通信电子电路课件

1、国家级精品课程国家级精品课程通信电子电路通信电子电路 参考书参考书1.于洪珍、王艳芬于洪珍、王艳芬.通信电子电路教学参考书通信电子电路教学参考书（与本教材配（与本教材配套）套）2.王卫东等王卫东等.高频电子电路高频电子电路.北京：电子工业出版社，北京：电子工业出版社，20043.谢嘉奎谢嘉奎.电子线路（非线性部分）电子线路（非线性部分）.（第四版）（第四版）.北京：高等北京：高等教育出版社，教育出版社，20004.汪胜宁等汪胜宁等.电子线路（第四版）电子线路（第四版）教学指导书教学指导书.北京：高等北京：高等教育出版社，教育出版社，20035.高吉祥高吉祥.高频电子线路高频电子线路 .北京：电

2、子工业出版社，北京：电子工业出版社，20036.李树德等李树德等.通信电子电路通信电子电路.北京：人民邮电出版社，北京：人民邮电出版社，1989第第1 1章章 绪论绪论1.1 通信系统的概念通信系统的概念1.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性1.3 无线电波的频段划分无线电波的频段划分1.4 调制的通信系统调制的通信系统1.5 本课程的主要内容本课程的主要内容无线电通信发展简史无线电通信发展简史p三个里程碑：三个里程碑：1907 Lee de forest1907 Lee de forest发明电子三极管发明电子三极管 1948 W.Shockley1948 W.Shockley发明晶体

3、三极管发明晶体三极管 6060年代年代 集成电路、数字电路的出现集成电路、数字电路的出现原始手段原始手段烽火、旗语烽火、旗语有线通信有线通信电报（电报（1837 Morse1837 Morse）电话（电话（1876 Bell1876 Bell）无线通信无线通信电磁波的存在电磁波的存在1864 Maxwell1864 Maxwell（理论）（理论）1887 Hertz1887 Hertz（实践）（实践）信号源信号源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备收信装置收信装置 通信系统通信系统传输信息的系统传输信息的系统噪声源噪声源1.1通信系统的概念通信系统的概念信号源信号源 在实际的通信电子电路中

4、传输的是各种电信号在实际的通信电子电路中传输的是各种电信号, ,为此就为此就需要将各种形式的信息转变成电信号。需要将各种形式的信息转变成电信号。 常见的信号源：常见的信号源： 话筒话筒 摄像机摄像机 各种传感器件各种传感器件发送设备发送设备 发送设备的作用：发送设备的作用： 将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。 对基带信号进行变换的原因：对基带信号进行变换的原因： 由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。

5、信道信道 信号从发射到接收之间要经过传输信道，传输信道又称信号从发射到接收之间要经过传输信道，传输信道又称传输媒质。不同的传输信道有不同的传输特性，如电缆、光传输媒质。不同的传输信道有不同的传输特性，如电缆、光缆、无线电波缆、无线电波 根据传输媒质的不同，通信系统可以分为两大类：根据传输媒质的不同，通信系统可以分为两大类： 有线通信有线通信：双绞线、同轴电缆、光纤：双绞线、同轴电缆、光纤 无线通信无线通信：自由空间：自由空间接收设备接收设备 接收设备的作用：接收设备的作用： 接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号带信号。 对接收设

6、备的要求：对接收设备的要求： 由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真。收设备要尽量减少这种失真。收信装置收信装置 收信装置：将接收设备输出的电信号变换成原来形式信收信装置：将接收设备输出的电信号变换成原来形式信号的装置号的装置，如还原声音的喇叭，恢复图像的显像管等。如还原声音的喇叭，恢复图像的显像管等。1.2无线电波波段的划分无线电波波段的划分p不同频率电波产生、放大和接收方法不太一样，传播特不同频率电波产生、放大和接收方法不太一样，传播特点更不相同。点更不相同。p无线电波按无线电波按波长波长的不同划分为超长波、

7、长波、中波、短的不同划分为超长波、长波、中波、短波、超短波（米波）和微波（包括分米波、厘米波、毫波、超短波（米波）和微波（包括分米波、厘米波、毫米波）等。米波）等。 如按如按频率频率的不同，可划分为甚低频、低频、中频、高频、的不同，可划分为甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频和极高频等频段。甚高频、特高频、超高频和极高频等频段。p国内一般中波广播的波段为535KHz1605KHz，短波广播的波段为224MHz，调频广播的波段为88108MHz。1.3无线电播的传播特性无线电播的传播特性 1.1.绕射：频率绕射：频率1.5MHz以下的中、长波。以下的中、长波。 2.2.电离层的反射和

8、折射电离层的反射和折射 电离层通信稳定性较差。短波无线电是利用电离层反射电离层通信稳定性较差。短波无线电是利用电离层反射的最佳波段。的最佳波段。 3.3.直射：频率在直射：频率在30MHz以上的超短波和微波。以上的超短波和微波。1.4调制的通信系统调制的通信系统 1. 1.什么是调制什么是调制? ? 任何一个正弦波都有三个参数：幅度、频率和相位。调任何一个正弦波都有三个参数：幅度、频率和相位。调制，就是使这三个参数中的某一个随调制信号大小而线性变制，就是使这三个参数中的某一个随调制信号大小而线性变化的过程，分别称为化的过程，分别称为幅度调制幅度调制、频率调制频率调制或或相位调制相位调制。ttu

