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射频模拟电路 复习 第1章选频放大器 1 1谐振电路的基本特性 谐振回路用途 选频网络 移相网络 相频转换网络 作负载 简单串并联谐振电路的基本特性 电压谐振 工程近似 电流谐振 并联谐振回路的谐振电阻 串联谐振时的谐振频率 纯阻性 并联谐振回路的谐振频率 纯阻性 串联谐振时的电流 谐振时的端电压 并联谐振回路的品质因数 串联谐振回路的品质因数 有载品质因数 有载品质因数 广义失谐 谐振点 时取最大值1 回路的品质因数愈高 曲线愈尖锐 品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系 特性阻抗 品质因数的物理意义 串并联谐振回路的通频带与选择性 三分贝通频带 半功率点通频带 即下降到0 707或时的通频带 谐振回路的通频带与成反比 愈大 通频带愈窄 矩形系数 愈接近1 选择性愈好 简单谐振回路 谐振回路的相频特性 群延时特性 各频率分量通过系统的延时都为 以为载频的调幅波通过谐振回路后引起的群延时可由式计算 回路品质因数愈高 相频特性愈陡峭 变大 波形包络的形状不变 不会产生相位失真 合成的信号包络也仅延时 串并联阻抗等效互换 串并联互换前后的品质因数不会发生变化 回路抽头时阻抗的变比关系 接入系数 电流源 部分接入的作用 阻抗匹配 提高谐振回路的有载品质因数 对信号有极大的增益 信号带宽外 增益迅速减小 因此 谐振放大器具有很好的选频能力 1 2高频小信号调谐放大器 谐振放大器 用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放大器的负载 谐振回路的谐振频率 考虑晶体管影响后 位于输入信号的中心频率 信号带宽与谐振回路的通频带基本一致 高频小信号放大器工作于放大器的线性区 放大器可用线性四端网络来等效 高频晶体管小信号等效电路模型与参数 高频晶体管网络参数模型 频率的函数 晶体管的高频参数 截止频率 下降到时对应的频率 特性频率 下降到l所对应的频率 最高振荡频率 晶体管功率增益时的工作频率 1 2 4晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器 1 放大器的输入导纳 2 放大器的调谐回路的谐振频率 3 电压增益 回路的有载品质因数 广义失谐 谐振时 归一化抑制比 最佳接入系数 4 功率增益 谐振时 匹配条件 失配损耗 表征的是负载与晶体管的失配 最大值为1 插入损耗 回路本身的损耗 表征回路固有损耗使功率增益降低的比例 回路本身损耗为零 回路对功率增益无影响 谐振状态时的最大增益 5 小信号单调谐回路谐振放大器的通频带与选择性 3dB通频带与简单谐振回路相同 增益带宽积 当晶体管选定 电路完全确定以后 放大器的带宽增益乘积是一个常数 带宽愈窄 增益愈高 反之亦然 与成反比 愈小 带宽增益积愈大 不稳定 必须外接 定值的电容 矩形系数 高频小信号单调谐回路谐振放大器级联 1 级联放大器的电压增益 由完全相同的单级放大器组成 2 级联放大器的通频带与选择性 级联放大器3dB带宽的缩小因子 高频小信号调谐放大器的稳定性 放大器的输入导纳为 第 项反映晶体管的输入导纳 第二项表示由反向传输导纳引入的输出回路对输入回路的影响 因此是一种 反馈 稳定性系数 不稳定 稳定 临界状态 输入 输出回路都是部分接入的 2 提高放大器稳定性的措施 为保证放大器的稳定 增益不能太高 为保证稳定的高增益 应选大且小的晶体管 在晶体管选定后在电路上采取措施 抵消的影响 1 中和法 2 失配法 例 一并联回路 其通频带B过窄 在L C不变的条件下 怎样能使B增宽 解 通频带 要使B增宽 应增大或减小 本题要求L C不变 故不能增大 只能减小 并联回路的品质因素 应减小 在回路两端并联一电阻就可使B增宽 例 如图所示 解题思路 将图 a 简化为图 b 画出其输出同路等效电路如图 c 所示 再化简为图 d 即可进行计算 注意 下一级放大器的输入导纳就是上一级放大器的负载导纳 而本例小放大管为同 型号 故有 或 1 4高频谐振功率放大器 与低频功放的比较 共同点 输出功率大 