射频电子线路总复习PPT学习教案

1、射频电子线路总复习射频电子线路总复习简单串并联谐振电路的基本特性tVvSscos1()ZrjLrjXC电压谐振工程近似1()PCrYjCGjBLLPCrGLLCB1CrLGRPP1电流谐振并联谐振回路的谐振电阻 容性感性P1XLC第1页/共99页0100CLLC10串联谐振时的谐振频率 0X Zr纯阻性 10BCLLCP1并联谐振回路的谐振频率PPRCrLZ纯阻性 1()svIrjLC串联谐振时的电流 00SVIIr1()sPIVGjCL谐振时的端电压 CrLIGIVSPSP00LSVjQ V00CSVjQ V CPSPIj I QLPsPIj I Q 第2页/共99页0001LQrCr1PP

2、PPPPPPPPLCQCRrGRLLG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 rRRLQLSL0)(1LSPPLGGGLQ有载品质因数 第3页/共99页广义失谐0001111()jjQ211|arctg )(000 Q0(谐振点)时取最大值1 回路的品质因数愈高，曲线愈尖锐。 第4页/共99页CL0111PLLQLrrrCLC2Q回路储能每周耗能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第5页/共99页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。|21第6页/共99页02LfQfLQff0

3、707. 02谐振回路的通频带与 成反比， 愈大，通频带愈窄。LQLQ矩形系数707. 01 . 01 . 022ffKr愈接近1，选择性愈好。 1 . 0rK简单谐振回路0.19.95rK第7页/共99页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。P回路品质因数 愈高，相频特性愈陡峭， 变大。LQ|0t0tdd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0t0t第8页/共99页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LQXRRX2211221(1)LRQR2121(1)LXXQ1LQ122R

4、QRL12XX第9页/共99页回路抽头时阻抗的变比关系接入系数 NNLLP1121NNN211CCCP02abdbZpZ第10页/共99页电流源 SSPII部分接入的作用：阻抗匹配、提高谐振回路的有载品质因数。第11页/共99页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。第12页/共99页高频晶体管小信

5、号等效电路模型与参数高频晶体管网络参数模型112212ierefeoeIy Vy VIy Vy V第13页/共99页 频率的函数ieieieygj Coeoeoeygj Crerereyyfefefeyy晶体管的高频参数第14页/共99页截止频率 ： f下降到 时对应的频率。|2/0 特性频率 ： 下降到l所对应的频率。 Tf|120ffT10ffT0ff工作工作工作ffffffTT/|最高振荡频率 ： 晶体管功率增益 时的工作频率。maxf1PA maxTfff第15页/共99页1.2.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器 第16页/共99页1. 放大器的输入导纳：Loefereieib

6、iyyyyyVIY2. 放大器的调谐回路的谐振频率 LCf2103.电压增益 12120121fefeVLp p yp p yAQfgj CgjjLf22122PoeiegGp gp g22122oeieCCp Cp C回路的有载品质因数 gCQL0第17页/共99页广义失谐 02LfQf0f0120feVPP yAg谐振时 归一化抑制比011VVAjA最佳接入系数01(1)2PLoptoeQGQpg02(1)2PLoptieQGQpg0max02(12feLvoeieyQAQg g）第18页/共99页4功率增益谐振时 22001ievPiegAAg222210|41(1)4(1)1fePLP

7、oeiePyPQAg gPQ匹配条件： 1PP 22122oeieP gP g2)1 (4PPPP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 ： 20)1(QQL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。 PA第19页/共99页回路本身损耗为零 0Q20(1)1LQQ回路对功率增益 无影响PA谐振状态时的最大增益 12max04ieoefePggyA5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 LQffB0707. 07 . 021200.70722fevp p yAfC 增益带宽积 第20页/共99页当晶体管选定，电路完全确定以

8、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。 CC22221ieoeCPCPCC不稳定 必须外接定值的电容 矩形系数95. 9110222707. 01 . 01 . 0ffKr第21页/共99页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 12VVVVnAAAA由完全相同的单级放大器组成 1nVVAA2级联放大器的通频带与选择性 100.707221nLffQ 121n：级联放大器3dB带宽的缩小因子 10.10.110.707100121nrnfKf第22页/共99页高频小信号调谐放大器的稳定性 放大器的输入导纳为

9、： LoefereieiyyyyyY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”。 rey稳定性系数 2()()|1cos()sieoeLSfereferegggGKyy第23页/共99页不稳定1SK1SK1SK稳定 临界状态 输入、输出回路都是部分接入的 2221021|2ppyCggKfereSresfeVCKyA00|2第24页/共99页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。|feyreC在晶体管选定后在电路上采取措施，抵消 的影响。 fey (1)中和法(2)失配

10、法第25页/共99页例：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 0LfBQ要使B增宽，应增大 或减小 。0fLQ本题要求L、C不变，故不能增大 ，只能减小 。 0fLQ并联回路的品质因素 0LRQL应减小 R在回路两端并联一电阻就可使B增宽。第26页/共99页第27页/共99页第28页/共99页fey例：如图所示第29页/共99页解题思路 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21ieiegg第30页/共99

