帶達到12.7MHz，才能滿足總通頻帶6.5MHz的要求。顯然，Au與Bn存在矛盾，因此這種放大器只適合Bn較窄，而Au不太高的情況。一、同步調諧放大器（三）n級放大器選擇性根據(jù)K0.1的定義：例如：n=2時，K0.1=4.8；n=K0.1=2.56這表明：同步調諧放大器K0.1的極限為2.56，尚不能趨于1。為解決以上一系列矛盾，可采用參差調諧放大器。顯見，當nK0.1可改善選擇性，但當n>2以后改善緩慢

例2-4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諧放大器，對每一級放大器的通頻帶要求各是多少？解：當n=2時所以要求每一級放大器的帶寬同理，當n=3時，要求每一級放大器的帶寬二、參差調諧放大器（1）交流通路：UiT1T2n1n2n1n2f01f02U0兩級結構相同，分別調諧在f01和f02且與參差放大器的中心頻率f0相差fs，即二、參差調諧放大器若放大器的增益特性為：二、參差調諧放大器若：

對于單個諧振電路而言，它的廣義參差失諧量分別是（一）平坦參差調諧放大器稱為臨界偏調。此時它具有最大平坦特性，所以又稱為平坦參差。諧振增益：相對增益：通頻帶：選擇性：其矩形系數(shù)

[例2-5]一臨界偏調雙參差調諧放大器，其中心頻率f0=10.7MHz，每一級諧振增益Au0=20，BHz=400kHz，求：（1）諧振增益AuS；（2）BSHz=?，f01=?，f02=?解：（1）諧振增益（2）（二）過參差調諧放大器它將出現(xiàn)雙峰特性（如圖），稱為過參差。ff0f01f02二、三參差調諧放大器

它是在過參差調諧放大器后級連一級諧振在f0的單調諧放大器，使其諧振特性曲線補償雙峰特性的凹陷，獲得較平坦的幅頻特性

（如圖）

。

ff0f01f02顯見它比平坦參差放大器具有更寬的頻帶。需要指出，由于參差調諧在處失諧，故其在倍數(shù)小。可以證明它們有如下關系：例如，設，則上式等于

即雙參差調諧放大的諧振放大倍數(shù)等于調諧于同一頻率的兩級放大器的放大倍數(shù)的一半。點的放大倍數(shù)要比調諧于同一頻率的兩級放大器的放大三、調諧放大器的穩(wěn)定性造成不穩(wěn)定的原因：結電容Cb’c在高頻時產(chǎn)生的內部反饋。前面的討論中，假設了，實際上，因而將引起內部反饋，使放大器不穩(wěn)定甚至自激。造成不穩(wěn)定的原因：結電容Cb’c在高頻時產(chǎn)生的內部反饋。解決方法：

1.從選擇器件著手，選擇Cb’c小的晶體管；

2.從電路著手，設法使其單向化。常用方法有：（1）中和法：用外部反饋電路抵消內部反饋。（2）失配法：靠負載的失配抑制內部反饋，但以犧牲增益為代價。（1）中和法1.原理電路：2.中和原理：INCb’cCNCN1N2N3If通過外部反饋電流IN來抵消晶體管內部反饋電流If

。3.優(yōu)點：電路簡單。4.缺點：中和效果有限，難以實現(xiàn)全頻段內的中和。放大器中的中和電路圖是接收機中常用的中和電路。

失配是指信號源內阻不與晶體管輸入阻抗匹配、晶體管輸出端的負載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。

用失配法實現(xiàn)晶體管單向化常用的辦法是采用共射—共基級聯(lián)電路組成的調諧放大器，其穩(wěn)定性較高，得到了廣泛的應用。共發(fā)射極—共基極級聯(lián)的復合管（2）失配法（2）失配法1.原理電路：2.工作原理：通過增大負載電導YL，進而增大總回路電導，使輸出回路嚴重失配，輸出電壓相應減小，從而使內部反饋電流減小。3.優(yōu)點：能在頻率較寬的范圍內削弱內部反饋的影響。T1T2YiY0UiU0第四節(jié)集成調諧放大器及

集中選擇濾波器集成調諧放大器的構成：集中選擇濾波器集成線形放大組件UiU0集成調諧放大器集成調諧放大器的優(yōu)點:1.選擇電路集中,可減小晶體管參數(shù)對回路的影響,保證

Au、B、K0.1

等指標的穩(wěn)定。2.可單獨調整,減少生產(chǎn)周期。3.體積小,可靠性高、穩(wěn)定性高。

一、集成線性放大組件（一）4E307集成塊原理電路：123456789101112T1T22.5K1kD5001.結構：在一塊基片上制成差分對（T1、T2）,恒流源

