高频电子 第一章

1、 1 1.1.1 1.1.1 选频网络的基本特性选频网络的基本特性 1.1.2 1.1.2 LC LC 选频回路选频回路 * *1.1.4 1.1.4 双耦合谐振回路及其选频特性双耦合谐振回路及其选频特性 返回 1.1.3 1.1.3 LC LC 阻抗变换网络阻抗变换网络 1.1 LC选频网络选频网络 选选频频网网络络在在通通信信电电路路中中被被广广泛泛应应用用： 具有选频特性具有选频特性 ：选出所需频率信号选出所需频率信号 滤除不需滤除不需（干扰）频率信号（干扰）频率信号 通通信信电电路路中中常常用用的的选选频频网网络络分分为为两两大大类类 LC 谐谐 振振 回回 路路 ： 单单LC谐谐振振

2、回回路路（串串联联，并并联联） 双双调调谐谐回回路路 各各种种滤滤波波器器： L LC C 集集中中滤滤波波器器 石石英英晶晶体体滤滤波波器器 陶陶瓷瓷滤滤波波器器 声声表表面面波波滤滤波波器器 返回 1.1.1 选频网络的基本特性选频网络的基本特性 返回 要求要求选频电路的通频带宽度选频电路的通频带宽度与与传输信号有效频谱宽度传输信号有效频谱宽度相一致。相一致。 理想的选频电路通频带内的幅频特性理想的选频电路通频带内的幅频特性 fof1f2 2f0.7 2f0.1 理想 实际 (f)=H(f ) / H(fo) f 0.4 0.6 0.8 1.0 0.2 0 0 df )f(dH 通频带外的

3、幅频特性应满足通频带外的幅频特性应满足 0)f(H 理想的幅频特性应是矩形，既理想的幅频特性应是矩形，既 是一个关于频率的矩形窗函数。是一个关于频率的矩形窗函数。 矩形窗函数的选频电路是一矩形窗函数的选频电路是一 个物理不可实现的系统个物理不可实现的系统，实际选，实际选 频电路的幅频特性只能是接近矩频电路的幅频特性只能是接近矩 形形 定义矩形系数定义矩形系数K0.1表示选择性：表示选择性： 7.0 1.0 1.0 f2 f2 K 2f0.7称为通频带称为通频带 ： 7 .00212 f2)ff(2ffB 显然，理想选频电路的矩形系数显然，理想选频电路的矩形系数K0.1=1，而实际选频电路的矩，

4、而实际选频电路的矩 形系数均大于形系数均大于1。 1.1.1 选频网络的基本特性选频网络的基本特性 返回 另外，为不引入信号的相位失真，要求在通频带范围内选另外，为不引入信号的相位失真，要求在通频带范围内选 频电路的相频特性应满足频电路的相频特性应满足 df )f(d 即即理想条件下信号有效频带宽理想条件下信号有效频带宽 度内的各频率分量都延迟一个相度内的各频率分量都延迟一个相 同时间同时间，这样才能保证输出信号这样才能保证输出信号 中各频率分量之间的相对关系与中各频率分量之间的相对关系与 输入信号完全相同。输入信号完全相同。 o +/2 (f) f -/2 0 -o fof1f2 2f07

5、理想理想 实际实际 实际选频回路的相频特性曲线并不是一条直线，所以回路实际选频回路的相频特性曲线并不是一条直线，所以回路 的电流或端电压对各个频率分量所产生的相移不成线性关系，的电流或端电压对各个频率分量所产生的相移不成线性关系， 这就不可避免地会产生相位失真，使选频回路输出信号的包络这就不可避免地会产生相位失真，使选频回路输出信号的包络 波形产生变化波形产生变化 Rp L C RS iS R L C RS iS 1.1.2 LC 选频回路选频回路 LC 谐谐振振回回路路分分为为： 电电路路特特点点： 谐谐 振振 特特 性性 选选 频频 特特 性性 并并 联联 LC 谐谐 振振 回回 路路 串

6、串 联联 LC 谐谐 振振 回回 路路 1 电电路路结结构构 并并联联 LC谐谐振振回回路路 串串联联 LC谐谐振振回回路路 CR L R p 返回 R LC RS uS R L C RS iS 1.1.2 LC 选频回路选频回路 2 回回路路阻阻抗抗 Cj 1 LjR Cj 1 )LjR( Zp C jLjRZ 1 s ) C 1 L( jR C L ) C L( jR 1 jXR C L jXR 返回 ZP R LC RS uS ZS R LC RS uS R L C RS iS 1.1.2 LC 选频回路选频回路 3 回回路路谐谐振振特特性性 (1) 谐谐振振条条件件：当当回回路路总总电

7、电抗抗 X=0 时时，回回路路呈呈谐谐振振状状态态 (2)并并联联谐谐振振阻阻抗抗 CR L Zpo = pR （呈呈纯纯电电阻阻，且且取取最最大大值值） 串串联联谐谐振振阻阻抗抗 RZso （呈纯电阻，且取小大值呈纯电阻，且取小大值） (3) 谐谐振振频频率率：由由于于，0X 即即， 0 C 1 L 0 =0 LC 1 0 LC2 1 f 0 返回 Rp L C RS iS SO Z jXR C L ZP jXR) C 1 L( jRZ SOS PO Z R LC RS uS Rp L C RS iS 1.1.2 LC 选频回路选频回路 4 品品质质因因数数 物物理理意意义义：谐谐振振条条件

