国家精品教程通信电子电路

1、国家级精品课程通信电子电路中国矿业大学信电学院信息工程系参考书1.于洪珍、王艳芬 .通信电子电路教学参考书 （与本教材配套）2.王卫东等 .高频电子电路 .北京：电子工业出版社， 20043.谢嘉奎 .电子线路（非线性部分） .（第四版） .北京：高等教育出版社， 20004.汪胜宁等 .电子线路（第四版）教学指导书 .北京：高等教育出版社， 20035.高吉祥 .高频电子线路 .北京：电子工业出版社， 200366.李树德等 .通信电子电路 .北京：人民邮电出版社， 1989绪论第1章1.1 通信系统的概念11.22 无线电波的传播特性1.3 无线电波的频段划分11.44 调制的通信系统1.

2、5 本课程的主要内容无线电通信发展简史原始手段有线通信烽火、旗语电报（1837 Morse）电话（1876 Bell）无线通信电磁波的存在1864 Maxwell（理论）1887 Hertz（实践）三个里程碑：1907 Lee de forest发明电子三极管1948 W.Shockley发明晶体三极管60年代 集成电路、数字电路的出现1.1通信系统的概念通信系统 传 输 信 息 的 系 统信号源发送设备信道接收设备收信装置噪声源信号源在实际的通信电子电路中传输的是各种电信号 ,为此就需要将各种形式的信息转变成电信号。常见的信号源：话筒摄像机各种传感器件发送设备发送设备的作用：将基带信号变换成

3、适合信道的传输特性的信号。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异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。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 根据传输媒质的不同，通信系统可以分为两大类：有线通信 ： 双 绞 线 、 同 轴 电 缆 、 光 纤无线通信 ： 自 由 空 间接收设备接收设备的作用：接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号。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，接收设备要尽量减少这种失真。收信装置收信装置 ： 将 接 收 设

4、备 输 出 的 电 信 号 变 换 成 原 来 形 式 信号的装置，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。无线电波按 波 长 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、毫米波）等。如按 频率 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。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。11.33无线电播的传播特性1.绕

5、射：频率 1.5MHz以下的中、长波。2.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的最佳波段 。3.直射：频率在 30MHz以上的超短波和微波。1.4调制的通信系统1.什么是调制?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，分别称为幅度调制、频率调制或相位调制。u (t ) = cos tuc (t ) = cos tu AM (t ) = ( A + cos t ) cos t2.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

6、高频电振荡上(即调制)，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。3.为什么要调制？从切实可行的天线出发；区别不同的音频信号；可实现的回路带宽。4.什么是解调？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 幅 波 的 解 调 叫 “ 检 波 ” ， 调 频 波 的 解调叫“鉴频 ” ， 解 调 是 其 统 称 。5.无线电调幅广播发送和接收设备框图（1）调幅发射机组成框图（2）调幅接收机组成框图接收设备接收的信号特点： 信 号 频 率 高 ； 信 号 功 率 微 弱 ； 多 个 信 号 同 时 出 现在接收端。f接收的信号640KHz 870KHz 1MH

7、z电磁波接收天线直接放大式接收机框图缺点： 对 于 不 同 的 频 率 ， 接 收 机 的 灵 敏 度 （ 接 收 弱 信 号的能力）和 选 择 性 （ 区 分 不 同 电 台 的 能 力 ） 变 换 较 剧 烈 。超外差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已调信号 ， 再 进 行 中 频 放 大 。 混 频 器 是 超 外 差 式 接 收 机 的 核心。我国规定中频频率： 调幅广播 465KHz； 调频广播10.7MHz。第 2章 小信号调谐放大器2.1 概述22.22 LC谐振回路2.3 单调谐放大器22.44 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器2

8、2.66 调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性22.88 集中选频小信号调谐放大器2.1概述一、调 谐 放 大 器 分 类1.小信号调谐放大器小信号： 输入信号 V mV要 求：增益 足 够 大 ， 通 频 带 足 够 宽 ， 选 择 性 好 ， 工 作在甲类，多 用 于 接 收 机22.调谐功率放大器大信号： 输入信号 mV以上要求： 大 的 功 率 和 效 率 ， 工 作 在 丙 类 ， 多 用 于 发 射 机二、电 路 特 点采用 谐 振 回 路 作 为 放 大 器 的 集 电 极 负 载 。2.2LC谐振回路谐振回路： L, C串并联网络作用：构成选频网络、阻抗变换网络等2.

