通信電子電路課件

課程： 通信電子電路低頻電子線路高頻電子線路線性電子線路非線性電子線路（利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能）課程要求：1.建立（無(wú)線）通信系統(tǒng)的概念（組成，波形及頻譜特征）2.認(rèn)識(shí)基本無(wú)線通信系統(tǒng)（高頻部分）的各單元電路：

評(píng)價(jià)電路的性能指標(biāo)電路的基本形式設(shè)計(jì)基本電路

與相關(guān)課程之間的關(guān)系先修課程：電路基礎(chǔ)、模擬電子線路、信號(hào)與線性系統(tǒng)

電路（是基礎(chǔ)）模擬電子線路（低頻模擬電路）高頻電子線路（高頻模擬電路）課程目的：對(duì)基本的通信電路，具備認(rèn)識(shí)、分析、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)的能力。

興趣分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力

本章內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)的概念1.2無(wú)線電波的傳播特性1.3無(wú)線電波的頻段劃分1.4調(diào)制的通信系統(tǒng)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)

（一）本章重點(diǎn)１．通信系統(tǒng)的組成；２．無(wú)線電波的傳輸特性；３．超外差式接收系統(tǒng)；

（二）本章難點(diǎn)調(diào)制的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)1.1通信系統(tǒng)的概念聲音的傳遞——手機(jī)圖像的傳遞傳輸信息的系統(tǒng)

通信的目的是傳遞信息——通信系統(tǒng)(包括語(yǔ)言、音樂(lè)、文本、圖像和數(shù)據(jù)等)。理解：任何一個(gè)通信系統(tǒng)，都是從一個(gè)稱(chēng)為信息源的時(shí)空點(diǎn)向另一個(gè)稱(chēng)為信宿的目的點(diǎn)（用戶）傳送信息。通信系統(tǒng)是指實(shí)現(xiàn)這一通信過(guò)程的全部技術(shù)

設(shè)備和信道的總和。信息源發(fā)送設(shè)備

信道接收設(shè)備收信裝置噪聲源電信號(hào)通信系統(tǒng)的基本組成（結(jié)合目錄）

信息源：是指要傳送的原始信息，如文字、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、音樂(lè)、圖像等。噪聲源：是指信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集中表示。（突發(fā)性噪聲和隨機(jī)噪聲）對(duì)于非電量信號(hào)：經(jīng)輸入變送器變換為電信號(hào)（例如被傳輸?shù)氖锹曇?/p>

信息就需先經(jīng)聲—電換能器—話筒，變換為相應(yīng)信

號(hào)的電信號(hào)）。輸入信息本身就是電信號(hào)時(shí)：

（如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制信號(hào)）可以直接送到發(fā)送

設(shè)備。發(fā)送設(shè)備：是將電信號(hào)變換為適應(yīng)于信道傳輸特性的信號(hào)的

一種裝置。接收設(shè)備：

接收設(shè)備的功能和發(fā)送設(shè)備相反，它是將經(jīng)信道傳輸后接收到的信號(hào)恢復(fù)成與發(fā)送設(shè)備輸入信號(hào)相一致的一種裝置。收信裝置：將電信號(hào)還原成原來(lái)的信息。信道：傳輸信息的通道，或傳輸信號(hào)的通道。信道的分類(lèi)：有線信道和無(wú)線信道。有線信道：包括架空明線、電纜、光纜等。無(wú)線信道：是傳輸無(wú)線電波的自由空間，如地球表面的大氣層、水、地下及宇宙空間等。

通信系統(tǒng)的分類(lèi)（信息傳輸方式）傳輸線—有線通信發(fā)信源發(fā)送設(shè)備

信道接收設(shè)備收信裝置噪聲源電信號(hào)模擬信號(hào)

—模擬通信系統(tǒng)自由空間—無(wú)線通信數(shù)字信號(hào)

—數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)信源發(fā)送設(shè)備

信道接收設(shè)備收信裝置噪聲源電信號(hào)調(diào)制(頻帶)通信系統(tǒng)(調(diào)制器)(解調(diào)器)發(fā)信源發(fā)送設(shè)備

信道接收設(shè)備收信裝置噪聲源電信號(hào)通信系統(tǒng)的分類(lèi)基帶通信系統(tǒng)傳播特性：傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)決定因素：無(wú)線電波的頻率f地波（長(zhǎng)波、中波）天波（短波）空間波（超短波）1.2無(wú)線電波的傳播特性說(shuō)明：無(wú)線電傳播一般都要采用高頻（射頻）才適于天線輻射和無(wú)線傳播。原因：根據(jù)天線理論，要將無(wú)線電信號(hào)有效的發(fā)射出去，天線的尺寸必須和要傳輸?shù)碾娦盘?hào)的波長(zhǎng)為同一數(shù)量級(jí)。1.3無(wú)線電波的頻段劃分

頻率從幾十千赫至幾萬(wàn)兆赫的電磁波都屬于無(wú)線電波，所以它的頻率范圍是很寬的，為了便于分析和應(yīng)用，習(xí)慣上將無(wú)線電的頻率范圍劃分為若干個(gè)區(qū)域，即對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段，稱(chēng)為頻段或波段。無(wú)線電波的分類(lèi)：按波長(zhǎng)分超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波、短波、超短波（米波）、分米波、厘米波、毫米波等2.按頻率分 甚低頻、低頻、中頻、高頻、甚高頻、特高頻、超高頻、極高頻等電磁波波長(zhǎng)：電波在一個(gè)震蕩周期T內(nèi)的傳播距離叫波長(zhǎng)，用符號(hào)

λ表示。無(wú)線電波在空間傳播的速度：每秒30萬(wàn)公里，用C表示。波長(zhǎng)λ，頻率f和電磁波傳播速度C的關(guān)系可用下式

表示：

λ=C*T=C/f

圖1—4電磁波波譜

表1-1為無(wú)線電波的波（頻）段頻段劃分及其用途表

目前無(wú)線電廣播使用的無(wú)線電波段是：中波廣播：535～1605KHz

短波廣播：2～24MHz

調(diào)頻廣播：88～108MHz高頻的劃分：狹義：3～30MHz

廣義：300k～3GHz

中頻～超高頻1.4調(diào)制的通信系統(tǒng)因特網(wǎng)上的“貓”聲音的無(wú)線傳遞——手機(jī)

電信號(hào)通信中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊环N主要方法。調(diào)制：就是在傳送信號(hào)的一方（發(fā)送端），用我們所要傳送的對(duì)象（例如話音信號(hào)）去控制載波的幅度（或頻率或相位），使載波的幅度（或頻率或相位）隨要傳送的對(duì)象信號(hào)而變，這里對(duì)象信號(hào)本身稱(chēng)為“調(diào)制信號(hào)”，調(diào)制后形成的信號(hào)稱(chēng)為“已調(diào)信號(hào)”。一、什么是調(diào)制調(diào)制的方式:控制調(diào)制低頻信號(hào)高頻信號(hào)（載波）載波的參數(shù)已調(diào)波幅度調(diào)制（簡(jiǎn)稱(chēng)“調(diào)幅”，AM）頻率調(diào)制（簡(jiǎn)稱(chēng)“調(diào)頻”，F(xiàn)M）相位調(diào)制（簡(jiǎn)稱(chēng)“調(diào)相”，PM）幅度頻率相位角度調(diào)制相角載波的作用：在調(diào)制的通信系統(tǒng)中，載波只起一個(gè)裝載和運(yùn)送信號(hào)的作用，相當(dāng)于“運(yùn)載工具”，而調(diào)制信號(hào)才是真正需要傳送的對(duì)象。

分析：若信號(hào)頻率為1kHz，其相應(yīng)波長(zhǎng)為300km，若采用1/4波長(zhǎng)的天線，根據(jù)就可以算出天線長(zhǎng)度需要75km，制造這樣的天線是很困難的。二、為什么要進(jìn)行調(diào)制？只有天線實(shí)際長(zhǎng)度與電信號(hào)的波長(zhǎng)相比擬時(shí)，這時(shí)電信號(hào)才能以電磁波形式有效地輻射，這就要求原始電信號(hào)必須有足夠高的頻率。三、什么是解調(diào)解調(diào)：就是在接收信號(hào)的一方（接收端）；從收到的已調(diào)信號(hào)中把調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。調(diào)幅波的解調(diào)叫“檢波”，調(diào)頻波的解調(diào)叫“鑒頻”，解調(diào)是其統(tǒng)稱(chēng)。