8、件下下，回回路路储储存存能能量量与与消消耗耗能能量量之之比比 P 2 i o 2 i R/ u L/u Q = L R o P + ui - ii R i L i Q 2 i o 2 i = R L o = p 2 i o 2 i R/ u C u =poCR = R i C/ i 2 i o 2 i = RC 1 0 （请请注注意意：R 与与 RP的的关关系系） CR L R p 返回 o p p 2 jQ1 R Z R LC RS uS R L C RS iS 又又由由于于: Q R L o ，而而 o 2 o 2 o o )( = o o0 )( o 2 )( R L j1 R o o

9、o p 5 回回路路阻阻抗抗频频率率特特性性 jXR C L Z p jXRZS ) 1 (1 / CLR L j RCL ) CL 1 ( R L j1 Rp C 1 jLjR ) C 1 L( jR )( R L j1R o o o 其其中中： o j1 R p j p eZ ) 2 jQ1(RZ o s )j1(R j s eZ 返回 o p p 2 jQ1 R Z j1 R p P j p eZ ) 2 jQ1(RZ o s )j1(R S j s eZ 5 回路阻抗频率特性回路阻抗频率特性 R LC RS uS R L C RS iS 其其中中： o 2 Q 称称广广义义频频率率 2

10、 p p 1 R Z 2 s 1RZ 1 p tg 1 s tg 返回 5 回回路路阻阻抗抗频频率率特特性性 2 p p 1 R Z 2 s 1RZ 1 p tg 1 s tg o P Z o S Z 讨讨论论： (1) 当当 o ，即，即 C L 1 o ， 即即 C L 1 0 有有0 0 p 并并联联 LC谐谐振振回回路路呈呈电电容容性性，0 s 串串联联 LC谐谐振振回回路路呈呈电电感感性性 电容性电容性 电感性电感性 返回 Rp R 6谐谐振振曲曲线线 定定义义： 并并联联 谐谐振振回回路路： 回回路路电电压压与与工工作作频频率率之之间间的的关关系系 串串联联 谐谐振振回回路路： 回

11、回路路电电流流与与工工作作频频率率之之间间的的关关系系 常常用用的的谐谐振振曲曲线线为为归归一一化化谐谐振振曲曲线线，即即为为 poi pi io i p Zi Zi u u 2 1 1 so s s s io i s Z u Z u i i 2 1 1 仿真2 仿真1 返回 继续 Q2 Q1 Q1 1 O Q2 或或 P S O Q1 Q2 P S 或或 同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为 1 P tg 1 S tg 1.1.2 LC 选频回路选频回路 7 谐谐振振时时电电压压与与电电流流的的关关系系 并并联联 谐谐振振回回路

12、路： o ， pii Riu （取取最最大大值值） 电电感感支支路路电电流流： ii o p o i L jQii L R j Lj u i 电电容容支支路路电电流流： ipooic iCRjCjui = i jQi 串串联联 谐谐振振回回路路： R u i i i （取取最最大大值值） 电电 感感 端端 电电 压压 ： i o oiL u R L jLjiu = i jQu 电电容容端端电电压压： i o i oC ic jQu CR u j j 1 iu 返回 仿真 Rp L C RS iS ii iC iR iL+ ui - - R LC RS uS + uC - - + uL - -

13、ii + ui - - + uR - - 1.1.2 LC 选频回路选频回路 8 通通频频带带 定定义义： 并并联联 谐谐振振回回路路： 2 1 u u io i 令： 2 1 1 串串联联 谐谐振振回回路路： 2 1 i i io i 2 1 1 所所 对对 应应 的的 频频 率率 范范 围围 。 由定义可得：由定义可得：1 2 Q o Q 2B o 或或 Q fo 结结论论：Q 值值越越大大频频带带越越窄窄，回回路路损损耗耗越越小小。 io i u u o 1 2 1 io i i i o 1 2 1 返回 1.1.2 LC 选频回路选频回路 9 信信号号源源内内阻阻及及负负载载对对回回路

14、路的的影影响响 当当 考考 虑虑 到到 信信 号号 源源 内内 阻阻 s R及及 负负 载载 l R对对 回回 路路 的的 影影 响响 时时 并并联联 谐谐振振回回路路的的有有载载 Q 值值： L R/R/R Q o Lps L 空空 载载 时时 的的 Q 值值 L R Q o p O 串串 联联 谐谐 振振 回回 路路 Q 值值 ： Ls o L RRR L Q O Q R L o 两两者者相相比比较较下下降降，因因此此通通频频带带加加宽宽，选选择择性性变变坏坏。 s R或或 L R L Q s R或或 L R L Q 继续 返回 仿真 RpL CRS iS RL RLC RS uS RL