效率高 不同点 高频谐振功率放大器的基本工作原理 在基极回路加入合适的偏置电压 谐振功放工作于丙类 可正可负 丙类可提高集电极效率的原因 因为晶体管仅在部分时间内有电流流通 大部分时间内是无集电极电流的 集电极耗散功率等于集电极电压与集电极电流之乘积 因而大部分时间是无集电极耗散功率的 谐振回路的基本功用 作为负载接受 储存和传送高频能量 具有阻抗匹配和滤波作用 正是其滤波作用因而晶体管可以工作于丙类状态 输出集电极电流虽然失真 但输出信号的谐波分量由于谐振回路的作用而被抑制和滤除 电源提供的功率输出的交流功率集电极耗散功率 集电极效率 放大器输出的交流功率 电源输入的直流功率 平均功率 波形系数 电压利用系数 高频谐振功率放大器折线近似分析法 导通角 一个周期内导通角度的1 2 尖顶余弦电流脉冲用傅里叶级数展开 尖顶余弦电流分解系数 结论 1 某个最大 2 作倍频器时 2倍频 3倍频 3 乙类工作无三次谐波 4 波形系数 5 最佳导通角在左右 兼顾效率与功率 高频谐振功率放大器的动态特性 负载线的做法 截距式直线方程 虚拟工作点电流 虚拟工作点Q 甲类 负载线的斜率 与低频放大器负载线的斜率公式是一致的 欠压工作状态尖顶余弦电流脉冲 恒流源区 临界工作状态尖顶余弦电流脉冲 负载线为双折线 负载线为双折线最佳工作状态 过压工作状态电流波形出现凹坑 负载线为三折线恒压源状态 的影响 在过压区与的关系基本是线性的 集电极调幅 的影响 与基本成线性关系 基极调幅 在欠压状态 放大特性 高频谐振功率放大器的馈电线路 高频谐振功率放大器工作在丙类 它的馈电线路除了保证集电极合适的工作电压外 还要保证基极偏置 馈电原则 交流等效电路还要考虑到负载是谐振回路 交流分量必须通过谐振回路 以获得交流信号的放大 谐振功放工作在大电流状态 为减少功耗 外电路应对直流近似短路 但又不能对交流短路 外电路为保证输出波形不失真 对交流谐波应近似短路 集电极电路对不同频率电流的等效电路 高频谐振功率放大器的输出匹配网络与级间匹配网络 滤波度 中介回路效率 输出匹配网络 最大状态接近临界工作状态 末级射频谐功放应工作在略欠压状态 型匹配网络的计算 T型匹配网络的计算 级间耦合回路 答 输出功率等于输出电压与输出电流的乘积 当集电极供电电源电压VCC一定时 输出电压不便增大 要增大输出功率只能增大输出电流 而要增大输出电流 必须在增大激励电压的同时 减小负载电阻 为了保持放大器的导通角不变 必须在增大激励电压的同时 调整偏置电压 正向偏压减小或反向偏压增大 例 在集电极供电电源电压VCC一定的情况下 要提高输出功率 但不得改变放大器的导通角 应如何调整放大的工作参数 包括集电极负载 输入信号幅度 偏置电压 答 工作于临界状态下的丙类功率放大器 当增大集电极供电电源电压时 进入欠压状态 当减小集电极供电电源电压时 进入过压状态 基极正偏增大 或反偏减小 进入过压状态 反之 进入欠压状态 例 工作于临界状态下的丙类功率放大器 改变集电极供电电压 其他电路参数不变 则放大器工作状态将如何变化 改变基极偏压而其他参数不变 放大器工作状态又如何变化 例 例 改正图 a 线路中的错误 不得改变馈电形式 更新画出正确的线路 题意分析 这是一个两级功放 分析时可以一级一级地考虑 且要分别考虑输入回路 输出回路是否满足交流要有交流通路 直流要有直流通路 而且交流不能流过直流电源的原则 解 第一级放大器的基极回路 输入的交流信号将流过直流电源 应加扼流圈和滤波电容 直流电源被输入互感耦合回路的电感短路 应加隔直电容 第一级放大器的集电极回路 输出的交流将沉过直流电源 应加扼流圈 加上扼流圈后 交流没有通路 故还应加一旁路电容 第二级放大器的集电极回路 输出的交流将流过直流电源 应加扼流圈及滤波电容 此时 直流电源将被输出回路的电感短路 加隔直电容 第二级放大器的基极回路 没有直流通路 加一扼流圈 第3章波形发生与变换电路 3 1LC反馈正弦波振荡器工作原理 正弦波振荡器 不需要外加输入信号 只要接上电源就可以输出一定振幅 一定频率的正弦波信号的装置 增幅振荡 阻尼振荡 等幅振荡 3 1 1自激振荡的建立过程及起振条件构成LC振荡器所必须的条件 决定振荡频率的储能回路 例如LC或RC回路 