射频模拟电路PPT课件

1、 电子科技大学电子科技大学 1第第1章章 选频放大器选频放大器要点要点 串并联谐振回路的主要特性串并联谐振回路的主要特性两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换了解双调谐耦合谐振回路了解双调谐耦合谐振回路高频小信号谐振放大器的基本要求晶体管高频小信号的等效电路模型和参数调谐回路放大器及其级联谐振功率放大器的原理谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的种类、电路构成及匹配网络第1页/共65页 电子科技大学电子科技大学 2第第1章章 选频放大器选频放大器简介简介 1、实际的通信系统均是有仅仅具有一定带宽的频谱资源的概念。2、谐振放大器：将低频模拟电路中的阻性负载RL用谐振

2、回路代替！谐振放大器又称：选频放大器构成：小信号谐振放大器：处理小信号，如接收机。谐振功率放大器：处理大信号，如手机基站，电视发射塔。选频网络* LC谐振回路最基本的选频回路，收音机、 电视机上使用广泛* 滤波器：LC、晶体、SAW、介质、同轴、腔体 、第2页/共65页1-1 谐振电路的基本特性谐振电路的基本特性 主要内容： 串并联谐振回路（简单谐振回路）的主要特性 两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换 了解双调谐耦合谐振回路 作用： 选频、滤波、作负载、移相网络、相频转换网络 电子科技大学电子科技大学 3第3页/共65页 电子科技大学电子科技大学 41-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路

3、的基本特性 1、电路：由信号源、电容C、电感L构成。2、适用情况：信号源内阻Rs小（恒压源）以及负载电阻RL不太大 的情况： 有载品质因数QL不能够太小 回路具有较好的选择性！其中r：代表电感L的损耗电阻第4页/共65页 电子科技大学电子科技大学 51-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 1()ZrjLrjXC1XLC阻抗3、谐振条件：电抗其中：第5页/共65页 电子科技大学电子科技大学 61-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 ( (初相角为零初相角为零) )tVvSscossSvV SSVV11()()jSSsVVvII eZrjLrjLCC221()S

4、VIrLC模相角Xarctgr 回路电流 (复数) ：设设第6页/共65页 电子科技大学电子科技大学 71-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 X第7页/共65页 电子科技大学电子科技大学 81-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 若令LC10那么，当0时，有0100CL此时回路电抗X=0，回路电流00()SSSVII VVr最大，电路谐振。因此：LC10称为串联谐振电路的谐振频率第8页/共65页 电子科技大学电子科技大学 91-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 定义品质因数：001LQr实际工程电路中，总是满足rL 0 品质因数反映了回

5、路中平均储能与平均耗能之间的关系第9页/共65页 电子科技大学电子科技大学 101-1-1 串联谐振电路的基本特性串联谐振电路的基本特性 000SLSVVjLjQ Vr谐振时电感、电容两端的电压：电感L：电容C：谐振时电感线圈上的电压大小和电容两端的电压大小均为信号源电压的 倍。 0Q因此串联谐振称为电压谐振电压谐振00020011SCSSLVVjVjQ VjC rrLC 第10页/共65页 电子科技大学电子科技大学 111-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 1()1()rj Lj CZrjLC阻抗工程中总是满足 rL 111()()LCZCrrjLjCCLL第11页/共6

6、5页 电子科技大学电子科技大学 121-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 LCB111()PCrYjCGjBZLLPCrGL其中第12页/共65页 电子科技大学电子科技大学 131-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 并联谐振回路的端电压：11()()jsssPIIIVV eCrYGjCjCLLL221()sPIVGCLPBarctgG 第13页/共65页 电子科技大学电子科技大学 141-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 B第14页/共65页 电子科技大学电子科技大学 151-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 定义

7、并联谐振回路的谐振电阻 CrLGRPP1定义并联谐振回路的谐振频率LCP1此时10BCLPPRCrLZ，并联谐振回路阻抗为纯电阻，并且其模的值达到最大。第15页/共65页 电子科技大学电子科技大学 161-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的品质因数 rLQPPrLP21PPPPPPPPPPPPCRCCRRLCQCRGL注意，这些等式成立的条件是：结合 可以得到并联谐振品质因数的几个变形：CrLGRPP1第16页/共65页 电子科技大学电子科技大学 171-1-2 并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 SPSPILVIGCr并联谐振时的端电压 谐振时

8、流过电容和电感的电流 1/CPPPSPSPLIVjCIjQ IjCCr21PPCPsPsPPVLIIjQ IrjLjLCr 谐振时流过电感线圈和电容上的电流大小均为信号源电压的 倍。因此并联谐振称为电流谐振电流谐振电容C：电感L：PQ第17页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 18品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。tIim0sinLC10设其中第18页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 19m0000I1sin-costCmVItdttCC电容两端的电压电容上存储的能量22222m