9、cos)(ttuccos)(ttAtuAMcos)cos()( 2.2.无线电如何将声音传送到远方？无线电如何将声音传送到远方？ 首先把声音变成电信号，然后把这种低频电信号装载到首先把声音变成电信号，然后把这种低频电信号装载到高频电振荡上高频电振荡上( (即调制即调制) )，通过与高频电振荡波长相当的天线，通过与高频电振荡波长相当的天线把信号有效的辐射出去。把信号有效的辐射出去。 3.3.为什么要调制？为什么要调制？ 从切实可行的天线出发；从切实可行的天线出发； 区别不同的音频信号；区别不同的音频信号； 可实现的回路带宽。可实现的回路带宽。 4. 4.什么是解调？什么是解调？ 在接收信号的一方

10、（接收端），从收到的已调信号中把在接收信号的一方（接收端），从收到的已调信号中把调制信号恢复出来。调制信号恢复出来。调幅波的解调叫调幅波的解调叫“检波检波”，调频波的解，调频波的解调叫调叫“鉴频鉴频”，解调是其统称。，解调是其统称。 5.5.无线电调幅广播发送和接收设备框图无线电调幅广播发送和接收设备框图 （1 1）调幅发射机组成框图调幅发射机组成框图 （2 2）调幅接收机组成框图调幅接收机组成框图 接收设备接收的信号特点：接收设备接收的信号特点： 信号频率高；信号频率高；信号功率微弱；信号功率微弱；多个信号同时出现多个信号同时出现在接收端。在接收端。 缺点：缺点：对于不同的频率，接收机的对于

11、不同的频率，接收机的灵敏度灵敏度（接收弱信号（接收弱信号的能力）和的能力）和选择性选择性（区分不同电台的能力）变换较剧烈。（区分不同电台的能力）变换较剧烈。电磁波电磁波接收天线接收天线接收的信号接收的信号640KHz 870KHz1MHzf直接放大式接收机框图直接放大式接收机框图 超外差超外差接收机组成框图接收机组成框图 接收到的不同载频的微弱高频已调信号变成统一的中频接收到的不同载频的微弱高频已调信号变成统一的中频已调信号已调信号，再进行中频放大。，再进行中频放大。混频器是超外差式接收机的核混频器是超外差式接收机的核心。我国规定中频频率：心。我国规定中频频率：调幅广播调幅广播465KHz；调

12、频广播调频广播10.7MHz。第第2章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器集中选频小信号调谐放大器2.1概述概述一、调谐放大器分类一、调谐放大器分类 1.小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号：小信号：输入信号输入信号V mV 要要 求：求：增益增益足够大，足够大，通频带通频带足够宽，足够宽，选

13、择性选择性好，工作好，工作在甲类，多用于接收机在甲类，多用于接收机 2.调谐功率放大器调谐功率放大器 大信号：大信号：输入信号输入信号mV以上以上 要要 求：求：大的功率和效率，工作在丙类，多用于发射机大的功率和效率，工作在丙类，多用于发射机二、电路特点二、电路特点 采用采用谐振回路谐振回路作为放大器的集电极负载。作为放大器的集电极负载。2.2LC谐振回路谐振回路p谐振回路：谐振回路：L, C串并联网络串并联网络p作用：构成选频网络、阻抗变换网络等作用：构成选频网络、阻抗变换网络等2.2.1串、并联谐振回路的基本特性串、并联谐振回路的基本特性一、并联谐振与串联谐振回路比较一、并联谐振与串联谐振

14、回路比较并联谐振回路并联谐振回路R0：电感线圈的固有损耗电阻：电感线圈的固有损耗电阻 对信号源而言，对信号源而言，L,C,R三三者是并联关系者是并联关系串联谐振回路串联谐振回路r0：电感线圈的固有损耗电阻：电感线圈的固有损耗电阻 对信号源而言，对信号源而言，L,C,R三三者是串联关系者是串联关系 1.并联谐振回路的阻抗特性并联谐振回路的阻抗特性二、二、并联谐振回路并联谐振回路 并联阻抗并联阻抗LCjRZ1110当当时，回路发生并联谐振。谐振频率时，回路发生并联谐振。谐振频率0010LC01LC012fLC或或 分析：谐振时，回路呈纯阻；当分析：谐振时，回路呈纯阻；当 时，回路呈时，回路呈容性容

15、性；当当 时，回路呈时，回路呈感性感性。00220111|LCRZ 定义定义回路谐振电阻回路谐振电阻R0与谐振时与谐振时回路电抗回路电抗（感抗或容抗）（感抗或容抗）的比值为并联回路的的比值为并联回路的品质因数品质因数，用，用Q表示，表示，它表示回路损耗它表示回路损耗的大小。的大小。CRLRQ0000000S1jQRI 2.谐振曲线和通频带谐振曲线和通频带 1）谐振曲线）谐振曲线回路电压特性曲线回路电压特性曲线LCjRIZIU110SSLRCRjRI000S10011jQUUm感性感性容性容性 Q对谐振曲线的影响对谐振曲线的影响 Q可以衡量谐振现象的尖锐程度可以衡量谐振现象的尖锐程度附近时附近时

