第06章高频电路...ppt

1、医学电子学基础,医学工程与电子科学学院 张展召271391311,第一节 小信号调谐放大器,第六章 高频电路,第六章 高频电路,第四节 调频与鉴频,第二节 高频功率放大器,第三节 调幅与检波,第一节 小信号调谐放大器,一、单调谐放大器,第一章 电路基础,第六章 高频电路,三、集成高频放大器,二、双调谐放大器,第一章 电路基础,一、单调谐放大器,1.工作原理,第六章 高频电路,(1)电路结构, LC并联谐振回路为交流负载。, RB1、RB2、RE组成分压式电流负反馈直流偏置电路。, CB、CE分别为基极和发射极旁路电容。, ZL为负载阻抗。, 变压器Tr2的初级线圈1-

2、2的匝数N12，1-3的匝数N13，次级线圈4-5的匝数N45。,第六章 高频电路, 输入信号经Tr1耦合和晶体管放大，产生集电极电流ic。,(2)工作原理, 当LC回路调谐于输入信号频率 f=f0，等效阻抗最大，产生最大的谐振电压，经Tr2耦合输出电压uo, 输入信号频率f 偏离LC回路谐振频率f0时，回路的等效阻抗变小，输出电压随之变小，且偏离越多，电压越小。,第六章 高频电路,电压放大倍数,n1: 三极管与LC 回路的接入系数,n2 : 负载与LC回路的接入系数,g0 : 谐振回路的等效电导,gm : 三极管的等效跨导,第六章 高频电路,2.通频带和选择性, 0.7通频带: BW0.7f

3、H - fL,fH、fL分别为相对电压增益,时的上限频率和下限频率, 0.1通频带：BW0.1f2 - f1, 矩形系数：,第六章 高频电路,3.参差调谐放大器,多级参差调谐放大器各级调谐在不同的频率上。,设参差调谐放大器由三级单调谐放大器组成，通频带为BW0.7，中心频率为f0。,第一级 ：f01= f0 fd， 第二级 ：f02= f0 + fd， 第三级 ：f03= f0 。,其中 fd为频率偏移量。,三级单调谐放大器的总电压增益提高，通频带展宽，有较好的选择性。,第六章 高频电路,二、双调谐放大器,双调谐放大器通频带宽，选择性好。,第六章 高频电路, 因L1C1调谐在输入信号频率上，输

4、入信号经Tr1耦 合和三极管放大，在初级谐振回路L1C1两端产生最大 的谐振电压。,1.互感耦合双调谐放大器的工作原理, 由于初、次级回路互感作用，且L2C2也谐振于输入信号频率上，回路两端产生最大的输出电压uo。, 改变L1与L2之间的距离或磁芯位置可调节回路间的耦合程度。,第六章 高频电路,要获得对称的谐振曲线，应：,L1=L2=L，C1=C2=C，Q1=Q2=Q,两调谐回路的耦合因子： =k Q,k为耦合系数，由下式决定：,第六章 高频电路,1（临界耦合），曲线为单峰，与强耦合的峰值相 等，顶部较平坦，下降较快，有较宽的通频带和较好的 选择性。,2. 双调谐放大器的谐振曲线随耦合因子而变

5、化,1（弱耦合），曲线呈单峰形；,1（强耦合），曲线呈对称于中心频率f0的双峰；,第六章 高频电路,三、 集成高频放大器,集成高频放大器是一种集中选频滤波器和集成宽带放大器组成的小信号谐振放大器。,集成高频放大器的两种组合形式:,第六章 高频电路, L4、C6和C7组成+12V电源的型滤波电路。,实例：1590组成的集成高频放大器, C4为输入耦合电容，C5对输入信号短路；, L1C1为输入端并联谐振回路；, L2C2和L3C3为输出端互感耦合双调谐回路，均调谐在中心频率f0上，起选择信号作用；,R可降低L1C1回路的值，展宽频带；,第六章 高频电路,一、高频功率放大器的特点,第二节 高频功率

