高频电子线路

1、高频电子线路第一章 高频电路基础1.基本内容高频电路基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与低频电路中使用的元器件频率特性是不同的。高频电路中无源线性元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器)。掌握本章内容是非常重要的。2.基本要求(1) 充分了解 高频电路基本元件 。(2) 掌握电阻(器)、电容(器)和电感(器)的物理特性 ,等效电路和电阻(器)、电容(器)和电感(器)。电阻(器)、电容(器)和电感(器)与基本计算方法。第一节 高频电路中的元器件一、高频电路中的元件（一）电阻 一个实际的电阻器,在低频时主要表现为电阻特性,但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面

2、, 而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。一个电阻 R 的高频等效电路如图 11 所示 , 其中,C R 为分布电容, L R 为引线电感,R 为 电阻。图 11 电阻的高频等效电路（二） 电容由介质隔开的两导体构成电容。 一个理想电容器的容抗为 1/(j C), 电容器的容抗与频率的关系 如图 12（b）虚线所示, 其中 f 为工作频率, =2f 。一个实际电容 C 的高频等效电路如图 12(a) 所示, 其中 Rc 为损耗电阻， Lc 为引线电感。容抗与频率的关系如图 12（b）实线所示, 其中f为工作频率, =2f 。图 1 2 电容器的高频等效电路(a) 电

3、容器的等效电路 ; （ b ）电容器的阻抗特性（三）电感理想高频电感器L的感抗为jL,其中为工作角频率。实际高频电感器存在分布电容和损耗电阻，自身谐振频率SRF。在SRF上,高频电感阻抗的幅值最大，而相角为零,特性如图13所示。图13高频电感器的自身谐振频率SRF二、高频电路中的有源器件（一）二极管半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中。（二）晶体管与场效应管（FET）在高频中应用的晶体管仍然是双极型晶体管和各种场效应管，在外形结构方面有所不同。高频晶体管有两大类型:一类是作小信号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增益和低噪声;另一类为高频功率管,其在高频工

4、作时允许有较大管耗，且输出功率较大。（三）集成电路用于高频的集成电路的类型和品种主要分为通用型和专用型两种。第二章 高频小信号放大器1. 基本内容高频小信号放大器主要用于放大高频小信号 , 属于窄带放大器。由于采用谐振回路作负载，解决了放大倍数、通频带宽、阻抗匹配等问题，高频小信号放大器又称为小信号放谐振放大器。就放大过程而言，电路中的晶体管工作在小信号放大区域中，非线性失真很小。一方面可以对窄带信号实现不失真放大，另一方面又对带外信号滤除 , 有选频作用。因此，从原理上深刻理解谐振负载的选频和阻抗变换作用，对于我们掌握本章内容是非常重要的。为了便于以后的学习，对电子器件非线性工作特性及 LC

5、 谐振网络等有关知识作扼要的补充说明。 2. 基本要求(1)充分了解高频小信号放大器的工作原理及特点。(2)掌握高频小信号放大器的电路组成、晶体管工作的内部物理机制、高频参数、高频等效电路、参数等效电路。(3)掌握高频小信号放大器放大倍数、输入阻抗、出入阻抗的计算公式的推导与使用方法。(4)充分理解高频小信号放大器的内部反馈及稳定工作条件 ,掌握消除内部反馈的原理与基本方法。(5) 掌握高频小信号放大器阻抗匹配、接入系数的概念与基本计算方法。第一节 概述一、高频小信号放大器的功能高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微

6、弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。高频小信号放大器对微弱的高频信号进行不失真的放大的输入输出波形如动画二、高频小信号放大器的分类按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放 大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;三、高频小信号放大器的主要性能指标1.电压增益与功率增益:电压增益等于放大器输出电压与输入电压之比；而功率增益等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。2. 频带宽度:放大器的电压增益下降到最大值的 倍时，所对应的频带宽度。常用2f

