高頻電子線路教案

-.z."高頻電子線路"課程教案一、講授題目：本課程的研究對象二、教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生知道本課程的研究對象，方法及目標(biāo)三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：接收設(shè)備的組成及原理教學(xué)難點(diǎn)：接收設(shè)備的組成及原理四、教學(xué)過程高頻電子線路是電子信息、通信等電子類專業(yè)的一門技術(shù)根底課，它的研究對象是通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的各種高頻功能電路的功能、原理和根本組成。*消息〔NEWS，MESSAGE〕：--關(guān)于人或事物情況的報(bào)道。--通信過程中傳輸?shù)木唧w對象：文字，語音，圖象，數(shù)據(jù)等。*信息〔INFORMATION〕：--有用的消息*信號〔SIGNAL〕：--信息的具體存載體。*輸入變換器--將輸入信息變換為電信號。*發(fā)送設(shè)備--將輸入電信號變換為適合于傳輸?shù)碾娦盘枴?傳輸信道--信號傳輸?shù)耐ǖ馈?-有線信道：平行線、同軸電纜或光纜，也可以是傳輸無線電波。--無線信道：自由空間或*種介質(zhì)。*接收設(shè)備--將輸入電信號變換為適合于變換的電信號。*輸出變換器--將接收設(shè)備輸出的電信號變換成原來的信息，如聲音、文字、圖像等。輸輸入變換器發(fā)送設(shè)備傳輸信道接收設(shè)備輸出變換器通信系統(tǒng)方框圖通信系統(tǒng)分類：1〕按通信業(yè)務(wù)分類*單媒體通信系統(tǒng)：如，等*多媒體通信系統(tǒng)：如電視，可視，會議等*實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)：如，電視等*非實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)：如電報(bào)，，數(shù)據(jù)通信等*單向傳輸系統(tǒng)：如播送，電視等*交互傳輸系統(tǒng)：如，點(diǎn)播電視等*窄帶通信系統(tǒng)：如，電報(bào)，低速數(shù)據(jù)等*寬帶通信系統(tǒng)：如點(diǎn)播電視，會議電視，高速數(shù)據(jù)等2〕按傳輸媒體分類a)有線傳輸介質(zhì)：*雙絞線〔屏蔽雙絞線，非屏蔽雙絞線〕損耗大，幾千比特/秒~幾百兆比特/秒*同軸電纜損耗小，價(jià)高，抗干擾能力強(qiáng)，幾百兆比特/秒*光纖損耗小，價(jià)高，抗干擾能力強(qiáng)，帶寬大，體積小，重量輕，幾千兆比特/秒。實(shí)例：光纖在幾千米距離，數(shù)據(jù)率=2GHZ/S同軸電纜在1千米距離，數(shù)據(jù)率=幾百M(fèi)HZ/S雙絞線在1千米距離，數(shù)據(jù)率=幾MHZ/Sb)無線傳輸信道:自由空間或*種介質(zhì)。無線電接收設(shè)備的組成與原理無線電接收過程正好和發(fā)送過程相反，它的根本任務(wù)是將通過天空傳來的電磁波接收下來，并從中取出需要接收的信息信號。以下圖是一個(gè)最簡單的接收機(jī)的方框圖，它由接收天線、選頻電路、檢波器和輸出變換器(耳機(jī))四局部組成。選頻選頻電路檢波器最簡單的接收機(jī)方框圖直接放大式接收機(jī)的方框圖如以下圖所示。選頻選頻電路檢波器低頻電壓放大器低頻功率放大器高頻放大器直接放大式接收機(jī)方框圖直接放大式接收機(jī)的特點(diǎn)是靈敏度較高，輸出功率也較大，特別適用于固定頻率的接收。但是，在用于多個(gè)電臺接收時(shí)，其調(diào)諧比擬復(fù)雜。再則，高頻小信號放大器的整個(gè)接收頻帶，頻率高端的放大倍數(shù)比低端要低。因此，對不同的電臺其接收效果也就不同。為了克制這樣的缺點(diǎn)，現(xiàn)在的接收機(jī)幾乎都采用超外差式線路。以下圖所示是超外差式接收機(jī)的方框圖。超外差式接收機(jī)的中頻放大器的中心頻率是固定不變的，而且接收機(jī)的主要放大倍數(shù)由中頻放大器承當(dāng)，所以，整機(jī)增益在接收頻率圍，高端和低端的差異就會很小。對于調(diào)諧來說，僅對混頻器的選頻輸入回路和本機(jī)振蕩器進(jìn)展同步調(diào)諧，這是容易實(shí)現(xiàn)的?；祛l器混頻器檢波器低頻電壓放大器低頻功率放大器中頻放大器本機(jī)振蕩器超外差式接收機(jī)的方框圖超外差接收機(jī)由于有固定頻率的中頻放大器，它不僅可以實(shí)現(xiàn)較高的放大倍數(shù)，而且選擇性也很容易得到滿足?？梢酝瑫r(shí)兼顧高靈敏度與高選擇性，這是非常重要的。本課程講授的各功能電路，大多屬于非線性電子線路。非線性電子線路的分析方法與線性電子線路的分析方法是不一樣的。因而，在學(xué)習(xí)本課程的各功能電路時(shí)，要根據(jù)不同電路的功能和特點(diǎn)，掌握各個(gè)功能電路的實(shí)現(xiàn)方法和根本原理；要根據(jù)輸入信號的大小和器件的工作狀態(tài)的不同選用不同的近似分析法，系統(tǒng)地了解非線性電子線路的分析方法。高頻電子線路的理論與實(shí)踐必須嚴(yán)密聯(lián)系，要學(xué)會用理論去指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而得出合理的結(jié)論，這對我們以后的工作會有很大幫助。無線信道及傳播方式表列出了無線電波的頻段劃分、主要傳播方式和用途等。表中列出的頻段、傳播方式和用途的劃分是相對而言的，相鄰頻段間無絕對的分界限。表無線電波的頻段、傳播方式和用途頻帶波長名稱主要傳播方式典型應(yīng)用3~30kHz100~10km甚低頻地波遠(yuǎn)距離導(dǎo)航；聲納；電報(bào)；30~300kHz10~1km低頻〔長波〕地波導(dǎo)航系統(tǒng)；航標(biāo)信號；電報(bào)；通信0.3~3MHz1000~100m中頻〔中波〕地波或天波調(diào)幅播送；艦船無線通信；測向；遇險(xiǎn)和呼救3~30MHz100~10m高頻〔短波〕天波或地波調(diào)幅播送；短波通信；飛機(jī)與船通信；岸與船通信30~300MHz10~1m甚高頻〔超短波〕直線傳播電視播送；調(diào)頻播送；航空通信；導(dǎo)航設(shè)備0.3~3GHz100~10cm特高頻〔分米波〕直線傳播電視播送；雷達(dá)；遙控遙測；導(dǎo)航；衛(wèi)星通信；移動通信；3~30GHz10~1cm超高頻〔厘米波〕直線傳播衛(wèi)星通信；空間通信；微波接力；機(jī)載雷達(dá)；氣象雷達(dá)30~300GHz10~1mm極高頻〔毫米波〕直線傳播雷達(dá)著陸系統(tǒng)；射電天文無線電波的主要傳播方式圖"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：高頻電路根底知識二、教學(xué)目標(biāo)掌握諧振回路，理解高頻小信號放大器的主要技術(shù)指標(biāo)三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：諧振回路教學(xué)難點(diǎn)：諧振回路四、教學(xué)過程*高頻：被放大信號的頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。由于頻率高，放大器的晶體管的極間電容的作用不能忽略。*小信號：放大器輸入信號小，可以認(rèn)為放大器的晶體管(或場效應(yīng)管)是在線性圍工作，這樣就可以將晶體管(或場效應(yīng)管)看成為線性元件，分析電路時(shí)可將其等效為二端口網(wǎng)絡(luò)。*放大器：功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)展不失真的放大。高頻小信號放大器的分類圖高頻小信號放大器的通頻帶1〕高頻：幾百千赫至幾百兆赫〔105~108Hz〕小信號：.〔2〕相對帶寬：〔3〕窄帶放大器：高頻小信號放大器的主要技術(shù)指標(biāo)〔1〕電壓增益與功率增益(2)通頻帶*相對帶寬：*窄帶放大器：〔3〕)矩形系數(shù)輸入信噪功率比輸出信噪功率比輸入信噪功率比輸出信噪功率比高頻電路的根底知識濾波器(選頻回路)的分類及功能濾波器的理想幅頻特性LC串并聯(lián)諧振回路的特性一個(gè)實(shí)際的電感元件可以用一個(gè)理想無損耗的電感L和一個(gè)串聯(lián)的損耗電阻rO來等效，也可以用一個(gè)理想無損耗的電感L和一個(gè)并聯(lián)電導(dǎo)g。來等效。如下圖。有損電感的等效關(guān)系電容元件的高頻特性對于電容元件，由于在高頻電路所討論的頻率圍，損耗很小，因而就認(rèn)為是理想元件，不考慮其損耗的影響。LC串聯(lián)諧振回路圖LC串聯(lián)諧振回路圖LCr串聯(lián)諧振回路由圖A，從信號源向右看其電抗特性如圖B所示。由圖可知，圖ALCr串聯(lián)諧振回路圖B串聯(lián)諧振回路電抗與頻率的關(guān)系由得回路諧振頻率為或定義回路空載品質(zhì)因數(shù)為：定義回路有載品質(zhì)因數(shù)為：當(dāng)在LC串聯(lián)諧振回路參加鼓勵電壓U時(shí)，流過電路的電流I可表示為當(dāng)〔諧振〕時(shí)，流過的電流最大，，稱為諧振電流。歸一化電流：圖相對幅頻特性與相頻特性當(dāng)〔諧振〕時(shí)，回路電感和電容上的電壓可表示為這兩個(gè)電壓大小一樣，方向相反。"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：并聯(lián)諧振二、教學(xué)目標(biāo)掌握并聯(lián)諧振三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：諧振回路參數(shù)計(jì)算，等效變換教學(xué)難點(diǎn)：諧振回路參數(shù)計(jì)算，等效變換四、教學(xué)過程LC并聯(lián)諧振回路一個(gè)LC并聯(lián)電路，由于電感L有損耗，可等效為如圖(a)所示的電路。并聯(lián)回路的導(dǎo)納為(a)(b)圖LC并聯(lián)諧振回路式中，回路諧振頻率為令當(dāng)回路諧振頻率和有載品質(zhì)因數(shù)為則并聯(lián)諧振回路的阻抗的模及相角為可以看出，當(dāng)時(shí)，回路諧振，回路等效為純電阻，其阻值最大為R。在回路加電流源I鼓勵時(shí)，輸出電壓時(shí)，。并聯(lián)諧振回路的輸出電壓相對幅頻特性和相頻特性為圖并聯(lián)回路的阻抗特性串并聯(lián)阻抗的等效互換以下圖是一個(gè)串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的等效互換圖。設(shè)串聯(lián)電路是由*1，與r1組成，等效后的并聯(lián)電路是由*2與R2組成。所謂“等效〞是指在工作頻率一樣的條件下，AB兩端的阻抗相等。也就是等效互換電路根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q的定義，式中，Q2為并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)。可見等效互換結(jié)果Q不變，即Q1=Q2=Q，可得這個(gè)結(jié)果說明，串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為等效并聯(lián)電路后，R2為串聯(lián)電路r1的Q2倍，而*2與串聯(lián)電路*1一樣，保持不變。"