9、2.1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并联谐振回路R0： 电 感 线 圈 的 固 有 损 耗 电 阻对信号源而言， L,C,R三者是并联关系串联谐振回路r0： 电 感 线 圈 的 固 有 损 耗 电 阻对信号源而言， L,C,R三者是串联关系+ jC 1二、并联谐振回路 2121.并联谐振回路的阻抗特性并联阻抗1Z =1 L 1R0= 0 时，回 路 发 生 并 联 谐 振 。 谐 振 频 率10C当 0 L 0 =f0 =或1LC12 LC分析：谐振时，回路呈纯阻；当 0 时，回路呈 容性 ；当 0 时，回路呈 感性 。定 义 回 路 谐 振 电 阻 R0与 谐 振

10、时 回 路 电 抗 （ 感 抗 或 容 抗 ）的 比 值 为 并 联 回 路 的 品 质 因 数 ， 用 Q表 示 ， 它 表 示 回 路 损 耗的大小。R00 L= R00CQ =+ j C 1 + j R0C R0 L 1 + jQ 0 2.谐振曲线和通频带1）谐振曲线 回路电压特性曲线I&SU& = I&S Z =1 L 1R0=I&S R00 I&S R0 0=11 + jQU&U m&感性容性0 0Q对谐振曲线的影响 Q可 以 衡 量 谐 振 现 象 的 尖 锐 程 度当 在 0 附近时0=2 () =0 2 020( + 0

11、)( 0 )02ff 0=UU m11 + 22f 2)f 011 + (Qf = f f 0 表示频率偏离谐振的程度，称为 失谐量 。2ff 0 = Q称为 广 义 失 谐 量 ， 它 反 映 失 谐 的 相 对 程 度 。2f 22）通频带当由最大值 1下降到 0.707（ 1/ 2 ）时，所确定的UU m频带宽度 2f 称为回路的 通频带 B。12=令UU m)f 011 + (Qf0Q B =通 频 带 与 回 路 的 品 质 因 数 Q成 反 比 ， Q越 高 ， 谐 振 曲 线 愈尖锐 ， 回 路 的 选 择 性 越 好 ， 通 频 带 越 窄 。3.选择性通常对某一频率偏差 f

12、下的 U / U m 值记为 ，叫做回路对这一指定频偏下的选择性。实际中，常常用分贝来表示UU m (dB) = 20 lg选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。4.矩形系数 (一般了解)放大器的电压增益下降到谐振增益的 0.1（或 0.001）时，相应的频带宽度 B0.1（或 B0.01）与放大器通频带 B0.7之比或B0.1B0.7K0.1 =B0.01B0.7K0.01 =并联谐振回路的矩形系数10 f0 / Qf0 / QK0.1 = 102.2.2负载和信号源内阻对谐振回路的影响信号源负载空载品质因数R00 LQ0 =有载品质因数R0 / RS / RL0 L=QL =R0

13、L显然， QLQ0采用 部 分 接 入 并 联 谐 振 回 路减小加载影响2.2.3谐振回路的接入方式 （重点内容）信号源和负载直接并在 L,C元件两端， 存在以下三个问题： 谐 振 回 路 Q 值 大 大 下 降 ， 一 般 不 能 满 足 实 际 要 求 ； 信 号 源 和 负 载 电 阻 常 常 是 不 相 等 的 ， 即 阻 抗 不 匹 配 。当相差较多时 ， 负 载 上 得 到 的 功 率 可 能 很 小 ； 信 号 源 输 出 电 容 和 负 载 电 容 影 响 回 路 的 谐振 频 率 ， 在实际问题中， RS ,RL,CL,CS给定后，不能任意改动。解决这些问题的途径 是采用

14、“阻抗变换” 的方法，使信号源或负载不直接并入回路的两端，而是跨接在谐振回路的一部分上 部分接入 。U2UU U1 RL = RL = 2 RL U 2 电容分压 （ Z1、 Z2为电容） n = C + C一、阻抗变换的原理1设 Z 2 RLn =R0 / RS / RL0 L C + C2 L = 1 RL = 2 RL C2 三、电容抽头接入接入系数21nRC1C1 + C2QL =n RL QL RL RLRL = 2 RL四、互感变压器接入接入系数N 2N1n =1nRS = 2 RS五、举例定义接入系数N 2N1n =1n则CS = n 2CSIS = nIS23单调谐放大器一、调

15、 谐 放 大 器 的 组 成变压器 或抽头接入谐振回路单调谐（ LC并联）双调谐 （ 耦 合 谐 振 ）二、电路分析（以单调谐放大器为例）1.电路组成R1、 R2、 R3为 分 压 式 偏 置 电 阻C1为 耦 合 电 容 、 C2为 旁 路 电 容RL为负载电阻L和 C组成并联谐振回路谐振回路和晶体管的输出端采用 自 耦 变 压 器 连 接 ， 以 减 轻 晶 体 管 输 出 电 阻 对 谐 振 回 路 Q值的影响 ； 谐 振 回 路 和 负 载 采 用 紧 耦 合 的 变 压 器 连 接定义n1 =，n2 =分别为晶体管、负载接入系数N0N1N2N1= ABN 0 2Z AC N0 2 N