7、0.7来表示。3.矩形系数：矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。其定义为:K r0.1 =2 f0.1 2 f0.7 (2-1)式中，2f0.7 为放大器的通频带 ；2f0.1为放大器的电压增益下降至最大值的0.1倍时所对应的频带宽度。4.工作稳定性：指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元件参数等发生可能变化时，放大器主要性能的稳定程度。5.噪声系数：是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。第三章 高频功率放大器1. 基本内容高频功率放大器（简称高频功放）主要用于放大高频信号或高频已调波（即窄带）信号。由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频功率

8、放大器通常又称为谐振功率放大器。就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。但其效果:一方面可以对窄带信号实现不失真放大;另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，即实现非线性放大。因此，从原理上深刻了解这一特点，在电路上充分理解谐振负载的选频和阻抗变换作用以及负载、调制、放大等外部特性，对于我们掌握本章内容是非常重要的。2. 基本要求（1） 充分了解高频功率放大器的工作原理及特点。（2） 深刻理解高频功率放大器动态特性的含义，三种工作状态的特点及判别。掌握欠压、临界状态下功放性能指标的估算方法。（3） 充分理解高频功率放大器的负载特性、调制特

9、性和放大特性。（4） 了解高频功率放大器实际电路中的直流馈电方法和阻抗匹配的概念。第一节 概述一、 高频功率放大器的功能高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器,将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出, 它主要应用于各种无线电发射机中。二、 高频功率放大器的主要技术指标1.高频输出功率:输出功率 Po2.效率: 输出功率 Po /直流电源功率P=3.功率增益: 输出功率 Po/输入功率 Pi4.带宽B0.7:5.矩形系数Kr0.1:带宽B0.1/带宽B0.7 三、 高频功率放大器的分类高频功率放大器可分为窄带放大器和宽带放大器两类。例如,中波段调幅广播的载波频

10、率为(535-1605)kHz,而传送信息的相对带宽只有0.6%-1.7%,发射机中的高频功率放大器一般采用窄带选频网络为负载。而对某些特殊要求的通信机,要求频率相对变化的范围大.由于调谐系统复杂,窄带高频功率放大器的应用就受到很大的限制.采用传输线变压器作负载可构成宽带高频功率放大器.高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能小,以免对其它频道产生干扰.国际对谐波辐射规定是:(1) 对中波广播来说,在空间任一点的谐波场强不得超过基波场强的0.02%.(2) 无论电台的功率有多大,在距电台一公里处的谐波场强不得大于50v/m.在一般情况下,假如任一谐波的辐射功率不超过25mW,即可认为满足上述要求

11、.第四章 正弦波振荡器1.基本内容正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。通常，按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负载型两种，前者应用更为广泛。本章要求掌握反馈型正弦振荡的工作原理，LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器的电路组成、特点、及性能分析方法。2.基本要求1. 充分理解反馈型正弦振荡原理，即平衡条件、起振条件和稳定条件的含义，并能以此为依据分析各类振荡电路。2. 掌握LC振荡电路的构成规则。能够熟练画出各种LC三点式振荡器的交流通路，判别其类型及估算振荡频率和反馈系数。了解起振条件的估算方法及稳幅原理。3. 理解振荡器频率

12、稳定度的概念。了解影响LC振荡器频率稳定的主要因素及稳频的基本方法。4. 理解石英晶体振荡器的电抗特性及稳频原理。掌握晶体振荡器类型判别方法及其特点。5.掌握RC文氏桥振荡器的电路组成特点、振荡频率和起振条件的计算式以及常用的外稳幅措施。了解RC移相式振荡器的组成特点。第一节 概述一、振荡电路的功能在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。二、振荡电路的分类1.按振荡器产生的波形可分为：正弦波振荡器和非正弦波振荡器2.按产生振荡器的原理可分为：反馈型和负阻型三、振荡电路的主要技术指标振荡电路的主要技术指标是振荡频率、频率稳