9、CC0m0220I111WCCcosLI cos22C2Vtt电感上存储的能量222011sin22LmWLiLIt系统存储的总能量212LCmWWWLI第19页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 20电阻消耗的平均功率221()22mRmIPrI r20001/2=2/2RRRRmPWP TPfI r一个周期中电阻消耗的能量第20页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 212002011121222/2mRmLILWQWrI r02Q系统储能每个周期的系统耗能系统储能与周期耗能的比因此品质因素0

10、01LLLCQrrrLC进一步将 代入品质因素的表达式，得01LC第21页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 22 定义特性阻抗 CL那么 品质因素 特征阻抗反映了系统存储能量的能力，而电阻r则反映了系统消耗能量的能力 在线圈损耗相同的条件下，Q正比于特性阻抗 为了保证高Q值，谐振回路必须保证足够的电感量 为了保证电路稳定，谐振回路电容不能太小0Qr第22页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学电子科技大学 23为了更好的描述简单谐振电路的频率特性，定义参数：归一化抑制比 在串联谐振回路中，归一化抑制比

11、定义为任意频率下的回路电流与谐振时回路电流的比值 在并联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率下的回路端电压与谐振时回路端电压的比值第23页/共65页1-1-4归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐串联谐振归一化抑制比 电子科技大学电子科技大学 240000200000001()1()1111()1()11()SSVrjLIrCIVrrjLCLjjQrLCLCjQ 第24页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐并联谐振归一化抑制比 电子科技大学电子科技大学 251/()1/()11111()1()11()SPPSPPPPPPPPPIGjCGVLVIGGjCLL

12、LCjCjCrLrCCLjQ 第25页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学电子科技大学 26)(ppPQ011PIVjIV)(000 Q串联谐振与并联谐振的归一化抑制比具有相同的形式，为了进一步定义广义失谐系数串联谐振广义失谐系数并联谐振广义失谐系数21|1|jearctg 第26页/共65页00.81归一化频率(/0)归一化抑制比(|)归一化抑制比幅频特性 Q = 5Q = 10Q = 151-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐 归一化抑制比的意义（幅频） 适用于任何一种简单

13、的谐振回路 只与频率和品质因素有关，其最大值始终为1 曲线的锐度只与Q值相关，Q值越大，曲线越尖锐 电子科技大学电子科技大学 27第27页/共65页00.511.52-2-1.5-1-0.500.511.52归一化频率(/0)归一化抑制比()归一化抑制比相频特性 Q = 5Q = 10Q = 151-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失谐 归一化抑制比的意义（相频） 任何一种简单谐振回路相频特性一样 谐振时回路的电流（电压）相移为零 相频特性的陡度与Q值有关，Q值越大，曲线越陡 电子科技大学电子科技大学 28第28页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比与广义失

14、谐 广义失谐 广义失谐与相对频率偏移成正比 相频特性的陡度与Q值有关，Q值越大，曲线越陡 广义失谐实际上就是回路阻抗虚部跟实部的比 电子科技大学电子科技大学 290000000000000022()1/()1/()PPPPPPfQQQQfLLCXrrrCCLBGGG 实际工作中工作频率总是接近谐振频率的，实际工作中工作频率总是接近谐振频率的，因此因此第29页/共65页 电子科技大学电子科技大学 301-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性00.81归 一 化 频 率 (/0)归一化抑制比(|)谐 振 回 路 通 频 带

15、 0.7072f0.52f0.7070.51.0 定义谐振回路的3dB带宽为 定义谐振回路的定义谐振回路的6dB带带宽为宽为0.7072 f0.52 f第30页/共65页 电子科技大学电子科技大学 311-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性20.7070011|221 ()fQf00.70702ffQ 根据3dB带宽的定义，有 从而从而3dB带宽带宽 因此因此3 dB带宽与谐振回路品质因素成反带宽与谐振回路品质因素成反比，品质因素越高，比，品质因素越高，3dB带宽越窄带宽越窄第31页/共65页10000.81归一化频率(/0)归一化抑制比(|)谐振回路矩

16、形系数 0.7070.12f0.7072f0.1 电子科技大学电子科技大学 321-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性 谐振回路的选择性是指选择有用信号排除干扰信号的能力 定义定义矩形系数矩形系数0722rfKf0.010.010.70722rfKf第32页/共65页 电子科技大学电子科技大学 331-1-4 谐振电路的通频带与选择性谐振电路的通频带与选择性 矩形系数是描述谐振回路（滤波器）选频能力的一个重要概念，Kr1 矩形系数Kr越接近于1，选频能力越好 对于简单回路，矩形系数与Q值无关200.1200.1001|0.1210121 ()ffQfQf