四、無(wú)線電廣播發(fā)送系統(tǒng)組成：高頻、低頻和電源三大部分組成。

高頻部分有：

主振級(jí)——由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度高的載波；緩沖級(jí)——實(shí)質(zhì)上是一種吸收功率小，工作穩(wěn)定的放大級(jí)，其作用是減弱后級(jí)對(duì)主振級(jí)的影響；倍頻器——將載波頻率提高到需要的頻率值；高頻放大器——高頻放大以提高輸出功率；調(diào)制器——其功能是使高頻載波信號(hào)幅度按低頻信號(hào)大小變化的幅度調(diào)制，然后經(jīng)發(fā)射天線以電磁波形式向遠(yuǎn)方輻射。低頻部分有：話筒（或錄音帶等）、低頻電壓放大器、低頻功率放大器。作用：這樣將使低頻電信號(hào)通過(guò)逐級(jí)放大獲得所需的功率電平電，然后對(duì)高頻（載波）進(jìn)行調(diào)幅。2．

超外差式接收機(jī)其接收過(guò)程如下：從接收天線收到微弱高頻調(diào)幅信號(hào)經(jīng)輸入回路選頻后，通過(guò)

高頻放大器放大，送到混頻器與本機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的等幅高

頻信號(hào)進(jìn)行混頻，在其輸出端得到波形包絡(luò)形狀與輸入高頻

信號(hào)的波形相同，但頻率由原來(lái)高頻變化為中頻的調(diào)幅信

號(hào)，經(jīng)中頻放大后送到檢波器，檢出原調(diào)制的低頻信號(hào)，然

后再經(jīng)過(guò)低頻放大，最后從揚(yáng)聲器還原成原來(lái)的聲音信息

（語(yǔ)言或音樂(lè)）。

“通信電子電路”課程主要內(nèi)容有：諧振回路、小信號(hào)調(diào)諧放大器、高頻調(diào)諧功率放大器、倍頻器、正弦波振蕩器、變頻器、振幅調(diào)制及檢波電路、角度調(diào)制及解調(diào)電路等。著重討論發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備各單元的工作原理和組成，以及構(gòu)成發(fā)送、接收設(shè)備的各種單元電路的工作原理、典型電路和分析方法。1.5“通信電子電路”課程主要內(nèi)容振蕩器諧振功率放大器調(diào)頻、調(diào)幅低頻電壓放大器、低頻功率放大器小信號(hào)諧振功率放大器變頻器振蕩器考試方式：平時(shí)：20％考試：80％參考書(shū)目：高頻電子線路.張肅文.高等教育出版社高頻電路.沈偉慈.西安電子科技大學(xué)

第2章小信號(hào)調(diào)諧放大器2.1概述2.2LC諧振回路2.3單調(diào)諧放大器2.4晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5高頻調(diào)諧放大器2.6調(diào)諧放大器的級(jí)聯(lián)2.7高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8集中選頻小信號(hào)調(diào)諧放大器本章內(nèi)容返回總目錄

（一）本章重點(diǎn)

1.并聯(lián)諧振回路的選頻作用；品質(zhì)因數(shù)(Q)----qualityfactor2.諧振回路的接入方式；

3.

晶體管高頻等效電路，混合等效電路，

4.

晶體管Y參數(shù)等效電路，晶體管的高頻放大能力及頻率參數(shù)；

5.

高頻單調(diào)諧放大器的選頻功能和諧振電壓放大倍數(shù)計(jì)算；

6.多級(jí)單調(diào)諧回路放大器。本章重點(diǎn)與難點(diǎn)（二）本章難點(diǎn)

1.晶體管Y參數(shù)等效電路，晶體管的高頻放大能力

2.高頻單管單調(diào)諧放大器的選頻功能和諧振電壓放大倍數(shù)計(jì)算；2．1概述小信號(hào)調(diào)諧放大器放大某一頻率范圍的高頻小信號(hào)

構(gòu)成無(wú)線電設(shè)備的主要電路,由放大電路和選頻電路（諧振電路）組成。主要研究研究：放大倍數(shù)和選頻性能。在無(wú)線電技術(shù)中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一個(gè)問(wèn)題——所接收到的信號(hào)很弱，而這樣的信號(hào)又往往是與干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)的。我們希望將有用的信號(hào)得到放大，而把其它無(wú)用的干擾信號(hào)抑制掉。借助于選頻放大器，便可達(dá)到此目的。小信號(hào)調(diào)諧放大器便是這樣一種最常用的選頻放大器，即有選擇地對(duì)某一頻率的信號(hào)進(jìn)行放大的放大器。

一、調(diào)諧放大器分類(lèi)小信號(hào)調(diào)諧放大器

小信號(hào)：輸入信號(hào)

要求：增益足夠大，通頻帶足夠?qū)挘?/p>

選擇性好，工作在甲類(lèi)，多用于接收機(jī)；二、電路特點(diǎn)

采用諧振回路作為放大器的集電極負(fù)載三、組成與作用

主要由放大器和諧振回路組成作用:放大、選頻四、技術(shù)指標(biāo)(2)

抑制無(wú)用信號(hào)的能力即有足夠的選擇性：放大器對(duì)其它頻率信號(hào)抑制能力的衡量。1.放大能力

用諧振時(shí)的放大倍數(shù)K0表示。2.選頻性能

(1)通過(guò)有用信號(hào)的能力即具有一定的通頻帶：放大器能有效放大的頻率范圍2.2

諧振回路主要討論并聯(lián)諧振回路

一、并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振回路比較1.電路r0

:串諧電路的空載諧振阻抗。R0:并諧電路的空載諧振阻抗對(duì)信號(hào)源而言，L，C三者是并聯(lián)關(guān)系對(duì)信號(hào)源而言，L，C三者是串聯(lián)關(guān)系并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路2.諧振條件

當(dāng)時(shí)，得諧振頻率

串聯(lián)、并聯(lián)諧振回路的諧振頻率相等

諧振意義：諧振時(shí)，同相。3.導(dǎo)納或阻抗

并聯(lián)諧振串聯(lián)諧振4.

阻抗特性曲線并聯(lián)諧振Q用途：可以衡量諧振現(xiàn)象的尖銳程度串聯(lián)諧振5.品質(zhì)因數(shù)-------qualityfactor其中，電導(dǎo)

寫(xiě)成指數(shù)形式為：

（單位為西門(mén)子S）

導(dǎo)納角為：（單位為弧度rad）等效阻抗二、并聯(lián)諧振回路

1.并聯(lián)諧振回路的阻抗特性Y為等效導(dǎo)納引入品質(zhì)因數(shù)后，(自行推導(dǎo))在實(shí)際中，有時(shí)用阻抗形式比較方便，故當(dāng)回路諧振時(shí)，

稱(chēng)為諧振回路的特性阻抗。當(dāng)

時(shí)，有

回路處于諧振狀態(tài)。此時(shí)，回路阻抗最大，回路為純電阻?；芈分C振時(shí)的電阻稱(chēng)為諧振電阻，角頻率稱(chēng)為諧振角頻率。

回路Q(chēng)值的越大，阻抗特性曲線越尖銳。反之，阻抗特性曲線越平坦

2.并聯(lián)諧振回路的選頻特性設(shè)信號(hào)源為恒流源，響應(yīng)為回路電壓。相位角：

Um為諧振時(shí)電壓幅值3.并聯(lián)諧振回路的諧振曲線分析在諧振點(diǎn)附近，

f≈f0簡(jiǎn)化為：

：信號(hào)頻率偏離諧振點(diǎn)的量

稱(chēng)為諧振曲線的相對(duì)抑制比，它反映了回路對(duì)偏離諧振頻率的抑制能力。

(1)通頻帶在無(wú)線電技術(shù)中，常把從1下降到（以dB表示，從0下降到-3dB）處的兩個(gè)頻率和的范圍叫做通頻帶，以符號(hào)B表示。

當(dāng):