13、定度、振荡幅度和振荡波形等。第五章 振幅调制电路1. 基本内容振幅调制是无线通信系统的重要组成部分。在连续波模拟调制中，根据调制载波的参量不同，分为振幅调制和角度调制两大类，本章只讨论振幅调制, 内容主要包括振幅调制信号分析，振幅调制的原理、实现方法及电路组成等。2 基本要求（1） 了解并掌握振幅调制的类型及已调信号的基本特性。（2） 深刻理解非线性电阻（导）器件的相乘作用及其实现信号频谱搬移的原理。（3） 充分理解时变电路中非线性器件的时变电导特性。熟悉掌握线性时变电路的分析方法。（4）掌握二极管调制器、差动管调制器的工作原理及分析方法。了解并能正确使用集成模拟乘法器。第一节 概述调制是通讯

14、系统中重要的环节。调制可分为模拟调制和数字调制两大类,模拟调制分为幅度调制、频率调制、和相位调制。一、普通调幅波的数学表达式及其频谱振幅调制的定义是用需传送的信息 去控制高频载波振荡电压的振幅，使其随调制信号线性关系变化。也就是，若载波信号电压为 ，调制信号为 ，据定义普通调幅波的振幅 为则普通调幅波的数学表示式是（5-1）设调制信号电压 为（5-2）其中 和 分别为调制信号的角频率和频率。通常满足 。根据调幅波的定义（5-3）（5-4）上式就是单频调制时的普通调幅波的表达式。式中 称为包洛函数。式中 为比例系数， 为调幅指数。普通调幅波的波形如图5-1所示。图5-1从图中可以看到，已调幅波的

15、包络形状与调制信号一样，称为不失真调制。从调幅波的波形上看出包洛的最大值 和最小值 ，为（5-5）（5-6）可得（5-7）有上式可以看出，不失真调制时 ，如 ，则会产生失真，这种情况称为过调，其波形如图5-2所示图5-2 过调波形调幅波的波形随 的变化如动画D5为了说明调制的特征，还常用频域地表示法，即采用频谱图。对式5-4可用三角公式展开为（5-8）这表明单音信号调幅波由三个频率分量组成，即载波分量 ，上边频 ，下边频 ，其频谱如图5-3所示。图 5-3显然，载波分量并不包含信息，调制信号的信息只包含在上，下边频分量内，边频的振幅反映了调制信号的幅度的大小，边频的频率虽属与高频的范畴，但反映

16、了调制信号频率与载波的关系。实际上，调制信号是包含多个频率比较复杂的信号。如调幅广播所传送的语音信号频率约为50HZ至3.5kHZ,经调制后，各个语音频率产生各自的上边频和下边频，叠加后形成所谓的上边频带和下边频带，如图5-4所示图 5-4因为上下边频幅度相等且成对出现，所以上下频带的频率分布相对载波式对称的。其数学表达式为(5-9)二、普通调幅波的功率关系为了分清调幅波中个频率分量的功率关系，通常将调幅波电压加在电阻R端，电阻R消耗地各频率分量对应的功率可表示为（1）载波频率 (5-10)（2）每个边频功率(5-11)（3）调制一周内的平均总功率(5-12)上式表明，调幅波的输出功率随 的增

17、大而增大。当 =1时，包含信息的上下边频功率值之和只占总输出功率的1/3，从能量的观点看，这是一种浪费。三、 制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号因为载波本身并不包含信息，而且还占有较大的功率，为了减小不必要的功率浪费,可以只发射上、下边频,而不发射载波,称为抑制载波的双边带调幅信号,用DSB表示。这种信号的数学表示式为(5-13)与普通调幅波相比,双边带调幅信号的振幅为 , 普通调幅波高频信号的振幅为 , 显然 ,ma1的条件下,双边带的振幅可正可负,而普通调幅波的振幅不可能出现负值。因此单频调制的双边带信号波形如图5-5所示。图 5-5双边带信号的包络仍然是随调制信号变化的,但它的包络已