16、当当0在在000202000)()(2002ffmUU21120)2(11ffQ表示频率偏离谐振的程度，称为表示频率偏离谐振的程度，称为失谐量失谐量。 0fff02ffQ称为称为广义失谐量广义失谐量，它反映失谐的相对程度。，它反映失谐的相对程度。 2）通频带）通频带p通频带与回路的品质因数通频带与回路的品质因数Q成反比，成反比，Q越越高高，谐振曲线愈谐振曲线愈尖锐尖锐，回路的选择性越回路的选择性越好好，通频带越通频带越窄窄。 当当由最大值由最大值1下降到下降到0.707（1/2）时，）时，所确定的所确定的mUU称为回路的称为回路的通频带通频带B。频带宽度频带宽度f2mUU21)2(1120ff

17、Q令令0fBQ通常对某一频率偏差通常对某一频率偏差f下的下的mUU /值记为值记为，叫做回，叫做回路对这一指定频偏下的选择性。路对这一指定频偏下的选择性。实际中，常常用分贝来表示实际中，常常用分贝来表示mUUdBlg20)(选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。 3.选择性选择性 4.矩形系数矩形系数( (一般了解一般了解) ) 放大器的电压增益下降到谐振增益的放大器的电压增益下降到谐振增益的0.1（或（或0.001）时，相应的频带宽度时，相应的频带宽度B0.1（或（或B0.01）与放大器通频带）与放大器通频带B0.7之比之比或或0.10.

18、10.7BKB0.010.010.7BKB00.1010/10/fQKfQ 并联谐振回路的矩形系数并联谐振回路的矩形系数2.2.2负载和信号源内阻对谐振回路的影响负载和信号源内阻对谐振回路的影响p空载品质因数空载品质因数信号源信号源p有载品质因数有载品质因数LRRRLRQ0LS00L/LRQ000p显然，显然，QLfmax时，无论使用什么方法时，无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。都不能使晶体管产生振荡。 频率参数关系频率参数关系 fffTmax2 25 5高频调谐放大器高频调谐放大器一、电路组成一、电路组成二、高频等效电路二、高频等效电路晶体管接入系数晶体管接入系数负载导纳接入系数负载导

19、纳接入系数将输出电路所有元件参数均折合到将输出电路所有元件参数均折合到LC两端：两端： 电流源电流源1 211 3NnN4 521 3NnN222111oeoeoeoeoeoeoeyyn yn gj n Cgj C2222222222222()ieLieieieieieieyYyn yn gj n Cgj C1fein y Ufeiy U合并合并其中其中 三、电路性能指标三、电路性能指标 1.1.电压增益电压增益220122oeieggn gn g22122oeieCCn Cn C1221feioon y UUn Ungj Cj LLjCjgynnfe121)21 (021ffjQgynnLf

20、eioVUUK讨论：讨论： 是工作频率是工作频率f 的函数；的函数； 当当 时，时，“”号表示输入和输出有号表示输入和输出有180的相位差。此外的相位差。此外， 是一个是一个复数，它也有一个相角复数，它也有一个相角 ，因此输入和输出之间的相位差不因此输入和输出之间的相位差不是是180，而是，而是 ； 当频率较低时，当频率较低时， ， 和和 的相位差才是的相位差才是180； 与晶体管正向传输导纳与晶体管正向传输导纳 成正比，和回路的总电成正比，和回路的总电导导 成反比成反比; 与与n1、n2之间的关系？之间的关系？VK0f2222102121V0ieoefefegngngynngynnKfefe

21、1800feoUiUgfeyV0KfeyV0K 2. 2.通频带和选择性通频带和选择性取其模值取其模值 可见，可见，单调谐放大器的通频带、选择性有与并联谐振回单调谐放大器的通频带、选择性有与并联谐振回路相同的结论。路相同的结论。00VV211ffjQKKL200VV)2(11ffQKKL2 26 6调谐放大器的级联调谐放大器的级联 实际应用中，常常为了实际应用中，常常为了提高增益提高增益或或改善选择性改善选择性，采用多，采用多级级联放大器。级级联放大器。2.6.12.6.1多级单调谐放大器（同步调谐放大器）多级单调谐放大器（同步调谐放大器） 1.1.多级放大器的增益多级放大器的增益 假设有假设

22、有n级放大器，特性相同。总增益级放大器，特性相同。总增益 12nKKKK 如果各级放大器的增益相同，如果各级放大器的增益相同，则归一化谐振曲线表达式则归一化谐振曲线表达式2020121() vnvLKKfQf 2. 2.通频带通频带 保持保持Bn不变不变 （各级）（各级） （各级）（各级） 因此，增益和通频带存在严重矛盾。因此，增益和通频带存在严重矛盾。 改善：参差调谐放大器、双调谐回路放大器改善：参差调谐放大器、双调谐回路放大器缩小系数（缩减因子）缩小系数（缩减因子）令令22011221() nLfQf1/21nLnQff0/17 . 0122（总）1/1n12BBn或或nBn1B1KQL2

23、.6.22.6.2参差调谐放大器参差调谐放大器p目的：展宽通频带目的：展宽通频带p类型：双参差调谐，三参差调谐类型：双参差调谐，三参差调谐 1.双参差调谐放大器双参差调谐放大器 结构：两级为一组，一级调谐在结构：两级为一组，一级调谐在 ，一级调谐，一级调谐在在 。 由曲线，在由曲线，在f1至至f2频率范围内，两回路特性变化趋势相频率范围内，两回路特性变化趋势相互补偿。互补偿。 dfff01dfff02 在统一的广义失谐在统一的广义失谐坐标系中，第一级坐标系中，第一级第二级第二级两级相乘两级相乘 为求出为求出K最大值，令最大值，令 ，解得，解得201011()vvKK202011()vvKK00

