高频电路复习课件.ppt

1.串联谐振回路 n由电感线圈和电容器组成的单个振荡电 路，称为单振荡回路。信号源与电容和 电感串接，就构成串联振荡回路。 n串联振荡回路的阻抗在某一特定频率上 具有最小值，而偏离这个特定频率的时 候阻抗将迅速增大。单振荡回路的这种 特性称为谐振特性，这个特定频率就叫 做谐振频率。 n谐振回路具有选频和滤波作用。 当 时达到最大 谐振时电流最大且与电源同相 品质因数Q ： 谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R的比值称为回路 的品质因数，以Q表示，它表示回路损耗的大小。 当谐振时： 因此串联谐振时，电感L和电容C上的电压达到最大值且为 输入信号电压的Q倍，故串联谐振也称为电压谐振。因此，必须 预先注意回路元件的耐压问题。 结论： 电感线圈与电容器两端的电压模值 相等，且等于外加电压的Q倍。 Q值一般可以达到几十或者几百，故 电容或者电感两端的电压可以是信号 电压的几十或者几百倍，称为电压谐 振，在实际应用的时候要加以注意。 信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响 通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回 路本身的Q值叫做无载Q（空载Q值） 如式 把接入信号源内阻和负载电阻的Q值叫做有载 Q值，用QL表示： 其中R为回路本身的损耗，RS为信号源内阻， RL为负载 结论：串联谐振回路通常适用于信号源 内阻Rs很小(恒压源）和负载电阻RL也 不大的情况。 2.并联谐振回路 对于信号源内阻和负载比较大的情况， 宜采用并联谐振回路。 如下图所示：其中由于外加信号源内阻 很大，为了分析方便，采用恒流源。 谐振时 谐振时电感支路或者电容支路的电 流幅值为外加电流源IS的QP倍。因此 ，并联谐振又称为电流谐振。 谐振曲线 串联回路用电流比来表示，并联回路用电压比来表示 。 回路端电压 谐振时回路端电压 由此可作出谐振曲线 3 谐振曲线和通频带 在小失谐时： 结论： 当回路端电压下降到最大值的 时所对应的频率范围 即 绝对通频带 相对通频带 通频带 信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响 接入系数P 即为抽头点电压与端电压的比 根据能量等效原则： 因此 回路抽头时阻抗的变化（折合）关系 由于 ,因此P是小于1的正数，即 即由低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高 倍。 由于 从ab端到bd端电压变换比为1/P ， 在保持功率相同的条件下，电流变换比就是P倍。 即由低抽头向高抽头变化时，电流源减小了P倍。 电流源的折合： 右图表示电流源的折合关系。因为是等效变 换，变换前后其功率不变。 因此，抽头的目的是： 减小信号源内阻和负载对回路和影响。 负载电阻和信号源内阻小时应采用串联方式； 负载电阻和信号源内阻大时应采用并联方式； 负载电阻信号源内阻不大不小采用部分接入方式 。 接入系数的计算可参照前述分析。 给定回路谐振频率fp = 465 kHz，Rs = 27K，Rp =172K， RL = 1.36K，空载Qo = 100，P1 = 0.28，P2 = 0.063，Is = 1mA 求回路通频带B = ？和等效电流源 4. 高频功放工作状态 功率放大器一般分为A类、B类、AB类、C类等工作方 式，为了进一步提高工作效率还提出了D类与E类放大器。 谐振功率放大器通常工作于C类工作状态，属于非线性电路 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率 谐振功率放大器的基本电路 晶体管的作用是在将供电电 源的直流能量转变为交流能 量的过程中起开关控制作用 。 谐振回路LC是晶体管的负载 选择基波、滤除谐波 部分接入方式作用 变压器耦合作用 最佳负载概念 直流馈电电路 EB 负偏压、零偏压或小的正偏压 电路工作在C类工作状态 5.功率放大器的负载特性 在其他条件不变 (VCC、VBB、vb为一 定)，只变化放大器 的负载电阻而引起的 放大器输出电压、输 出功率、效率的变化 特性称为负载特性。 电压、电流随负载变化波形 欠压状态 B点以 右的区域。在欠压区 至临界点的范围内， 根据Vc=RpIc1，放大 器的交流输出电压在 欠压区内必随负载电 阻RP的增大而增大， 其输出功率、效率的 变化也将如此。 临界状态 负载 线和eb max正好相交于 临界线的拐点。放大 器工作在临界线状态 时，输出功率大，管 子损耗小，放大器的 效率也就较大。 过压状态 放大 器的负载较大，在过 压区，随着负载Rp的 加大，Ic1要下降，因 此放大器的输出功率 和效率也要减小。 电压、电流随负载变化波形 根据上述分析，可以画出谐振功率放大器的负载特 性曲线 负载特性曲线 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散 功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因 此较少采用。只是在晶体管基极调幅，需采用这种 工作状态。 过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出 电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达 最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集 电极调幅级常采用这种状态。 负载特性曲线 临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高 ，比最大效率差不多，可以说是最佳工作状态，发 射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放 大器时，也常以此状态为例。 