15、1.1.3 LC 阻抗变换网络阻抗变换网络 一一 串串、并并联联阻阻抗抗等等效效互互换换 1 1 串串、并并联联等等效效互互换换的的模模型型电电路路 B X1 RX R1 A A B X2 R2 为了分析电路的方便，常需把串联电路变换为并联电为了分析电路的方便，常需把串联电路变换为并联电 路。其中路。其中 X X1 1为电抗元件为电抗元件（纯电感或纯电容） ，（纯电感或纯电容） ， x R为为 1 X的的 损耗电阻；损耗电阻； 1 R为与为与 1 X串联的外接电阻，串联的外接电阻， 2 X为转换后的为转换后的 电抗元件，电抗元件， 2 R为转换后的电阻。为转换后的电阻。 B X1 RX R1

16、A A B X2 R2 等效互换的原则：等效互换的原则： 等等效效互互换换前前的的电电路路与与等等效效互互换换后后的的电电路路阻阻抗抗相相等等 22 22 1X1 jXR )jX(R jX)RR( 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 22 XR XR j XR XR 有有：实实部部： 2 2 2 2 2 22 X1 XR XR RR 虚虚部部： 2 2 2 2 2 2 2 1 XR XR X 又又回回路路的的品品质质因因数数 2 2 2L X1 1 1L X R Q RR X Q 由由式式得得： 2 2 2 2 X1 ) X R (1 R RR = 2 1L 2 Q1 R 2 2

17、等等效效互互换换原原理理分分析析 得 得结结果果为为： )Q1)(RR(R 2 1LX12 同同理理： ) Q 1 1(XX 2 1L 12 串串联联电电路路转转换换等等效效成成并并联联电电路路后后，电电抗抗 2 X 的的 特特性性与与 1 X 相相同同。当当 1L Q 较较大大时时， 12 XX 基基本本不不变变，而而 2 R 比比 )RR( X1 大大 2 1L Q 倍倍。 2 2 等等效效互互换换原原理理分分析析 得 得结结果果为为： )Q1)(RR(R 2 1LX12 同同理理： ) Q 1 1(XX 2 1L 12 一一般般来来说说， 1L Q 比比较较大大， 即即当当 1L Q 1

18、 10 0时时，有有 12 2 1LX12 XX Q)RR(R X1 1 1L RR X Q 结结果果表表明明： 例例 1 1： 其其中中， 12 LL RC L ) R L (R)Q(RR 121o2 1LP LC 1 0 注意：注意： R L1 C RS iS L2 Rp C RSiS RL N1 N2 M + u1 - - + u2 - - C 二二 变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路 RL 假设初级电感线圈的圈数为假设初级电感线圈的圈数为N1， 次级圈数为次级圈数为N 2，且初次间全耦合 ，且初次间全耦合 (k=1)，线圈损耗忽略不计，则等效，线圈损耗忽略不计，则等效 到初级回路的电

19、阻到初级回路的电阻RL上所消耗的功上所消耗的功 率应和次级负载率应和次级负载RL上所消耗功率相上所消耗功率相 等，即等，即 或或 L 2 2 L 2 1 R u R u 2 2 2 1 L L u u R R 变压器初次级电压比变压器初次级电压比u1u2等于相应圈数比等于相应圈数比N1N2，故有，故有 L 2 2 1 L R) N N (R 可通过改变可通过改变 比值调整比值调整RL的大小。的大小。 2 1 N N 高高频频电电路路的的实实际际应应用用中中， 常常用用到到激激励励信信号号源源或或负负载载与与振振荡荡回回 路路中中的的电电感感或或电电容容部部分分接接入入的的并并联联振振荡荡回回路

20、路， 常常称称为为抽抽头头振振荡荡 回回路路或或部部分分接接入入并并联联振振荡荡回回路路。 三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换 1 1 常常用用的的抽抽头头振振荡荡回回路路 电电感感抽抽头头部部分分接接入入 电电容容分分压压部部分分接接入入 L2 L1 C L2 L1 C RL C2 C1 L L C2 C1 RL 三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换 典典型型实实用用电电路路： 2 2 等效电路：等效电路：在电路的定量分析中常把部分接入的外电路在电路的定量分析中常把部分接入的外电路 等效到并联回路两端。等效到并联回路两端。 其其中中： 21 21 CC CC C ， 有有互互感

21、感 无无互互感感 M2LL LL L 21 21 iS RS L1 C2 C1RL iS RS L2 L1 C2 C1 RL a bb a cdcd L2 L C RL RS iS LC RL RS iS a b a b iSRS L2 L1 C2 C1 RL a c b d iS RS L CRL a b LL SS SS Ru u R i u u i Ru u R 1 )( 1 )( 1 )( 1 2 ab db ab cb 2 ab cb 三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换 3 3 等等效效原原则则：等等效效电电路路与与原原电电路路功功率率相相等等 LL SS SS R u R

22、u uiui R u R u 2 db 2 ab cbab 2 cb 2 ab L 2 2L S1S S 2 1S GpG ipi gpg + ucb - + uab - + udb - + uab - 4 4 接接入入系系数数（抽抽头头系系数数）p 定定义义： 回路电压 部分接入电压 p 1 1 iSRS L2 L1 C2 C1 RL a c b d 4 4 接入系数（抽头系数）接入系数（抽头系数） 定定 义义 ： 回路电压 部分接入电压 p1iS ； iC iR is is 1.1.31.1.3双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路） 2 2 耦耦合合谐谐振振回回路路谐谐振振曲曲线线的