24、2ffQdL2222220001111()1()(1)4K0K1, 020讨论：讨论： 1. ，谐振曲线为单峰，在，谐振曲线为单峰，在 处处 达到最大值达到最大值 2. ，谐振曲线为双峰，谐振曲线为双峰，且随着且随着 的增加，峰值的高的增加，峰值的高度也随之下降。（度也随之下降。（ ） 3. ，两者的分界线，相当于单峰中最平坦的情况。，两者的分界线，相当于单峰中最平坦的情况。010|K20110100max2/1|K011, 020222204)1 (1K极值点极值点2.2.三参差调谐放大器三参差调谐放大器p结构：三级为一组结构：三级为一组p优点：幅频特性更接近矩形，通频带更宽优点：幅频特性更

25、接近矩形，通频带更宽p缺点：难调整缺点：难调整2 27 7高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性2 27 71 1晶体管内部反馈的有害影响晶体管内部反馈的有害影响 1.1.放大器调试困难放大器调试困难 2.2.放大器工作不稳定放大器工作不稳定2 27 72 2解决办法解决办法 1.1.尽量选用尽量选用yre小的晶体管；小的晶体管； 2.2.增益不能太高，同时在电路上可采用失配法来减小内增益不能太高，同时在电路上可采用失配法来减小内反馈的影响。反馈的影响。2.8 2.8 集中选频小信号调谐放大器集中选频小信号调谐放大器 1. 1.集中选频放大器的组成框图集中选频放大器的组成框图 2.2.主

26、要优点主要优点 1 1）电路简单，调整方便；）电路简单，调整方便； 2 2）性能稳定；）性能稳定； 3 3）易于大规模生产、成本低。）易于大规模生产、成本低。前置前置放大器放大器集中集中滤波器滤波器宽带宽带放大器放大器通频带，选择性通频带，选择性高增益，宽频带高增益，宽频带2.8.12.8.1石英晶体滤波器（压电效应）石英晶体滤波器（压电效应） 1. 1.物理特性物理特性 石英晶体具有把机械振荡转换成交变电压，或把交变电石英晶体具有把机械振荡转换成交变电压，或把交变电压转换为机械振荡的作用。广泛用于压转换为机械振荡的作用。广泛用于振荡器振荡器或或窄带滤波器窄带滤波器。 2.2.等效电路等效电路

27、 3.3.特点特点 中心频率稳定，但带宽很窄中心频率稳定，但带宽很窄2.8.22.8.2陶瓷滤波器（压电效应）陶瓷滤波器（压电效应） 陶瓷滤波器是由锆钛酸铝陶瓷材料制成的。把这种陶瓷陶瓷滤波器是由锆钛酸铝陶瓷材料制成的。把这种陶瓷材料制成片状，两面覆盖银层作为电极，经过直流高压极化材料制成片状，两面覆盖银层作为电极，经过直流高压极化后具有与晶体类似的后具有与晶体类似的压电效应压电效应，产生，产生机械形变机械形变和和极间电场极间电场之之间的相互转换。间的相互转换。 C0为压电陶瓷片的为压电陶瓷片的固定电容固定电容，Lq、Cq、rq分别模拟机械振动时的分别模拟机械振动时的等效质量等效质量，等效弹性

28、系数等效弹性系数和和等效阻尼等效阻尼。 压电陶瓷片的压电陶瓷片的厚度厚度、半径半径等尺寸参等尺寸参数不同，等效电路参数也就不同。数不同，等效电路参数也就不同。 将不同谐振特性的压电陶瓷片进行适当的组合连接，就将不同谐振特性的压电陶瓷片进行适当的组合连接，就可获得接近理想矩形的幅频特性。可获得接近理想矩形的幅频特性。p优点：优点：工作频率动态范围大，几百工作频率动态范围大，几百kHz到几十到几十MHzp缺点：缺点：通频带不够宽通频带不够宽2.8.32.8.3声表面波滤波器（声电换能）声表面波滤波器（声电换能） 优点：优点：工作频率高（几工作频率高（几MHz到到GHz量级），通频带宽量级），通频带

29、宽（B0.7/f0可达到可达到50%），频响曲线好），频响曲线好 1.1.结构示意图结构示意图 在在压电晶体压电晶体（基体）表面，用（基体）表面，用真空蒸镀真空蒸镀蒸发上一层金属蒸发上一层金属膜，并用光刻工艺制作两组叉指换能器，一个用作发射，一膜，并用光刻工艺制作两组叉指换能器，一个用作发射，一个用作接收。个用作接收。 2. 2.工作原理工作原理 发射换能器输入加入来自信号源的交变电压，由于压电发射换能器输入加入来自信号源的交变电压，由于压电效应，基体产生弹性形变，激发出与输入信号同频率的弹性效应，基体产生弹性形变，激发出与输入信号同频率的弹性波（声波），这种声波沿基体表面波（声波），这种声波

30、沿基体表面10m深度内传播深度内传播（故称（故称声表面波）声表面波），接收换能器将声波转换为电信号。，接收换能器将声波转换为电信号。 3. 3.频率特性频率特性 频率特性除了与压电基体材料有关外，主要取决于叉指频率特性除了与压电基体材料有关外，主要取决于叉指换能器的指条数目、疏密和长度等。换能器的指条数目、疏密和长度等。 4. 4.等效电路等效电路 （a）等效电路）等效电路 （b）电路符号）电路符号 声表面波滤器的输入、输出阻抗呈容性，主要是由叉指声表面波滤器的输入、输出阻抗呈容性，主要是由叉指换能器的静态电容引起的，在使用时常常在输入、输出端并换能器的静态电容引起的，在使用时常常在输入、输出