负载特性曲线 6. 欠压、临界、过压工作状态的调整 (1)改变Rp，但Vb、VCC、VBB不变 (2) 当负载电阻Rp由小至大变化时，放 大器的工作状态由欠压经临界转入过压。 在临界状态时输出功率最大。 (2) 改变VCC，但Rp、Vb、VBB不变 当集电极供电电压VCC由大至小变化时 ，放大器的工作状态由欠压经临界转入过 压。 VCC变化时对工作状态的影响 在欠压区内，输出 电流的振幅基本上不随 VCC变化而变化，故输 出功率基本不变； 在过压区，输出电 流的振幅将随VCC的减 小而下降，故输出功率 也随之下降。 特性应用 在过压区中输出电压随VCC改变而变化 的特性为集电极调幅的实现提供依据(见下 一章）；因为在集电极调幅电路中是依靠改 变VCC来实现调幅过程的。改变VCC时，其 工作状态和电流、功率的变化如上图所示。 (3) Vbm变化，但VCC、VBB 、Rp不变 或VBB变化，但VCC、Vb、 Rp不变 两种结果都是引起eb的变 化。 由 eb= VBB+Vbmcost eb max= VBB+Vbm 当VBB或Vbm由小到大变化时，放大器的工 作状态由欠压经临界转入过压。 Vbm变化时电流、功率的变化 特性应用 在欠压区中输出电压随Vbm改变而变化的特性为 基极调幅的实现提供依据(见下一章）；因为在基极 调幅电路中是依靠改变Vbm来实现调幅过程的。 A. 级间耦合网络 但多级功放中间级的一个很大问题是后级放大 器的输入阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管 子本身的工作状态变化而变化的。 这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的 工作状态发生变化。此时，若前级原来工作在欠 压状态，则由于负载的变化，其输出电压将不稳 定。 对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电 压输出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而 效率则降为次要问题。 7. 匹配网络 B. 输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或 其他负载间的网络，这种匹配网络有L型、型、T型 网络及由它们组成的多级网络，也有用双调谐耦合 回路的。 输出匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波 和高效率。 高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的 电路条件下，改变负载回路的可调元件，将负载阻 抗ZL转换成放大管所要求的最佳负载阻抗Rp，使管 子送出的功率P0能尽可能多的馈至负载。这就叫做 达到了匹配状态，或简称匹配。 下图所示的L型匹配网络具有电路简单、容易实 现的优点，不足之处是电路的品质因数Q值很低(通 常Q10)，因此电路的滤波特性很差，所以在实际 的发射机中，常常选用T型或型网络作匹配之用。 C. 最常见的输出回路是复合输出回路，如图所示 。 图中，介于电子器件与天 线回路之间的L1C1回路就 叫做中介回路；RACA分 别代表天线的辐射电阻与 等效电容；Ln、cn为天线 回路的调谐元件，它们的 作用是使天线回路处于串 联谐振状态，以获得最大 的天线回路电流iA，亦即 使天线辐射功率达到最大 。 D. P69 图3.20 复合输出回路(为了简化电路，省略了 直流电源及辅助元件L、C、C等) 这种电路是将天线(负载)回路通过互感或其他形 式与集电极调谐回路相耦合。 振荡器的平衡条件 所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必 须满足的幅度与相位关系。 振荡器的平衡条件为 =1 在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大 管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压 的平衡，使振荡器得以维持。 反馈型正弦波振荡器的起振条件是： 1 其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要一 次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。 调基电路 调集电路 调发电路 三点式LC振荡器 三点式LC振荡器有多种形式，主要有： 电感三点式，又称哈特莱振荡器(Hartley)； 电容三点式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)； 串联型改进电容三点式，又称克拉泼振荡器 (Clapp)； 并联型改进电容三点式，又称西勒振荡器(Selier) 。 LC三点式振荡器组成法则(相位平衡条件 的判断准则) (a) 共发电感反馈三端式振荡器电路(b) 等效电路 电感反馈三端电路的振荡频率为 电感反馈三端式振荡器(哈特莱电路) 电容反馈三端振荡器(考毕兹电路) （a）（b） 电容反馈三端电路的振荡频率 LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则) 三端式振荡器的原理电路 三端式LC振荡器是一种反馈式 LC振荡器。 当回路元件的电阻很小，可以 忽略其影响，同时也忽略三极 管的输入阻抗与输出阻抗的影 响，则电路要振荡必须满足条 件： xbe+xce+xcb=0 电路特点简言之就是“ce，be同抗件，cb反抗件”。