23、的通通用用表表示示式式 2222 max2 2 4)1( 2 u u m + u2m - 这这是是耦耦合合谐谐振振回回路路谐谐振振曲曲线线 的的通通用用表表示示式式，对对任任何何形形式式的的调调 谐谐方方式式都都是是适适合合的的。 其其中中：称称为为耦耦合合因因数数： QK K称称为为耦耦合合系系数数： )CC)(CC( C K LL M K m2m1 m 21 电容耦合回路：电容耦合回路： 互感耦合回路：互感耦合回路： 反反映映了了回回路路间间的的耦耦合合程程度度。由由式式何何以以看看出出的的大大小小不不仅仅和和 的的大大小小有有关关，而而且且和和耦耦合合因因数数有有关关。即即 ),(f +

24、 u2m - 2222 max2 2 4)1 ( 2 u u m 1 1 2 2 0 1 1 2 2 0 1.1.31.1.3双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路） 1 讨讨论论： 当当 1 ，称称为为临临界界耦耦合合 特特点点， Q 1 KK C （K KC C称称为为临临界界耦耦合合系系数数） 当当 0时时 ， 当当1，既，既 C KK 时，称为欠耦合状态，时，称为欠耦合状态， 则当则当 0 时：时： 特特性性曲曲线线也也呈呈单单峰峰，但但峰峰值值小小于于 1 1。 当当 1 ，既既 C KK 时时，称称为为过过耦耦合合状状态态， 特特性性曲曲线线呈呈双双峰峰，特特性性曲曲线线的的最

25、最大大值值应应位位于于1 处处。 若若令令 1 4)1( 2 222 可可得得： 22222 )2(4)1( 01 22 解解得得： 1 2 1 2 1 2 而而在在0 处处，曲曲线线处处于于谷谷值值，其其值值为为： 1 1 2 2 0 上上式式表表明明，特特性性曲曲线线呈呈双双峰峰，峰峰值值点点分分 别别位位于于1 2 处处 可可以以看看出出耦耦合合因因数数越越大大，峰峰值值距距离离越越大大，相相应应的的谷谷值值越越小小。 2B 1.1.31.1.3双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路） 3 3 耦耦合合回回路路的的通通频频带带 通通频频带带可可定定义义为为： 当当 2 1 时，所对应

26、的广义失谐时，所对应的广义失谐 o 2 Q 中的中的 2为回路的通频带。为回路的通频带。 讨讨论论一一个个典典型型的的情情况况： 当当 1 时时， 1 令令 2 1 4)1( 2 2222 1 即即可可得得： 2 1 4 2 4 o 2 Q2 Q 22B o 2 1 显显然然，比比单单调调谐谐回回路路通通频频带带 Q o 要要宽宽，其其谐谐振振曲曲线线的的形形状状也也更更接接 近近矩矩形形，具具有有较较好好的的选选择择性性。 1.1.31.1.3双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路） 4 4 矩矩形形系系数数 定定义义： 7 .0 1 .0 1 .0 f2 f2 K 即即定定义义为为谐谐

27、振振曲曲线线峰峰值值下下降降到到 0 0. .1 1 时时的的频频率率范范围围 1 . 0 2 f与与通通频频 带带 7 . 0 2 f之之比比。 如如右右图图所所示示，理理想想情情况况下下的的 矩矩形形窗窗滤滤波波器器的的矩矩形形系系数数 1 1 . 0 f2 7 . 0 f2 1K 1 .0 而而单单调调谐谐回回路路的的矩矩形形系系数数 95. 9110 f2 f2 K 2 7 . 0 1 . 0 1 . 0 双双调调谐谐回回路路的的矩矩形形系系数数，在在临临界界耦耦合合的的情情况况下下为为 16.31100 f2 f2 K 4 7 .0 1 .0 1 .0 可可见见 1 . 0 K是是一

28、一个个大大于于或或等等于于1的的数数，其其数数值值越越小小，选选择择性性越越好好， 对对应应的的幅幅频频特特性性越越理理想想，矩矩形形系系数数 1 . 0 K的的理理想想数数值值为为1 。 返回 继续 us us is is * *1.1.4 1.1.4 双耦合谐振回路及其选频特性双耦合谐振回路及其选频特性 单单调调谐谐回回路路的的幅幅频频特特性性离离矩矩形形较较远远。在在通通频频带带内内响响应应不不均均 匀匀，且且阻阻抗抗变变换换也也不不够够灵灵活活方方便便。因因此此在在实实际际中中为为得得到到接接近近矩矩 形形的的频频响响特特性性，或或因因阻阻抗抗变变换换的的需需要要，在在无无线线电电通通

29、信信电电路路中中常常 采采用用耦耦合合振振荡荡系系统统。该该系系统统一一般般由由两两个个和和两两个个以以上上单单振振荡荡回回路路 通通过过不不同同的的耦耦合合方方式式组组成成，通通常常称称为为耦耦合合回回路路。 1 1 耦耦合合回回路路的的常常用用类类型型 互互感感耦耦合合回回路路 并并联联型型 串串 联联 型型 电电容容耦耦合合回回路路 仿真 1 1.2高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 概述概述 1.2.1 晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效模型 1.2.2 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 1.2.3 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性 直直流流放放