得:有:

兩式相減:得到得:------------(1)通頻帶

與諧振頻率成之比，與品質(zhì)因數(shù)成反比(2)選擇性

通常對(duì)某一頻率偏差下的值記為叫做回路對(duì)這一指定頻偏下的選擇性。即

值愈小選擇性愈高。

選擇性是諧振回路的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表示回路對(duì)通頻帶以外干擾信號(hào)的抑制能力。矩形系數(shù):

對(duì)同一回路提高通頻帶和改善選擇性是矛盾的。Q越高選擇性越好，但通頻帶越窄。為了保證較寬的通頻帶就得降低選擇性的要求。

一個(gè)理想的諧振回路，其幅頻特性應(yīng)是一個(gè)矩形，在通頻帶內(nèi)信號(hào)可以無(wú)衰減地通過(guò)，通頻帶以外衰減為無(wú)限大

實(shí)際諧振回路選頻性能的好壞，應(yīng)以其幅頻特性接近矩形的程度來(lái)衡量。為了便于定量比較，引用“矩形系數(shù)”這一指標(biāo)。矩形系數(shù)的定義為：諧振回路的

值下降到0.1時(shí)，頻帶寬度與

值下降到0.7時(shí)，頻帶寬度之比。用符號(hào)表示：

理想濾波器矩形系數(shù)為1

實(shí)際回路的矩形系數(shù)為：

2.2.2負(fù)載和信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)諧振電路的影響考慮負(fù)載和信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，并聯(lián)諧振電路如圖諧振頻率，仍為:

回路的品質(zhì)因數(shù)為:GΣ為回路的總電導(dǎo)下降!!不變

下降

說(shuō)明：Q0是在沒(méi)接入負(fù)載、信號(hào)源時(shí)的品質(zhì)因數(shù)，稱(chēng)為無(wú)載（或空載）品質(zhì)因數(shù)。

QL為有載品質(zhì)因數(shù)。

QL<Q0所以，有載時(shí)，電路通頻帶

,選擇性

。

已知

Q0

求QL2.負(fù)載和信號(hào)源內(nèi)阻含有電抗成分（一般是容性）注意：考慮了負(fù)載電容和信號(hào)源輸出電容后，在諧振回路的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)等的計(jì)算中，式中的電容都要以代入。如：諧振頻率

回路總電容為：

2.2.3、諧振回路的接入方式上述諧振回路中，信號(hào)源和負(fù)載都是直接并在L、C元件上。因此存在以下三個(gè)問(wèn)題：第一，諧振回路Q(chēng)值大大下降，不能滿足實(shí)際要求；第二，信號(hào)源和負(fù)載電阻常常是不相等的，即阻抗不匹配。負(fù)載上得到的功率可能很??；第三，信號(hào)源輸出電容和負(fù)載電容影響回路的諧振頻率。

解決這些問(wèn)題的途徑是采用“阻抗變換”的方法，使信號(hào)源或負(fù)載不直接并入回路的兩端，而是經(jīng)過(guò)一些簡(jiǎn)單的變換電路，把它們折算到回路兩端。1.變壓器接入方式若則

（1）（2）2.自耦變壓器接入（電感抽頭接入）3.電容抽頭接入電容的串、并聯(lián)等效變換：串聯(lián)

并聯(lián)

等效變換關(guān)系

其中：電容負(fù)載等效變換說(shuō)明：（1）o<

n<1,調(diào)節(jié)

n

可改變折算電阻數(shù)值。

n越小，RL與回路接入部分越少，對(duì)回路影響越小，越大。（3）當(dāng)外接負(fù)載不是純電阻，包含有電抗成分時(shí)，上述等效變換關(guān)系仍適用。（2）對(duì)于電容抽頭接入，接入系數(shù)為

（4）為區(qū)別信號(hào)源和負(fù)載與回路的接入系數(shù)，在下面信號(hào)源和負(fù)載均采用部分接入的電路中，規(guī)定:

n1為信號(hào)源與回路的接入系數(shù)，

n2

為負(fù)載與回路的接入系數(shù)。（4）諧振回路信號(hào)源的部分接入的折算方法與上述負(fù)載的接入方式相同。

諧振回路的信號(hào)源采用部分接入的方法對(duì)諧振回路的信號(hào)源同樣可采用部分接入的方法，折算方法相同。例如圖2-19所示電路中，信號(hào)源內(nèi)阻從2-3端折算到1-3端，電流源也要折算到1-3端，計(jì)算式為

（2-37）

（2-38）式（2-38）可以這樣理解，從2-3端折算到1-3端電壓變比為1/n

倍，在保持功率不變的條件下，電流變比應(yīng)為

n倍。折算總結(jié)通過(guò)以上討論得知：采用任何接入方式，都可使回路的有載QL

值提高，而諧振頻率不變。同時(shí)，只要負(fù)載和信號(hào)源采用合適的接入系數(shù)，即可達(dá)到阻抗匹配，輸出較大的功率。例：已知f0=8.7MHzR0=20KQ0=100Rs=4KRL=2KN1/N0=3.16N1/N2=4.471.

求通頻帶B2.當(dāng)Is=10mA時(shí)求U0

例：已知f0=8.7MHzR0=20KQ0=100Rs=4KRL=2KN1/N0=3.16N1/N2=4.47求通頻帶B

2.3單調(diào)諧放大器按調(diào)諧回路分----單調(diào)諧放大器雙調(diào)諧放大器參差調(diào)諧放大器按晶體管連接方法分----

共b、共e、共c放大器重點(diǎn)講共發(fā)射極（共e

）單調(diào)諧放大器

圖2-20單調(diào)諧放大器一、技術(shù)指標(biāo)

1.放大能力

用諧振時(shí)的放大倍數(shù)K0

表示。2.選頻性能

(1)通過(guò)有用信號(hào)的能力

即具有一定的通頻帶。放大器能有效放大的頻率范圍

(2)

抑制無(wú)用信號(hào)的能力即有足夠的選擇性。放大器對(duì)其他頻率信號(hào)抑制能力的衡量。圖2-6對(duì)諧振曲線的影響二、工作原理

1.電路組成

2.電壓放大倍數(shù)K因?yàn)椋核裕?/p>

圖2-20單調(diào)諧放大器圖2-21調(diào)諧放大器集電極回路的等效電路3.諧振電壓放大倍數(shù)K0諧振時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)

問(wèn)題：以前講的信號(hào)源內(nèi)阻如何反映在單調(diào)諧電路中？三、選頻性能1.K－f

特性2.

K/K0－f

特性3.通用諧振曲線

代入得K/K0--f

特性K--f

特性

=0廣義失諧量

在諧振點(diǎn)附近

僅與

有關(guān)，所以不管Q如何變化，均可用同一條曲線表示----------通用特性曲線?？梢?jiàn)

對(duì)應(yīng)于通頻帶的上下邊界四、調(diào)諧放大器的最大增益、阻抗匹配條件

K0

受多種因素影響，一般是采用通過(guò)調(diào)整匝比的方法獲得高的增益。

是不是，愈大愈好?

為什么？要保證一定的Q

，又要達(dá)到盡可能高的增益，則有一個(gè)最佳匝比。

最佳匝比：

阻抗匹配

最大增益：

諧振電路的效率

諧振電路的插入損耗

式中：

當(dāng)變換到諧振電路的負(fù)載等于變換到諧振電路的內(nèi)阻時(shí)，可得到最大的增益。

晶體管在低頻工作時(shí)，常將晶體管的電流放大系數(shù)（）看成與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)。但晶體管在高頻工作時(shí)，電流放大系數(shù)與頻率則有明顯的關(guān)系，頻率越高，電流放大系數(shù)越小。這直接導(dǎo)致管子的放大能力下降，限制了晶體管在高頻范圍的應(yīng)用。2.4晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)復(fù)習(xí)晶體管低頻等效電路一、晶體管混合型等效電路

晶體管在高頻工作時(shí)，常用混合型等效電路來(lái)分析。該等效電路共有8個(gè)元件。

圖2-23晶體管混合型等效電路

1.