17、 07010129.952rffQKffQ 是一个常数是一个常数第33页/共65页 电子科技大学电子科技大学 341-1-5 有载品质因素有载品质因素QL 串联型谐振回路有载品质因数 0000LSLSLSLLQRRrLrRRrrrQQRRr第34页/共65页 电子科技大学电子科技大学 351-1-5 有载品质因素有载品质因素QL 并联型谐振回路有载品质因数 1()1()()LPPSLPPSLPPPPPPSLQL GGGGGGGLGGQQGGG第35页/共65页00.81归 一 化 频 率 (/0)归一化抑制比(|

18、)谐 振 回 路 通 频 带 QL = 5Q0 = 100.7072f0.7072f0.7071-1-5 有载品质因素有载品质因素QL 有载品质因素 有载品质因素QL总是小于空载品质因素Q0 由于QL1，那么 电子科技大学电子科技大学 402121LRRQ21211LXXQ221(1)LRQR2121(1)LXXQ21121(1)LXXXQ22211(1)LLRQRQ R第40页/共65页 电子科技大学电子科技大学 411-1-6 串并联阻抗互换串并联阻抗互换 LCRPISLCrIS222221()pPPLLLLLLCRQ rrrrrCr第41页/共65页1-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回

19、路抽头时阻抗的变比关系采用部分接入一方面可降低信号源内阻及负载电阻对谐振回路的影响，提高回路的有载品质因素；另一方面也可进行阻抗匹配。 电子科技大学电子科技大学 42第42页/共65页 电子科技大学电子科技大学 431-1-7 电感抽头时阻抗的变比关系电感抽头时阻抗的变比关系忽略电感L1与L2之间的互感，那么总的电感量L= L1 +L2图(a)可以看成一个由L、r、C 组成的串联谐振电路，从而谐振频率01LC第43页/共65页 电子科技大学电子科技大学 441-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系于是0010LC010201()0LLC010110LC其中11LCCL串联谐振

20、电路(a)可以用并联谐振电路(b)来等效电路(b)的谐振频率0P第44页/共65页 电子科技大学电子科技大学 451-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系谐振时从端口ab看进去的阻抗21111112221()()()abPpabPLLLLZRLC rLCrCrLLLLZQ rrrLCr谐振时从端口db看进去的阻抗dbPLZRCr第45页/共65页 电子科技大学电子科技大学 461-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系定义接入系数1LpL从而谐振时2abdbZp Z由低抽头(Zab)向高抽头(Zdb)转换时，等效阻抗提高 倍。反之，由高抽头向低抽头转换时，等效

21、阻抗降低至 倍。 21p2p第46页/共65页 电子科技大学电子科技大学 471-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系112NpNN2abPZp R21NpN2inPZp R第47页/共65页 电子科技大学电子科技大学 481-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系1212CCCCC01LCdbPLZRCr220121()PPLPLL CrrRRrQRLC L第48页/共65页 电子科技大学电子科技大学 491-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系C2abZaLbC2abZaLb谐振时22212022121()abLdbCLCZQ rrZC

22、rC rCC因此接入系数112CpCC第49页/共65页 电子科技大学电子科技大学 501-1-7回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbLaCRPbLRSR S21SSRRP第50页/共65页 电子科技大学电子科技大学 511-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbLaCRPbLVS，vs1SSVVp222SSppVVRp R第51页/共65页 电子科技大学电子科技大学 521-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbISLaCRPbLIS，SSIpI 22SpSpIRI p R第52页/共65页 电子科技大学电子

23、科技大学 531-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系aCRPPbISLaCRPbLIS，SSIpI 22SpSpIRI p R第53页/共65页1-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路 简单调谐回路元件少、结构简单，但是矩形系数远大于1，选频能力差 使用两个或两个以上的简单谐振回路通过一定形式的耦合，可以有效提高选频能力，这种回路称为耦合谐振回路 两个简单调谐回路的耦合谐振回路称为双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 54第54页/共65页 电子科技大学电子科技大学 551-1-8双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路的两种基本形式互感耦合

24、靠M，M变化回路谐振频率也变化互容耦合靠CM，一般CM C1 ， CM C2 ， 因此CM对回路谐振频率影响较小根据耦合程度可分为：强、临界、弱三种种耦合第55页/共65页 电子科技大学电子科技大学 561-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路定义耦合系数121122XkX X其中12X表示耦合元件电抗11X表示与耦合元件同性质的初级回路中的总电抗22X表示与耦合元件同性质的次级回路中的总电抗第56页/共65页 电子科技大学电子科技大学 571-1-8 双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路互感耦合：12MkL L若12LLL则MkL互容耦合：12()()MMMCkCCCC若12CCC则MCkC且MCC第57页/共65页 电子科技大学电子科技大