30、大大器器 小小信信号号低低频频放放大大器器：低低频频宽宽带带放放大大器器 小小信信号号放放大大器器： 交交流流放放大大器器 小小信信号号高高频频放放大大器器： 高高频频窄窄带带放放大大器器： 中中心心频频率率(几几百百kHz几几百百MHz) 1.2高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 （high frequency small signal amplifiers） 概概述述 特特点点： 工工作作频频率率高高，中中心心频频率率几几百百 kHz几几百百 MHz 具具有有选选频频特特性性，一一般般负负载载采采用用谐谐振振回回路路 晶晶体体管管工工作作在在线线性性区区，可可看看成成线线性性元元件件

31、，可可 用用有有源源四四端端网网络络参参数数微微变变等等效效电电路路来来分分析析。 主主要要要要求求： （质质量量指指标标） 增增益益： i 0 u u u A 通通 频频 带带 ： 7 .0 f2B 选选择择性性：选选出出有有用用信信号号的的能能力力 7 .0 1 .0 01 f2 f2 K 1 抑抑制制干干扰扰的的能能力力 127345 1.2高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 （high frequency small signal amplifiers） 稳稳定定性性：指指放放大大器器的的工工作作点点，晶晶体体管管参参数数，电电路路元元件件参参数数变变化化时时， 放放大大器器的的

32、稳稳定定程程度度。 即即当当 IC，UCE Au ,rbe f 元元件件参参数数变变化化 B 噪声系数：噪声系数：希 希望望放放大大器器本本身身产产生生的的噪噪声声越越小小越越好好，要要求求噪噪 声声系系数数接接近近 1。 以以上上这这些些要要求求相相互互之之间间即即有有联联系系又又有有矛矛盾盾，例例如如 增增益益和和稳稳定定性性，通通频频带带和和选选择择性性等等。 Cbe rbb Cbc rbc rbe ube rcegm ube 1.2.1 晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效模型 晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法： 物

33、物理理模模型型等等效效电电路路：混混合合参参数数等等效效电电路路。 网网络络参参数数等等效效电电路路：y 参参数数等等效效电电路路。 一一 混合混合参数等效电路参数等效电路 注注意意：C bc和和rbb的的存存在在对对晶晶体体管管的的高高频频运运用用的的十十分分不不利利的的。 Cbc将将输输出出交交流流电电流流反反馈馈到到输输入入端端，可可能能会会引引起起放放大大器器自自激激。 rbb在在共共基基电电路路中中会会引引起起高高频频负负载载反反馈馈，降降低低晶晶体体管管的的电电流流放放大大系系数数。 1 2 7 3 4 5 e b r ce rbc ree Cbe Cbc rbb rbe c rc

34、c b gm ube yieyoe yreuce yfeube 根根 据据 四四端端 网网络络 的的理理 论论，两两个个 端端口口 的的四四 个个变变 量量，可可任任 选选 二二 个个 作作自自 变变量量 ，由由 所所选选 的的不不 同同 自自变变 量量和和 参参变变 量量，可可得得 六六 种种 不不 同同 的的 参参 数数 系系 ， 但但 最最 常常 用用 的的 只只 有有 H,Y,Z 三三 种种 参参 数数 系系 。 + u1 - + u2 - i1 i2在在高高频频电电子子线线路路中中常常采采用用 Y 参参数数 系系等等效效电电路路。因因为为晶晶体体管管是是电电流流受受控控 元元件件，输

35、输入入输输出出端端都都有有电电流流，采采用用 Y 参参数数系系较较方方便便，另另外外很很多多导导纳纳的的并并联联 可可直直接接相相加加，使使运运算算简简单单。 如如果果设设电电压压 u1和和 u2为为自自变变量量， 电电流流 i1和和 i2为为参参数数量量， 可可得得 Y 参参数数系系 的的约约束束方方程程： ceoebefec cerebeieb of ri uyuyi uyuyi uyuyi uyuyi 212 211 + ube - + uce - ib ic 127345 二二 Y参数等效电路参数等效电路 yieyoe yreuce yfeube 输入短路时的输出导纳 0u ce 2

36、oe be u i y 输出短路时的输入导纳 0u be b ie ce u i y 二二 y 参参数数等等效效电电路路 + ube - + uce - ib ic 由由上上可可求求出出各各Y参参数数: 注注意意：以以上上短短路路参参数数为为晶晶体体管管本本身身的的参参数数，只只与与晶晶体体管管的的特特征征有有关关， 与与外外电电路路无无关关，又又称称为为内内参参数数。 导纳输出短路时的正向转输 0u be c fe ce u i y 导纳输入短路时的反向转输 0u ce b re be u i y 1 2 7 3 4 5 ceoebefec cerebeieb of ri uyuyi uyu

37、yi uyuyi uyuyi 212 211 yieyoe yreuce yfeube 三三 混混合合 参参数数等等效效电电路路与与y参参数数等等效效电电路路的的转转换换 四四个个 y 参参数数都都是是复复数数，为为了了计计算算方方便便，可可表表示示为为： oeoeoe ieieie Cjgy Cjgy re fe j rere j fefe eyy eyy 其其中中 ie g 和和 oe g 称称为为输输入入，输输出出电电导导； ie C和和 oe C为为输输入入，输输出出电电容容； fe y和和 re y为为正正向向，反反向向传传输输幅幅频频特特性性； fe 和和 re 为为相相频频特特性