18、不能完全准确地反映低频调制信号的变化规律。双边带信号在调制信号的负半周,已调波高频与原载频反相,调制信号的正半周,已调波高频与原载频同相。也就是双边带信号的高频相位在调制电压过零点处要突变180度。另外,双边带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的为2Fmax.因为双边带信号不包含载波,它的全部功率都为边带占有,所以发送的全部功率都载有信息,功率有效利用率高于AM制。因为两个边带的任何一个边带已经包含调制信号的全部信息，所以可以进一步把其中的一个边带抑制掉,而只发射一个边带,这就是单边带调幅波,用SSB表示。其数学表示式为(5-14)从上式看出,单边带调幅波的频谱宽度只有两边带的一半,其频

19、带利用率高,在通信系统中是一种常用的调制方式。对于单频调制的单边带信号,它仍是等幅波,但它与原载波电压是不同的,它含有传送信息的特征。第六章 调幅信号的解调1. 基本内容调幅信号的解调是调制的逆过程。本章主要内容包括振幅调制信号的解调原理、实现方法及电路等。2 基本要求（1） 理解并掌握调幅信号解调的原理、类型及实现模型。（2） 掌握二极管包络检波器的工作原理和性能参数的估算方法。（3） 掌握乘积型和叠加型同步检波器的组成原理及分析方法。第一节 概述信号的解调是振幅调制的相反过程，是从已调高频信号中取出调制信号。通常将这种解调称为检波。完成这种解调的电路称为振幅检波器。一、检波电路的功能检波电

20、路的功能是从调制信号中不失真的解调出原调制信号。当输入信号为高频等幅波时，检波器输出电压为直流电压。当输入信号为脉冲调制调幅信号的时，检波器输出电压为脉冲波。从信号的频谱来看，检波电路的功能是将已调波的边频或边带信号频谱般移到原调制信号的频谱处。二、检波电路的分类检波电路可分为两大类，包络检波和同步检波。包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的波形特点，显然只适合于普通调幅波的解调。同步检波主要应用于双边带调幅波和单边带调幅波的解调。三、检波电路的主要技术指标1. 检波电路的电压传输系数检波电路的电压传输系是指检波电路的输出电压和输入电压振幅之比。 2. 等效输入电阻等

21、效输入电阻定义为输入等幅高频电压的振幅与输入高频电流的基波分量振幅的比值。3. 非线性失真系数4.高频滤波系数高频滤波系数定义为，输入高频电压的振幅与输出高频电压的比值。第七章 角度调制电路1 基本内容保持载波的振幅不变，使其频率或相位按调制信号规律变化，分别称为频率调制（FM）和相位调制（PM），由于两种调制都使载波的总相角发生调变，因而统称为角度调制。本章讨论的主要内容包括调角波信号分析、角度调制的原理、实现方法及电路。2 基本要求 （1）掌握调频波和调相波的频率、相位随调制信号的变化规律。充分理解调角波的频谱结构、带宽及能量分布。（2）深刻理解调角波参数：最大频偏和调频（相）指数的含义以

22、及与调制信号的关系。（3）理解似稳态条件下直接调频的原理。掌握变容二极管直接调频电路的组成及分析方法。了解电抗管调频及压控张弛振荡器实现调频的原理。（4）掌握间接调频的原理。理解矢量合成法、可变移相法和可变时延法的调相原理及实现模型。掌握移相式变容二极管间接调频电路的组成及分析方法。（5）理解调频的主要性能指标。了解扩展调频波最大频偏的方法。第一节概述通信、广播电视、导航、雷达、遥测遥控等是利用电磁波来转送信息的。与振幅调制一样，角度调制也是无线电传送信息的重要方式。一、 角度调制电路的分类与功能角度调制是高频振荡的振幅Um保持不变，而角度却以一定的关系随调制信号u(t)改变。如果振荡的瞬时角