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：晶體管高頻小信號諧振放大器二、教學(xué)目標(biāo)：掌握高頻小信號放大器三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：體管高頻小信號等效電路教學(xué)難點(diǎn)：單調(diào)諧回路諧振放大器四、教學(xué)過程晶體管y參數(shù)等效電路晶體管y等效電路圖根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)理論，其中，稱為輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；稱為輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納；稱為輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；稱為輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納。對于共發(fā)射極組態(tài)，，其中y參數(shù)用、、、表示。對于共基極組態(tài)，，其y參數(shù)用、、、表示。對于共集電極組態(tài)，，其y參數(shù)用、、、表示?；旌系刃щ娐芬韵聢D所示是晶體管混合等效電路。放大器的等效電路及其簡化單調(diào)諧回路諧振放大器單級調(diào)諧放大器高頻等效電路圖單調(diào)諧放大器簡化等效電路圖由三極管的部特性，有由外部負(fù)載特性，有得放大器的輸入導(dǎo)納為得放大器的輸出導(dǎo)納為設(shè)T1和T2是同型號的晶體管，電感線圈的電感量為L，在工作頻率時(shí)的空載品質(zhì)因數(shù)為Q0，則空載諧振電導(dǎo)。由于，故可用和并聯(lián)表示，用和并聯(lián)表示。根據(jù)接入系數(shù)的定義，。由簡化等效電路可以很方便地對放大器的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)展分析。放大器的技術(shù)指標(biāo)1．電壓增益根據(jù)定義，，式中，；從等效關(guān)系可知則放大器諧振時(shí)，，對應(yīng)的諧振頻率，則可見，諧振時(shí)的電壓增益與晶體管的正向傳輸導(dǎo)納成正比，與回路兩端總電導(dǎo)成反比，負(fù)號表示放大器的輸入與輸出電壓相位差"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：小信號諧振放大器的穩(wěn)定性二、教學(xué)目標(biāo):了解晶體管高頻小信號諧振放大器的穩(wěn)定性三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)不穩(wěn)定的原因及提高穩(wěn)定性的措施四、教學(xué)過程諧振放大器存在不穩(wěn)定的原因在實(shí)際運(yùn)用中，晶體管存在著反向傳輸導(dǎo)納yre,放大器的輸出電壓可通過晶體管的yre反向作用到輸入端，引起輸入電流的變化，這種反應(yīng)作用將可能引起放大器產(chǎn)生自激等不良后果。由圖可見，放大器的輸入導(dǎo)納。其中，。YF是頻率的函數(shù)。在*些頻率上，gF有可能為負(fù)值。回路的總電導(dǎo)將可能減小，甚至為零，QL將趨于無限大，放大器處于自激振蕩狀態(tài)。圖等效輸入電路放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益圖調(diào)諧放大器等效電路提高諧振放大器穩(wěn)定性的措施使晶體管yre的反應(yīng)作用消除的過程稱為單向化。單向化的目的就是提高放大器的穩(wěn)定性。單向化的方法有中和法和失配法。(一)中和法所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個(gè)附加的外部反應(yīng)電路，以抵消晶體管部yre的反應(yīng)作用。以下圖所示是有中和電路的放大器。具有中和電路的放大器(二)失配法失配法的實(shí)質(zhì)是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)定的要求?？梢赃x用適宜的接入系數(shù)p1、p2或在諧振回路兩端并聯(lián)阻尼電阻來實(shí)現(xiàn)降低電壓增益。在實(shí)際運(yùn)用中，較多的是采用共射一共基級聯(lián)放大器，其等效電路如下圖。共射-共基級聯(lián)放大器"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：高頻功率放大器二、教學(xué)目標(biāo)理解晶體管高頻功率放大器的功能、分類和主要技術(shù)指標(biāo)三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1、根本電路及其特點(diǎn)2、高頻功率放大器的工作原理四、教學(xué)過程高頻功率放大器的功能無線電通信的任務(wù)是傳送信息。為了有效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，通常是用要傳送的信息對較高頻率的載頻信號進(jìn)展調(diào)頻或調(diào)幅，經(jīng)過高頻功率放大到達(dá)較大功率，再通過天線輻射出去。高頻功率放大器的特點(diǎn)是放大信號頻率高，要求輸出功率高和效率高。高頻功率放大器的功能是用小功率的高頻輸入信號去控制高頻功率放大器，將直流電源供應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換為大功率的高頻能量輸出，其輸出信號與輸入信號的頻譜一樣，如圖1所示。圖1高頻功率放大器的頻譜表示二、高頻功率放大器的分類高頻功率放大器可分為窄帶功率放大器和寬帶功率放大器兩類。窄帶功率放大器一般都具有窄帶選頻網(wǎng)絡(luò)，難于做到瞬時(shí)調(diào)諧。寬帶高頻功率放大器采用了具有寬頻帶特性的傳輸線變壓器作為負(fù)載，不需要調(diào)諧，適用于頻率相對變化圍大。為了提高效率，窄帶高頻功率放大器工作狀態(tài)多項(xiàng)選擇用在丙類或丁類，甚至戊類放大；寬帶高頻功率放大器只能選用甲類和乙類推挽放大工作狀態(tài)。三、高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)高頻功率放大器的主要指標(biāo)是高頻輸出功率、效率、功率增益和諧波抑制度等。圖2是丙類高頻功率放大器的原理電路圖。圖2(a)所示是一般中間級原理電路，其負(fù)載是下一級的輸入阻抗經(jīng)變壓器二次側(cè)折合到一次側(cè)，與Lc諧振回路組成的等效負(fù)載。圖2(b)所示是最簡單的輸出級原理電路，其負(fù)載是天線，而天線的等效阻抗可看成為天線電容c。和電阻r。串聯(lián)組成。從原理圖可以看出，無論是中間級還是輸出級，其負(fù)載均可等效為并聯(lián)諧振回路。因而，在分析討論丙類高頻功率放大器時(shí)，通常是用圖3所示的原理電路。圖2丙類高頻功率放大器原理圖圖3高頻功率放大器原理圖從原理圖可以看出，丙類高頻功率放大器的特點(diǎn)是：為了提高效率，晶體管發(fā)射結(jié)為負(fù)偏置，由VBB來保證。負(fù)載為諧振回路，除了確保從電流脈沖波中取出基波分量，獲得正弦電壓波形外，還能實(shí)現(xiàn)放大器的阻抗匹配。丙類高頻功率放大器工作原理丙類高頻功率放大器的發(fā)射結(jié)在VBB的作用下處于負(fù)偏壓狀態(tài)，當(dāng)無輸入信號電壓時(shí)，晶體管T處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流ic=0。當(dāng)輸入信號電壓為時(shí)，基極與發(fā)射極之間的電壓，由輸入特性可得基極電流為脈沖形狀?？捎酶道锶~級數(shù)展開為式中，為基極電流的直流分量；為基極電流的基波電流振幅；分別為基極電流的二次至n次諧波電流振幅。同理由正向傳輸特性可得集電極電流為脈沖狀，也可用傅里葉級數(shù)展開為式中，為集電極電流的直流分量；為集電極電流的基波電流振幅；分別為集電極電流的二次至n次諧波電流振幅。當(dāng)集電極回路調(diào)諧于高頻輸入信號頻率時(shí)，由于回路的選擇性，對集電極電流的基波分量來說，回路等效為純電阻Rp；對各次諧波來說，回路失諧，呈現(xiàn)很小的阻抗，回路兩端可近似認(rèn)為短路；而直流分量只能通過回路電感支路，其直流電阻很小，也可近似認(rèn)為短路。這樣，脈沖形狀的集電極電流ic流經(jīng)諧振回路時(shí)，只有基波電流才產(chǎn)生電壓降，即回路兩端只有基波電壓。因而輸出的高頻電壓信號的波形沒有失真?；芈穬啥说幕妷赫穹鵘cm為"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：丙類(C類)高頻功率放大器的工作原理二、教學(xué)目標(biāo)理解晶體管高頻功率放大器的工作原理三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)集電極余弦電流脈沖的分解四、教學(xué)過程以下圖是丙類高頻功率放大器各級電壓和電流的波形圖。各級電壓和電流波形丙類(C類)高頻功率放大器的折線分析法由于丙類高頻功率放大器工作在大信號非線性狀態(tài)，所以，晶體管的小信號等效電路的分析方法是不適用的。雖然采用靜態(tài)特性曲線經(jīng)過理想化成為折線來進(jìn)展近似分析會存在一定的誤差，但是，用它對高頻功率放大器進(jìn)展定性分析是一種較為簡便的方法。1、晶體管特性曲線的理想化及其解析式靜態(tài)特性曲線及其理想化輸入特性曲線的理想化圖(a)所示的虛線表示的直線就是理想化的輸入特性曲線。其數(shù)學(xué)表示式為式中，gb為理想化輸入特性的斜率，即正向傳輸特性曲線的理想化理想化晶體管的電流放大系數(shù)被認(rèn)為是常數(shù)，因而將輸入特性的iB乘以就可得到理想化正向傳輸特性。正向傳輸特性的斜率為gc稱為理想化晶體管的跨導(dǎo)。它表示晶體管工作于放大區(qū)時(shí)，單位基極電壓變化產(chǎn)生的集電極電流變化。正向傳輸特性的數(shù)學(xué)表示式為輸出特性曲線的理想化圖(b)所示的輸出特性曲線要分別對飽和區(qū)和放大區(qū)采取不同的簡化方法。在飽和區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。這樣，理想化特性曲線對不同的uBE值，應(yīng)重合為一條通過原點(diǎn)的斜線。該斜線稱為飽和臨界限，其斜率用gcr表示。它表示晶體管工作于飽和區(qū)時(shí)，單位集電極電壓變化引起集電極電流的變化的關(guān)系?？杀硎緸槭街?，。在放大區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關(guān)。則，各條特性曲線均為平行于uCE軸的水平線。又因=△iC／△iB為常數(shù)，故各平行線對等差的△iB來說，間隔應(yīng)該是均勻相等的。2、集電極余弦電流脈沖的分解余弦電流脈沖的表示式余弦電流脈沖是由脈沖高度ICM和通角C來決定的。只要知道這兩個(gè)值，脈沖形狀便可完全確定。在條件下，通過理想化正向傳輸特性求出集電極電流脈沖，可用以下圖來說明。丙類狀態(tài)下集電極電流波形圖設(shè)鼓勵信號為，則。而晶體管理想化正向傳輸特性可表示為將uBE代人式中，可得當(dāng)時(shí)，，代入上式中可得上式說明，VBB,UBZ和Ubm可確定高頻功率放大器的半通角θC，有時(shí)也稱為通角。通常用θC=180。表示甲類放大；θC=90。表示乙類放大；θC<90。表示丙類放大。但是，必須注意的是高頻功率放大器的實(shí)際全通角為2θC.當(dāng)時(shí)，，可得得集電極余弦電流脈沖的表示式為余弦電流脈沖的分解系數(shù)周期性的電流脈沖可以用傅里葉級數(shù)分解為直流分量、基波分量及高次諧波分量，即iC可寫成為式中α稱為余弦電流脈沖分解系數(shù)。