38、性 一一般般的的晶晶体体管管通通常常满满足足 ebm gg ， cbeb gg ， cbce gg ，对对 共共射射极极电电路路可可以以推推算算出出： bbebebbb ebeb ie rCj)gr1( Cjg y bbebebbb cbcb re rCj)gr1( Cjg y bbebebbb m fe rCj)gr1( g y bbebebbb ebcb mbbcbceoe rCj)gr1( Cjg grCjgy 1 2 7 3 4 5 Cie gie goe Coe 四四 晶晶体体管管的的高高频频参参数数 介绍几个表征晶体管高频特征的参数介绍几个表征晶体管高频特征的参数 1 截截止止频频

39、率率 f 定定义义：当当 下下降降到到低低频频值值 0 的的 2 1 时时对对应应的的频频率率为为 f 2 特特 征征 频频 率率 T f 定定义义：当当 下下降降到到1 时时所所对对应应的的频频率率为为 T f f 0 2/ 0 T f f 1 由由于于晶晶体体管管的的 与与频频率率之之间间的的关关系系为为： f f j1 0 2 0 ) f f (1 有有 由定义：令由定义：令 1 ) f f (1 2 T 0 可可得得 f1ff 0 0 2 T 127345 3 最最高高振振荡荡频频率率 max f 定定义义：晶晶体体管管的的功功率率增增益益 1 p G 时时的的工工作作频频率率为为 m

40、ax f max f表表示示一一个个晶晶体体管管所所能能适适用用的的最最高高极极限限频频率率。在在此此频频 率率工工作作时时，晶晶体体管管已已得得不不到到功功率率放放大大。一一般般当当 max ff 时时，无无 论论用用什什么么方方法法都都不不能能使使晶晶体体管管产产生生振振荡荡。 可可以以证证明明： cbebbb m max CCr4 g 2 1 f 以以上上三三个个频频率率参参数数的的大大小小顺顺序序为为： fff T max 。 返回 继续 127345 4 5 1 2 3 Rb1 Rb2 Re yL Cb Ce C B1 B2 VT L Ec 1.2.2 高频小信号调谐放大器高频小信号

41、调谐放大器 一一、电电路路结结构构和和工工作作原原理理 下下图图为为一一个个典典型型的的共共射射极极高高频频调调谐谐放放大大器器的的实实际际电电路路 1 直直流流偏偏置置电电路路 Rb1、Rb2为为基基极极分分压压式式偏偏置置电电阻阻， Re为为射射极极负负反反馈馈偏偏置置电电阻阻，稳稳定定静静态态 工工作作点点，Cb、Ce为为旁旁路路电电容容。 2 高高频频交交流流等等效效电电路路 放放大大电电路路由由三三部部分分组组成成 输入回路：输入变压器次级绕阻输入回路：输入变压器次级绕阻 B1 晶晶体体管管：T 输出回路：输出回路： LC 并联谐振回路，并联谐振回路， 输出变压器输出变压器 B2,及

42、负载及负载 YL 1 2 7 3 4 5 仿真 Rb1 Rb2Re Ec 3 2 1 5 4 B1 B2 C L yL VT 输入回路输入回路 输出回路输出回路 晶体管晶体管 3 2 1 5 4 yie yoe yreuceyfeube C yL L + u54 - 3 放放大大器器 Y 参参数数等等效效电电路路 其其中中： ieieie Cjgy oeoeoe Cjgy LLL Cjgy 另另外外，为为了了实实现现晶晶体体管管输输出出阻阻抗抗与与负负 载载之之间间的的阻阻抗抗匹匹配配，减减少少晶晶体体管管输输出出 电电阻阻与与负负载载对对品品质质因因素素的的影影响响： 负负载载和和回回路路之

43、之间间采采用用了了变变 压压 器器 耦耦 合合 ， 接接 入入 系系 数数 N N u u p 1 31 54 2 晶晶体体管管集集、 射射回回路路与与振振荡荡回回路路之之间间 采采 用用 抽抽 头头 接接 入入 ， 接接 入入 系系 数数 N N u u p 2 31 21 2 + u31 - + u21 - 3 2 1 5 4B1 B2 C L yL VT 3 2 1 5 4 yieyoe yreuce yfeube C yL L ie Loe fere iei y Yy yy yY 二、放大器性能参数分析：二、放大器性能参数分析： 1放放大大器器输输入入导导纳纳Yi be b i u i

44、 Y 而而： ceLc oecebec cereiebeb uYi yuuyi uyyui fe ib + ube - iC + uce - L Y 而回路而回路 3、1 端之间总电导为：端之间总电导为： ) Lj 1 Cjypg(Y L 2 20L 其其中中 0 g为为回回路路的的自自损损耗耗电电导导 把把 L Y折折合合到到 2、1 端端可可得得： ) 1 ( 11 2 20 2 1 2 1 Lj Cjypg p Y p Y LLL 由由上上两两式式可可求求出出： be Loe fe ce u Yy y u 休息1休息2 Yi 0 g iC yfeube yoe L Y + uce - y