石英晶体等 控制合适补充能量的系统 一般由晶体管及反馈电路构成 能源 就是直流电源 振荡平衡条件 起振条件 振荡器振幅平衡的稳定条件 振荡器相位平衡的稳定条件 提高谐振回路的品质因数 有利于提高振荡器的频率稳定度 通过放大器从小信号线性放大器转变为丙类工作状态的限幅放大器完成的 振荡器从起振时的增幅振幅 输出幅度越来越大 转变成输出等幅振荡 幅度不再增大 的原因 反馈型晶体管LC振荡器电路 晶体管振荡器的馈电原则 与高频谐振功率放大器 小信号调谐放大器等相同 直流通路 保证晶体管合适的偏置电压 把直流电压加到各极上去 交流通路 保证反馈信号移相 从输出端反馈到输入端 输出信号加到负载回路等 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则 和具有相同性质的电抗 与性质相反 3 3 1频率稳定度的定义 频率准确度 频率的相对准确度 时间频率稳定度 温度频率稳定度 频率稳定度的分类 长期频率稳定度 短期频率稳定度 3 5石英晶体振荡器 1 具有极高的空载品质因数 可达百万数量级 2 具有极小的接入系数 有载品质因数也很高 电路特性 石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度 物理性质 石英晶体的材料的物理化学性质十分稳定 正压电效应 反压电效应 石英谐振器串联支路的谐振频率 并联谐振频率 感性区 容性区 容性区 石英晶体振荡器电路 晶体振荡器的电路形式主要分为两类 石英晶体在电路中作为等效电感元件使用 并联型晶体振荡器 石英晶体作为串联谐振元件使用 工作在串联谐振频率上 称为串联型晶体振荡器 与电信号谐波的差别在于 基音与泛音不能同时存在 基音与泛音大体上成奇数倍的关系 并联型晶振 泛音晶体振荡器 泛音 石英晶片振动的机械谐波 第4章频谱搬移电路 实质上是将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移 频谱线性变换 普通振幅调制波 振幅应正比于信息 调制信号为单音余弦波 调幅指数 频带宽度 调幅波中的功率关系 双边带调制 DSB 单边带调制 SSB 频带宽度 频带宽度 振幅调制电路 在AM DSB及SSB信号中 均有或分量 而该分量是由调制信号与载波从相乘产生的 无论是非线性电路还是线性时变电路 要完成调制功能 关键看该电路是否有两个信号的乘积项 由于非线性电路和线性时变电路要产生大量的组合频率分量 必须要有滤波器将所需频率分量选出 滤除其它的不需要的分量 否则 这些不需要的频率分量将对有用信号形成干扰或失真 高电平调幅 集电极调幅和基极调幅低电平调幅 1 模拟乘法器振幅调制电路 2 平方律调幅器 3 斩波调幅 单向开关函数 双向开关函数 振幅调制波的解调模型及电路 解调是调制的逆过程 从频谱搬移的角度看 解调是频谱从高频端搬到基带的过程 普通振幅波的解调常常称为检波 二极管包络检波器的工作原理 电压传输系数 或称检波效率 大信号二级管包络检波器的失真 频率失真 非线性失真 惰性失真 过大使在二极管截止期间C通过放电的速度过慢 跟不上输入调幅波包络变化的速度 输出的平均电压就会不沿着包络走 而产生惰性失真 不产生隋性失真的条件 负峰切割失真 当交流负载与直流负载相等时 不会产生负峰切割失真 交直流负载相差越远 越容易产生负峰切割失真 直流负载不相等 因而可能产生负峰切割失真 不产生负峰切割失真的条件 4 3混频 混频电路其作用是将载频为的已调信号 或单频载波 不失真地变频为的信号 中频电流振幅值与信号电压振幅制之比 上混频 高本振下混频 低本振下混频 晶体管混频器 线性时变分析法 变频跨导 包含 分量 二极管混频 二极管混频动态范围大 组合频率分量少 本振泄漏小 无变频增益 二极管混频分小信号混频及开关混频 混频器中的组合频率干扰与非线性失真 组合频率干扰 干扰信号 最强的干扰 中频干扰 镜像干扰 第5章频谱的非线性变换 角度调制与解调 角度调制是让载波的瞬时频率或瞬时相位与调制信号成线性关系 而载波的振幅不变 调制信号 用调制信号直接控制载波的瞬时频率 直接调频 调频信号的产生 变容二极管调频 电抗管直接调频电路 晶体振荡器直接高频电路 积分