α0(θC)為直流分量分解系數(shù)；α1(θC)為基波分量分解系數(shù)；αψ(θC)為n次諧波分量分解系數(shù)。這些分解系數(shù)在使用中，通常不需要通過積分關(guān)系求出各個(gè)分量，可以由以下圖或本章附錄中查得。圖中給出了α0、α1、α2、α3和g1=Ic1m／Ic0m與θC的關(guān)系曲線。本章附錄給出了不同θC值所對應(yīng)的α0、α1、α2和g1的數(shù)據(jù)值。余弦脈沖分解系數(shù)與的θC關(guān)系"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：高頻功率放大器特性二、教學(xué)目標(biāo)理解晶體管高頻功率放大器的工作原理三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1、功率放大器的功率與效率2、高頻功率放大器的負(fù)載特性及動態(tài)特性四、教學(xué)過程功率與效率可知，丙類高頻功率放大器的uBE和uCE為而集電極電流iC是脈沖狀的周期函數(shù)，可分解為傅里葉級數(shù)。故丙類高頻功率放大器的直流電源VCC供應(yīng)的輸入直流功率為因?yàn)橹C振回路諧振于基波頻率，并呈純電阻Rp,對其他諧波的阻抗很小，且為容性；所以，只有基波電流與基波電壓才能產(chǎn)生輸出功率。高頻一周的平均輸出功率P。:直流電源提供輸入功率與高頻輸出功率之差是晶體管集電極損耗功率，即高頻功率放大器的集電極效率為式中，稱為集電極電壓利用系數(shù)；稱為波形系數(shù)。從上面各式，并參照脈沖分解系數(shù)與圖θC關(guān)系圖，可看出：(1)在電壓利用系數(shù)的理想條件下，甲類放大器的通角為180°，，故甲類放大器的理想效率；乙類放大器的通角為為90°，，故乙類放大器的理想效率；丙類放大器的通角小于90°，，故丙類放大器的理想效率，而越小，越高。(2)諧振高頻功率放大器在諧振電阻Rp一定的條件下，=120。時(shí)，輸出功率最大，但是，集電極理想效率只有66％；而=1?！?5。時(shí)，效率最高，輸出功率卻很小。故在實(shí)際運(yùn)用中，為了兼顧高的輸出功率和高的集電極效率，通常取=60。～80。的丙類工作狀態(tài)。丙類高頻功率放大器的動態(tài)特性在高頻功率放大器的電路和輸入、輸出條件確定后，也就是在晶體管、電源電壓VCC和VBB輸入信號振幅Ubm和輸出信號振幅Ucm(或Rp)一定的條件下，ic=f(uBE,uCE)的關(guān)系稱為放大器的動態(tài)特性。當(dāng)放大器工作于諧振狀態(tài)時(shí)，高頻功率放大器的外部電路關(guān)系式為由上二式可得動態(tài)特性應(yīng)同時(shí)滿足外部電路和部電路關(guān)系式，而部關(guān)系式是由晶體管折線化的正向傳輸特性所決定。對于導(dǎo)通段，即可得顯然，上式是一個(gè)直線方程。斜率為，在軸上的截距為假設(shè)高頻功率放大器晶體管的理想化輸出特性和外部電壓VCC、VBB、Ubm和Ucm的值，如何求出動態(tài)特性和電流、電壓波形呢"通?？梢圆捎媒鼐喾ê吞摂M電流法。*截距法。用截距法求動態(tài)特性*虛擬電流法。虛擬電流法求動態(tài)特性功率放大器通常是按晶體管集電極電流通角p。不同劃分為甲類、乙類和丙類放大器。諧振功率放大器的工作狀態(tài)是指處于丙類或乙類放大時(shí)，在輸入信號鼓勵的一周，是否進(jìn)入晶體管特性曲線的飽和區(qū)來劃分，它分為欠壓、臨界和過壓三種狀態(tài)，用動態(tài)特性能較容易區(qū)分這三種工作狀態(tài)。以下圖給出了丙類諧振高頻功率放大器的三種不同工作狀態(tài)(欠壓、臨界和過壓)的電壓和電流波形。丙類高頻功率放大器的三種工作狀態(tài)丙類高頻功率放大器的負(fù)載特性負(fù)載特性是指在晶體管及VCC、VBB、Ubm一定時(shí)，改變回路諧振電阻Rp，高頻功率放大器的工作狀態(tài)、電流、電壓、功率和效率隨Rp變化的關(guān)系。晶體管一定，是指理想化特性一定，即gC、UbZ不變。采用虛擬電流法可求出不同Rp值對應(yīng)的動態(tài)特性，可清楚地分析負(fù)載特性。動態(tài)特性的斜率gd與Rp的關(guān)系是丙類高頻功率放大器的負(fù)載特性各級電壓變化對工作狀態(tài)的影響1、改變集電極電源電壓對工作狀態(tài)的影響改變VCC對電流和功率的影響2、改變Ubm對工作狀態(tài)的影響改變Ubm對工作狀態(tài)的影響改變Ubm對電流和功率的影響3、改變VBB對工作狀態(tài)的影響改變VBB對工作狀態(tài)的影響"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：丙類功率放大電路二、教學(xué)目標(biāo)熟悉功率放大器的饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1、饋電電路組成原則2、匹配網(wǎng)絡(luò)原理四、教學(xué)過程丙類高頻功率放大器是由輸入回路、晶體管和輸出回路組成。輸入、輸出回路在功率放大器中的作用是，(1)提供放大器所需的正常偏置；(2)實(shí)現(xiàn)濾波(調(diào)諧于基波頻率)；(3)保證阻抗匹配。也可認(rèn)為輸入、輸出回路它是由直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)兩局部組成。一、直流饋電電路晶體管高頻功率放大器的直流饋電電路分為集電極饋電電路和基極饋電電路兩類。(一)集電極饋電電路集電極直流饋電有串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種形式。晶體管、負(fù)載回路和直流電源組成串聯(lián)連接形式稱為串聯(lián)饋電；晶體管、負(fù)載回路和直流電源組成并聯(lián)連接形式稱為并聯(lián)饋電。圖(a)是串聯(lián)饋電電路。圖(b)是并聯(lián)饋電電路。集電極電路的兩種饋電形式(二)基極饋電電路基極饋電電路的組成也有串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種形式，如下圖?；鶚O電路的兩種饋電形式以下圖是諧振功率放大器的自給反向偏置電路。圖(a)所示利用基極電流的直流分量，IBO在基極電阻Rb上的壓降產(chǎn)生自給負(fù)偏壓。圖所示利用發(fā)射極電流的直流分量IEO在Re上的壓降產(chǎn)生自給負(fù)偏壓。其優(yōu)點(diǎn)是利用發(fā)射極電流直流分量的負(fù)反應(yīng)作用，有利于工作狀態(tài)的穩(wěn)定。在功率放大器輸出功率大于1w時(shí)，通常采用自給反向偏置電路。自給反向偏置電路二、匹配網(wǎng)絡(luò)在發(fā)射機(jī)中，為了獲得大的高頻輸出功率，通?？刹捎枚嗉壐哳l功率放大的方式。根據(jù)丙類功率放大器在發(fā)射機(jī)中所處位置的不同，常將丙類功率放大器所采用的匹配網(wǎng)絡(luò)分為輸入、輸出和級問耦合三種電路。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)用于信號源與丙類功率放大器之間；輸出匹配網(wǎng)絡(luò)用于輸出級與天線負(fù)載之間；級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)用于丙類功率放大器的推動級與輸出級之間。這三種匹配網(wǎng)絡(luò)都可以采用由L和C組成的L形、形或T形這樣的根本網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)在電路中的作用是實(shí)現(xiàn)濾波與阻抗匹配。(一)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由于高頻功率晶體管的輸入阻抗實(shí)數(shù)局部的數(shù)值一般很小，通常只有幾歐，而信號源的阻比晶體管輸入電阻要高。為了使信號源的功率有效地加到高頻功率晶體管的發(fā)射結(jié)上，可采用輸入匹配網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)低輸入電阻與高信號源阻的匹配。以下圖所示是常用的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)圖(二)級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)以下圖所示是常用的級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)。級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)(三)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)以下圖所示是常用的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：振幅調(diào)制電路二、教學(xué)目標(biāo)掌握普通調(diào)幅波的調(diào)制方法，頻譜分析三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1、普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式及其頻譜2、調(diào)幅波的功率關(guān)系四、教學(xué)過程調(diào)制是通信系統(tǒng)中的重要的環(huán)節(jié)。通信系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離地不失真地傳送信息。所需傳送的信息通過換能器轉(zhuǎn)換成電信號，此電信號是占有一定頻譜寬度的低頻信號，通常稱為基帶信號。直接將基帶信號進(jìn)展傳輸，要實(shí)現(xiàn)多路遠(yuǎn)距離傳輸是困難的。通常是將基帶信號加載到高頻信號上去，用高頻信號作為運(yùn)載工具，這樣就能較好地實(shí)現(xiàn)多路有選擇性的遠(yuǎn)距離通信。將需傳送的基帶信號加載到高頻信號上去的過程稱為調(diào)制。普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式及其頻譜假設(shè)載波信號電壓為，調(diào)制信號為，根據(jù)定義，普通調(diào)幅波的振幅為設(shè)調(diào)制信號電壓為其中，和F分別為調(diào)制信號的角頻率〔單位為rad/s〕和頻率〔單位為Hz〕，通常滿足。根據(jù)調(diào)幅波的定義式(5—4)就是單頻調(diào)制時(shí)普通調(diào)幅波的表示式。式中U’m(t)稱為包絡(luò)函數(shù)。它是由調(diào)幅波各高頻周期峰值連成的一條曲線，而ma=kaUm／Ucm。其中，ka為比例系數(shù)，ma稱為調(diào)幅指數(shù)(調(diào)幅度)。普通調(diào)幅波的波形如圖5—1所示。從圖中可以看到，已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號一樣，稱之為不失真調(diào)制。從調(diào)幅波的波形上看出包絡(luò)的最大值Umma*和最小值Ummin為故可得由上式可看出，不失真調(diào)制時(shí)ma≤1，假設(shè)ma>1，則已調(diào)波包絡(luò)形狀與調(diào)制信號不一樣，產(chǎn)生嚴(yán)重失真，這種情況稱為過量調(diào)幅，必須盡力防止，其波形如下圖。調(diào)幅波波形過量調(diào)幅波形圖為了說明調(diào)制的特征，還常用頻域表示法，即采用頻譜圖。