45、oe yfeube yreuce yie YS yL YSyie yreuce yfeube yoe C iS yfeube yoe yreuce yieYS 2放放大大器器输输出出导导纳纳 + ce u Yo 0i ce c o s u i Y Yo )yY(uuy guuyi iesbecere oecebefec 由由（2）式可得：）式可得： ce ies re be u yy y u iC 代代入入（1）式式得得： ies fere oeo yY yy yY 可可见见上上式式中中第第一一项项 oe y为为晶晶体体管管的的短短路路输输出出导导纳纳，第第二二项项是是由由 re y 引引起起

46、的的输输出出导导纳纳，且且与与信信号号源源的的内内导导纳纳 s Y有 有关关。 一一 般般 在在 忽忽 略略 re y 的的 作作 用用 时时 ， oeo yY + be u 休息1休息2 0 g yL YSyie yreuce yfeube yoe C iS 3 电电压压放放大大倍倍数数 解解 法法 一一 ： + u54 - + u31 - + u21 - 利利 用用 上上 述述 求求 解解 输输 入入 导导 纳纳 的的 方方 法法 ， 把把 振振 荡荡 回回 路路 折折 合合 到到 晶晶 体体 管管 集集 电电 极极回回路路的的等等效效电电路路 31254o upuu 31121ce up

47、uu ce 1 2 o u p p u 有 如如右右图图所所示示： be Loe fe ce u Yy y u 故故可可得得 )Yy(p yp u u A Loe1 fe2 i o u 而而bei uu + ube - 休息1休息2 L Y iC yfeube yoe L Y + uce - yL YSyie yreuce yfeube yoe C iS C p1yfeube go yfeubeyoe YL yL yfeube yoe 3 电电压压放放大大倍倍数数 解解 法法 二二 ： 把把晶晶体体管管集集电电极极回回路路 和和负负载载 L y 折折合合到到振振荡荡 回回路路两两端端 be 3

48、12 i o u u up u u A 31254o upuu + u54 - Lj Cjg uyp u befe 1 1 31 + u31 - 其其 中中 ： L 2 2oe 2 1 L 2 2oe 2 1o CpCpCC gpgpgg LLL oeoeoe Cjgy Cjgy ) f f2 jQ1(g ypp Lj 1 Cjg ypp A o L fe21fe21 u + u31 - 休息1休息2 p1yfeube p1yfeube + u31 - p1yfeube yL YSyie yreuce yfeube yoe C iS C p1yfeube go 3 电电压压放放大大倍倍数数 )

49、 f f2 jQ1(g ypp Lj 1 Cjg ypp A o L fe21fe21 u 其其中中： LC fo 2 1 为为调调谐谐放放大大器器的的谐谐振振频频率率。 Lgg C Q o o L 1 为调谐回路的有载品质因素。为调谐回路的有载品质因素。 另另外外（常常用用） ，当当谐谐振振时时， o ff ， 0 f 则则有有： L 2 2oe 2 1o fe21fe21 uo gpgpg ypp g ypp A + u31 - 由由上上式式可可以以看看出出：一一般般情情况况下下，放放大大 器器在在回回路路调调谐谐时时，输输出出电电压压与与输输入入电电压压之之 间间的的相相位位差差并并不不

50、是是180o。 休息1休息2 ) f f2 jQ1(g ypp Lj 1 Cjg ypp A o L fe21fe21 v Loeo fefe o gpgpg ypp g ypp A 2 2 2 1 2121 4 放放 大大 器器 的的 通通 频频 带带 归归一一化化电电压压增增益益为为： j1 1 f f2 jQ1 1 A A o L o o L f f2 Q 为为广广义义失失谐谐因因子子。 2 2 o L o1 1 ) f f2 Q(1 1 A A 为为放放大大器器谐谐振振曲曲线线。 o A A 如如果果令令 2 1 1 1 2 o A A 即即可可求求出出放放大大器器的的通通频频带带为为

51、： L o 7.0 Q f f2B 可可见见：QL B 1 B 另另外外，电电压压增增益益 o A 与与通通频频带带之之间间的的关关系系： g C Q o L Cf f f Cf Q C g o o L o 7 .0 7 .0 4 2 2 Cf4 ypp g ypp A 7 . 0 fe21fe21 uo 有有 C 7 . 0 f o A 休息1休息2 L o 7.0 Q f f2B o A A 1 5单单调调谐谐放放大大器器的的选选择择性性： 7 . 0 f2 用用矩矩形形系系数数来来表表示示选选择择性性： 即即 7.0 1.0 1.0 f2 f2 k 如如果果令令 1 . 0 2 1 1

52、1 . 0 1 . 0 o L o f f Q A A 可可 得得 ： L o2 1.0 Q f 110f2 有有 195. 9110k 2 1 . 0 说说明明谐谐振振曲曲线线与与矩矩形形相相差差较较远远，选选择择性性较较差差，这这是是单单调调谐谐放放大大器器 的的缺缺点点。 1 .0 f2 继续 休息1休息2 go befeu yp1 oe gp 2 1 L gp 2 2 二、放大器性能参数分析：二、放大器性能参数分析： 6功功率率增增益益 由由于于在在非非谐谐振振点点上上计计算算功功率率十十分分复复杂杂，且且一一般般用用处处不不大大，故故主主 要要讨讨论论谐谐振振时时的的功功率率增增益益

