高频部分接入传输线变压器阻.ppt

1,高频电路基础,部分接入耦合振荡回路简介功率合成器传输线变压器（清华版第57页）衰减器LC阻抗变换,2,部分接入的目的：增大负载和信号源内阻在回路的等效阻值，保证回路有高的Q值。换句话说是减小QL值的下降。,部分接入P17，P18，P13,3,接入系数P：,定义为：抽头点电压与端电压的比,也可定义为：接入点电压与欲折合处电压之比,1.变压器耦合接入电路：,4,在不考虑之间的互感M时:,2.电感抽头电路：,5,3.电容抽头电路：,接入系数,6,4.电阻/电导的折合：,根据能量等效原则：,因此,即由低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高倍。,电阻和电导的变比是,7,同理：电容的折合,结论：1、抽头改变时,P改变.2、抽头由低高，等效导纳降低P2倍，QL值提高许多，即等效电阻提高了倍，并联电阻加大，QL值提高。,电容减小，阻抗加大。,8,电压源和电流源的变比是P,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。,5.电压源/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.,9,因此，抽头的目的是：减小信号源内阻和负载对回路的影响。,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。,10,例2如图211，抽头回路由电流源激励,忽略回路本身的固有损耗,试求回路两端电压u(t)的表示式及回路带宽。,图211例2的抽头回路,11,解由于忽略了回路本身的固有损耗,因此可以认为Q。由图可知,回路电容为,谐振角频率为,电阻R1的接入系数,等效到回路两端的电阻为,12,回路两端电压u(t)与i(t)同相,电压振幅Um=ImR=2V,故,输出电压为,回路有载品质因数,回路带宽,13,14,耦合振荡回路简介P|20、P21、P22,1、概述,单振荡回路具有频率选择性的作用，但是其选频特性不够理想（K0.1=9.98，太大！）。,为了使网络具有矩形选频特性，需要采用耦合振荡回路。,耦合回路由两个或者两个以上的单振荡回路通过各种不同的耦合方式组成,15,常用的两种耦合回路：,2、耦合系数k及耦合因子A(),按耦合参量的大小：强耦合、弱耦合、临界耦合,(a)电感耦合回路,(b)电容耦合回路,为此，引入“耦合系数”的概念来说明回路间耦合程度的强弱并以k表示。,耦合回路的特性和功能与两个回路的耦合程度有关,16,可见，任何电路的耦合系数不但都是无量纲的常数，而且永远是个远小于1的正数。,因此，定义耦合因子:A=Qk其量级约是1左右。(A1强耦合、A1弱耦合、A=临界耦合),17,耦合回路的通频带与矩形系数,根据前述单回路通频带的定义，当Q1=Q2=Q，01=02=时可导出：,一般采用A稍大于1，这时在通带内放大均匀，且在通带外衰减很大，有较理想的幅频特性。,(1)若A=1时:,当A=2.41时:,18,用多个三极管并联运用可以实现功率合成，但一管损坏必将使其它管子状态变化，如果用传输线变压器构成混合网络来实现功率合成就不会有这个缺点，还可以实现宽频带工作。,功率合成器,传统采用多个高频晶体管,使它们产生的高频功率在一个公共负载上相加。,功率合成器P87P93P57,19,传输线变压器P25、P26、P58,(2)常用传输线变压器常用的有(讨论前提条件：理想无耗)：1:1倒相器，如右图所示。1:1平衡-不平衡变换器4:1阻抗变换器，1:4阻抗变换器,传输线变压器是将传输线绕在磁环上的变压器性能特点：工作频带宽，上限频率可达上千兆赫,20,2.宽频带传输线变压器的工作原理,传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端端线电压。,上网查传输线变压器宽频带原理,21,(1)1：1传输线变压器,常用传输线变压器分析,又叫倒相变压器当传输线无损时：u1=u2i1=i2,u1,u2,22,图2-19平衡与不平衡变换器（a）平衡不平衡（b）不平衡与平衡,1：1传输线实现平衡和不平衡的相互转换,23,(2)1：4和4：1传输线变压器,1：4传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有u1=u2=u和，i1=i2=i,u1,u1,u2,u2,2u,+2u-,传输线变压器的输入阻抗为：,传输线变压器把负载RL变换为RL/4，实现了1：4的阻抗变换。,如果把输入端和输出端对调就成为4：1传输线变压器。4：1传输线变压器把负载阻抗升高4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有4：1的阻抗变换作用。