31、端并联一个电感和电阻，以便与输入、输出电容构成品质因数较联一个电感和电阻，以便与输入、输出电容构成品质因数较低的调谐回路，实现纯阻匹配。低的调谐回路，实现纯阻匹配。第第3 3章章 高频调谐功率放大器高频调谐功率放大器3.1 概述概述3.2 调谐功率放大器的工作原理调谐功率放大器的工作原理3.3 功率和效率功率和效率3.4 调谐功率放大器的工作状态分析调谐功率放大器的工作状态分析3.5 调谐功率放大器的实用电路调谐功率放大器的实用电路3.6 功率晶体管的高频效应功率晶体管的高频效应3.7倍频器倍频器3.8集成高频功率放大电路及应用简介集成高频功率放大电路及应用简介3.13.1概述概述一、用途一、

32、用途 高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出；的直流能量转换为高频交流输出； 作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线发射或其他负载的要求；发射或其他负载的要求； 作为载波发射机及无线电发射机输出级或输出前一级。作为载波发射机及无线电发射机输出级或输出前一级。二、特点二、特点 1.1.输入信号强输入信号强, ,电压在几百毫伏电压在几百毫伏 几伏数量级附近几伏数量级附近; ; 2. 2.为了提高放大器的工作效率，为了提高放大器的工作效率，它通常工作在丙类，

33、它通常工作在丙类，即即晶体管工作延伸到非线性区域晶体管工作延伸到非线性区域饱和区饱和区、截止区截止区; ; 3. 3.要求：要求：输出功率大、效率高输出功率大、效率高。三、分析方法三、分析方法 采用近似的分析方法采用近似的分析方法折线法折线法四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同 相同之处：相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为谐振回路。的负载均为谐振回路。 不同之处：不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。同；晶体管动态

34、范围不同。五、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同五、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同 共同之处都要求输出功率大和效率高。共同之处都要求输出功率大和效率高。 谐振功率放大器谐振功率放大器通常用来放大通常用来放大窄带窄带高频信号高频信号( (信号的通信号的通带宽度只有其中心频率的带宽度只有其中心频率的1%或更小或更小) )，其工作状态通常选为，其工作状态通常选为丙类工作状态丙类工作状态( ( 90 ) )，为了不失真的放大信号，它的，为了不失真的放大信号，它的负载负载必须是谐振回路必须是谐振回路。 非谐振放大器可分为非谐振放大器可分为低频功率放大器低频功率放大器和和宽带高频功率放宽带高频

35、功率放大器大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。3.23.2调谐功率放大器的工作原理调谐功率放大器的工作原理3.2.13.2.1原理电路原理电路 Ec、Eb为集电极和基极的直流电源。为集电极和基极的直流电源。输入信号经变压器输入信号经变压器T1 耦合到晶体管基耦合到晶体管基- -射极，这个信号也叫射极，这个信号也叫激励信号。激励信号。 L、C组组成并联谐振回路，作为集电极负载，这个回路也叫成并联谐振回路，作为集电极负载，这个回路也

36、叫槽路槽路。3.2.23.2.2晶体管特性的折线化晶体管特性的折线化 所谓折线近似分析法，是将电子器件的特性理想化，所谓折线近似分析法，是将电子器件的特性理想化，每每条特性曲线用一组折线来代替。条特性曲线用一组折线来代替。3.2.33.2.3晶体管导通的特点、导通角晶体管导通的特点、导通角 1 1.晶体管导通的特点晶体管导通的特点 无信号：晶体管截止无信号：晶体管截止 有信号：有信号：激励信号激励信号 Eb+ +Uj 导通导通 2. 2.导通角导通角 在转移特性的放大区在转移特性的放大区 假设输入信号假设输入信号 ，则加到晶体管基，则加到晶体管基- -射极的射极的电压为电压为 ，晶体管导通范围

37、内集电极电流，晶体管导通范围内集电极电流ic的表达式的表达式 通常把集电极电流导通时间相对应角度的一半称为集电通常把集电极电流导通时间相对应角度的一半称为集电极电流的极电流的导通角导通角，用，用表示。在丙类工作状态下表示。在丙类工作状态下90。 根据导通角的定义，当根据导通角的定义，当 时，时， , ,即即tUucosbmb)()(jbejbecUuUugibbmbecosEtUu)cos(jbbmcUEtUgit0ci0)cos(bjbmEUUgbmbjcosUEU （2）（1）3.2.43.2.4集电极余弦脉冲电流分析集电极余弦脉冲电流分析 式（式（2 2）代入式）代入式（1 1）得到）得

38、到当当 时，时， 为最大值，用为最大值，用 表示，则表示，则代入得到代入得到 若将尖顶余弦脉冲分解为傅里叶级数若将尖顶余弦脉冲分解为傅里叶级数其中，其中，直流分量幅值直流分量幅值(coscos )cbmigUt0tcimaxcImax(1 cos )cbmIgUmax1coscbmIgUmax(coscos )1cosccIit012coscos2ccc mc miIItIt)()cos1 (cossind210cmaxcmax-cc0IItiI基波分量幅值基波分量幅值n次谐波分量幅值次谐波分量幅值)()cos1 (cossintdcos11cmaxcmax-cc1mIItiI)(tdcosn