16、 22.电压放大倍数 K=K =iZ N 2ri N0N 2 I b Z ABN0 I b rU o U ABU AB U iU oU i)( )N1= Z AC (r N1 N0i K = Z ABN 1 2 N 1 2N 0 N 2 N0 N 2)( )r N1 N1i3.最大增益及阻抗匹配条件)(N 2N 1N 0N 1riQL0 L(K 0 =K0受 多 种 因 素 影 响 ， 一 般 是 采 用 通 过 调 整 匝 比 的 方 法 获得高的增益。N 0 N 2是不是 ， 愈 大 愈 好 ? 为什么？要 保 证 一 定 的 QL， 又 要 达 到 尽 可 能 高 的 增 益 ， 则 有

17、 一 个最佳匝比。24晶体管的高频等效电路及频率参数思路： 运 用 线 性 元 件 组 成 的 网 络 模 型 来 模 拟 晶 体 管建立方法： 物 理 参 数 等 效 电 路 ；网 络 模 型 （ 双 口 网 络 ）一、混合型等效电路I&b I&b & & & I c = y fef U be oe ce二 、 Y参 数 等 效 电 路把晶体管看成一个线性有源四端网络& & &Y参 数 方 程 为 Ib = yieU be + yreU ce+ y Uyfe正向传输导纳， yfe越大，放 大 能 力 越 强yre反向传输导纳，它

18、反映了放大器内部反馈作用其中yie =U& ce = 0I&bU& be输入导纳yoe输出导纳晶体三极管的Y参数可以通过直接测量得到。三、混合型等效电路参数与Y参数的关系四、晶 体 管 的 高 频 放 大 能 力 及 其 频 率 参 数晶体管在高频情况下的放大能力随频率增高而下降。1. 共发射极电流放大系数 =01 + jf / f U& ce = 0I&cI&b定义 =f 截止频率 下降至1时的频率，称为 特征频率 。 fT是表示晶体管丧失电流放大能力时的极限频率。 = &2. 共基极电流放大系数，定义为I&cI eU&

19、 cb = 0f 截止频率3.参数间的关系f fT 1) 01 + ( fT / f ) 2 01 + jf / f =又 =1 利用 0 f = 0 f f = (1 + 0 ) f 4.最高振荡频率 fmax晶体管共射极接法功率增益 Ap=1时的工作频率。 fmax表示晶体管所能够适应的 最 高 极 限 频 率 。 在 此 工 作 频 率 时 晶 体管已经不能得到功率放大。当 ffmax时，无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。频率参数关系 f max fT f 1 1 1 25高频调谐放大器一、电 路 组 成二、高频等效电路N1 2N13N4 5负载导纳接入系数N13将输出电路所有元件

20、参数均折合到 LC两端：电流源 y feU& i n1 y feU& iyoe yoe = n2 yoe = n2 goe + jn2 Coe = goe + jCoeyie 2 (YL ) yie 2 = n2 yie 2 = n2 gie 2 + jn2 Cie 2 = gie 2 + jCie 2合并& =g (1 + jQL2C = C + n12 Coe + n22Cie 2其中 g = g0 + n1 goe + n2 gie 2三、电 路 性 能 指 标1.电压增益 n2&U& o = n2U o =1j Ln1 y feU ig + jC

21、 + n1n2 y feg + jC +)=U& oU iK& V =1jL n1n2 y fe2ff 0讨论： K& V 是工作频率 f 的函数；= 当 f = 0 时，K V0 = n1n2 y feg0 + n12 goe + n22 gie 2 n1n2 y feg ? & &“”号表示输入和输出有 180的相位差。此外，y ffe是一个复数，它也有一个相角? fe ，因此输入和输出之间的相位差不是 180，而是 180 + ? ffe ； 当频率较低时， fe = 0，U o 和 U i 的相位差才是 180； K& V0 与晶体管正向

22、传输导纳 y fe 成正比，和回路的总电导 g 成反比 ; K& V0 与 n1、 n2之间的关系？2.通频带和选择性K& VK V 02ff 011 + jQL=&取其模值K& VK V 0=&2f 2)f 011 + (QL可见， 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。2f 2 226调谐放大器的级联实际应用中，常常为了 提高增益 或 改善选择性 ，采用多级级联放大器。2.6.1多级单调谐放大器（同步调谐放大器）1.多级放大器的增益假 设 有 n级 放 大 器 ， 特 性 相 同 。 总 增

23、益K = K1 K 2 L K n如果各级放大器的增益相同，则归一化谐振曲线表达式1) nKvKv 0=1 + (QLf0=2f 2 22 2f 0.7（总）= 2 1 2.通频带令1 + (QL1 1n) f01/ n f 0QL或 Bn = 21/ n 1 B121/ n 1 缩小系数（缩减因子） n Bn 保持 Bn不变 B1 （各级） QL K1 （各级）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2.6.2参差调谐放大器目的：展 宽 通 频 带类型：双参差调谐，三参差调谐1.双参差调谐放大器结构