23、频率作线性变化，则已调波称为调频波。这种调制称为频率调制，常用PM表示；如果振荡的瞬间相位随u(t)作线性变化，则已调波称为调相波。这种调制称相位调制，常用PM表示。这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬时相角受到调制，故将FM和PM统称为角度调制。频率调制电路的功能是使高频振荡电路在调制信号u(t)的控制下，输出振幅不变而瞬时频率随调制信号u(t)线性变化的调频波。相位调制电路的功能是使高频振荡电路在调制信号u(t)的控制下，输出振幅不变而瞬时相位随调制信号u(t)线性变化的调相波。二、 角度调制的特点与用途与振幅调制相比，角度调制具有抗干扰能力强和较高的载波功率利用系数等优点，但占有更宽的传送

24、频带。调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等；调相主要用于数字通信系统中的移相键控。第八章 调角信号的解调电路 1.基本内容频率调制（FM）和相位调制（PM）都使载波的总相角发生调变，统称为角度调制。本章讨论的主要内容包括调角波的解调原理、实现方法及电路。2基本要求（1） 深刻理解斜率鉴频和相位鉴频的原理。了解鉴频指标：鉴频特性、鉴频灵敏度。（2） 掌握乘积型和叠加型鉴相原理和实现方法。了解鉴相指标：鉴相特性，鉴相范围和鉴相灵敏度。（3） 掌握集成斜率鉴频器的工作原理及鉴频特性。了解单失谐和双失谐回路的斜率鉴频器。（4） 掌握乘积型相位鉴频器和互感耦合叠加型相位鉴频器的工作原理及其

25、鉴频特性。了解比例鉴频器的电路原理及特点。（5） 对具有理想频幅转换的斜率鉴频器和理想频相转换的相位鉴频器，应掌握其鉴频特性的定量分析。第一节 概述一、 调角信号解调电路的功能调角信号解调电路的功能是从调角波中取出原调制信号。对于调相波的解调电路,是从调相波中取出原调制信号,即输出电压与输入信号的瞬时相位偏移成正比,又称为鉴相器。对于调频波的解调电路来说,是从调频波中取出原调制信号,即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比,又称为鉴频器。二、主要技术指标鉴相器的主要指标是:(1)鉴相特性曲线,即鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系。通常要求是线性关系。(2)鉴相跨导,鉴相器输出电压与输

26、入信号的瞬时相位偏移的关系的比例系数。(3)鉴相线性范围,通常应大于调相波最大相移的二倍。(4)非线性失真,应尽可能小。第九章 变频电路1. 基本内容变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。本章主要讨论变频在外差式接收机中的作用、变频器（或混频器）的工作原理、电路组成、分析方法及混频干扰等问题。2. 基本要求（1） 了解变频器（或混频器）的作用及意义;（2） 理解变频器（或混频器）工作原理;（3） 掌握变频器（或混频器）的电路组成、分析方法;（4） 了解混频干扰等问题。第一节 概述一、 变频电路的功能变频电路是时一种频率变换电路。

27、它的功能是将已调波的载波频率变换成固定的中频载波频率，而保持其调制频率变。它有两个输入电压,输入信号us和本地振荡信号uL,其工作频率分别为fc和fL,输出信号为uI称为中频信号,其频率是fc和fL的差频或和频,称为中频fI,fI=fLfc。图（9-1）二、 变频器的组成设输入到混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为us=Uscostcosct-（9-1）uL=ULcosLt-（9-2）这两个信号的乘积为图（9-2）混频器的组成框图本振为单一频率信号,其频谱为FL()=(-c)+(+c)-（9-4）输入信号为己调波,其频谱为Fs(),则图（9-3）混频过程中的频谱变换(a)本振频谱 (b)信号频谱 (c)输出频谱三、 混频器的主要性能指标(一) 变频增益变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电压振幅Us之比,即同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信号功率Ps之比,即(二) 噪声系数混频器的噪声系数NF定义为(三) 失真与干扰变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外,还会产生各种非线性干扰,如组合频率、交*调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。所以,对混频器不仅要求频率特性好,而且还要求变频器工作在非线性