Rb’e是發(fā)射結(jié)的結(jié)電阻。一般是幾百歐。2.

Rb’c

是集電結(jié)電阻。約為10kΩ至10MΩ

。3.rbb’是基極體電阻。高頻晶體管在15

50Ω之間。4.rce

是集－射極電阻。它表示集電極電壓對(duì)電流的影響。它的數(shù)值一般在幾十千歐以上，典型值為30

50kΩ。5.電流源gmUb’e

代表晶體管的電流放大作用，它與加到發(fā)射結(jié)上的實(shí)際電壓Ub’e

成正比，比例系數(shù)

gm

稱(chēng)為晶體管的互導(dǎo)。

6．Cb’e是發(fā)射結(jié)電容。它隨工作點(diǎn)電流增大而增大。它的數(shù)值范圍為20pF

0.01μF；7．Cb’c

是集電結(jié)電容。它隨c、b間反向電壓的增大而減小，它的數(shù)值是10pF上下；8．

Cce

是集－射極電容。這個(gè)電容通常很小。一般在2

10pF之間。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到高頻時(shí)，的容抗較小，和它并聯(lián)的基－集電阻可忽略；此外，集－射極電容可以合并到集電極回路之中，則得到簡(jiǎn)化的混合型等效電路。在實(shí)際應(yīng)用中，可用簡(jiǎn)化的混合型等效電路。圖2-24

簡(jiǎn)化的混合型等效電路從等效電路可以看出，輸入電流分成三部分,

當(dāng)c、e短路時(shí)，與并聯(lián)，因，故

，故在此情況下可忽略不計(jì)。

二、晶體管的高頻放大能力及頻率參數(shù)

1.晶體管的高頻放大能力

共發(fā)射極短路電流放大系數(shù)：在低頻情況下，，則。高頻時(shí)，，故，即高頻的值低于低頻值。

f

，高頻放大能力

計(jì)算的等效電路2.晶體管的頻率參數(shù)

(1)

截止頻率（共射截止頻率）：下降到0.707時(shí)的頻率。(2)

特征頻率fT

下降到1時(shí)的頻率。(3)

截止頻率（共基截止頻率）：下降到0.707時(shí)的頻率。(4）最高振蕩頻率fmax

晶體管的共射極接法功率放大倍數(shù)Kp下降到1時(shí)的頻率。

圖2-28和

隨頻率變化的示意圖3.三個(gè)頻率參數(shù)之間關(guān)系

、、三個(gè)頻率的關(guān)系式中是一個(gè)系數(shù)，通常在0.6

0.9之間，隨晶體管類(lèi)型而異。

例如：則可推算出（1）當(dāng)時(shí)，此時(shí)即相當(dāng)于低頻的情況；（2）在的附近，開(kāi)始隨f

增加而下降，當(dāng)時(shí)，降到的70.7％；（3）當(dāng)時(shí),參數(shù)間的關(guān)系

式中

討論：

（定義）

在實(shí)際工作中，為了不使過(guò)小，至少滿足

三、晶體管Y參數(shù)等效電路

1.輸入端和輸出端的電流－電壓關(guān)系

、、、是描述這些電流－電壓關(guān)系關(guān)系的參數(shù)，這四個(gè)參數(shù)具有導(dǎo)納的量綱，故稱(chēng)為四端網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納參數(shù)，即Y參數(shù)。圖2-25

晶體管Y參數(shù)電路模型4.Y參數(shù)的物理意義

晶體管的輸入導(dǎo)納它說(shuō)明了輸入電壓對(duì)輸入電流的控制作用。正向傳輸導(dǎo)納它表示輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用

反向傳輸導(dǎo)納

它代表晶體管輸出電壓對(duì)輸入端的反作用。晶體管的輸出導(dǎo)納它說(shuō)明輸出電壓對(duì)輸出電流的控制作用。四、混合型等效電路參數(shù)與Y參數(shù)的關(guān)系

晶體管的混合型等效電路分析法物理概念比較清楚，對(duì)晶體管放大作用的描述較全面，各個(gè)參量基本上與頻率無(wú)關(guān)。因此，這種電路可以適用于相當(dāng)寬的頻率范圍。但該等效電路比較復(fù)雜。Y參數(shù)等效電路是從外部來(lái)研究晶體管的作用。而且在實(shí)際中，高頻放大器的諧振回路、負(fù)載阻抗和晶體管大都是并聯(lián)關(guān)系的。因此，在分析放大器時(shí)，用Y參數(shù)等效電路比較適合，因?yàn)檫@時(shí)各并聯(lián)支路的導(dǎo)納可以直接相加，運(yùn)算方便，此外，晶體管的Y參數(shù)可以用儀器直接測(cè)量。總之，混合型等效電路和Y參數(shù)等效電路是對(duì)同一對(duì)象（晶體管）兩種不同的等效分析方法，各有特點(diǎn)，在實(shí)際中可根據(jù)具體情況選擇采用哪一種方法。

2.5高頻調(diào)諧放大器

一、單級(jí)高頻調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)

圖2-29三級(jí)高頻單調(diào)諧回路放大器1.單級(jí)調(diào)諧放大器高頻等效電路

圖2-30單級(jí)高頻單調(diào)諧回路放大器的高頻等效電路

是回路本身的諧振電導(dǎo)，是集電極c的接入系數(shù)，是負(fù)載導(dǎo)納的接入系數(shù)是放大器的輸出導(dǎo)納，是下級(jí)放大器的輸入導(dǎo)納，它作為諧振回路的負(fù)載。2.單級(jí)高頻調(diào)諧放大器電壓放大倍數(shù)一般表示式

式中是負(fù)載回路兩端的導(dǎo)納。諧振時(shí)的電壓放大倍數(shù)

或

注意：

是回路輸入輸出折合到回路兩端的總電導(dǎo)。對(duì)于圖示的高頻等效電路來(lái)說(shuō)，它為

則諧振時(shí)：

或令回路總電導(dǎo)

回路總電容

G0

是回路本身的諧振電導(dǎo)，

n1

是集電極c的接入系數(shù)，

n2

是負(fù)載導(dǎo)納的接入系數(shù)

是放大器的輸出導(dǎo)納，

是下級(jí)放大器的輸入導(dǎo)納，它作為諧振回路的負(fù)載。

是回路輸入輸出折合到回路兩端的總電導(dǎo)。它是一個(gè)很靈活的參量，要根據(jù)實(shí)際電路來(lái)求。對(duì)于圖2-30的高頻等效電路來(lái)說(shuō)，它為：注意：二、放大器的通頻帶稱(chēng)為廣義失諧。根據(jù)通頻帶定義，當(dāng)=1

時(shí)，得通頻帶為三、放大器的選擇性為定量說(shuō)明，常用矩形系數(shù)這個(gè)指標(biāo)來(lái)表示。所以高頻單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)為一、多級(jí)單調(diào)諧放大器二、參差調(diào)諧放大器

三、松耦合雙調(diào)諧回路放大器2.6調(diào)諧放大器的級(jí)聯(lián)一、多級(jí)單調(diào)諧放大器

若多級(jí)調(diào)諧放大器中的每一級(jí)都調(diào)諧在同一頻率上，則稱(chēng)為多級(jí)單調(diào)諧放大器。

1．電壓放大倍數(shù)

是各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積或：包括：1）

2）圖2-32兩級(jí)調(diào)諧放大器圖2-33單級(jí)和兩級(jí)調(diào)諧回路的頻率特性2.通頻帶

多級(jí)單調(diào)諧放大器總的通頻帶比單級(jí)放大器的通頻帶要小，級(jí)數(shù)越多，總通頻帶越小。經(jīng)推算：n級(jí)Q相同的調(diào)諧回路，總的通頻帶為縮小系數(shù)