24、：两级为一组，一级调谐在 f1 = f 0 f d ，一级调谐在 f 2 = f 0 + f d 。由曲线，在 f1至 f2频率范围内，两回路特性变化趋势相互补偿。1 + ( + 0 ) 1 + ( 0 )2在统一的广义失谐 坐标系中， 第一级第二级=2f df 0 0 = QLKvK v 0 1KvK v 0 211 + ( + 0 )211 + ( 0 )21 1两级相乘 K =为 求 出 K最 大 值 ， 令21(1 + 02 2 )2 + 4 2= 0 ，解得K = 0, 02 1讨论：11 + 022.0 1，谐振曲线为双峰， 且随着 0的增加，峰值的高度也随之下降。（ | K |m

25、ax = 1 / 20）3. 0 = 1，两者的分界线，相当于单峰中最平坦的情况。K =1(1 + 02 2 )2 + 4 2 = 0, 02 1极值点2.三参差调谐放大器结构：三 级 为 一 组优点：幅频特性更接近矩形，通频带更宽缺点：难 调 整27高频调谐放大器的稳定性271晶体管内部反馈的有害影响1.放大器调试困难2.放大器工作不稳定272解决办法1.尽量选用 yre小的晶体管；2.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 。2.8 集中选频小信号调谐放大器1.集中选频放大器的组成框图前置放大器集中滤波器通频带，选择性宽带放大器高增益，宽频带2.主要优点1）电 路 简 单

26、 ， 调 整 方 便 ；2）性能稳定；3）易 于 大 规 模 生 产 、 成 本 低 。2.8.1石英晶体滤波器（压电效应）1.物理特性石英晶体具有把机械振荡转换成交变电压，或把交变电压转换为机械振荡的作用。广泛用于 振 荡 器 或 窄带滤波器 。2.等效电路3.特点中心频率稳定，但带宽很窄2.8.2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 压电效应 ，产生 机 械 形 变 和 极间电场 之间的相互转换。C0为压电陶瓷片的 固定电容 ， Lq、Cq、 rq分别模拟机械振动时的 等效质量 ，等效

27、弹性系数 和 等 效 阻 尼 。压电陶瓷片的 厚度 、 半径 等 尺 寸 参数不同，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，就可获得接近理想矩形的幅频特性。优点： 工作频率动态范围大，几百 kHz到几十 MHz缺点： 通 频 带 不 够 宽2.8.3声表面波滤波器（声电换能）优点： 工作频率高（几 MHz到 GHz量级），通频带宽（ B0.7/f0可达到 50%），频响曲线好1.结构示意图在 压 电 晶 体 （ 基 体 ） 表 面 ， 用 真 空 蒸 镀 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，一个用作接收 。

28、2.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 10m深度内传播（故称声表面波），接收换能器将声波转换为电信号。3.频率特性频率特性除了与压电基体材料有关外，主要取决于叉指换能器的指条数目、疏密和长度等。4.等效电路（ a） 等 效 电 路（ b）电路符号声表面波滤器的输入、输出阻抗呈容性，主要是由叉指换能器的静态电容引起的，在使用时常常在输入、输出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低的调谐回路，实现纯阻匹配。第3章高频调谐功率放大器3.1 概述33.22 调谐功率放大器的工作

29、原理3.3 功率和效率33.44 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33.66 功率晶体管的高频效应3.7倍频器33.88集成高频功率放大电路及应用简介3.1概述一、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。二、特点1.输入信号强,电压在几百毫伏 几伏数量级附近;2.为了提高放大器的工作效率， 它通常工作在丙类， 即晶体管工作延伸到非线性区域 饱和区 、 截止区;3.要求： 输出功率大、效率高 。三、分析方法采用

30、近似的分析方法 折线法四、谐 振 功 率 放 大 器 与 小 信 号 谐 振 放 大 器 的 异 同相同之处： 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。不同之处： 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 。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。谐振功率放大器 通常用来放大 窄 带 高频信号 (信号的通带宽度只有其中心频率的 1%或更小 )，其工作状态通常选为丙类工作状态 ( 90)，为了不失真的放大信号，它的 负载必 须 是 谐 振 回 路 。非谐振放大器可分为 低

31、频功率放大器 和 宽带高频功率放大器 。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。3.2调谐功率放大器的工作原理3.2.1原理电路Ec、 Eb为集电极和基极的直流电源。输入信号经变压器T1 耦合到晶体管基-射极，这个信号也叫 激励信号。 L、 C组成 并 联 谐 振 回 路， 作 为 集 电 极 负 载 ， 这 个 回 路 也 叫 槽 路 。3.2.2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， 每条特性曲线用一组折线来代替。3.2.3晶体管导通的特点、导通角1.晶体管导通的

32、特点无信号：晶体管截止有信号： 激励信号 Eb+ Uj 导通2.导通角在转移特性的放大区ic = g (ube U j ) (ube U j )假设输入信号 ub = U bbm cos t ，则加到晶体管基 -射极的电压为 ube = U bm cos t Eb ，晶体管导通范围内集电极电流 ic的表达式ic = g (U bm cos t Eb U j )（1）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 导通角 ，用 表示。在丙类工作状态下 0从曲线可以看出：2. 0 ,1 谐波次数越高其振幅值越小；对某一次谐波而言，总有一个 相 应 的 值 可 使 振 幅 为 最大值。)