39、1ncmax-ccnmItiI 、 、 称作称作余弦脉冲分解系数，余弦脉冲分解系数，它们是导通角它们是导通角 的函数。的函数。 、 的特点的特点: : 1. 1. 2. 2.从曲线可以看出：从曲线可以看出：p谐波次数越高其振幅值越小；谐波次数越高其振幅值越小；p对某一次谐波而言，总有一对某一次谐波而言，总有一 个相应的值个相应的值可使振幅为最可使振幅为最 大值。大值。012010110,3.2.53.2.5槽路电压槽路电压 1. .波形波形基本正弦基本正弦 条件：条件：1）槽路调谐于基波）槽路调谐于基波 2）QL 足够高足够高 2. .大小大小 Rc 抽头部分谐振电阻抽头部分谐振电阻R 并联回

40、路谐振电阻并联回路谐振电阻cmccmRIU1tUEucmccecosLQNNRNNRLc0 .210210)()(LRNNLQNN22100210)/()(3 33 3功率和效率功率和效率 功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也大。大。为了尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电源，必须了为了尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电源，必须了解功率放大器的功率和效率问题。解功率放大器的功率和效率问题。 调谐功率放大器有如下几种功率需要考虑：调谐功率放大器有如下几种功率需要考虑： 1.1.电源供给的直流功率电源供给的直流功率PS ； 2.2.通过晶体

41、管转换的交流功率，即通过晶体管转换的交流功率，即晶体管集电极输出的晶体管集电极输出的交流功率交流功率Po ； 3.3.通过槽路送给负载的交流功率通过槽路送给负载的交流功率, ,即即RL 上得到的功率上得到的功率PL; 4. 4.晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗功率功率PC ； 5.5.槽路损耗功率槽路损耗功率 PT； 电源供给的功率电源供给的功率PS ，一部分（，一部分（PC）损耗在管子，使管）损耗在管子，使管子发热；另一部分（子发热；另一部分（Po）转换为交流功率，输出给槽路。通）转换为交流功率，输出给槽路。通过槽路一部分（过槽路一

42、部分（PT）损耗在槽路线圈和电容中，另一部分）损耗在槽路线圈和电容中，另一部分（PL）输出给负载）输出给负载RL。 1. 1.集电极效率集电极效率p直流电源供给功率直流电源供给功率p集电极交流输出功率集电极交流输出功率p放大器的能量转换效率（放大器的能量转换效率（集电极效率）集电极效率）讨论：讨论：（1 1） 集电极电压利用系数集电极电压利用系数 （2 2） 集电极电流利用系数集电极电流利用系数 ， ，但，但 ，Po，为了兼顾功率和效率，为了兼顾功率和效率，通常取通常取 。c0SccPE I1max110max001( )( )1122( )2( )cmc mocmccmcScccccUIPU

43、IUPE IE IE c1mcmo2/1IUP cmcUE10( )( ) 10( )( ) c8060 2. 2.槽路效率槽路效率pPL 负载功率，负载功率，RL 所吸收的功率；所吸收的功率；pPT 槽路损耗功率，槽路空载电阻槽路损耗功率，槽路空载电阻R0所吸收的功率。所吸收的功率。 取决于槽路的空载和有载品质因数。由于受到槽路元取决于槽路的空载和有载品质因数。由于受到槽路元件质量的限制，件质量的限制，Q0一般几十到几百。一般几十到几百。QL也不能太小，否则槽也不能太小，否则槽路滤波效果太差，输出波形不好，一般路滤波效果太差，输出波形不好，一般QL =510。220020112212mmoT

44、LLLTmooLUUPPQLQLQQPUPPQQLT 结论：结论： 为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的功率，应力求功率，应力求 和和 高。高。 高要适当选取高要适当选取 ，电压利用系数，电压利用系数尽可能大；尽可能大； 高，要求槽路空载高，要求槽路空载品质因数品质因数Q0大，即应选用低大，即应选用低损耗的电感和电容元件。损耗的电感和电容元件。TccT3.4 调谐功率放大器的工作状态分析调谐功率放大器的工作状态分析3.4.13.4.1调谐功率放大器的动态特性调谐功率放大器的动态特性 晶体管的晶体管的静态特性静态特性，是指集电极电路没有

45、负载阻抗条件，是指集电极电路没有负载阻抗条件下电压与电流的变化关系。当考虑了负载的反作用后，得到下电压与电流的变化关系。当考虑了负载的反作用后，得到的的uce、ube与与ic的关系曲线称为的关系曲线称为动态特性动态特性（即（即实际放大器的工实际放大器的工作特性作特性）。）。 当放大器工作于谐振状态时，外部特性方程当放大器工作于谐振状态时，外部特性方程 在转移特性的放大区，内部特性方程在转移特性的放大区，内部特性方程 tUEutUEucmccebmbbe coscoscmcecbmbbeUuEUEu )(jbecUugi 动态特性应同时满足外部特性方程和内部特性方程。联动态特性应同时满足外部特性

46、方程和内部特性方程。联立可得立可得 谐振功率放大器动态特性的方程，它是一条直线，只需谐振功率放大器动态特性的方程，它是一条直线，只需找出两个特殊点，就可把它绘出。找出两个特殊点，就可把它绘出。 Q ( Ec， ) B ( ，0 ) 作出动态特性曲线后，由它和静态特性曲线相应交点，作出动态特性曲线后，由它和静态特性曲线相应交点，即可求出对应各种不同即可求出对应各种不同 值的值的ic值，绘出相应的值，绘出相应的ic脉冲波形。脉冲波形。 )(cmcecbmjbcUuEUUEgi )(jbUEg coscmcbmbjcmcUEUEUUE t 动态线斜率值的倒数称为谐振功率放大器的动态线斜率值的倒数称为