結(jié)論：多級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性提高，但總的通頻帶變窄。

2.通頻帶

多級(jí)單調(diào)諧放大器總的通頻帶比單級(jí)放大器的通頻帶要小，級(jí)數(shù)越多，總通頻帶越小。經(jīng)推算：n級(jí)Q相同的調(diào)諧回路，總的通頻帶為

結(jié)論：多級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性提高，但總的通頻帶變窄。

縮小系數(shù)

求：（1）四級(jí)總電壓放大倍數(shù)（2）四級(jí)總通頻帶解：解：（1）四級(jí)總電壓放大倍數(shù)

（2）四級(jí)總通頻帶由式（2-104）知，當(dāng)n=4

，有

例2-2題同例2-1

二、參差調(diào)諧放大器

參差調(diào)諧放大電路在形式上和多級(jí)單調(diào)諧放大電路沒(méi)有什么不同，但在調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率上有區(qū)別。多級(jí)單調(diào)諧放大電路的調(diào)諧回路是調(diào)諧于同一頻率，而在參差調(diào)諧放大電路中各級(jí)回路的諧振頻率是參差錯(cuò)開(kāi)的。1.雙參差調(diào)諧放大器

兩級(jí)單調(diào)諧回路放大器的諧振頻率，分別調(diào)整到略高于和略低于信號(hào)的中心頻率。

第一級(jí)：調(diào)諧于第二級(jí)：調(diào)諧于注意：對(duì)于單個(gè)諧振電路而言，它是工作于失諧狀態(tài)。失諧量分別為：------參差失諧量。對(duì)應(yīng)的------廣義參差失諧量。

0小，曲線尖銳

0

大，曲線平坦出現(xiàn)馬鞍形雙峰

大到一定程度

0<1

，為單峰，

0>1

，為雙峰，

0=1

，為兩者的分界線，為單峰中最平坦的情況。

0愈大，雙峰距離愈遠(yuǎn)，下凹愈嚴(yán)重。圖2-34參差調(diào)諧放大器的頻率特性2.三參差調(diào)諧放大器

兩級(jí)工作于參差調(diào)諧的雙峰狀態(tài)，第三級(jí)調(diào)諧于信號(hào)的中心頻率

f0

，它們合成的諧振曲線比較平坦，加寬了通頻帶。由合成諧振曲線可見(jiàn)：利用三參差調(diào)諧電路，并適當(dāng)?shù)剡x擇每個(gè)回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL

和

0

，就可以獲得雙參差調(diào)諧所不能得到的通頻帶。由于雙參差調(diào)諧在

f0

處失諧，故其在

f0

點(diǎn)的放大倍數(shù)要比調(diào)諧于同一頻率的兩級(jí)單調(diào)諧放大倍數(shù)小。即：注意：圖2-35三參差調(diào)諧放大器的諧振曲線三、松耦合雙調(diào)諧回路放大器

松耦合雙調(diào)諧電路-----指兩個(gè)單調(diào)回路之間有耦合，兩個(gè)線圈離得很遠(yuǎn),靠互感耦合。耦合系數(shù)k2.廣義耦合系數(shù)或稱(chēng)耦合因數(shù)

為臨界耦合為過(guò)耦合

為弱耦合（取L=L1=L2）

圖2-36雙調(diào)諧回路放大器圖2-37雙調(diào)諧放大器的高頻等效電路圖2-37雙調(diào)諧放大器的高頻等效電路根據(jù)耦合回路的特性和電壓放大倍數(shù)的定義，可以推得

式中：

為廣義失諧量

當(dāng)初、次級(jí)回路都調(diào)到諧振時(shí),=0

，這時(shí)，放大倍數(shù)為

在臨界耦合時(shí)，，放大器達(dá)到匹配狀態(tài)。放大倍數(shù)為最大：雙調(diào)諧放大器的諧振曲線表達(dá)式為在臨界耦合時(shí)，

在回路有載品質(zhì)因素相同的情況下，臨界雙調(diào)諧放大器的通頻帶是單調(diào)諧放大器的倍。按照矩形系數(shù)的定義，可以求得：可見(jiàn)雙調(diào)諧放大器在臨界狀態(tài)時(shí)，其矩形系數(shù)較小，諧振曲線更接近于矩形，這是雙調(diào)諧放大器的主要優(yōu)點(diǎn)。η<1η>1η=1f0f圖2-38雙調(diào)諧放大器不同耦合程度時(shí)的諧振曲線

2.7高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性

晶體管內(nèi)部存在著反向輸入導(dǎo)納，考慮yre

后，放大器輸入導(dǎo)納和輸出導(dǎo)納的數(shù)值會(huì)對(duì)放大器的調(diào)試及對(duì)放大器的工作穩(wěn)定性有很大的影響。一、晶體管內(nèi)部反饋的有害影響

1．放大器調(diào)試?yán)щy放大器的輸入導(dǎo)納

(2-111)

放大器的輸出導(dǎo)納(2-112)

由于yre

的存在，放大器的輸入和輸出導(dǎo)納，分別與負(fù)載及信號(hào)源有關(guān)。

圖2-39計(jì)算放大器輸入導(dǎo)納的等效電路圖2-40放大器的輸入等效電路(a)計(jì)算放大器輸出導(dǎo)納的等效電路(b)放大器的輸出等效電路圖2-41放大器的輸出電路圖2-41圖2-412.放大器工作不穩(wěn)定

因?yàn)榉糯蠛蟮妮敵鲭妷篣o

通過(guò)反向傳輸導(dǎo)納yre

，把一部分信號(hào)反饋到輸入端，由晶體管加以放大，再通過(guò)yre

反饋到輸入端，如此循環(huán)不止。在條件合適時(shí)，放大器甚至不需要外加信號(hào)，也能夠產(chǎn)生正弦或其它波形的振蕩，使放大器工作不穩(wěn)定。內(nèi)部反饋對(duì)放大器頻率特性的影響

由于內(nèi)部反饋隨頻率而不同，它對(duì)于某些頻率可能是正反饋，而對(duì)另一些頻率則是負(fù)反饋，反饋的強(qiáng)弱也不完全相等，這樣，某一頻率的信號(hào)將得到加強(qiáng)，輸出增大，而某些頻率的信號(hào)分量可能受到削弱，輸出減小，其結(jié)果是使放大器的頻率特性受到影響，通頻帶和選擇性有所改變，如圖2-42所示，這是我們不都希望的。圖2-42晶體管內(nèi)部反饋對(duì)放大器頻率特性的影響二、解決晶體管內(nèi)部反饋的方法1．中和法在放大器的線路中插入一個(gè)外加的反饋電路來(lái)抵消內(nèi)部反饋的影響，稱(chēng)為中和。這相當(dāng)減小了晶體管的

yre

，放大器可以穩(wěn)定地工作。

中和法對(duì)增益沒(méi)有影響，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是增益高，因?yàn)樗皇强繝奚鲆鎭?lái)獲取穩(wěn)定性的。但中和法的缺點(diǎn)也是突出的，它不能在一個(gè)頻段滿足實(shí)際需要，實(shí)際電路中只能在一個(gè)頻率點(diǎn)起到中和作用。此外，由于晶體管集電極至基極的內(nèi)部反饋電路并不是一個(gè)純電容，而是具有一定的電阻分量，所以中和電路也應(yīng)是電阻和電容構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這使設(shè)計(jì)和調(diào)整都比較麻煩。目前，僅在收音機(jī)中采用這種辦法，而一些要求較高的通信設(shè)備大多不再用中和電路。圖2-43中和原理