6、放大器,第六章 高频电路,二、丙类谐振功率放大器的工作原理,窄带型高频功率放大器采用具有选频功能的谐振 回路作为负载，称谐振功率放大器。,一、 高频功率放大器的特点,1. 作用：放大高频信号并获得足够大的输出功率。,2. 分类：窄带型和宽带型。,宽带型高频功率放大器采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，可实现功率合成。,第六章 高频电路,（3）输入信号较大，有较大的输出功率和较高的效 率，谐振回路的作用是从失真的集电极电流脉冲中选 出基波分量，滤出谐波成分。,3.谐振功率放大器的特点,（1）工作频率高，从几百kHz到几百MHz以上，但频带很窄。,（2）采用选频谐振回路作为负载，工作在丙类状态

7、。,第六章 高频电路,二、丙类谐振功率放大器的工作原理,1.电路结构,ui=0时， T处于截止状态。, L1C1和 L2C2为输入、输出并联谐振回路，均谐振 在工作频率f0上；, CB和CC均为高频旁路电容；, RL为负载；, UB为基极直流工作电压。 T工作在丙类状态，取UB0。,第六章 高频电路,2.基波分量的选出,高频输入信号 ubUbmcos0t,uBE =UB + ub = UB+Ubmcos0t,T的导通角180,T导通后产生的 ib和 ic均为余弦脉冲电流，波形如图（b）、（c）所示。,用付里叶级数展开，得： iC=ICO+Ic1m cos0t + Ic2m cos(20t )+

8、 Icnm cosn(n0t ),第六章 高频电路,集、射极之间的电压： uCE =UCC uCUCCUc1mcos0t 经Tr2耦合，在RL上可得不失真的输出电压 uo。,L2C2回路谐振于基波频率，iC中只有基波分量在回路两端产生较大的压降： uC RLIcmcosctUc1mcos0t,输出谐振回路有选取基波分量的作用。,第六章 高频电路,3.输出功率和效率,RL上的基波功率为,U1、I1分别为RL上基波电压、电流的有效值,电源消耗的直流功率为,输出效率为,第六章 高频电路,越大，越小，效率越高。但减小，输出功率P1减小。为兼顾P1和，一般选=60，达到90%。,为集电极电压利用系数,为

9、集电极电流利用系数,与导通角有关，越小，g1（）越大。,第六章 高频电路,一、调幅的基本概念,第三节 调幅与检波,第六章 高频电路,二、高电平调幅电路,三、二极管包络检波电路,调幅波中各个波的峰点连线（正弦虚线）称包络线，其形状和频率与调制信号相同。,一、调幅的基本概念,(a)为低频正弦调制信号；,(b)为高频载波信号；,(c)为“携带”低频调制信号的调幅波。,第六章 高频电路,设高频载波信号,低频调制信号,(cm),uc和um同时输入调幅器中，输出端得高频调幅波信号：,为调幅波中包络线的波幅与载波幅度之比，称调制系数。,第六章 高频电路,不同调制系数的调幅波：, 调制系数m1，图（a） ；,

10、 调制系数m1，包络将出现失真，称为过调幅，图(c) ；, 正常情况下，应m1 ，图(b)。,第六章 高频电路,二、高电平调幅电路,利用丙类谐振功率放大器实现调制与功放合一。,1.基极调幅电路, Tr1为高频载波输入变压器，次级线圈L2与基极相连;, C1为低频调制信号输入耦合电容;, C2为高频载波旁路电容；, L3 C3并联调谐回路，L4为调幅波输出绕组；, R1、R2为三极管的直流偏置电阻。,第六章 高频电路,2.电路工作原理, 高频载波信号经Tr1加于三极管基极，低频调制信号经C1、 L2耦合同时加于三极管基极。,第六章 高频电路, 三极管工作于非线性状态，工作点Q在特性曲线的弯曲部分