33、R = () QL.0 L = () Q00 L /() RL3.2.5槽路电压1.波形 基本正弦条件： 1）槽路调谐于基波2） QL 足 够 高2.大小uce = Ec U cm cos tU cm = I c1m RcRc 抽头部分谐振电阻N 0 2N1N 0 2N1Rc = (N1 2N 2N 0 2N1R 并联回路谐振电阻33功率和效率功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也大。 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。调谐功率放大器有如下几种功率需要考虑：1.电源供给的直流功率 PS ；2.通

34、过晶体管转换的交流功率，即 晶体管集电极输出的交流功率 Po ；3.通过槽路送给负载的交流功率,即 RL 上得到的功率 PL;4.晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗功率 PC ；5.槽路损耗功率 PT；电源供给的功率 PS ，一部分（ PC）损耗在管子，使管子发热；另一部分（ Po）转换为交流功率，输出给槽路。通过槽路一部分（ PT）损耗在槽路线圈和电容中，另一部分（ PL）输出给负载 RL。max 1 ( )1 cm cU ( )1 cmU oP1cm c mU I21c = = = = （1） 集电极电压利用系数1 ( ) 0 ( ) 1.集电极效率 cS直流电源供给功率 P

35、= Ec Ic 0放大器的能量转换效率（ 集 电 极 效 率 ）集电极交流输出功率 Po = 1 / 2U cm I c1m1I讨论：S cP EIc 0 2 Ec Ic max0 ( ) 2 Ec 0 ( )U cm（2） 集电极电流利用系数Ec1 ( ) 0 ( ) ，c，但 ， Po，为了兼顾功率和效率，o通常取 = 60o 80 。21 m mU1 UT LP P LoL QT = = = =2.槽路效率PL 负载功率， RL 所吸收的功率；PT 槽路损耗功率，槽路空载电阻 R0所吸收的功率。2PL 2 Q 2 Q0 0 QLo 2oP P 1 U m Q02 QL LT 取决于槽路的

36、空载和有载品质因数。由于受到槽路元件质量的限制， Q0一般几十到几百。 QL也不能太小，否则槽路滤波效果太差，输出波形不好，一般 QL =5 10。结论：为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的损耗的电感和电容元件。功率，应力求 c和 T 高。c 高要适当选取 ，电压利用系数尽 可 能 大 ；T 高 ， 要 求 槽 路 空 载 品 质 因 数 Q0大 ， 即 应 选 用 低 ube = Eb + U bm3.4 调谐功率放大器的工作状态分析3.4.1调谐功率放大器的动态特性晶体管的 静 态 特 性 ， 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

37、考虑了负载的反作用后，得到的 uce、 ube与 ic的关系曲线称为 动态特性 （即 实际放大器的工作特性 ）。当放大器工作于谐振状态时，外部特性方程Ec uceU cmube = Eb + U bm cos t uce = Ec U cm cos t 在转移特性的放大区，内部特性方程ic = g(ube U j )动态特性应同时满足外部特性方程和内部特性方程。联立可得)Ec uceU cmic = g( Eb U j + U bm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。Q ( Ec， g( Eb + U j ) )= Ec U cm cos ， 0 )

38、B ( Ec U cmU j + EbU bm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 t值的 ic值，绘出相应的 ic脉冲波形。1 ( )(1 cos )c cR R = = = 动态线斜率值的倒数称为谐振功率放大器的 动态负载电阻 ，用符号 Rc 表示U cm (1 cos ) I c1m Rc (1 cos )I c max I c max3.4.2调谐功率放大器的三种工作状态及其判别方法1.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，可将放大器的工作状态分为 欠压、过压和临界三种。1)欠压 晶体管在任何时刻都工作在放大状态；2)

39、临界 刚刚进入饱和区的边缘；3)过压 晶体管工作时有部分时间进入饱和区。2.工作状态的判别方法uce min = Ec U cmuce min U ces（欠压） uce min = U ces（临界）uce min U ces（过压）3.4.3 Rc,Ec,Eb和 Ubm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 负载特性负载特性 是指谐振功率放大器当 Ec、 Eb和 Ubm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 电阻 Rc之 间 的 变 化 关 系 。1）三种工作状态I c 1m Rc ， 输出功率 P 随 R 增大而增加21

40、 U cm2）电流、电压、功率、效率与 Rc的关系（ 1）欠压状态 ( I c 1m constant )U cm = I c 1m Rc ， Ucm 几乎随 R c成正比增加o c1 2Po =， 随 R c增 大 而 增 加PoPSPS = I c 0 Ec ， 接近常量 c =PC = PS Po ， 随 Rc增大而减小（ 2）过压状态 (U cm constant )Po =输出功率 Po 随 Rc 增大而减小。 在临界状态 Po 最大。22 Rc电 流 、 电 压 、 功 率 、 效 率 与 Rc的 关 系放大器的负载特性曲线3）三种工作状态的比较欠压状态 ：电流 Ic1m基本不随