47、谐振功率放大器的动态负载电动态负载电阻阻，用符号，用符号 表示表示11maxmax(1cos )(1cos )( )(1cos )cmc mcccccUIRRRII cR3.4.23.4.2调谐功率放大器的三种工作状态及其判别方调谐功率放大器的三种工作状态及其判别方法法 1. 1.调谐功率放大器的三种工作状态调谐功率放大器的三种工作状态 根据调谐功率放大器在工作时是否进入进入饱和区，可根据调谐功率放大器在工作时是否进入进入饱和区，可将放大器的工作状态分为将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种。欠压、过压和临界三种。 1)1)欠压欠压晶体管在任何时刻都工作在放大状态；晶体管在任何时刻都工作在

48、放大状态； 2)2)临界临界刚刚进入饱和区的边缘；刚刚进入饱和区的边缘； 3)3)过压过压晶体管工作时有部分时间进入饱和区。晶体管工作时有部分时间进入饱和区。 2.2.工作状态的判别方法工作状态的判别方法 （欠压）（欠压） （临界）（临界） （过压）（过压）cmcminceUEu cesminceUu cesminceUu cesminceUu 3.4.3 Rc,Ec,Eb和和Ubm变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响 1.Rc变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响负载特性负载特性 负载特性负载特性是指谐振功率放大器当是指谐振功率放大器当Ec、Eb和和Ubm不变时

49、，不变时，放大器中各个电流、电压、功率和效率与晶体管等效负载电放大器中各个电流、电压、功率和效率与晶体管等效负载电阻阻Rc之间的变化关系。之间的变化关系。1 1）三种工作状态）三种工作状态2）电流、电压、功率、效率与）电流、电压、功率、效率与Rc的关系的关系 （1）欠压状态）欠压状态 ，Ucm 几乎随几乎随R c成正比增加成正比增加 ，输出功率输出功率Po 随随 R c 增大而增加增大而增加 ，接近常量接近常量 ，随随R c增大而增加增大而增加 ，随随Rc增大而减小增大而减小 （2）过压状态）过压状态 输出功率输出功率Po 随随 Rc 增大而减小。增大而减小。在临界状态在临界状态Po 最大。最

50、大。)constant(1 mcIcmccmRIU1 cmcoRIP2121 SocPP ccSEIP0 oSCPPP )constant(cm UccmoRUP221 电流、电压、功率、效率与电流、电压、功率、效率与Rc的关系的关系放大器的负载特性曲线放大器的负载特性曲线3 3）三种工作状态的比较）三种工作状态的比较p欠压状态欠压状态：电流：电流Ic1m基本不随基本不随Rc变化，输出功率变化，输出功率Po随随Rc增增大而增加，损耗功率大而增加，损耗功率PC随随Rc增加而减小。当增加而减小。当Rc很小时，易很小时，易使使PC超过晶体管超过晶体管最大允许损耗功率最大允许损耗功率PCM ，因此在实

51、际使用，因此在实际使用中要注意保证中要注意保证PC PCM 。p临界状态临界状态：放大器输出功率最大，效率也较高，通常称为：放大器输出功率最大，效率也较高，通常称为最佳工作状态最佳工作状态。p过压状态过压状态：在弱过压状态时，输出电压基本上不随：在弱过压状态时，输出电压基本上不随Rc变化；变化；深度过压时，深度过压时，ic波形下凹严重，谐波增多，一般应用较少波形下凹严重，谐波增多，一般应用较少。 2.Ec变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响集电极集电极调制特性调制特性 集电极调制特性是指当集电极调制特性是指当Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器保持恒定，放大器的性能随集电极电压的

52、性能随集电极电压Ec变化的特性。变化的特性。集电极调制特性集电极调制特性 由于只有在过压状态，由于只有在过压状态，Ec对对Ucm才能有较大的控制作才能有较大的控制作用，所以用，所以集电极调幅工作在过压状态集电极调幅工作在过压状态。u 3.3.Eb变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响基极调制特性基极调制特性 基极调制特性是指当基极调制特性是指当Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的保持恒定，放大器的性能随基极偏置电压性能随基极偏置电压Eb变化的特性。变化的特性。 由于只有在欠压状态，由于只有在欠压状态，Eb对对Ucm才能有较大的控制作才能有较大的控制作用，所以用，所以基极调幅工作在

53、欠压状态基极调幅工作在欠压状态。基极调制特性基极调制特性u 4. 4.Ubm变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响振幅特性振幅特性 调谐功放的振幅特性是指当调谐功放的振幅特性是指当Ec、 Eb 、Rc保持恒定，放保持恒定，放大器的性能随激励振幅大器的性能随激励振幅Ubm变化的特性。变化的特性。 因为因为ubemax=EbUbm，Eb和和Ubm决定了放大器的决定了放大器的ubemax，因此，改变，因此，改变Ubm的情况和改变的情况和改变Eb的情况类似。的情况类似。图图3-13 调谐功放的振幅特性调谐功放的振幅特性35调谐功率放大器的实用电路调谐功率放大器的实用电路 调谐功率放大器由