11、页1p1p2p2p22p21p第31页/共99页120fevp p yAg g122201()feiepiep p ygAggC第32页/共99页2gBC0LfQB20(1)LQQ第33页/共99页或001PQLG01LQLg0LPQgQG01006.1114.442.4PLQ GQg046532.314.4LfBKHzQ第34页/共99页 1.4 高频谐振功率放大器 与低频功放的比较工作频率 相对带宽 工作状态负载效率低频功放 低（20Hz-20KHz） 宽甲类、推挽乙类无调谐负载阻性低高频功放高（一个工作频率 ） 窄 百分之零点几到百分之几丙类选频网络高maxmin/1000ff0f0/f

12、f共同点：输出功率大、效率高不同点： 第35页/共99页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BBV第36页/共99页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。第37页/共99页电源提供的功率输出的交流功率 集电

13、极耗散功率dcP0PcP0dccPPP集电极效率dccdccdcdccPPPPPPP101coscoscCPcmvIRtVt1cmCPVIRcosceCCcmvVVt第38页/共99页放大器输出的交流功率 22011111222cmccmcPPVPI VI RR电源输入的直流功率(平均功率) 001TdcccccccPi V dtI VT0cdcPPP1101001112/22ccmccmcdcccccccIVIVPPgkI VIV波形系数 011ccIIg 电压利用系数 cmCCVkV第39页/共99页高频谐振功率放大器折线近似分析法 第40页/共99页BZbecBZbeBZbeccVviV

14、vVvgi0)(导通角 ：一个周期内导通角度的12。 CbBBBZCVVVcos尖顶余弦电流脉冲用傅里叶级数展开tItIIicccc2coscos2100max0()ccCIi 1max1()ccCIi max()cncnCIi )(1c)(2c)(cn尖顶余弦电流分解系数第41页/共99页结论1.0 180c某个 最大)(cn2. 作倍频器时60c2倍频40c3倍频3.乙类工作无三次谐波)()()()()(010max1max011ccccccccciiIIg4. 波形系数5.最佳导通角在 左右70兼顾效率与功率第42页/共99页高频谐振功率放大器的动态特性第43页/共99页负载线的做法截距

15、式直线方程 0()cdceigvV090tceCCvVbeBBvVQBZBBcCIVVgi)(虚拟工作点电流 虚拟工作点Q00tminceCCcmcevVVVmaxbeBBbbevVVV第44页/共99页PRtg1180c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 恒压源状态第45页/共99页PR第46页/共99页CCV 的影响CCV 在过压区与 的关系基本是线性的集电极调幅 cmVCCV第47页/共99页 的影响 BBVBBV

16、与 基本成线性关系基极调幅在欠压状态cmVBBV第48页/共99页放大特性 bV第49页/共99页高频谐振功率放大器的馈电线路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。 第50页/共99页集电极电路对不同频率电流的等效电路第51页/共99页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：

17、11/cncnLnLIIII中介回路效率01LkPP输出匹配网络LP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第52页/共99页答：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

18、入信号幅度、偏置电压)？第53页/共99页 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？第54页/共99页例：第55页/共99页例：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。第56页/共99页 题意分析题意分析：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

19、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57页/共99页 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58页/共99页RFCRFCRFCR FC第59页/共99页第3章 波形发生

20、与变换电路 3.1 LC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 000阻尼振荡等幅振荡第60页/共99页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：CCV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 。第61页/共99页振荡平衡条件| 112(0,1,)ABABABnn| |ifififVVVV由变压器变比保证由同名端保证起振条件2(0,1,)1| 1ABnnABAB1| 1fiffiiVVVV第62页

21、/共99页振荡器振幅平衡的稳定条件0平衡点iVA振荡器相位平衡的稳定条件 0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？第63页/共99页反馈型晶体管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。第64页/共99页LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则 和 具有相

22、同性质的电抗与 性质相反ceXbeXbcXceX第65页/共99页第66页/共99页第67页/共99页3.3.1 频率稳定度的定义 频率准确度 0fff频率的相对准确度 000fffff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()1()2vnnsSSP第68页/共99页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第69页/共99页正压电效应反压电效应石英谐振器串联支路的谐振频率 1qqqL C并联谐振

23、频率 001pqqqC CLCC感性区容性区容性区第70页/共99页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 。第71页/共99页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 1(n2) n2基音频率基音频率1111LC泛音晶体振荡器 泛音：石英晶片振动的机械谐波第72页/共99页第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 ( )f t ( )

24、cos1cosacmaccmccmkv tVk fttVfttV调制信号为单音余弦波 ( )cosf tVtc ( )1coscoscmacv tVmtt调幅指数 aacmk VmV第73页/共99页第74页/共99页212avOTaOTOTSBPPm PPP频带宽度：max2BF调幅波中的功率关系第75页/共99页双边带调制(DSB)单边带调制(SSB)( )( )cosDSBcmcvtVf tt频带宽度maxmax222DSBBF频带宽度 maxSSBBF第76页/共99页振幅调制电路在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

25、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。cfFcfF第77页/共99页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122( )coscos323ccS ttt双向开关函数 *24( )coscos33ccSttt第78页/共99页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。第79页/共99页第80页/共99页第81页/共99

26、页电压传输系数(或称检波效率) 12idLRR133()dcLRR133coscos()cddciLvRKVR( )(1cos)cosiiacv tVmtt0( )(1cos)diavtK Vmt第82页/共99页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。 LR CLR不产生隋性失真的条件2max1aLamR Cm第83页/共99页()(0)LaLZjmZ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。 1am 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 第84页/共99页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。sfIf第85页/共99页中频电流振幅值 与信号电压振幅制之比IsLfffIsLfff()sLffILsfff()Lsff上混频 高本振下混