41、Rc变化，输出功率 Po随 Rc增大而增加，损耗功率 PC随 Rc增加而减小。当 Rc很小时，易使 PC超过晶体管 最大允许损耗功率 PCM ，因此在实际使用中要注意保证 PC ui，因此，振荡器的起振条件为(n = 0, 1, L) KF 1K& F& 1物理意义： 振幅起振条件 要求反馈 电 压 幅 度 要 一 次 比 一次大，而 相 位 起 振 条 件 则 要 求 环 路 保 持 正 反 馈 。? K + ? F = 2n(n = 0, 1, L) 相位平衡条件4.2.3振荡器的平衡条件所谓平衡条件是指振荡已经建立 ，为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。平衡时 uf

42、 ui，因此，振荡器的平衡条件为K& F& = 1 KF = 1 振幅平衡条件在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持振荡所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡。4.2.4振荡器的稳定条件1.稳定平衡和不稳定平衡2.振幅稳定条件在平衡点附近， 放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率 。3.相位稳定条件相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新稳定在原有频率上的条件。 相位稳定条件是：相位特性曲线在工作频率附近的斜率是负的。4.2.5对振荡三条件的讨论1.三个条件都必须满足，缺一不可。 在实际振荡电路中，必须满足起振和平衡条件，而稳定条件则是隐含在

43、电路结构中。2.如果电路结构合理，只要满足起振条件，就能自动进入平衡状态 ， 产 生 持 续 振 荡 。3.振荡器的分析可分为定性和定量两个方面。定性分析判断电路结构是否合理 ，包括电路中是否有选频网络，选频网络的相频特性是否为负斜率，电路中是否具有正反馈。定量分析仅需分析电路是否满足起振条件 ，由于起振时，振 荡 管 处 于 线 性 放 大 状 态 ， 且 输 入 信 号 很 微 弱 ， 可 以 采用微变等效电路的方法进行分析。4.3三点式 LC振荡器4.3.1三点式 LC振荡器组成法则（相位平衡条件）1.电路LC回路引出三个端点，分别同晶体管的三个电极相连， 分 电 容 三 点 式 和 电

44、 感 三 点 式 两 种 。22.特点射同集（基）反 与射极相连的元件电抗性质相同，与集电极、 基 极 相 连 的 元 件 的 电 抗 性 质 相 反 。3.证明忽略三极管输入和输出阻抗，且回路品质因数足够高，则当回路谐振，即 X1+X2+X3 0时，回路呈纯阻。为了满足相位平衡条件， X2与 X1必须为同性质电抗 。U oX 2X 1 U o = jX 2j( X 2 + X 3 )U f =4.3.2电容三点式振荡器（考毕兹电路）1.电路反馈信号从哪取得？从电容 C2两端取得 ，送回放大器输入端。能否满足自激振荡的相位平衡条件呢？满足“射同集（基）反”C1C212 LC2.反馈系数F 3.

45、振荡频率f 0 C1C 2C1 + C 2其中 C =4.优缺点1）优点 振 荡 波 形 好 ；电路的 频 率 稳 定 度 较 高 ， 适 当 加 大 回 路 的 电 容 量 ， 就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响； 工 作 频 率 可 以 做 得 较 高 ， 可 直 接 利 用 晶 体 管 的 输 出 、输入电容作为回路的振荡电容。工作频率可做到几十 MHz到几百 MHz的甚高频波段范围。2）缺点调 C1或 C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。 但只要在 L两端并上一个可变电容器，并令 C1与 C2为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。4.3.2电感三点式振荡器（哈特莱电

46、路）1.电路2.反馈系数3.振荡频率L2L112 LCF =f 0 其中 L = L1 + L2 + 2 M4.优缺点1）优点 L1、 L2之间有互感，反馈较强， 容易起振 ； 振 荡 频 率 调 节 方 便 ， 只 要 调 整 电 容 C的 大 小 即 可 ； C的改变基本上不影响电路的反馈系数 。2）缺点 振 荡 波 形 不 好 ， 因 为 反 馈 电 压 是 在 电 感 上 获 得 ， 而 电感对高次谐波呈高阻抗， 因 此 对 高 次 谐 波 的 反 馈 较 强 ， 使波形失真大； 振 荡 频 率 不 能 做 得 太 高 ， 这 是 因 为 当 频 率 太 高 ， 极 间电容影响加大，可

47、能使支路电抗性质改变，从而不能满足相位平衡条件 。4.4 改进型电容三点式振荡器1.电容三点式振荡电路的不足之处影响反馈系数 F与振荡频率的因素都是 C1与 C2。2.改进办法1）把决定振荡频率的主要元件与决定反馈系数 F的主要元件分开。2）振荡频率不受晶体管的输出、输入电容影响。L0 1(C1 + Co )(C 2 + Ci )C1 + C 2 + Co + Ci3.如何减小 Co 、 Ci 的影响，以提高频率稳定度表面看来，加大回路电容 C1与 C2的电容量，可以减弱由于 Co、 Ci的变化对振荡频率的影响。但是这只适用于频率不太高， C1 和 C2较大的情况。当频率较高时，过分增加 C1