(T3)。2.特點：（1）連接靈活（可連成CE-CB、CC-CB等）（2）漂移?。ㄓ捎诓捎貌罘藕陀性簇撦d）（3）頻帶寬，增益高（由于采用組合電路）（4）電路穩(wěn)定（電路失配）3.具體連接電路：見講義P26圖2—14（b）一、集成線性放大組件（二）MC1110集成塊原理電路：1.結構：差分對（T1）管集電極與（T2）管基極間接電容構成電極高頻短路。2.特點：（1）工作頻率高，可達100MHz（因為CC-CB連接）。（2）輸出阻抗高，對回路的影響小，頻率f0穩(wěn)定。3.具體連接電路：CRe12345C1C2L1CReL2C3C4RL+5V-5VU(AGC)213Uii

-+7+VCCUO+5-6地84（三）MC1590集成塊●電路結構?輸入級:共射-共基混合連接。?輸出級:共集-共射混合連接。?AGC電路。●以MC1590構成LC小信號諧振放大器在MC1590的輸入輸出各加一諧振回路，如圖所示。87二、集中選擇濾波器（一）石英晶體濾波器1.石英晶體的特性及其等效電路

石英晶體的化學成分是二氧化硅（SiO2

），是一種六棱柱型結晶體，其導電性能與晶格方向有關。將其按不同方位切割，可切成X、Y、AT、BT等不同切型的晶片。它們的工作頻率、溫度特性及參數(shù)各不相同。如AT:f=500KHz20MHz,DT:f=100KHz350KHz。它的基本特性是壓電效應。定義三個幾何軸：?連接兩個角錐頂點Z——Z軸……光軸?與光軸垂直X----X軸……電軸?與光軸垂直Y---Y軸……機械軸（1）正壓電效應---機械力作用于晶體時，晶片兩面將產(chǎn)生異性電荷；（2）反(逆）壓電效應---在晶片兩面加高頻交變電壓時，晶片將隨交變信號會產(chǎn)機械振動。當晶片幾何尺寸和結構一定時，它本身有一個固定的機械振動頻率f固，當外加頻率f外=f固時產(chǎn)生諧振，此時機械振動最強，電路中的高頻電流最大。晶片越薄，頻率越高強度越差，加工越難，所以一般基頻<30MHz。C0:支架電容（幾～幾十pF）Lq:慣性（幾十～幾百mH）Cq:彈性（0.0002～0.1pF）Rq:

損耗（幾～幾百Ω）1.石英晶體的特性及其等效電路當工作頻率較高時，一般采用泛音晶體，它工作在機械振動的諧波上，其工作頻率可達150MHz.泛音晶體的特點：(1)泛音不正好等于基波的整數(shù)倍；（整數(shù)倍附近）(2)因偶次諧波時晶片兩面電荷同性，無法用，所以泛音只存在于奇次諧波附近。晶體的符號及等效電路如圖符號JT等效電路rq1Lq1Cq1C0Cq3CqnLq3Lqnrq3rqn石英晶體的特點：Q值高>106Cq很小0.0050.1pFLq很大10mH~10Hrq很小100C0較小25pF2.晶體阻抗特性分析當晶體工作在某一頻率時，其等效電路可簡化為：rqCqC0Lq由等效電路可知，它有兩個諧振頻率：{串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：顯見，其值相距很近約為幾十幾百HZ。由等效電路，在忽略rq條件下，晶體的等效阻抗為：2.晶體阻抗特性分析ZPS感性容性容性討論：當=S,

Z=0;當=P,

Z=;當<S,

Z=-jX;(呈容性)當>P,

Z=-jX;(呈容性)當S<<P,

Z=jX;(呈感性)所以，其曲線如圖：2.晶體阻抗特性分析ZPS感性容性容性通常，只使用其感性區(qū)，原因：(1)在此段斜率較大，對頻率變化靈敏，有利于穩(wěn)頻。(2)能使頻率受控于晶體。石英晶體諧振器在電路中的工作方式：{(1)做高Q值電感；(1)做高Q值的短路元件。2.石英晶體濾波器ZP2S1以橋接式石英晶體濾波器為例，其原理電路如圖:11’2CJT1JT22’濾波原理JT1、JT2的電抗曲線分別如圖中實、虛線所示。P1=S221衰減在S1P2之間兩晶體的電抗符號相反，電橋平衡特性最差，為通帶；在1、2兩個頻率，兩晶體的電抗符號相同，電橋平衡特性最好，信號衰減最大。關系如圖所示（二）陶瓷濾波器1.二端陶瓷濾波器2.三端陶瓷濾波器3.四端陶瓷濾波器體積小耐熱、耐濕，受外界環(huán)境影響小常用的陶瓷濾波器有：陶瓷濾波器的優(yōu)點：某些陶瓷材料