圖2-44放大器的中和2．失配法

失配是指信號(hào)源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端的負(fù)載阻抗不與本級(jí)晶體管的輸出阻抗匹配。失配法從物理概念上講，當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納很大時(shí)，輸出電路嚴(yán)重失配，輸出電壓相應(yīng)減小，反饋到輸入端的信號(hào)就大大減弱，對(duì)輸入電路的影響也隨之減小。失真越嚴(yán)重，輸出電路對(duì)輸入電路的反作用就越小，放大器基本上可以看作單向化。所以失配法對(duì)增益有影響。用失配法實(shí)現(xiàn)晶體管單向化常用的辦法是采用共射－共基級(jí)聯(lián)電路組成的調(diào)諧放大器，其穩(wěn)定性較高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，得到了廣泛的應(yīng)用。用兩只晶體管按共發(fā)射極－共基極的方式級(jí)聯(lián)，把它們做成一個(gè)復(fù)合管。我們知道，在級(jí)聯(lián)放大器中，后一級(jí)放大器的輸入導(dǎo)納是前一級(jí)放大器的負(fù)載，而前一級(jí)放大器則是后一級(jí)的信號(hào)源，它的輸出導(dǎo)納就是信號(hào)源的內(nèi)導(dǎo)納。晶體管按共基極方式聯(lián)接時(shí)，輸入導(dǎo)納較大，這就等于第一級(jí)晶體管的負(fù)載導(dǎo)納

YL

很大，

因此，復(fù)合管的輸入導(dǎo)納，這使共射管V1

工作在失配狀態(tài)。同理，按共發(fā)射聯(lián)接的第一級(jí)晶體管V1

的輸出導(dǎo)納

yoe

較小，對(duì)于V2

來(lái)說(shuō)，V1

的輸出導(dǎo)納就是它的信源內(nèi)電導(dǎo)YS

，YS

小，V2

這一級(jí)的輸出導(dǎo)納Yo

就只和共基極晶體管

V2

本身參量有關(guān)，而不受它的輸入電路的影響。

圖2-45共發(fā)射極－共基極級(jí)聯(lián)的復(fù)合管2.8集中選頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，窄帶信號(hào)的放大越來(lái)越多地采用集中濾波與集中放大相結(jié)合的高頻放大器。在集中選頻放大器中，放大作用是由寬帶高增益放大器來(lái)完成，多采用高頻線性集成放大電路，而選頻作用則由專(zhuān)門(mén)的選頻濾波器來(lái)完成。其主要優(yōu)點(diǎn)為：（1）電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。（2）性能穩(wěn)定。（3）易于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低。圖2-46集中選頻放大器的組成框圖圖中，集中濾波器放在寬帶集成放大器的前面，且增加一個(gè)前置放大器。這種方案的特點(diǎn)是：當(dāng)所需放大信號(hào)的頻帶以外有強(qiáng)的干擾信號(hào)時(shí)，不會(huì)直接進(jìn)入集中放大器，避免此干擾信號(hào)因放大器的非線性而產(chǎn)生新的干擾。集中寬帶放大器一般由多級(jí)差動(dòng)集成放大器構(gòu)成集中選頻器的任務(wù)是選頻，要求在滿足通頻帶指標(biāo)的同時(shí)，矩形系數(shù)要好。其主要類(lèi)型有集中LC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。聲表面波濾波器目前應(yīng)用最廣泛的集中選頻器是聲表面波濾波器。（SurfaceAcousticWaveFilter——SAWF）它是一種對(duì)頻率具有選擇作用的無(wú)源器件。它是利用某些晶體的壓電效應(yīng)和表面波傳播的物理特性制成的新型電—聲換能器件。所謂聲表面波，就是沿固體介質(zhì)表面?zhèn)鞑デ艺穹S深入介質(zhì)的距離增加而迅速減弱的彈性波。

聲表面波濾波器自20世紀(jì)60年代中期問(wèn)世以來(lái)發(fā)展非常迅速，它具有體積小、重量輕、不需要調(diào)整、中心頻率可做得很高、相對(duì)帶寬較寬和矩形系數(shù)較理想等特點(diǎn)。

SAWF是以壓電材料（如鈮酸鋰和石英）做基片(襯底)，由輸入、輸出叉指換能器、傳輸介質(zhì)和吸聲材料四個(gè)部分組成。

圖2-49（a）為SAWF的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在經(jīng)過(guò)表面拋光的壓電材料襯底上，蒸發(fā)一層金屬（如鋁）導(dǎo)電膜，然后利用一般的光刻工藝則可以制作兩個(gè)叉指換能器，其中一個(gè)用作發(fā)射，另一個(gè)用作接收。叉指換能器電極具有換能作用，輸入(發(fā)射)換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波，而輸出(接收)換能器在是將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。換能器邊緣的吸聲材料，主要是為了吸收反射信號(hào)。圖2-49

(a)聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖

高頻電信號(hào)加至輸入叉指換能器電極，壓電基板材料表面就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)并同時(shí)激發(fā)出聲表面波。聲表面波沿基片表面即垂直于換能器電極軸向的兩個(gè)方向傳播，向左傳播的聲表面波被涂于基片左端的吸收材料所吸收，向右傳播的聲表面波被接收叉指換能器檢測(cè)，通過(guò)壓電效應(yīng)的作用轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳給負(fù)載。當(dāng)加入輸入叉指換能器的電信號(hào)與其對(duì)應(yīng)的聲表面波的頻率相同或相近時(shí)，由輸入叉指換能器

激起較大幅度的聲表面波，同樣，當(dāng)傳播到輸出叉指換能器聲表面波的頻率與輸出叉指的固有頻率相同或相近時(shí)，則在輸出叉指上激起幅度較大的電振蕩，由此可以實(shí)現(xiàn)選頻的作用。在諧振時(shí)，叉指換能器的等效電路可用電容C和電阻R并聯(lián)組成的等效電路來(lái)表示。如圖2-49（b）所示。電阻R為輻射電阻，其中的功率消耗相當(dāng)于轉(zhuǎn)換為聲能的功率。(b)等效電路(c)電路符號(hào)圖2-49聲表面波濾波器的等效電路及電路符號(hào)圖2-50叉指換能器頻率特性

概括起來(lái)，叉指換能器有以下主要特性：（1）頻率特性遵循規(guī)律變化，主峰寬度為2/N，3dB相對(duì)帶寬約為1/N。（2）叉指換能器激勵(lì)強(qiáng)度與叉指（周期段）數(shù)（N）的平方成正比；（3）叉指換能器的指條寬度決定工作頻率。指條愈窄，頻率愈高；（4）叉指換能器的特性與叉指條的結(jié)構(gòu)與尺寸密切相關(guān)。因此，設(shè)計(jì)自由度大，靈活性與適應(yīng)性強(qiáng)；（5）叉指換能器在小信號(hào)下是線性器件，其發(fā)射與接收特性是相同的，滿足互易定理?；谝陨咸攸c(diǎn)，聲表面波濾波器在通信、電視、衛(wèi)星和宇航領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。電視接收機(jī)的圖像中頻濾波器，便應(yīng)用了聲表面波濾波器。圖2-51(a)給出了用于電視機(jī)中放電路的聲表面波濾波器實(shí)用電路，圖2-51(b)是該電路的中頻放大器的幅頻特性，它是由SAWF來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶體管V是中頻前置放大器，以補(bǔ)償聲表面波中頻濾波器的插入損耗。經(jīng)過(guò)SAWF中頻濾波以后的圖像中頻（PIF）信號(hào)輸入到集成中放電路中，經(jīng)過(guò)三級(jí)具有AGC特性的中頻放大級(jí)放大后，送到視頻同步檢波器。圖2-51(a)實(shí)用電路

從圖可看到，采用聲表面波濾波器后，中放電路能夠獲得比LC中頻濾波器更優(yōu)良的幅頻特性，矩形系數(shù)接近理想情況。圖2-51(b)中放電路的幅頻特性第三章高頻調(diào)諧功率放大器3.1概述3.2調(diào)諧功率放大器的工作原理3.3功率和效率3.4調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析3.5調(diào)諧功率放大器的實(shí)用電路3.6功率晶體管的高頻效應(yīng)3.7倍頻器3.8集成高頻功率放大電路返回總目錄一、本章內(nèi)容二、本章重點(diǎn)和難點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)

1.調(diào)諧功放的用途與特點(diǎn)(與小信號(hào)調(diào)諧放大器進(jìn)行比較)；

2.折線近似分析法；

3.調(diào)諧功放的工作原理；

4.功率和效率，區(qū)別五種功率和兩種效率；

5.工作狀態(tài)(過(guò)壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài))和阻抗變換問(wèn)題；

6.直流饋電電路；自給偏壓環(huán)節(jié)——基流偏壓與射流偏壓；

7.倍頻器。（二）本章難點(diǎn)