48、和 C2，必然减小 L的值（维持 振 荡 频 率 不 变） ， 这 就 导 致 回 路 的 Q值 下 降 ， 振 荡 幅 度 下降，甚至会使振荡器停振。这就有待于改进。4.4.1串联改进型电容三点式振荡器（克拉泼电路）1.电路特点把 基 本 型 的 电 容 三 点 式 振 荡 器 集 电 极 -基 极 支 路 的 电 感改用 L-C串联回路代替。22.振荡频率选择 C1 C ，C 2 C 时，C C ，振荡频率1LC0 R = 2 R ，再利用 R = Q0 L ，可得 R =0 LC123.电容 C对振荡电路的影响n 102 LC1CC1CC1 + C1n1 Q3可见， 减 小 C来 提 高

49、 回 路 标 准 性 是 以 牺 牲 环 路 增 益 为 代价的。4.不足之处1） C1 、 C2 如过大，则振荡幅度就太低。2） 当减小 C 来提高 f0 时，振荡幅度显著下降；当 C减到一定程度时，可能停振。因此限制了 f0 的提高。3）波段范围不宽，频率覆盖系数小，一般约为 1.211.33，另外波段内输出幅度不均匀，不易起振。4.4.2并联改进型电容三点式振荡器（西勒电路）1.电路特点除 了 采 用 两 个 容 量 较 大 的 C1 、 C2 外 ， 主 要 是 把 基 本 型的电容反馈线路 集电极 -基极支路 改用 LC并联回路再与 C3串联。2.振荡频率 0 12 LC 1C 3+

50、11C 2 + C i+1C1 + CoC = C +3.电容 C对振荡电路的影响)C 3C 2C 3 + C 2(C1 +C 3C 2C 3 + C 2n =n 和 C 无 关 ， 当 调 节 C 来 改 变 振 荡 频 率 时 ， n不 变 。2可见， 当改变 C时， n、 L、 Q都是常数， R仅随 0一次方增长，易 于 起 振 。4.优点波段内振幅比较稳定，且 调 谐 范 围 比 较 宽 ，实际中常用于宽波段工作系统中。4.4.3几种三点式振荡器的比较 （教材 P103表 4 2）4.5 振荡器的频率稳定问题1.振荡器的频率稳定度在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡

51、频率的相对变化量。f f 0f 0=ff 0根据规定时间的长短不同，可分为长期、短期和瞬时频率稳定度。2.造成频率不稳定的因素（ 1） LC回路参数不稳定；（ 2）晶体管参数不稳定。3.稳频措施（ 1） 提高谐振回路的标准性 ，采用高质量的集总参数电感和电容；（ 2） 提高谐振回路的 Q值 ；（ 3）为了减小寄生电容及其对回路的影响，器件和回路之间 采 用 部 分 接 入 方 式 。4.6 石英晶体谐振器一、石 英 晶 体 的 电 特 性石英片是从石英晶体柱中切割下来的一种弹性体，有一固有振动频率 ， 其 值 与 石 英 片 的 形 状 、 尺 寸 、 切 型 有 关 。 当外加交流电压的频率

52、等于晶体固有频率时，晶体片的机械振动最大，晶 体 表 面 电 荷 量 最 多 ， 外 电 路 中 的 交 流 电 流 最 强 ，于是产生了谐振。1.物理性能和化学性能十分稳定2.振动具有多谐性基频振动 、 泛 音 振 动3.具有正反压电效应 机和电的相互转换效应二、符号和等效电路石英谐振器具有很大的 Lq（几十毫亨），很小的 Cq（ 10-2pF以下）和很高的 Q。其次 C0远大于 Cq，因此接成晶体振荡电路时，外电路对晶体电特性的影响便显著减小。符号基频等效电路完整等效电路三、石英晶体的阻抗特性1.串联谐振频率12 Lq Cqfs =2.并联谐振频率)1 Cq2 C0CqC0 fs (1 +

53、1 += fsfp =2 Lq1C0CqC0 + Cq在实际振荡电路中，晶体两端往往并接有电容 CL，相应的并联谐振频率由 fp减小到 fN， 其值为 ?通常称 CL为晶体的负载电容 ，标在晶体外壳上的振荡频率（或称 晶体标称频率 ）就是并接 CL后的 fN值。 1 s2 2 1 p2 2 3.电抗-频率曲线（ rq=0）j(Lq 1 Cq )( j C0 )j(Lq 1 Cq 1 C0 )Z = 1C 0= jCq + C 0 2 C 0 2 1,所以 R R 。四、石英谐振器频率稳定度高的原因1. 高回路标准性2. 高 Q值3. 极小的部分接入 如 果 某 一 分 布 电 容 Cn并 在