以此准则 可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于分 析复杂电路与寄生振荡现象。 串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路) （a）克拉泼电路的实用用电路（b）高平等效电路 因为C3远远小于C1或C2，所以三电容串联后的等效电容 振荡角频率 故克拉泼电路的振荡频率几乎与C1、C2无关。 并联型改进电容三端式振荡器(西勒(Seiler)电路) (a)实际电路(b)高频等效电路 其回路等效电容 振荡频率 调制是将要传送的信息装载到某一 高频振荡(载频)信号上去的过程。 连续波调制以单频正弦波为载波， 可用数学式表示，受控参数可以是载波 的幅度A，频率或相位。因而有调幅 (AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式 。 设 简谐调制信号 载波信号 则 调幅信号为 调幅信号的频谱及带宽 将调幅波的数学表达式展开，可得到 非正弦波调幅信号的频谱图 由图看出调幅过程实际上是 一种频谱搬移过程，即将调 制信号的频谱搬移到载波附 近，成为对称排列在载波频 率两侧的上、下边频，幅度 均等于 对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可 知其占据的频带宽度B=2或B=2F (=2F)，对 于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调 信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。 普通调幅波的功率关系 将 作用在负载电阻R上 载波功率 每个边频功率(上边频或下边频) 在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率 是 因为ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率 的1/3。 抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波 1. 抑制载波的双边带调幅波 这就是抑制载波的双边带调幅波(DSB AM)，其 数学表达式为 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频 率的两倍，即 2. 单边带调幅波 上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的 信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边 带通信(SSB)。 其表达式为： 或 其频带宽度为： 电压 表达式 普通调幅波载波被抑制双边带调幅波 单边带信号 波形图 频谱图 信号 带宽 表6-1 三种振幅调制信号 包络检波 同步检波 检波器分类: 平方率检波 峰值包络检波 平均包络检波 载波被抑制的已调波解调原理 二、二极管(大信号)峰值包络检波器 二极管(大信号)包络检波器 串联型二极管包络检波电路 并联型二极管包络检波电路 C + + v R L + + 充电 放电 iD v i 串联型二极管包络检波器 如图所示串联型二极管包络检波器 RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通 滤波器作用。 一般要求的输入信号大于0.5V，所以称为大信号 检波器。 失真 惰性失真(对角线失真） 惰性失真 由于负载电阻R与负载电容C的 时间常数RC太大所引起的。这时 电容 C上的电荷不能很快地随调 幅波包络变化,从而产生失真。 为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检波器能 跟上高频信号电压包络的变化就行了。 也就是要求 或写成 负峰切割失真(底部切割失真) 检波器输出常用隔直流电 容Cc与下级耦合，如图所示。 Rg代表下级电路的输入电阻。 考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻Rg后的检波电路 为了有效地传送低频信号，要求 则检波过程中，在R上得到的直流电压为： 对于二极管来说，VR是 反偏压，它有可能阻止二极 管导通，从而产生失真。 负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真 ，调幅波的最小幅度Vim(1 ma)必须大于VR 即： 假定未调载波表示为： 假定调制信号为一单频余弦波，并表示为： 调频波的瞬时角频率为： 其中 为调频波的中心频率（即载波频率）， 是频移的幅度，称为最大频偏或简称频偏。 频率调制（FM) 信号 调频波的调制指数 称为最大附加相移： 调频波的数学表示式（单频），双频自行分析 各频率分量间的功率分配。因为调频波是一个等幅波，所以 它的总功率为常数，不随调制指数的变化而变化，并且 等于未调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量， 这个总功率就分配到各分量。随 的不同，各频率分量之间 功率分配的数值不同。 调频波的频带宽度近似： 2 .两个正弦信号之和的调频 当两个频率不同的信号同时对一个载波进行频率调制时， 所得调频波的频谱中，除有载波角频率分量 及 和 分量外，还有分量 ，它们 是两个调制信号频率之间的组合频率分量。 频带宽度是近似有限的，公式相同。只是： 实现调频的方法 1、直接调频 直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成 线性关系变化。例如，在一个由LC回路决定振荡频 率的振荡器中，将一个可变电抗元件接入回路，使可 变电抗元件的电抗值随调制电压而变化。即可使振荡 器的振荡频率随调