1.工作狀態(tài)分析——特別是過(guò)壓狀態(tài)；

2.自給偏壓環(huán)節(jié)；

3.調(diào)諧功率放大器動(dòng)態(tài)負(fù)載線。reversebias反向偏置

zerobias零偏置

forwardbias正向偏置2.Cclass丙類(lèi)3.tankcircuit槽路4.power功率5.efficiency效率6.cosinepulse

余弦脈沖三、相關(guān)英文詞匯一、作用高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。它的作用是放大信號(hào)，使之達(dá)到足夠功率輸出，以滿足天線發(fā)射或其他負(fù)載的要求。作為載波發(fā)射機(jī)及無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出級(jí)或輸出前一級(jí)(末級(jí)或末前級(jí))。3.1概述1.輸入信號(hào)強(qiáng)，電壓在幾百毫伏

幾伏數(shù)量級(jí)附近;2.為了提高放大器的工作效率，它通常工作在丙類(lèi)，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域——飽和區(qū)、截止區(qū);3.要求：輸出功率大、效率高。二、特點(diǎn)

高頻功率放大器因工作于大信號(hào)的非線性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普遍采用近似的分析方法——折線法來(lái)分析其工作原理和工作狀態(tài)。三、分析方法3.2調(diào)諧功率放大器的工作原理一、電路二、折線近似分析法——直線段近似法三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、

余弦脈沖電流的分析四、槽路電壓注意:該電路和小信號(hào)調(diào)諧放大器的不同(bias)一、電路各元件的作用：Ec

是直流電源電壓；

Eb

是基極偏置電源電壓。輸入信號(hào)經(jīng)變壓器T1

耦合到晶體管基-射極，這個(gè)信號(hào)也叫激勵(lì)信號(hào)。

L、C

組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負(fù)載，這個(gè)回路也叫槽路。放大后的信號(hào)通過(guò)變壓器耦合到負(fù)載RL上以達(dá)到阻抗匹配的要求。二、折線近似分析法——直線段近似法圖3-2晶體管特性及其折線化

所謂折線近似分析法，是將電子器件的特性理想化，每條特性曲線用一組折線來(lái)代替。這樣就忽略了特性曲線彎曲部分的影響，簡(jiǎn)化了電流的計(jì)算，可滿足工程的需要。在轉(zhuǎn)移特性的放大區(qū)，折線化后的線斜率為（約幾十至幾百）。此時(shí)，理想靜態(tài)特性可用下式表示

（3-1）

折線近似分析法可以使計(jì)算簡(jiǎn)化，在一定程度上能反映出特性曲線的基本特點(diǎn)。對(duì)于分析大幅度電壓或電流作用下的非線性電路有一定的準(zhǔn)確度。常用來(lái)分析大信號(hào)調(diào)幅、檢波和調(diào)諧功率放大器。三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、

余弦脈沖電流的分析1.晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)無(wú)信號(hào)：晶體管截止有信號(hào)：激勵(lì)信號(hào)<Eb+Uj

截止激勵(lì)信號(hào)>Eb+Uj

導(dǎo)通當(dāng)激勵(lì)信號(hào)ube

足夠大，放大器工作在放大區(qū)和截止區(qū)，集電極電流是周期性的余弦脈沖，波形如圖3-3示。將ube表示式代入式（3-1）可得(3-3)

根據(jù)導(dǎo)通角的定義，當(dāng)時(shí)，即由此可得導(dǎo)通角

與Eb、Ubm、Uj

間的關(guān)系2.導(dǎo)通時(shí)間的衡量——導(dǎo)通角

1）當(dāng)Eb、Uj一定，改變激勵(lì)信號(hào)，就可改變導(dǎo)通角

(3-4)

2）當(dāng)管子定下來(lái)，Uj一定，在一定激勵(lì)信號(hào)下，改變Eb

就可改變導(dǎo)通角的大小。圖3-3折線法分析非線性電路電流電壓波形1）采用折線近似分析法

ic是周期性余弦脈沖電流。2）余弦特征的表達(dá)——峰值Icmax

,導(dǎo)通角

3）余弦特征的分解——直流成分、基波及

2、3、…n次諧波。3.余弦脈沖電流的分析

周期性余弦脈沖電流可用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)。為此，需要求得余弦脈沖電流的幅度Icmax

。將式（3-4）代入式（3-3）得到

當(dāng)時(shí)，電流ic

為最大值，以Icmax表示這樣電流

ic又可寫(xiě)成

(3-5)

(3-6)電流ic的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為

(3-7)其中，ic直流分量為(3-8)基波分量幅值為

(3-9)對(duì)于n次諧波的幅值為

(3-10)

上述各式都包含兩部分，一部分是最大電流Icmax

，另一部分是以

為變量的函數(shù)。

對(duì)應(yīng)于直流分量、基波分量，n次諧波分量的函數(shù)，分別用、、表示，即

直流成分為基波成分為

2次諧波為、、稱(chēng)作余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導(dǎo)通角

的函數(shù)。

為了使用方便，將幾個(gè)常用系數(shù)與

的關(guān)系繪制在圖3-4中。圖3-4余弦脈沖分解系數(shù)曲線

、的特點(diǎn)1）2）當(dāng)，，四、槽路電壓1.波形——基本正弦條件——1）槽路調(diào)諧于基波

2）QL

足夠高（QL=5~10）2.大小

Rc——抽頭部分諧振電阻3.相位圖3-3折線法分析非線性電路電流電壓波形3.3功率和效率

從能量轉(zhuǎn)換方面看，放大器是通過(guò)晶體管把直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，通過(guò)槽路把脈沖功率轉(zhuǎn)換為正弦功率，然后傳輸給負(fù)載。在能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生損耗，所以放大器的效率不能達(dá)到100％。功率放大器功率大，電源供給、管子發(fā)熱等問(wèn)題也大。為了盡量減小損耗，合理地利用晶體管和電源，必須了解功率放大器的功率和效率問(wèn)題。調(diào)諧功率放大器有如下五種功率需要考慮。1.電源供給的直流功率PS；2.通過(guò)晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即晶體管集電極輸出的交流功率Po

；3.通過(guò)槽路送給負(fù)載的交流功率,即RL

上得到的功率PL;4.晶體管在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損耗功率，即晶體管損耗功率PC；5.槽路損耗功率

PT。以上五項(xiàng)功率的相互關(guān)系可用圖3-5表示。電源供給的功率PS

，一部分(PC)損耗在管子，使管子發(fā)熱；另一部分(Po)轉(zhuǎn)換為交流功率，輸出給槽路。通過(guò)槽路一部分(PT)損耗在槽路線圈和電容中，另一部分(PL)輸出給負(fù)載RL。圖3-5調(diào)諧功率放大器中的功率關(guān)系

晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率叫集電極效率，以表示，其計(jì)算式為

(3-21)

槽路將交流功率Po傳送給負(fù)載的效率，叫槽路效率以表示，其計(jì)算式為

(3-22)

下面分析、與哪些因素有關(guān)，以便設(shè)計(jì)出高效率的放大器。

電源供給功率PS和交流輸出功率Po可分別表示為

1

.集電極效率（3-23）（3-24）

集電極效率

為

(3-25)

上式說(shuō)明與、成正比，是余弦脈沖基波分量和直流分量分解系數(shù)之比，代表著集電極電流基波幅值與直流電流之比，所以這個(gè)比值叫集電極電流利用系數(shù)。因?yàn)?、都?/p>