54、C0两 端 ， 振 荡 频 率 1 / LqCqCq (C0 + Cn )Cq + C0 + Cn = 1 / Lq由于 外 界 电 阻 R如 果 并 在 C0两 端 ， 则 折 合 到 Lq两 端 的 电 阻R = ( ) R ( ) RCq CqC0Cq4.7石英晶体振荡器电路并联型晶振电路 晶体工作于 略高于串联谐振频率 fs呈感性的频段（fs f fp）内，晶体等效为一个 电感 ；串联型晶振电路 晶体工作在 串联谐振频率 fs上，作为高选择性的 短 路 元 件 。注意： 晶 体 只 能 工 作 在 上 述 两 种 方 式 ， 否 则 ， 无 法 保 证频率稳定。4.7.1并联晶振电路这

55、里主要介绍皮尔斯（Pierce）振荡电路。1）电路晶体接在晶体管b、c极之间 。 由晶体与外接电容器构成并联谐振回路，按三点线路的连接原则，晶体等效为 电感 。图 4-25 原理电路图图 4-26 并联晶体振荡器实例2）振荡频率 f0的确定1CqC0 +=1C 1C 211C11C+1+选择 C C1 , C 1时，包络出现过零点，上下包络不反映调制信号的变化，称为 过 调 幅 。3.调幅信号的频谱uAM (t ) = U cm (1 + ma cos t ) cos c t1212maU cm cos(c )tmaU cm cos(c + )t += U cm cos c t +两点结论：1

56、）调制的过程是实现 频谱线性搬移 的过程；2）载频仍保持调制前的频率和幅度，因此它没有反映调 制 信 号 信 息 ， 只 有 两 个 边 带 携 带 了 调 制 信 号 的 信 息 。调幅信号的带宽B2F思考题： 多 音 调 制 ， 已 调 波的频谱宽度 B？1 U cm1 ma4.调幅波的功率载波功率边频功率 （ 上 边 频 或 下 边 频 ）22 RLPc =2=ma2 PcU cm )P1 = P2 =14(2 21RL因此，在 调 制 信 号 一 周 期 内 ， 调 幅 信 号 的 平 均 功 率 为2因为 ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有 2/3的功率

57、不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。5.2.2 抑制载波双边带调幅（DSB）为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以 不 发 送 载 波 ， 而 只 发 送 边 带 信 号 。单音调制时， DSB的表达式为uDSB (t ) = Au uc = AU m cos t U cm cos c t12=AU mU cm cos(c + )t + cos(c )t 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即 BDSB=2Fmax。00.10.20.30.40.50.60.70.80.91波形特点：1）上 下 包 络 不 再 反 映 调 制 信 号

58、 的 变 化 形 状 ；2）在调制信号为零的两旁，已调波的 相位发生180突变 。10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.9110.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.9110.50-0.5-15.2.3抑制载波单边带调幅上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息，可以只发送单个边带信号 ，称为单边带通信（ SSB）。由 uDSB (t ) = Au uc = AU m cos t U cm cos c t通过边带滤波器后，可得上边带或下边带：下边带信号上边带信号1212uSSBL =uSSBH =AU mU cm cos(

59、c )tAU mU cm cos(c + )t其频带宽度 BSSB=Fmax。5.3 调幅波产生原理的理论分析该节相关内容插在 5.5及5.6节中，例如：5.5中，小信号平方律检波 用 幂级数 分析法；5.6中， 大信号调幅的数学分析 用开关函数近似分析法。5.4普通调幅波的产生电路一、引言1. 叠加波 调幅波调幅波的共同之处是在调幅前后 产生了新的频率分量 ，因此需要用 非 线 性 器 件 来 完 成 频 率 变 换 。2.调幅的方法1）二、三极管 2）大、小信号3）高 、 低 电 平高电平调幅 一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。低电平调幅 一般置于发射机的前级，再

60、由线性功率放大器放大已调幅信号， 得 到 所 要 求 功 率 的 调 幅 波 。4）从哪个极加入（ 基极、集电极、发射极调幅 ）3.实现调幅的方框图u(t)直流带带 uAM(t)通u(t)带带 uDSB(t)通（ a）普通调幅波实现框图 （ b）抑制载波的双边带调幅波实现框图cuc(t)uc(t)cu(t)u DSB(t)带通uSSB(t)uc(t)c+或 c（ c） 单 边 带 调 幅 波 实 现 框 图4.数学分析法大信号 折线近似法小信号 幂级数分析法二、大信号基极调幅电路1.电路u2.基本工作原理思路： u相当于一个缓慢变化的偏压 ，使 icmax按调制信号的大小而变化，从而引起基波电流振幅 Ic1m的变化 ， 最 后 使 得 输 出 回 路 两 端 电 压 也 跟 随 u变 化 。3.设计要求（1）关于放大器的工作状态欠压状态 ， 设 计 时 应 使 放 大 器 最 大 工 作 点 （ 调 幅 波 幅 值最大处）处 于 临 界 状 态 。（2）晶体管的选择放大器的工作状态随调制信号而变化，应根据