,24,两级宽带高频功率放大电路实例,两级功放都工作在甲类状态；三个传输线变压器均为4:1阻抗变换器；第一级功放的高输出阻抗与第二级功放的低输入阻抗经16:1阻抗变换实现匹配；第二级功放的高输出阻抗与50负载电阻经4:1阻抗变换实现匹配。,25,(二)宽带功率合成技术P83、P93、P60采用魔T网络作为功率合成电路中的级间耦合和输出匹配网络的技术称为宽带高频功率合成技术。,定义：凡用1:4或4:1传输线变压器接成的混合网络称为魔T网络。,26,(1)魔T型网络结构：理想的魔T网络有四个端口：A、B、C、D。若Tr的特性阻抗为R，则有RA=RB=RRC=R/2，RD=2R其中C端称为“和”端，D端称为平衡端或“差”端。魔T混合网络的隔离条件是RC=(1/4)RD。,27,魔T网络功能:功率分配网络同相功率分配：功率放大器接到C端(如右图上)，在A端和B端获得等值同相功率，而D端没有获得功率。反相功率分配：功率放大器接到D端(如右图下)，在A端和B端获得等值反相功率，而C端没有获得功率。,28,反相功率合成：功率放大器A和B提供等值反相电流，在D端合成功率，C端无输出；同相功率合成：功率放大器A和B提供等值同相电流，在C端合成功率，D端无输出。,功率合成网络右图是用魔T混合网络实现功率合成的原理电路。图中，Tr1为魔T混合网络，Tr2为1：1平衡-不平衡变换器。,(2)魔T网络功能,29,3.石英晶体谐振器（p28、p28、p87）,一、石英晶体的物理特性,1、石英晶体的结构图（a）表示自然结晶体，图（b）表示晶体的横断。为了便于研究，人们根据石英晶体的物理特性，在石英晶体内画出三种几何对称轴，连接两个角锥顶点的一根轴Z，称为光轴；在图（b）中沿对角线的三条X轴，称为电轴；与电轴相垂直的三条Y轴，称为机械轴。,图2.20石英晶体的形状及横断面图,30,（1）石英晶体具有谐振回路的特性因为石英晶体和其它弹性体一样，具有弹性和惯性，因而存在着固有振动频率。当外加电信号频率在此自然频率附近时，就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振，又在电路上表现出电谐振。这时有很大的电流流过晶体，产生电能和机械能的转换。（2）具有较小的频率温度特性,31,晶体谐振器与一般振荡回路比较，有以下几个明显的特点：,晶体在工作频率附近阻抗变化率大，具有很高的并联谐振阻抗。,晶体的谐振频率非常稳定。这是因为由于晶体的物理特性受外界因素（如温度、震动等）的影响小。,有非常高的品质因数。而普通LC振荡回路的Q值只能到几百。,32,表面声波滤波器P33、P33、P29,表面声波滤波器的结构如图所示。,图2.26表面声波滤波器结构示意图,33,电信号由交叉指形换能器转换成声波。换能器的工作原理是利用压电衬底对电场作用时的膨胀和收缩效应。一个时变电信号(交流信号源供给)输入，引起压电衬底振动，并沿其表面产生声波。严格地说，传输的声波有表面波和体波，但主要是表面波。在压电衬底的另一端可用第二个叉指形换能器将声波转换成电信号。,简单工作原理,34,目前表面声波滤波器的中心频率可在10MHz1GHz之间，相对带宽为0.5%-50%，插入损耗最低仅几个dB，矩形系数可达1.2。,图示为一接有声表面波滤波器的预中放电路，滤波器输出端与一宽带器相接。,图声表面波滤波器与放大器连接,35,2.2.5高频衰减器,36,阻抗变换与阻抗匹配P76、P37,阻抗匹配，以保证传输功率最大化,37,利用电抗网络的阻抗匹配电抗网络只由无损耗电抗元件组成，电抗网络不消耗功率，因为电阻元件将导致耦合网路中的功率消耗。电抗网络可以用来在窄频范围内匹配阻抗。,38,在给定频率处电阻和电抗的串联如何等效于并联,串联电抗等效并联电抗的属性一致,39,同理：在给定频率处电阻和电抗的并联如何等效于串联,jXs,Rs,Zi,jXp,Rp,Zi,串联电抗等效并联电抗的属性一致,（3）,（4）,40,给73等效电阻并联一个电阻可以实现阻抗匹配，但是这将导致耦合网络中的功率损耗。,这样通过于负载串联一个-j5.1（1.56nF）的容抗可以使Xs的电抗为20，此时等效并联电阻为50，等效并联电抗为：,通过在并联电路中并联一个-j25(318pF)的电容可以消去电抗。完整的电路如图,41,j25.1,10,50,-j5.1,-j25,42,解：因为串联到并联的转换总是导致更大的并联电阻。可以在网络中串联一个-j25.1的容抗后，进行并联到串联的匹配计算。,Xp可以是电容或电感,如果希望从负载中滤去低频分量，就选择电感；,如果希望从负载中滤去高频分量，就选择电容。,43,一旦选定Xp，那么必须添加一个符号相反的串联电抗来抵消等效串联电抗（此时Xs=-j50）,j25.1,10,50,-j25.1,j100,-j50,j25.1,10,50,-j25.1,-j100,j50,c1,c2,L1