54、调谐功率放大器由直流馈电电路直流馈电电路和和滤波匹配网络滤波匹配网络组成，组成，其作用其作用 （1 1）保证晶体管各电极获得相应的馈电电源；）保证晶体管各电极获得相应的馈电电源； （2 2）通过匹配网络将交流输出功率有效地传输到负载。）通过匹配网络将交流输出功率有效地传输到负载。3.5.1直流馈电电路直流馈电电路 串馈串馈，即直流电源，即直流电源Ec、滤波匹配网络和晶体管在电路形、滤波匹配网络和晶体管在电路形式上为串联连接。式上为串联连接。 并馈并馈，即三者在电路形式上为并联连接。，即三者在电路形式上为并联连接。比较比较: : 串馈电路串馈电路中，电源与滤波匹配网络串联，因此滤波匹配中，电源与

55、滤波匹配网络串联，因此滤波匹配网络处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。网络处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。 并馈电路并馈电路中，电源通过高频扼流圈供电，再加上中，电源通过高频扼流圈供电，再加上C2隔断隔断直流，因此滤波匹配网络可以处于直流地电位上，可以直接直流，因此滤波匹配网络可以处于直流地电位上，可以直接接地。这样，在电路板上安装比串馈电路方便。但馈电支路接地。这样，在电路板上安装比串馈电路方便。但馈电支路的分布参数将直接影响网络调谐。的分布参数将直接影响网络调谐。 调谐功率放大器中，通常利用射级或基级电流在某电阻调谐功率放大器中，通常利用射级或基级电流在某电阻上产生的压降作为基

56、极的上产生的压降作为基极的反向偏置电压反向偏置电压。这种方法叫。这种方法叫自给偏自给偏压压法。法。 1.1.射极电流自给偏压环节射极电流自给偏压环节 1 1）电路）电路 2）工作原理）工作原理 利用利用ie中的直流分量在中的直流分量在Re上产生的压降作为上产生的压降作为BE间的直间的直流偏置电压。流偏置电压。3.5.23.5.2基极自给偏压环节基极自给偏压环节 3 3）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路高频扼流圈高频扼流圈 高频扼流圈的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基高频扼流圈的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基极直流提供通路。极直流提供通路。 4 4）应用）应用欠压欠压 射流偏压环

57、节对射流偏压环节对Ie0的变化起负反馈作用。的变化起负反馈作用。 2. 2.基极电流自给偏压环节基极电流自给偏压环节 1 1）电路）电路 2 2）工作原理）工作原理 利用利用ib中的直流分量在中的直流分量在Rb上产生的压降作为上产生的压降作为BE间的直间的直流偏置电压。流偏置电压。 3 3）应用）应用过压过压 基流偏压环节对基流偏压环节对Ib0的变化起负反馈作用。的变化起负反馈作用。 3.3.说明说明 1 1）四种偏置电路中，加到）四种偏置电路中，加到B BE E间的间的直流偏置电压均随直流偏置电压均随输入信号电压振幅的大小而变化输入信号电压振幅的大小而变化。 2 2）当未加输入信号时，电路的

58、偏置均为零。当未加输入信号时，电路的偏置均为零。当输入信当输入信号电压由小加大时，加到号电压由小加大时，加到B BE E间的直流偏置电压均向负值方间的直流偏置电压均向负值方向增大。这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的特性称向增大。这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的特性称为为自给偏置效应自给偏置效应。3.5.33.5.3输入、输出匹配网络输入、输出匹配网络 保证外负载与调谐功率放大器最佳工作要求相匹配的网保证外负载与调谐功率放大器最佳工作要求相匹配的网络常称为匹配网络。络常称为匹配网络。 如果负载是下级放大器输入阻抗，应采用如果负载是下级放大器输入阻抗，应采用“输入匹配网输入匹配网络络”或

59、或“级间耦合网络级间耦合网络”；如果负载是天线或其他终端，应；如果负载是天线或其他终端，应采用采用“输出匹配网络输出匹配网络”。对输出匹配网络的主要要求：对输出匹配网络的主要要求： 1 1）匹配网络应有）匹配网络应有选频作用选频作用，充分滤除不需要的直流和，充分滤除不需要的直流和谐波分量，以保证外接负载上仅输出高频基波功率。谐波分量，以保证外接负载上仅输出高频基波功率。 2 2）匹配网络还应具有）匹配网络还应具有阻抗变换作用阻抗变换作用，以保证放大器工，以保证放大器工作在所设计的状态。作在所设计的状态。 3 3）匹配网络应能将功率管输出的信号功率高效率传送）匹配网络应能将功率管输出的信号功率高

60、效率传送到外接负载，即要求到外接负载，即要求匹配网络的效率（槽路效率匹配网络的效率（槽路效率L）高）高。 1. 1.并联谐振回路匹配电路并联谐振回路匹配电路 1 1）电路）电路 2）最佳负载电阻）最佳负载电阻Rcp的估算的估算 放大器工作在临界状态的等效电阻，就是放大器阻抗匹放大器工作在临界状态的等效电阻，就是放大器阻抗匹配所需的配所需的最佳负载电阻最佳负载电阻。 因为因为 所以所以cesccmUEU cmc1mo21UIP cescocmoc1m22UEPUPI o2cesccp2)(PUER 滤波器型匹配网络滤波器型匹配网络 在甚高频或大功率输出级，广泛利用在甚高频或大功率输出级，广泛利用