可以利用三角公式將其展開為這說明單頻信號調(diào)制的調(diào)幅波由三個(gè)頻率分量組成，即載波分量ωc、上邊頻分量ωc+Ω和下邊頻分量ωc-Ω，其頻譜如下圖。顯然，載波分量并不包含信息，調(diào)制信號的信息只包含在上、下邊頻分量，邊頻的振幅反映了調(diào)制信號振幅的大小，邊頻的頻率雖屬于高頻的疇，但反映了調(diào)制信號頻率與載波的關(guān)系。實(shí)際上，調(diào)斛信號是含有多個(gè)頻率比擬復(fù)雜的信號。如調(diào)幅播送所傳送的語言信號頻率約為50Hz～3．5kHz，經(jīng)調(diào)制后，各個(gè)語言頻率產(chǎn)生各自的上邊頻和下邊頻，疊加后形成了所謂上邊頻帶和下邊頻帶，如下圖。因?yàn)樯稀⑾逻咁l振幅相等且成對出現(xiàn)，所以上、下邊頻帶的頻譜分布相對載波是對稱的，其數(shù)學(xué)表示式可寫為因?yàn)槎囝l調(diào)制時(shí)各個(gè)低頻分量的振幅并不相等，因而調(diào)幅指數(shù)mi也不一樣，所以就整個(gè)調(diào)幅波來說，常引用平均調(diào)幅指數(shù)的概念。大量實(shí)驗(yàn)說明，未經(jīng)加工處理的語言信號的平均調(diào)制系數(shù)為0．2～0．3。由調(diào)幅波的頻譜圖可以看出，調(diào)制過程實(shí)質(zhì)上是一種線性頻譜搬移過程。經(jīng)過調(diào)制后，調(diào)制信號的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下邊頻帶。單音調(diào)制的調(diào)幅波頻譜圖多音調(diào)制的調(diào)幅波普通調(diào)幅波的功率關(guān)系為了分清調(diào)幅坡中各頻率分量的功率關(guān)系，通常將調(diào)幅波電壓加在電阻R兩端，電阻R上消耗的各頻率分量對應(yīng)的功率可表示為(1)載波功率(2)每個(gè)邊頻功率(3)調(diào)制一周的平均總功率上式說明，調(diào)幅波的輸出功率隨著m。增大而增大，當(dāng)m。=1時(shí)，POT=2Poav/3,而Pc++Pc-Poav/3，這說明當(dāng)m。=1時(shí)，包含信息的上、下邊頻功率之和只占總輸出功率的1／3，而不含信息的載波功率卻占了總輸出功率的2／3。從能量觀點(diǎn)看，這是一種很大的浪費(fèi)。而實(shí)際調(diào)幅波的平均調(diào)幅指數(shù)為0．3，其能量的浪費(fèi)就更大。這是普通調(diào)幅制本身固有的缺點(diǎn)。目前這種調(diào)制只應(yīng)用于中、短波無線電播送系統(tǒng)中，而其他通信系統(tǒng)采用另外的調(diào)制方式。三．抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號和單邊帶調(diào)幅信號因?yàn)檩d波本身并不包含信息，而且還占有較大的功率，為了減小不必要的功率浪費(fèi)，可以只發(fā)射上、下邊頻，而不發(fā)射載波，稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號，用DSB表示。這種信號的數(shù)學(xué)表示式為單頻調(diào)制的雙邊帶信號波形如下圖。因?yàn)殡p邊帶信號不包含載波，它的全部功率都為邊帶占有，所以發(fā)送的全部功率都載有信息，功率有效利用率高于AM制。因?yàn)閮蓚€(gè)邊帶的任何一個(gè)邊帶已經(jīng)包含調(diào)制信號的全部信息，所以可以進(jìn)一步把其中的一個(gè)邊帶抑制掉，而只發(fā)射一個(gè)邊帶，這就是單邊帶調(diào)幅波，用SSB表示。其數(shù)學(xué)表示式為從上兩式看出，單邊帶調(diào)幅波的頻譜寬度只有兩邊帶的一半，其頻帶利用率高，在通信系統(tǒng)中是一種常用的調(diào)制方式。對于單頻調(diào)制的單邊帶信號，它仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的，它含有傳送信息的特征。雙邊帶調(diào)幅信號的波形四．振幅調(diào)制電路的功能振幅調(diào)制電路的功能是將輸人的調(diào)制信號和載波信號通過電變換成高頻調(diào)幅信號輸出。當(dāng)輸入調(diào)制信號，載波信號時(shí)，普通調(diào)幅波調(diào)輻電路的輸出電壓是，雙邊帶調(diào)幅波調(diào)幅電路的輸出電壓是，而單邊帶調(diào)幅波調(diào)幅電路的輸出電壓是或。普通調(diào)幅波調(diào)幅電路輸出頻譜為、，雙邊帶調(diào)幅電路輸出頻譜為，單邊帶調(diào)幅電路輸出頻譜為或。振幅調(diào)制電路的功能也可用輸入、輸出信號的頻譜關(guān)系來表示。圖所示是三種調(diào)幅電路的輸入、輸出信號的頻譜關(guān)系。三種調(diào)幅電路的頻率變換關(guān)系五、振幅調(diào)制電路的分類及要求在調(diào)幅無線電發(fā)射機(jī)中，按實(shí)現(xiàn)調(diào)幅級電平的上下可分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路。低電平調(diào)幅是先在低功率電平級進(jìn)展振幅調(diào)制，然后再經(jīng)過高頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。由于低電平調(diào)幅電路的功率較小，對調(diào)幅電路來說，輸出功率和效率不是主要指標(biāo)，重點(diǎn)是提高調(diào)制的線性，減少不需要的頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波。它是利用丙類高頻功率放大器在改變VCC?；騐BB。時(shí)具有調(diào)幅特性這一特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)效率高。設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。通常高電平調(diào)幅只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。六．振幅調(diào)制電路的根本組成原理從振幅調(diào)制電路的功能可以看出，在輸入載波頻率和調(diào)制信號頻率時(shí)，要實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅波調(diào)幅或雙邊帶調(diào)幅波調(diào)幅，必須通過調(diào)幅電路產(chǎn)生新的頻率分量。因此，調(diào)幅電路的主要器件應(yīng)是非線性器件，其特性必須含有載波信號和調(diào)制信號的乘積項(xiàng)。集成模擬乘法器和具有平方律特性的二極管等都能完成調(diào)幅功能。集成模擬乘法器能實(shí)現(xiàn)載波信號和調(diào)制信號兩電壓相乘。二極管是利用兩輸入信號相加即，經(jīng)二極管特性的平方項(xiàng)產(chǎn)生和的乘積項(xiàng)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。一般來說，振幅調(diào)制電路是由輸入回路、非線性器件和帶通濾波器三局部組成。輸入回路的作用是將載波信號和調(diào)制信號直接耦合或相加后直接加到非線性器件上。非線性器件(乘法器、二極管、三極管)的作用是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生新的頻率。帶通濾波器的作用是取出調(diào)幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率成分。"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：低電平調(diào)幅電路二、教學(xué)目標(biāo)掌握各種低電平調(diào)幅電路三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1、二極管調(diào)幅電路原理四、教學(xué)過程單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路所謂開關(guān)狀態(tài)，是指二極管在兩個(gè)不同頻率電壓作用下進(jìn)展頻率變換時(shí)，其中一個(gè)電壓振幅足夠大，另一電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通或截止將完全受大振幅電壓的控制，可近似認(rèn)為二極管處于一種理想的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)二極管D在兩個(gè)大小不同的信號作用下，如下圖。u1(t)是一個(gè)小信號，u2(t)是一個(gè)振幅足夠大的信號。二極管D主要受到信號u2(t)的控制，工作在開關(guān)狀態(tài)。設(shè)在u2(t)的正半周，二極管導(dǎo)通，通過負(fù)載RL的電流為二極管開關(guān)狀態(tài)原理電路其中，rd為二極管的導(dǎo)通電阻。在u2(t)的負(fù)半周，二極管截止，通過負(fù)載的電流為零。因此，電流i可用下式表示：假設(shè)將二極管的開關(guān)作用以開關(guān)函數(shù)式來表示，可得開關(guān)的控制信號及開關(guān)函數(shù)則電流可表示因?yàn)閡2(t)是周期性信號，所以開關(guān)函數(shù)也是周期性函數(shù)，其周期與u2(t)的周期一樣。圖表示控制信號u2(t)的作用下開關(guān)函數(shù)的波形。它是振幅為1的矩形脈沖序列。因?yàn)镵是周期性函數(shù)，故可將其展開為傅里葉級數(shù)，用K(ω2t)表示。顯然，開關(guān)函數(shù)的傅里葉展開式中只含直流分量、基波和奇次諧波分量?？傻每梢钥闯?，電流i中包含以下頻譜成分：①u1和u2的頻率成分。②u1和u2的和頻和差頻。③u1的頻率和u2的各奇次諧波頻率的和頻和差頻。④u2的偶次諧波頻率。⑤直流成分。負(fù)載上得到的輸出電壓將只包含ωc、ωc±Ω三個(gè)頻率成分。這正是一個(gè)普通調(diào)幅波。因此，上述電路是單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路，只能實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅波的調(diào)幅。二極管平衡調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅電路如下圖。設(shè)圖中的變壓器為理想變壓器，其中，Tr2的一、二次繞組匝數(shù)比為1：2，Tr3的一、二次繞組匝數(shù)比為2：1。在Tr2一次側(cè)輸入調(diào)制電壓。在Tr1輸入載波電壓。在Ucm足夠大的條件下，二極管D1、D2均工作于受uc(t)控制的開關(guān)狀態(tài)，其導(dǎo)通電阻為rd。設(shè)流過二極管D1的電流為i1，流過二極管D2的電流為i2，它們的流向如下圖。在開關(guān)工作狀態(tài)，uc(t)為大信號，對D1來說，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。對D2來說，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。它們的開關(guān)函數(shù)都是K(ct)。因此，電流i1和i2應(yīng)為二極管平衡調(diào)幅電路根據(jù)變壓器Tr3的同名端及假設(shè)的二次側(cè)電流i的流向，由于i1和i2流過Tr3一次側(cè)的方向相反，所以，電流i為由上式可見，i中包含、、等頻率分量。