11、。Q右移时放大倍数增大；Q左移时放大倍数减小。, um相对于 uc变化缓慢，其作用相当于使三极管的工作点Q移动。, 两信号同时加于基极后，三极管的非线性变化产生新的频率分量，经L3C3的选频作用，再由L4输出，实现调幅。,第六章 高频电路,2.电路工作原理,结果：,尽管uBE为高频载波与低频调制波的线性叠加（图a），但由于三极管处于非线性工作状态，iB与 uBE不成线性关系，使 iB和 iC均为脉冲电流（图b），其峰点的包络线与调制信号的波形一致，经 L3C3调谐回路的选频，得图（c）的调幅波。,第六章 高频电路,三、二极管包络检波电路,1.检波 从调幅波中取出其包络。,2.电路组成 高频输入

12、电路、非线性元件、高频滤波电路。,第六章 高频电路,3.工作原理 线圈L1、L2组成高频输入电路，将调幅波信号 传送到二极管D的输入端； 利用二极管单向导电性和RC 低通滤波电路，滤掉高频信号，检出调制信号。,第六章 高频电路,三、鉴频电路,第四节 调频与鉴频,第六章 高频电路,一、调频的基本概念,二、调频电路,调频或调相：使高频载 波的频率或相位按照低 频调制信号的规律作相 应的变化。,(a)为调制信号；,(b)为高频载波；,(c)为调频波。,一、调频的基本概念,第六章 高频电路,调频波的幅度不变，频率随调制信号而变化；,当调制信号电压正向增大时，调频波的频率升高，对应于调制信号正峰处，频率

13、达到最高值；,当调制信号电压负向增大时，调频波的频率降低，对应于负峰处，频率达到最低值；,调制信号电压为零时，频率等于载波频率（中心频率fc）。,第六章 高频电路,设高频载波uc和低频调制信号um分别为 uc Uccosc t um Um cosmt,调频后，调制信号的角频率在载波角频率上叠加，调频波的瞬时角频率 c+（t） 为最大角频偏。,第六章 高频电路,结果： 调频波的频率随调制信号而变化， 其最大瞬时角频率为 max c， 最小瞬时角频率为 min c。,第六章 高频电路,二、调频电路,高频载波振荡器的频率,电感L不变，则 f 随C 的变化关系为,f 的相对变化与电容 C 变化的关系为

14、,若C不变，f 的相对变化随L变化的关系为,第六章 高频电路,变容二极管调频电路,L1、C1组成高频载波振荡器的并联谐振回路，C2、C3对高频载波信号短路，对直流电压U和低频调制信号隔离， L2是高频扼流圈。,当调制信号um=0时，fc取决于L1、C1及变容二极管的结电容 Cj；,当有调制信号um输入时， Cj 随um而变化。振荡器频率随调制信号电压um而变化，从而实现调频。,第六章 高频电路,三、鉴频电路,斜率鉴频器：利用谐振回路失谐的幅频特性将等幅 的调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调频-调幅， 然后用包络检波器将振幅变化检出，得到原来的低 频调制信号。,鉴频：从输入调频波中检出反映频率变

15、化的低频调制信号的过程。,第六章 高频电路,1.单失谐回路斜率鉴频器,L1C1是失谐的谐振回路； D、R、C组成二极管包络检波器。,（1）电路结构,第六章 高频电路,（2）频幅转换过程, L1C1的谐振频率为f0，调频波的中心频率fc位于L1C1回路谐振曲线的A点。, 信号频率升高时，回路输出电压u2变大，信号频率降低时，输出电压u2变小。, 调频波通过L1C1回路后，变成调频-调幅波，其包络线与低频调制信号um的波形一致。经二极管包络检波电路后，可获得原来的低频调制信号。,第六章 高频电路,2.双失谐回路斜率鉴频器,设上下两检波电路的参数一致，即C3C4，R1R2，D1=D2。,（1）电路结构,电路有三个谐振回路，输入端的LC回路谐振于调频波的中心频率fc，副边上支路L1C1回路谐振于f1（ fcf），下支路L2C2回路谐振于f2（ fcf）。,第六章 高频电路,（2）电路工作原理,设上支路检波输出电压为uo1，下支路检波输出电压为uo2，上下支路合成的总输出电压 uo uo1 uo2, 当输入的调频波频率等于fc时，两输出电压uo1 和uo2相等，总的输出电压 uouo1 uo2=0。, 当调频波频率