的函數(shù)，所以它與負(fù)載、激勵(lì)大小及導(dǎo)通角有關(guān)。討論：不論由于上述什么原因使Ucm增大時(shí)，則也增大，從而使提高。不過(guò)也不能任意提高，因?yàn)樵诠茏訉?dǎo)通的某一瞬間，集電極電壓

uce下降的最小值為，則，當(dāng)減小到一定程度（約為1

2V），晶體管進(jìn)入飽和區(qū)。此后雖然Ucm仍可增大，ucemin進(jìn)一步減小，電壓利用系數(shù)也有所提高，但其變化緩慢極限為1。

一般管子飽和電壓可按1V計(jì)算，高頻時(shí)可適當(dāng)增大，例如，某放大區(qū)電源電壓，管子飽和壓降1V，

電壓利用系數(shù)為

根據(jù)以上分析，在調(diào)整較好的調(diào)諧放大器中

對(duì)比，甲類(lèi)放大器

為180°,查曲線可知

由此可見(jiàn)丙類(lèi)放大器的比甲類(lèi)約高一倍，這正是丙類(lèi)優(yōu)于甲類(lèi)的地方。

2.槽路效率

圖3-6是負(fù)載折算到槽路的等效回路，Um為回路兩端的電壓幅值。由圖可以看出，負(fù)載功率PL是RL所吸收的功率，槽路損耗功率PT是槽路空載電阻R0所吸收的功率；而集電極輸出的基波功率Po相當(dāng)于總電阻R所吸收的功率。這些功率都可用槽路電壓和各有關(guān)電阻表示。即圖3-6負(fù)載折算到槽路的等效回路及其功率關(guān)系將上兩式代入式（3-28）可得（3-29）

上式表明，決定于槽路的空載與有載品質(zhì)因數(shù)。Q0愈大，QL愈小，則愈高。實(shí)際上，由于受到槽路元件質(zhì)量的限制，Q0不可能很大，一般只有幾十到幾百。QL也不能太小，否則槽路濾波效果太差，輸出波形不好，一般至少要，若，，則

如果選用較好的L、C

元件，Q0

可再大些，也可再高些，故在電路設(shè)計(jì)中可按0.8

0.9估計(jì)。

知道了和，就可以根據(jù)負(fù)載要求的輸出功率PL計(jì)算晶體管損耗。

（3-30）

PC

是選用晶體管容量的依據(jù)。例如，則

若PL=1W，則晶體管損耗PC=0.31W，所選用晶體管功率容量必須大于此值。為留有余地，可選用PCM=0.5W

的管子。

在甲類(lèi)放大器中，同樣容量的管子，理論上最高輸出功率也只有0.25W

，同丙類(lèi)放大器相比要差4倍之多。

綜上所述，為了盡可能利用小功率容量的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求和高。高要適當(dāng)選取

，電壓利用系數(shù)盡可能大；高，要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)Q0大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。

為了討論調(diào)諧功率放大器不同工作狀態(tài)對(duì)電壓、電流、功率和效率的影響，需要對(duì)調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。3.4調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析

調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性是晶體管內(nèi)部特性和外部特性結(jié)合起來(lái)的特性（即實(shí)際放大器的工作特性）。晶體管內(nèi)部特性是無(wú)載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。晶體管外部特性是有載情況下，晶體管輸入、輸出電壓（

，）同時(shí)變化時(shí)，，特性。一、調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性由下列三個(gè)方程求得，即內(nèi)部特性方程

(3-31)外部特性方程

(3-32)將代入式（3-31），得

(3-33)由于則有

代入式（3-33）得

(3-34)

在回路參數(shù)、偏置、激勵(lì)、電源電壓確定后，。它表明放大器的動(dòng)態(tài)特性是一條直線，只需找出兩個(gè)特殊點(diǎn)，就可把動(dòng)態(tài)線繪出。

例如，要確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q

和起始導(dǎo)通點(diǎn)B

。對(duì)于靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其特征是，代入式（3-34）得

由于調(diào)諧功率放大器放大器Eb

和Uj

的值恒為正，所以ic

為負(fù)值。Q點(diǎn)的坐標(biāo)（見(jiàn)圖3-7）為

Q點(diǎn)位于橫坐標(biāo)的下方，即對(duì)應(yīng)于靜態(tài)工作點(diǎn)的電流為負(fù)，這實(shí)際上是不可能的，它說(shuō)明Q點(diǎn)是個(gè)假想點(diǎn)，反映了丙類(lèi)放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極無(wú)電流。

對(duì)于起始導(dǎo)通點(diǎn)B,其特征是,代入式（3-34）得解方程得

此時(shí),晶體管剛好處于截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，B點(diǎn)得坐標(biāo)為圖3-7調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性

從上式可以看出，調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)電阻不僅與導(dǎo)通角

有關(guān)，而且與等效負(fù)載電阻Rc有關(guān)。

連Q,B點(diǎn)的直線并延長(zhǎng)與相交于C點(diǎn)，BC段就是晶體管處于放大區(qū)的動(dòng)態(tài)線。

由圖3-7可見(jiàn)，放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性，類(lèi)似于低頻放大器的負(fù)載特性，但是與它有著嚴(yán)格的區(qū)別。其動(dòng)態(tài)線不僅是負(fù)載的函數(shù)，而且是導(dǎo)通角的函數(shù)。丙類(lèi)放大器的動(dòng)態(tài)電阻是1.調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)根據(jù)調(diào)諧功率放大器在工作時(shí)是否進(jìn)入進(jìn)入飽和區(qū)，可將放大器的工作狀態(tài)分為欠壓、過(guò)壓和臨界三種。1)欠壓——若晶體管在任何時(shí)刻都工作在放大狀態(tài)，稱(chēng)放大器工作在欠壓狀態(tài)；2)臨界——若剛剛進(jìn)入飽和區(qū)的邊緣，稱(chēng)放大器工作在臨界狀態(tài)；3)過(guò)壓——若晶體管工作時(shí)有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)，則稱(chēng)放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)。二、調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)及其判別方法

(欠壓)

(臨界)

(過(guò)壓)2.

工作狀態(tài)的判別方法三、

Rc

、Ec

、Eb

和Ubm變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響因?yàn)?/p>

所以放大器的這三種工作狀態(tài)取決于集電極等效負(fù)載電阻

Rc電源電壓Ec偏置電壓Eb激勵(lì)電壓幅值Ubm

當(dāng)調(diào)諧功率放大器的電源電壓、偏置電壓和激勵(lì)電壓幅值一定后，放大器的集電極電流，槽路電壓、輸出功率、效率隨晶體管等效負(fù)載電阻的變化特性被稱(chēng)做調(diào)諧功率放大器的負(fù)載特性。圖3-8表示在三種不同負(fù)載電阻Rc

時(shí)，作出的三條不同動(dòng)態(tài)特性QA1

,QA2,

QA3A’31.Rc變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響

——調(diào)諧功放的負(fù)載特性

圖3-8不同負(fù)載電阻時(shí)的動(dòng)態(tài)特性

其中QA1

對(duì)應(yīng)于欠壓狀態(tài)，

QA2

對(duì)應(yīng)于臨界狀態(tài)，

QA3

A’3

對(duì)應(yīng)于過(guò)壓狀態(tài)。圖3-9放大器的負(fù)載特性曲線（1）欠壓狀態(tài)，

Ucm

幾乎隨R

c成正比增加；，可見(jiàn)輸出功率Po

隨R

c增大而增加；，接近常量；

，隨R

c增大而增加；，隨Rc增大而減小。1）不同工作狀態(tài)下，電流、電壓、功率、效率與

RL的關(guān)系

（2）過(guò)壓狀態(tài)()

輸出功率Po

隨R

c增大而減小。在臨界狀態(tài)Po

最大。

PS

，PC，

自行分析。結(jié)論：

臨界狀態(tài)時(shí)，放大器輸出功率Po最大，效率也較高。一般調(diào)諧功率放大器工作在臨界狀態(tài)、弱過(guò)壓狀態(tài)比較好。

2）阻抗匹配

在一定Ec、Ubm下,調(diào)整Rc,使Rc=Rcp使放大器工作在臨界狀態(tài),可獲得最大的輸出功率Po

和高的效率。符合此條件叫“阻抗匹配”。2.Ec變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響

——調(diào)諧功放的集電極調(diào)制特性

集電極調(diào)制特性是指當(dāng)Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨集電極電源電壓Ec

變化的特性。當(dāng)Ec改變時(shí)，放大器工作狀態(tài)的變化如圖3-10示。因?yàn)镽c不變，動(dòng)態(tài)負(fù)載特性曲線的斜率不變又因