二極管環(huán)形調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器與平衡調(diào)制器的差異是多接了兩只二極管D3和D4，它們的極性分別與D1和D2的極性相反，這樣，當(dāng)D1和D2導(dǎo)通時(shí)，D3和D4是截止的；反之，當(dāng)D1和D2截止時(shí)，D3和D4是導(dǎo)通的。因此，接人D3和D4不會影響D1和D的工作。于是，環(huán)形調(diào)制器可看成由兩個(gè)平衡調(diào)制器組成。其中，一個(gè)平衡調(diào)制器中的晶體二極管D1和D2僅在uc(t)的正半周導(dǎo)通，其開關(guān)函數(shù)為K(ωct)，流過輸出負(fù)載電阻RL的電流為另一個(gè)平衡調(diào)制器電路中的晶體二極管僅在的負(fù)半周導(dǎo)通，其開關(guān)函數(shù)為，流過輸出負(fù)載RL的電流為〔其電流方向如下圖〕式中,因此,流過RL的總電流為由上式可見，與平衡調(diào)制器比擬，進(jìn)一步抵消了分量，而且各分量的振幅加倍。通過帶通濾波器可取出頻率為的電流在RL上建立的雙邊帶調(diào)幅電壓。"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：高電平調(diào)幅電路二、教學(xué)目標(biāo)理解高電平調(diào)幅電路工作原理三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)集電極調(diào)幅，基極調(diào)幅的原理四、教學(xué)過程集電極調(diào)幅電路如下圖是集電極調(diào)幅原理電路。低頻調(diào)制信號與丙類放大器的直流電源VCT，相串聯(lián)，因此放大器的有效集電極電源電壓VCC等于兩個(gè)電壓之和，它隨調(diào)制信號變化而變化。圖中的電容器C’是高頻旁路電容，它的作用是防止高頻電流通過調(diào)制變壓器Tr3的二次繞組以及VCT電源，因此它對高頻相當(dāng)于短路，而對調(diào)制信號頻率應(yīng)相當(dāng)于開路。圖集電極調(diào)幅電路對于丙類高頻功率放大器，當(dāng)基極偏置VBB、鼓勵高頻信號電壓振幅Ubm和集電極回路阻抗RP不變，只改變集電極有效電源電壓時(shí)，集電極電流脈沖在欠壓區(qū)可認(rèn)為不變。而在過壓區(qū)，集電極電流脈沖幅度將隨集電極有效電源電壓VCC變化而變化。因此，集電極調(diào)幅必須工作于過壓區(qū)。設(shè)基極鼓勵信號電壓為，則基極瞬時(shí)電壓為，又設(shè)集電極調(diào)制信號電壓為，則集電極有效電源電壓為式中，調(diào)幅指數(shù)當(dāng)時(shí)，則在載波狀態(tài)時(shí)，。此時(shí)、、，其對應(yīng)的功率和效率為:直流電源VCT輸入功率載流輸出功率 集電極損耗功率 集電極效率 則對應(yīng)的各項(xiàng)功率和效率為：有效電源輸入功率高頻輸出功率集電極損耗功率集電極效率〔常數(shù)〕以上各式說明，在調(diào)制波峰處所有的功率都是載波狀態(tài)相應(yīng)功率的(1+ma)2倍，集電極效率不變。在調(diào)制信號(音頻)一周的電流與功率的平均值由此得出一個(gè)重要結(jié)論：在線性調(diào)幅時(shí)，集電極被調(diào)丙類放大器的平均直流電流不變。由集電極有效電源電壓Vcc供應(yīng)被調(diào)放大器的總平均功率為式中，由集電極直流電源Vcc所供應(yīng)的平均功率則為由調(diào)制信號源所供應(yīng)的平均功率為在調(diào)制一周期的平均輸出功率為在調(diào)制信號一周期平均集電極損耗功率為在調(diào)制一周的平均集電極效率則為常數(shù)綜上所述，可得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：①集電極調(diào)幅必須工作于過壓區(qū)。②在調(diào)制信號一周的平均功率都是載波狀態(tài)對應(yīng)功率的(1+ma2/2)倍。③總輸入功率分別由VCT和所供應(yīng)，VCT供應(yīng)用以產(chǎn)生載波功率的直流功率P=T，則供應(yīng)用以產(chǎn)生邊帶功率的平均輸入功率P。④集電極平均損耗功率等于載波點(diǎn)的損耗功率的(1+ma2/2)倍，應(yīng)根據(jù)這一平均損耗功率來選擇晶體管，以使PCM>Pcav。⑤在調(diào)制過程中，效率不變，這樣可保證集電極調(diào)幅電路處于高效率下工作。⑥因?yàn)檎{(diào)制信號源需提供輸入功率，故調(diào)制信號源一定要是功率源，大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號源，這是集電極調(diào)幅的主要缺點(diǎn)?；鶚O調(diào)幅電路如下圖是基極調(diào)幅電路。圖中，C1、C2為高頻旁路電容；C2為低頻旁路電容；Tr1為高頻變壓器；Tr2為低頻變壓器；LC回路諧振于載波頻率c，通頻帶為2Ma*.基極調(diào)幅電路的根本原理是利用丙類功率放大器在電源電壓VCC,輸入信號振幅Ubm、諧振電阻RP不變的條件下，在欠壓區(qū)改變VBB，其輸出電流隨VBB變化這一特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的。在實(shí)際電路中，由于集電極電流中的ICO，IC1M隨VBB的變化線性圍較小。因而，調(diào)制的圍將會受到一定的限制?；鶚O調(diào)幅電路的特點(diǎn)是：必須工作于欠壓區(qū)；載波功率和邊頻功率都由直流電源VCC提供；調(diào)制過程中效率是變化的，只能用于輸出功率小、對失真要求不嚴(yán)的發(fā)射機(jī)中。圖基極調(diào)幅電路"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：檢波二、教學(xué)目標(biāo)：理解檢波電路的工作原理，三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)包絡(luò)檢波〔大信號檢波電路，小信號檢波電路〕，同步檢波電路原理四、教學(xué)過程調(diào)幅信號的解調(diào)是振幅調(diào)制的相反過程，是從高頻已調(diào)信號中取出調(diào)制信號。通常將這種解調(diào)稱為檢波。完成這種解調(diào)作用的電路稱為振幅檢波器，一般簡稱檢波器。檢波電路的功能振幅檢波器的功能是從調(diào)幅信號中不失真地解調(diào)出原調(diào)制信號。當(dāng)輸入信號是高頻等幅波時(shí)，檢波器輸出為直流電壓。當(dāng)輸入信號是正弦調(diào)制的普通調(diào)幅信號時(shí)，檢波器輸出電壓為低頻電壓uo。當(dāng)輸入信號是脈沖調(diào)制的調(diào)幅信號時(shí)，檢波器輸出龜壓為脈沖波。從信號的頻譜來看，檢波電路的功能是將已調(diào)波的邊頻或邊帶信號頻譜搬移到原調(diào)制信號的頻譜處，這樣的頻譜搬移過程正好與振幅調(diào)制的頻譜搬移過程相反。檢波電路的分類檢波電路可分為兩大類，包絡(luò)檢波和同步檢波。檢波電路的組成調(diào)幅信號的頻譜由載頻和邊頻分量組成，它包含有調(diào)制信號的信息，但并不包含調(diào)制信號本身的頻率分量。為了解調(diào)出原調(diào)制頻率，檢波器必須包含有非線性器件，以便調(diào)幅信號通過它產(chǎn)生新的頻率分量，其中包含有所需的分量，然后由低通濾波器濾除不需要的高頻分量，取出所需要的調(diào)制信號。所以檢波電路的組成如下圖，應(yīng)由三局部組成，即高頻輸入回路、非線性器件和低通濾波器。檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)〔一〕電壓傳輸系數(shù)Kd當(dāng)輸入為高頻等幅波即時(shí)，Kd定義為輸出直流電壓與輸入高頻電壓振幅Uim的比值，即當(dāng)輸入為高頻調(diào)幅波，時(shí)，定義為輸出的分量振幅與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅的比值，即〔二〕等效輸入電阻R檢波器往往與前級高頻放大器的輸出端連接，檢波器的等效輸入電阻將作為放大器的負(fù)載影響放大器的電壓增益和通頻帶。實(shí)際上，檢波器的輸入阻抗是復(fù)數(shù)，可看成由電阻和電容并聯(lián)組成。通常輸入電容與高頻諧振回路構(gòu)成諧振，所以可只考慮輸入電阻Rin的影響。〔三〕非線性失真系數(shù)Kf非線性失真的大小，一般用非線性失真系數(shù)群表示。當(dāng)輸人為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，Kf定義為式中，、、、…分別為輸出電壓中調(diào)制信號基波和各次諧波分量的有效值。非線性失真的大小，一般用非線性失真系數(shù)群表示。當(dāng)輸人為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，Kf定義為式中，、、、…分別為輸出電壓中調(diào)制信號基波和各次諧波分量的有效值。二極管大信號包絡(luò)檢波器大信號包絡(luò)檢波是高頻輸入信號的振幅大于0．5V，利用二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，通過二極管對電容c充電，加反向電壓時(shí)截止，電容c上電壓對電阻R放電這一特性實(shí)現(xiàn)檢波的。因?yàn)樾盘栒穹^大，且二極管工作于導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，所以其分析方法可采用折線分析法。圖所示是大信號檢波原理電路。它是由輸入回路、二極管D和RC低通濾波器組成。圖二極管檢波器原理電路當(dāng)輸入為調(diào)幅波信號時(shí)，充放電波形如下圖。其過程與等幅波輸入情況相似。輸出電壓uo(t)的變化規(guī)律正好與輸入信號的包絡(luò)一樣。圖輸入調(diào)幅波時(shí)檢波器的輸出波形對于大信號檢波，二極管的伏安特性可近似用折線表示，其數(shù)學(xué)表示式為其中，gd為二極管導(dǎo)通時(shí)的電阻rd的倒數(shù)，即gd=1／rd;UBZ為二極管的截止電壓，通常鍺二極管為O．2V左右，硅二極管為0．5V左右。由電路圖可知，二極管兩端所加電壓,假設(shè)，則對應(yīng)的二極管電流iD為一重復(fù)頻率為i的周期余弦脈沖，其通角為，振幅最大值為IM。同高頻功率放大器折線分析法一樣，可以將其分解為直流、基波和各次諧波分量，即其中，為直流分量，為基波分量振幅，為n次諧波分量振幅，而圖大信號檢波原理圖由上式可知，各電流分量由電流脈沖最大值和通角決定。當(dāng)時(shí)，可知，當(dāng)時(shí)，時(shí)，可得忽略高次項(xiàng)，可得在UBZ=0，通角僅與檢波器的電路參數(shù)rd和R有關(guān)，而與輸入高頻信號的振幅Uim無關(guān)。也就是說，在檢波器電路確定之后，無論輸入高頻等幅波還是調(diào)幅波，其通角均保持不變。輸入電壓為高頻等幅波時(shí)的檢波輸出電壓對于輸入信號為的調(diào)幅波時(shí)，由于，在高頻電壓一周，由引起的振幅變化可以認(rèn)為是不變的。則檢波輸出電壓式中含有由載波檢波得到的直流成分和邊頻分量檢波而得到的成分,為了取出原調(diào)制信號，可以選用以下圖所示的檢波電路，即在低通濾波器后增加隔直電容C。來實(shí)現(xiàn)。電路輸出電壓，而。圖檢波電路二極管小信號檢波器小信號檢波是高頻輸入信號的振幅小于0．