53、： i o po P P G 式式中中 i P为为放放大大器器的的输输入入功功率率， o P为为输输 出出端端负负载载 L g 上上获获得得的的功功率率。 右右图图给给出出了了谐谐 振振时时的的简简化化等等效效电电路路。 有有： 2 beiei ugP L befe Lo gp g uyp gpuP 2 2 2 1 2 2 2 31 ie L uo ie L fe po g g A g g g ypp G 2 2 2 2 2 2 1 讨论：讨论： i)如果设如果设 LC 调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配。调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配。 即即 ： 2 2 2oe 2 1

54、o gpgp 0g 则则可可得得最最大大功功率率增增益益为为： oeie 2 fe L 2 2oe 2 1ie L 2 fe 2 2 2 1 ie L 2 L 2 2oe 2 1 2 fe 2 2 2 1 max po gg4 y gpgpg4 gypp g g gpgp ypp G + u31 - 二、放大器性能参数分析：二、放大器性能参数分析： 讨讨论论： i)如如果果设设 LC 调调谐谐回回路路自自身身元元件件无无损损耗耗，且且输输出出回回路路传传输输匹匹配配。 即即 ： 2 2 2oe 2 1 o gpgp 0g 则则可可得得最最大大功功率率增增 益益为为： oeie 2 fe L 2

55、 2oe 2 1ie L 2 fe 2 2 2 1 ie L 2 L 2 2oe 2 1 2 fe 2 2 2 1 max po gg4 y gpgpg4 gypp g g gpgp ypp G 上上式式中中的的 max po G是是放放大大器器输输出出端端达达 到到共共轭轭匹匹配配时时，在在给给定定工工作作频频率率时时放放大大 能能力力的的极极限限值值。但但在在实实际际应应用用中中，因因放放 大大倍倍数数太太大大，工工作作反反而而不不稳稳定定，线线路路调调 节节也也较较麻麻烦烦。 ii)考考虑虑到到 o g 的的存存在在，即即 Loe o gpgp g 2 2 2 1 0 可可得得最最大大功

56、功率率增增益益为为： max po 2 0 L2 0 L oeie 2 fe max po G) Q Q 1() Q Q 1( gg4 y G 式式中中： 2 0 L ) Q Q 1( 称称为为回回路路的的插插入入损损耗耗 而而 值值空空载载 值值有有载载 Q Lg Q Q Lgg C Q oo o o o L 1 1 go befeu yp1 oe gp 2 1 L gp 2 2 + u31 - 2 n 2 2 n 2 0 L n 0u u n 01u 1u 0n n 1 1 f f2 Q1 1 A A A A A A 1.2.3多级单调谐放大器多级单调谐放大器 若单级放大器的增益不能满足要

57、求，就要采用多级放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器 设设放放大大器器有有 n 级级，各各级级的的电电压压增增益益分分别别为为un3u2u1u AA,A,A ， 则则总总电电压压增增益益n A 为为：un3u2u1un AAAAA 而而谐谐振振时时的的电电压压总总增增益益为为：n0u03u02u01u0n AAAAA 如如果果各各级级放放大大器器的的参参数数及及增增益益匀匀相相同同， 即即n0u03u02u01u AAAA ，且且通通频频带带匀匀相相同同， 即即 L n Q f BBBB 0 13121 则则有有： n un n un AA AA 010 1 归归一一化化电

58、电压压增增益益为为： Au1Au2Aun 休息1休息2 令令 n n 1 2 2 2 21 2 1 1 1 12n 1 L o n n n Q f fB122 1 7 . 0 可可见见，n 级级放放大大器器级级联联后后，总总的的通通频频带带比比单单级级放放大大器器的的通通频频带带 缩缩小小了了12 1 n 倍倍，其其中中，12 1 n 称称为为频频率率缩缩小小系系数数。 由由矩矩形形系系数数的的定定义义： 7 . 0 1 . 0 1 . 0 f2 f2 K 如如果果令令 11001 . 0 1 1 1 2 2 n n 1100 Q f f2 n 1 L 0 1.0 12 1100 K n 1

59、n 1 1.0 可可见见当当级级数数 n 增增加加时时，放放大大器器的的矩矩形形系系数数有有所所改改善善，但但这这种种 改改善善是是有有限限度度的的，一一般般级级数数越越多多， 1 . 0 K 的的改改善善越越缓缓慢慢。当当 n时时， 1 . 0 K 也也只只有有 2.56，与与理理想想矩矩形形仍仍有有一一定定距距离离。 返回 继续 仿真 休息1休息2 （2）n 级放大器的矩形系数级放大器的矩形系数 1.2.4双调谐回路谐振放大器 多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通 频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，频带却变窄，选择性虽有

60、所改善，但与理想矩形相比， 仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用 双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的 频带，这种放大器称为双调谐放大器。频带，这种放大器称为双调谐放大器。 下图所示是一种常用的双调谐回路谐振放大电路。下图所示是一种常用的双调谐回路谐振放大电路。 其中其中 54e3b21 RRCRCRR、等是直流偏置电路等是直流偏置电路 图2-3-5 双调谐放大电路 1.2.5参差调谐放大器 1、采用参差调谐放大器的目的、采用参差调谐放大器的目的 3、参差调谐放大器的交流等效