2V，利用二極管伏安特性彎曲局部進(jìn)展頻率變換，然后通過低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波。通常稱其為平方律檢波。小信號檢波的工作原理二極管檢波器的原理電路如下。因?yàn)槭切⌒盘栞斎?，需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點(diǎn)位于二極管特性曲線的彎曲局部的Q點(diǎn)。當(dāng)加的輸入信號為調(diào)幅信號時(shí)，二極管中的電流變化規(guī)律如下圖。圖中，輸入為對稱的調(diào)幅信號，由于二極管伏安特性的非線性，二極管的電流變化則為失真的非對稱調(diào)幅電流id波形失真說明產(chǎn)生了新的頻率，而其中包含有調(diào)制信號頻率的成分。經(jīng)過濾波器后，就可以得到所需的原調(diào)制信號。圖二極管小信號檢波電路小信號檢波器的分析二極管的伏安特性在工作點(diǎn)Q附近，可用泰勒級數(shù)展開，即因?yàn)槎O管小信號檢波器輸出電壓很小，忽略輸出電壓的反作用，可得則當(dāng)ui較小時(shí)，可忽略其高次項(xiàng)，可得當(dāng)輸入為等幅波時(shí)，得經(jīng)低通濾波器取出。其中，為直流電流增量，它代表二極管的檢波作用的結(jié)果。輸出電壓增量為。當(dāng)輸入信號為調(diào)幅波時(shí)，因?yàn)?，可認(rèn)為在一周是不變的。這樣檢波器的輸出電壓增量為此電壓增量經(jīng)隔直耦合在上得到電壓為可見輸出電壓中除分量外，還有2的頻率成分，也就是產(chǎn)生了非線性失真。同步檢波器同步檢波器主要用于對抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波進(jìn)展解調(diào)，也可以用來解調(diào)普通調(diào)幅波。同步檢波器是由相乘器和低通濾波器兩局部組成。它與包絡(luò)檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進(jìn)展解調(diào)的調(diào)幅信號電壓ui外，還必須外加一個(gè)頻率和相位與輸入信號載頻完全一樣的本地載頻信號電壓u。。經(jīng)過相乘和濾波后得到原調(diào)制信號。以下圖是同步檢波器的方框原理圖。圖同步檢波器原理方框圖同步檢波器的工作原理設(shè)輸入信號是雙邊帶調(diào)幅信號電壓本地載頻信號電壓為即本地載頻信號與輸入信號的載頻同頻同相位。經(jīng)相乘器相乘，輸出電流為經(jīng)低通濾波器波除頻率分量，就得到頻率為的低頻電壓信號對單邊帶信號來說，解調(diào)過程與雙邊帶相似。設(shè)輸入信號為單音頻調(diào)制的上邊帶信號電壓本地載波頻信號電壓經(jīng)相乘器相乘，輸出電流為經(jīng)低通濾波器后，取出低頻電壓信號對于普通調(diào)幅波，同樣也可以采用同步檢波器來實(shí)現(xiàn)解調(diào)。本地載波的產(chǎn)生方法及不同步的影響對于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號來說，無法直接從雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號中提取參考信號。為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發(fā)射機(jī)發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的同時(shí)，附帶發(fā)射一個(gè)載頻信號，其功率遠(yuǎn)低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號。接收機(jī)在接收雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的同時(shí)也接收導(dǎo)頻信號，由晶體濾波器從輸人信號中取出該導(dǎo)頻信號，經(jīng)放大后作為本地載頻信號。如果發(fā)射機(jī)不發(fā)射導(dǎo)頻信號，則在接收端可采用與發(fā)射機(jī)一樣的高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器或頻率合成器來產(chǎn)生本地載頻信號。本地載頻信號與輸入信號的載頻不能保持同步，對檢波性能會產(chǎn)生什么樣的影響呢"設(shè)本地載頻信號與輸入信號載頻的不同步量為，相位不同步量為，即假設(shè)用模擬乘法器構(gòu)成同步檢波電路解調(diào)雙邊帶調(diào)幅信號，則假設(shè)用模擬乘法器構(gòu)成同步檢波電路解調(diào)雙邊帶調(diào)幅信號，則經(jīng)低通濾波器取出可見，當(dāng)頻率、相位不同步時(shí)，檢出的低頻信號將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。假設(shè)用模擬乘法器構(gòu)成的乘積榆波電路懈調(diào)單仂帶調(diào)幅信號．則經(jīng)低通濾波器取出可見，當(dāng)頻率、相位不同步時(shí)，檢出的低頻信號將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。在進(jìn)展語言通信時(shí)，人耳對相位失真不敏感，但頻率失真聽上去會感到嚴(yán)重聲音失真。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)頻率偏移值為20Hz時(shí)，開場覺察聲音不自然，而當(dāng)頻率偏移值為200Hz時(shí)，語言可懂度就會下降。在進(jìn)展圖像通信時(shí)，頻率和相位的偏移都會影響圖像質(zhì)量。"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：混頻器原理及電路二、教學(xué)目標(biāo)理解混頻器工作原理及電路實(shí)現(xiàn)三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)三極管混頻原理，二極管混頻原理四、教學(xué)過程晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器的原理性電路如下圖，在發(fā)射結(jié)上作用有三個(gè)電壓，即直流偏置電壓VBB信號電壓us和本振電壓uL。為了減小非線性器件產(chǎn)生的不需要分量，一般情況下，選用本振電壓振幅ULm>>Usm，也就是本振電壓為大信號，而輸入信號電壓為小信號。在一個(gè)大信號uL和一個(gè)小信號us同時(shí)作用于非線性器件時(shí)，晶體管可近似看成小信號的工作點(diǎn)隨大信號變化而變化的線性元件，如下圖。t1時(shí)刻，在偏壓VBB和本振電壓uL的共同作用下，它的工作點(diǎn)在A點(diǎn)，此時(shí)us較小。因此，對us而言，晶體管可以被近似看成工作于線性狀態(tài)。在另一時(shí)刻t2，對于us而言，由于偏壓和本振電壓的作用，工作點(diǎn)移到B點(diǎn)，這時(shí)對us仍可看成工作于線性狀態(tài)。雖然兩個(gè)時(shí)刻均工作于線性狀態(tài)，但工作點(diǎn)不同，這兩個(gè)時(shí)刻的線性參數(shù)就不一樣。因?yàn)閡s的工作點(diǎn)隨uL的變化而變化，所以線性參量也就隨著uL變化而變化，可見線性參量是隨時(shí)間變化的，這種隨時(shí)間變化的參量稱為時(shí)變參量。這樣的電路稱為線性時(shí)變電路。應(yīng)當(dāng)注意，雖然這種線性時(shí)變電路是由非線性器件組成。但對于小信號us來說，它工作于線性狀態(tài)，因此，當(dāng)有多個(gè)小信號同時(shí)作用于此種電路的輸入端時(shí)，可以應(yīng)用疊加原理。圖混頻器原理性電路下面用時(shí)變參量方法分析晶體三極管混頻器，由上圖知晶體管的正向傳輸特性為因?yàn)閷Φ挠绊戇h(yuǎn)小于對的影響，為了簡化起見，可忽略對的影響，于是因?yàn)榈闹岛苄?，在的變化圍正向傳輸特性是線性的，所以，可以將函數(shù)在時(shí)變偏壓上對展成泰勒級數(shù)，則對于小信號的，其高階導(dǎo)數(shù)就更小，所以可忽略第三項(xiàng)及以后的各項(xiàng)，可取式中，為時(shí)的集電極電流；為時(shí)晶體三極管的跨導(dǎo)。因?yàn)楸菊耠妷簽樾盘?，且工作于非線性狀態(tài)，因而集電極電流和跨導(dǎo)g均隨的變化呈非線性變化。在本振電壓的條件下，它們可用以下級數(shù)表示：式中，、、、、、分別為只加振蕩電壓時(shí)，集電極電流中的直流、基波和二次諧波分量的幅值以及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。將輸入信號電壓代入式中，可得假設(shè)中頻頻率取差頻，則混頻后通過帶通濾器輸出的中頻電流為其振幅為上式說明，輸出的中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號電壓的振幅Usm成正比。假設(shè)高頻信號電壓振幅Usm按一定規(guī)律變化。則中頻電流振幅IIm也按一樣規(guī)律變化。也就是說，經(jīng)混頻后，只改變了信號的載波頻率，包絡(luò)形狀沒有改變。因此，當(dāng)輸入高頻信號是調(diào)幅濾時(shí)，其振幅為，則混頻器所輸出的中頻電流也是調(diào)幅波為了說明混頻器把輸入信號電壓轉(zhuǎn)換為中頻電流的能力，通常引入變頻跨導(dǎo)gc變頻跨導(dǎo)定義為輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號電壓振幅Usm之比，可得這說明混頻器變頻跨導(dǎo)gc等于時(shí)變跨導(dǎo)g(t)的傅里葉展開式中基波振幅g1的一半。在數(shù)值上，變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)g(t)的基波分量的一半，可以通過求g(t)的基波分量g1來求得變頻跨導(dǎo)。等效電路對于晶體三極管混頻器，由于本振電壓為大信號，對輸入信號為小信號來說，非線性器件被看成時(shí)變網(wǎng)絡(luò)，這樣就可采用小信號分析法。因而，混頻器可用以下圖所示電路等效。由于混頻器的輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧于I，混頻器等效電路中的輸入電容和輸出電容分別合并到輸入回路和輸出回路中而得出了等效電路。等效電路各參量均可根據(jù)定義和混合等效電路求出。從圖中可得混頻器的變頻電壓增益和變頻功率增益為當(dāng)負(fù)載電導(dǎo)g。和輸出電導(dǎo)g。。相等時(shí)，輸出回路是匹配的，變頻功率增益最大，即圖混頻器等效電路具體電路和工作狀態(tài)的選擇混頻器有輸入信號電壓和本振電壓兩個(gè)輸人信號，對輸入信號us來說，晶體管可構(gòu)成共射和共基兩種組態(tài)。而對本振電壓uL來說，有由基極注人和發(fā)射極注入兩種組態(tài)，因此就有四種組態(tài)。晶體管收音機(jī)中常用的變頻電路里，晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機(jī)振蕩器的振蕩管，此振蕩器接成互感耦合的自激振蕩器，對本振電壓而言，是由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。在電視機(jī)中，由于工作頻率較高，經(jīng)常采用共基電路。為了減小輸入信號電壓與本振電壓的相互影響，本振電壓由電容值小的電容耦合到混頻管的發(fā)射極。晶體三極管混頻器工作狀態(tài)的選取原則是變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。圖混頻器的四種組態(tài)二極管混頻電路晶體二極管平衡和環(huán)形混頻器與晶體三極管混頻器相比，具有電路構(gòu)造簡單、噪聲低、動態(tài)圍大、組合頻率分量少等優(yōu)點(diǎn)。在通信設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。如果采用肖特基外表勢壘二極管，它的工作頻率可高達(dá)微波頻段。二極管平衡混頻器以下圖為平衡混頻器的原理電路。當(dāng)本振電壓uL足夠大時(shí)，晶體二極管工作在受uL控制的開關(guān)狀態(tài)，通過上、下兩個(gè)晶體二極管的電流分別為圖平衡混頻器原理電路因而，在無濾波的條件下，通過輸出回路的電流為則設(shè)輸出回路調(diào)諧于中頻頻率，則選出中頻電流為可知，輸出中頻電流是由高頻輸入信號電壓與本振電壓的正向混頻產(chǎn)生的中頻電流和中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生的中頻電流之差。則輸入回路通過選頻作用產(chǎn)生的輸入電流is為圖二極管開關(guān)混頻器等效電路因此可直接得出二極管是混頻器的等效電路，如下圖。其中。它是對稱形雙口網(wǎng)絡(luò)，等效電路中的和與二極管特性有關(guān)。根據(jù)雙口網(wǎng)絡(luò)的理論，該網(wǎng)絡(luò)的特性電導(dǎo)的定義是在輸出端接入時(shí)，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為。同樣，當(dāng)在輸入端接入時(shí)，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為。因而特性電導(dǎo)。通?；祛l器應(yīng)工作于全匹配狀態(tài)，即、，此時(shí)能獲得最大的功率傳輸，其變頻功率增益為二極管環(huán)形混頻器為了進(jìn)一步抑制混頻器中一些非線性產(chǎn)物，廣泛采用環(huán)形混頻器。環(huán)形混頻器的原理電路如下圖。本振電壓從輸入和輸出變壓器的中心抽頭之間參加。四個(gè)二極管均按開關(guān)狀態(tài)工作。各電流、電壓的極性如圖中所示。在本振電壓的正半周，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止。此時(shí)混頻器為平衡混頻器。則本振電壓的負(fù)半周，二極管D3、D4、導(dǎo)通，D1、D2截止。此時(shí)，混頻器為另一平衡混頻器，則圖環(huán)形混頻器在無濾波條件下，通過輸出中頻回路的電流為因?yàn)樗钥芍?，與平衡混頻電路比擬，環(huán)形混頻電路的輸出電流中，進(jìn)一步抵消了及、等分量。從上式可知，對濾波后輸出中頻電流和輸入信號電流分量而言，環(huán)形混頻器為平衡混頻器的2倍。模擬乘法器混頻器模擬乘法器在混頻電路中的應(yīng)用是較為廣泛的。特別是在大規(guī)模通信集成電路中，通常都是集成模擬乘法器作為混頻器。模擬乘法器作為混頻器的分析方法與模擬乘法器調(diào)幅電路的分析相似。圖所示是模擬乘法器MCl596構(gòu)成的混頻器。本機(jī)振蕩信號uL加在8端，7端交流電位為零。外來的輸入信號us加在1端。6、9兩端分別接100H電感到電源VCC，對工作于中頻fI=9MHz等效為5．6k的電阻?；祛l器后選用的中頻濾波器的中心頻率為9MHz。輸入信號振幅最大值約為15mV，本振電壓ULm約為100mV。本電路可工作在高頻或甚高頻信號下進(jìn)展混頻。在fs=200MHz時(shí)，電路的混頻增益為9dB，靈敏度為14V。本電路與晶體三極管混頻器相比擬，其優(yōu)點(diǎn)是輸出電流中組合頻率分量少，干擾?。粚Ρ菊耠妷赫穹蟛缓車?yán)格，不會因ULm小而失真嚴(yán)重；us與uL的隔離性能好，頻率牽引小。圖MC1596構(gòu)成混頻器"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：角度調(diào)制二、教學(xué)目標(biāo)理解角度調(diào)制的原理三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)調(diào)角、調(diào)相信號的分析、比擬四、教學(xué)過程角度調(diào)制的定義與分類角度調(diào)制的定義是高頻振蕩的振幅不變，而其總瞬時(shí)相角隨調(diào)制信號u(t)按一定關(guān)系變化。角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制。相位調(diào)制的定義是高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號u(t)線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用PM表示。頻率調(diào)制的定義是高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號u(t)線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用FM表示。角度調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)與用途與振幅調(diào)制相比，角度調(diào)制具有抗干擾能力強(qiáng)和較高的載波功率利用系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但占有更寬的傳送頻帶。調(diào)頻主要應(yīng)用于調(diào)頻播送、播送電視、通信及遙測遙控等；調(diào)相主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位高頻振蕩信號的一般表示式可用下式表示對于調(diào)相波，根據(jù)定義，高頻振蕩的振幅不變，而瞬時(shí)總相位與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即式中，為比例常數(shù)，單位是rad/V。因此調(diào)相波的一般表示式為對于調(diào)頻波，根據(jù)定義，高頻振蕩的振幅Um不變，而瞬時(shí)角頻率與調(diào)制信號u(t)成線性關(guān)系，即式中，為比例常數(shù)，單位是rad/(s·V〕。調(diào)角波的根本性質(zhì)無論是調(diào)相波還是調(diào)頻波，它們的總瞬時(shí)相角和瞬時(shí)角頻率都同時(shí)受調(diào)制信號u(t)調(diào)變。調(diào)相波與調(diào)頻波的差異是調(diào)相波的瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系。它們之間的比擬可用表1來說明。表1調(diào)相波與調(diào)頻波的比擬調(diào)相波調(diào)頻波數(shù)學(xué)表示式瞬時(shí)相位瞬時(shí)角頻率最大相移最大頻移調(diào)制指數(shù)與調(diào)幅波的調(diào)幅指數(shù)ma相似，調(diào)角波也采用相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)m表示。調(diào)角波調(diào)制指數(shù)的定義是調(diào)角波的最大相移稱為調(diào)制指數(shù)。即調(diào)相波的調(diào)相指數(shù)，調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)。無論語言、圖像或其他不同類型的信號，都可以看作是由各種不同頻率的正弦振蕩疊加而成的。因此，為分析說明方便，可以用單頻信號作為調(diào)制信號來討論調(diào)角波。設(shè)調(diào)制信號為，載波信號為，調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式為式中，為調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)，其值為式中，為調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，其值為最大頻移調(diào)相波的最大頻移為調(diào)頻波的最大頻移為結(jié)論①調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)mp與調(diào)制信號頻率無關(guān)，最大頻移與調(diào)制信號頻率成正比。②調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mf與調(diào)制信號頻率成反比，最大頻移與調(diào)制信號頻率無關(guān)。③調(diào)相波和調(diào)頻波的最大頻移m均等于調(diào)制指數(shù)m與調(diào)制頻率的乘積。即這里必須注意的是，單頻調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波均包含有截然不同的三個(gè)頻率參數(shù)。一是載波角頻率c它表示調(diào)制信號為零時(shí)的信號角頻率，即調(diào)角波的中心角頻率；二是最大角頻移m，它表示調(diào)制信號變化時(shí)，瞬時(shí)角頻率偏離中心角頻率的最大值；三是調(diào)制信號角頻率，它表示調(diào)角波的瞬時(shí)角頻率從最大值c+m到最小值c一m之間往返變化的角頻率。因?yàn)轭l率的變化總是伴隨著相位的變化，因此也表示瞬時(shí)相位在其最大值和最小值之間變化的角頻率。調(diào)角波的頻譜為了決定調(diào)角信號傳輸系統(tǒng)的帶寬，必須對調(diào)角波的頻譜進(jìn)展分析。單頻調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的表達(dá)式是相似的，因此，它們具有一樣的頻譜。下面僅討論調(diào)頻波的頻譜。對于調(diào)相波，分析結(jié)果也完全適用，只不過調(diào)頻波調(diào)制指數(shù)用，調(diào)相波調(diào)制指數(shù)用。設(shè)調(diào)制信號，載波信號，則調(diào)頻波的表示式為將上式進(jìn)展三角變換式中，和均可直接展開成傅里葉級數(shù)其中，n均取正整數(shù)。為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)，其數(shù)值可查表2或查曲線，曲線如下圖。利用三角變換式第一類貝塞爾函數(shù)曲線得可以看出，由單音頻調(diào)制的調(diào)頻波，其頻譜具有以下特點(diǎn)：①調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號的頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。②奇數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相反；偶數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性一樣。③載波分量和各邊頻分量的振幅均與mf有關(guān)，mf越大，有效邊頻分量越多。這與調(diào)幅波是不同的，單頻調(diào)制下，調(diào)幅波的邊頻數(shù)目與調(diào)制指數(shù)ma無關(guān)。④對于*些mf值，載波或*邊頻振幅為零。因?yàn)?，調(diào)角波的頻譜中包含有無限多對邊頻分量，從理論上看它的頻譜寬度應(yīng)該無限大，但是，在實(shí)際應(yīng)用中，常將頻譜寬度看成是有限的。這是因?yàn)楫?dāng)m(mf或mp)一定時(shí)，隨著邊頻對數(shù)n的增加，Jn(m)的數(shù)值雖有起伏，但總的趨勢是減小的。特別當(dāng)n>m,時(shí)，Jn(m)的數(shù)值很小。并且，其值隨著n的增加而迅速下降。因此，在忽略振幅很小的邊頻分量時(shí)，調(diào)角波實(shí)際占有的有效頻譜寬度就是有限的。工程上的近似，通常規(guī)定，但凡振幅小于未調(diào)制載波振幅10％(或1％，根據(jù)不同要求而定)的邊頻分量均可忽略不計(jì)，保存下來的頻譜分量就確定了調(diào)角波的頻譜寬度。在高質(zhì)量通信系統(tǒng)中，常以忽略小于1％未調(diào)制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。其確定方法是可查表7—2。假設(shè)滿足關(guān)系式則頻譜寬度為B=2nF式中，F(xiàn)為調(diào)制頻率。在中等質(zhì)量通信系統(tǒng)中，以忽略小于10％未調(diào)制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。當(dāng)n>m+1時(shí)，J。(m)恒小于0．1。因此頻譜寬度為BCR=2(m+1)F通常計(jì)算有效頻譜寬度采用式(7—21)。但在一些特定條件下，計(jì)算式還可以簡化，當(dāng)調(diào)制指數(shù)m>>1時(shí)，BCR=2mF；當(dāng)調(diào)制指數(shù)m<<1時(shí)，BCR=2F。對于調(diào)頻波，由于即調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率F成反比。而有效頻變寬度。由于調(diào)制信號的振幅不變，最大頻偏不變。當(dāng)調(diào)制信號頻率F變化時(shí)，調(diào)頻波的有效頻譜寬度BCR變化不大。例1在調(diào)頻播送系統(tǒng)中，按國家標(biāo)準(zhǔn)，，假設(shè)調(diào)制信號F為50Hz~15kHz，試計(jì)算頻變寬度。解：。對于。例2調(diào)相指數(shù)，調(diào)制信號頻率，試求計(jì)算頻譜寬度。解：角度調(diào)制電路的功能相位調(diào)制電路的功能是將輸入的調(diào)制信號和載波信號通過電路變換成高頻調(diào)相波。假設(shè)輸入調(diào)制信號為時(shí)，且高頻載波信號，其輸出調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為。調(diào)相波的頻譜寬度決定于mP的大小。調(diào)相電路功能也可以用頻譜表示，如下圖。調(diào)相電路功能的頻譜表示頻率調(diào)制電路的功能是將輸入的調(diào)制信號和載波信號通過電路變換成高頻調(diào)頻波。調(diào)頻電路的功能也可以用頻譜表示，如下圖。調(diào)頻電路功能的頻譜表示"高頻電子線路"課程教案一、講授題目：調(diào)頻方法二、教學(xué)目標(biāo)理解兩種調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)方法，理解調(diào)頻電路的工作原理三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)變?nèi)荻O管間接調(diào)頻，石英晶體振蕩器直接調(diào)頻四、教學(xué)過程因?yàn)轭l率調(diào)制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構(gòu)成，而必須根據(jù)調(diào)頻波的特點(diǎn)，提出具體實(shí)現(xiàn)的方法。對于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求：①具有線性的調(diào)制特性，即已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系變化。②具有較高的調(diào)制靈敏度，即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。③最大頻率偏移瓴與調(diào)制信號頻率無關(guān)。④未調(diào)制的載波頻率(即已調(diào)波的中心頻率)應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。⑤無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法可分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類。直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻的根本原理是利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號變化規(guī)律。一般來說，要用調(diào)制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，也就是用調(diào)制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的可變元件的電抗值，從而使載波振蕩器的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性地改變，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。如圖是利用可變電抗直接調(diào)頻的示意圖?？勺冸娍乖梢圆捎米?nèi)荻O管或電抗管電路。目前，最常用的是變?nèi)荻O管。直接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)是易于得到比擬大的頻偏，但其中心頻率穩(wěn)定度不易做得很高?？勺冸娍拐{(diào)頻示意圖間接調(diào)頻原理調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號為時(shí)，為可見調(diào)頻波的相位偏移為，即與調(diào)制信號的積分成正比。假設(shè)將調(diào)制信號先通過積分器得，然后再通過調(diào)相器進(jìn)展調(diào)相，即可得到調(diào)制信號為的調(diào)相波，即調(diào)頻可以通過調(diào)相間接實(shí)現(xiàn)。通常將這樣的調(diào)頻方式稱為間接調(diào)頻，其原理方框圖如下圖。間接調(diào)頻原理方框圖變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管的反向電壓與其結(jié)電容呈非線性關(guān)系。其結(jié)電容c；與反向偏置電壓u，之間有如下關(guān)系式中，為PN結(jié)的勢壘電壓，時(shí)的結(jié)電容；為電容變化系數(shù)。根本原理圖7—6是一個(gè)變?nèi)荻O管調(diào)頻器的原理電路。加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為式中，是加在變?nèi)荻O管上的直流偏置電壓；為調(diào)制信號電壓。圖(a)是變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與反向電壓ur的關(guān)系曲線，由電路可知，加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為直流偏壓VQ和調(diào)制電壓之和，假設(shè)設(shè)調(diào)制電壓為單頻余弦信號，即則反向電壓為如圖(b)所示。在ur(t)的控制下，結(jié)電容將隨時(shí)間發(fā)生變化，如圖(c)所示。結(jié)電容是振蕩器的振蕩回路的一局部，結(jié)電容隨調(diào)制信號變化，回路總電容也隨調(diào)制信號變化，故振蕩頻率也將隨調(diào)制信號而變化。只要適中選取變?nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化與調(diào)制信號近似成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。變?nèi)荻O管調(diào)頻電路結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系設(shè)調(diào)制信號為，加在二極管上的反向直流偏壓為VQ,VQ的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號時(shí)振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率，同時(shí)還應(yīng)保證在調(diào)制信號的變化圍保持變?nèi)荻O管在反向電壓下工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為當(dāng)調(diào)制信號電壓=O時(shí)，即為載波狀態(tài)。此時(shí)ur(t)=VQ，對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為CjQ當(dāng)調(diào)制信號電壓時(shí)，對應(yīng)的變?nèi)荻O管的結(jié)電容與載波狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容的關(guān)系是代入式〔7-25〕，并令為電容調(diào)制度，則可得上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系，而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時(shí)頻率與調(diào)制電壓的關(guān)系由振蕩回路決定?？傻贸稣袷幤鞯恼袷幓芈返牡刃щ娐?，如圖(a)所示。振蕩回路等效電路石英晶體振蕩器直接調(diào)頻在*些對中心頻率穩(wěn)定度要求很高的場合，可以采用直接對石英晶體振蕩器進(jìn)展調(diào)頻。例如，在88～108MHz波段的調(diào)頻電臺，為了減小鄰近電臺的相互干擾，通常規(guī)定各電臺調(diào)頻信號中心頻率的絕對穩(wěn)定度不劣于±2kHz，也就是在整個(gè)波段，其相對頻率穩(wěn)定度不劣于10-5數(shù)量級。因而采用簡單的直接調(diào)頻振蕩器難于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度的要求。目前，穩(wěn)定中心頻率的方法有：①對石英晶體振蕩器進(jìn)展直接調(diào)頻。②采用自動頻率微調(diào)電路。③利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。晶體振蕩器直接調(diào)頻電路通常是將變?nèi)荻O管接入并聯(lián)型晶體振蕩器的回路中實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。變?nèi)荻O管接入振蕩回路有兩種形式，一種是與石英晶體相串聯(lián)，另一種是與石英晶體相并聯(lián)。無論哪一種形式，變?nèi)荻O管的結(jié)電容的變化均會引起晶體振蕩器的振蕩頻率變化。變?nèi)荻O管與石英晶體串聯(lián)的連接方式應(yīng)用得比擬廣泛，其作用是改變振蕩支路中的電抗，以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。以下圖是一個(gè)晶體振蕩器直接調(diào)頻電路，其中變?nèi)荻O管與晶體串聯(lián)連接，C4、C5、C6、C4對高頻短路，L為高頻扼流圈。從高頻等效電路來看