北京邮电大学《通信电子电路》第2章_高频放大电路(1)_唐恬

1、通信电子电路高频放大电路(1)北京邮电大学信息与通信工程学院唐 恬2009-2010学年第2学期2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)2本次教学内容o 2.1 高频电路中的元器件o 2.2 谐振回路的基本特性o 总结2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)3本次教学重点o 2.2节全是重点2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)4课程内容简介2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)52.1.1 高频电路中的无源器件电阻o 电阻的高频等效电路包括分布电容和引线电感o 表贴电阻的高频特性优于绕线电阻2009-2010

2、学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)62.1.1 高频电路中的无源器件课外知识：元件的焊接o 过孔、表贴等封装：波峰焊：o BGA等封装，回流焊：2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)72.1.1 高频电路中的无源器件电容o 电容的高频等效电路如图所示，高频时，电容呈感性。电容容量越大，这种现象越明显o 如何理解这句话？：在滤波电容的使用上常用不同量级的电容并联来拓宽应用频率范围2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)82.1.1 高频电路中的无源器件电感o 电感的高频(中、短波频段)等效电路如下o 定义无功功率：电抗元件的储能；有功功率：电阻元

3、件的耗能。则可定义品质因数Q来衡量电感性能：Q=无功功率/有功功率。对电感来说：22ILLQI rr2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)92.1.2 高频电路中的有源器件二极管o 在高频电路中，二极管主要用于非线性变换电路：检波、调制、解调和混频等o 利用二极管反偏时等效电容随偏置电压变化的特点-变容二极管o PIN二极管：在PN结之间插入未掺杂的I层，改善二极管高频特性2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)102.1.2 高频电路中的有源器件双极型晶体管和场效应管o 主要可分为2类：n 高频小信号放大：高频小功率管，要求高增益、低噪声。双极型放大

4、管工作频率可达几GHz，噪声系数几分贝。场效应管能达到十几GHz。n 高频功率放大：除要求增益大以外，还要求在高频能有较大功率输出。2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)112.2 谐振回路的基本特性o 谐振回路(LC谐振)的作用n 作为选频、移相、相频变换、阻抗变换网络o 简单谐振回路n 由一个电感和一个电容组成的谐振回路。若可通过电感串、并联以及电容串、并联变换将电路转换为一个电感和一个电容的谐振回路，也算作单谐振回路2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)122.2.1 LC谐振回路的基本特性串联谐振(1)o 以电压源分析LC串联谐振()1()(

5、 ) |()|SSjSZjrjLCrjXZje221( )1()1( )arctanSSXLCZjrLCLCro 当=0= 时X=0，此时回路发生谐振，称0为谐振角频率,称r为谐振电阻1/LC2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)132.2.1 LC谐振回路的基本特性串联谐振(2)o 谐振时，空载回路电流为：00/SSrVrIIIVo 定义回路品质因数Q0为回路谐振时的感抗或容抗与损耗电阻的比值: 0 L/r或1/ 0 Cr。0000SLSjLjLjV QrVVIo 谐振时电容上的电压为：0001CSjQjC VIVo则谐振时电感上的电压为：2009-2010学年第2学期

6、通信电子电路高频放大电路(1)142.2.1 LC谐振回路的基本特性串联谐振(3)o 谐振时电感线圈上的电压近似等于电感上的电压o 由 、 可知：n LC串联回路谐振时，电感和电容上的电压均为信号源电压的Q0倍，但是相位相反，因此串联谐振也称为电压谐振0LSjV QV0CSjQ VV2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)152.2.1 LC谐振回路的基本特性串联谐振(4)o LC串联谐振的频率特性如下图所示o 容性或感性即是指相移特性，相位提前为感性，反之即为容性。可用相移特性实现移相网络2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)162.2.1 分析LC

7、串联谐振回路基本特性的小结2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)172.2.1 LC谐振回路的基本特性并联谐振(1)o 以电流源分析LC并联谐振11()()111PZjrj LrjLj CCLCCrrjLjCCLL11()PPPCrYjjCGjBZLLPLRCrn 为并联谐振回路的谐振电阻2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)182.2.1 LC谐振回路的基本特性并联谐振(2)o 空载回路电压为：o 流过电容的电流为(Q0是空载品质因数)：1SSPCrYjCLLIIVo 当=0= 时：回路阻抗变为纯电阻且达到最大值：1/LC/PPZRL Cr0001

8、CPSSjCLjjQrIVIISPSPLGCrIVI2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)192.2.1 LC谐振回路的基本特性并联谐振(3)o 当0 Lr时，流过电感的电流为：0SS0PPLSS0000LjjjjQCrr+ jLjLCrrLL IIVVIIIn LC并联回路谐振时，电感和电容上的电流为信号源电流的Q0倍，但是相位相反，因此并联谐振也称为电流谐振2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)202.2.1 LC谐振回路的基本特性并联谐振(4)o LC并联谐振的频率特性如下图所示：2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)21

9、2.2.1 LC串、并谐振回路基本特性的小结o 见表2.2.1，表中尤其应关注以下指标对比：n 谐振角频率、品质因数Q0、阻抗特性（何时为感性、容性、纯电阻）o 注意两种回路的空载品质因数实际上是等效的，但是以下两种公式更易记忆，也适合后续推广到实际电路计算：n 串联LC： 0 L/rn 并联LC：Rp/ 0 L2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)222.2.1 关于谐振和Q值的进一步说明o 谐振时，信号源和回路电抗原件不交换能量，而是电感与电容相互交换能量，即电容的无功功率等于电感的无功功率o 定义回路谐振时的特性阻抗为：n 串联回路：n 并联回路：001/LCL C

10、/PPRRQL C/L CQrr2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)232.2.1 实际谐振回路品质因数的计算o 考虑信号源内阻与负载电阻的电路如图所示o 有载品质因数QL：000/1()LsLsLPLsLPLQRRrRRRQL GGGL串联并联o 可见QLQ02009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)242.2.1 例2.2.1：并联谐振回路Q值的计算o 如下图所示6121100 10100100 1010PPLRkGCr/ / /100/ /100/ /5025SPLRRRRk612100 101100 10LkC25LRQ25SVI RV2009

11、-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)252.2.2 部分接入回路自耦变压器耦合连接o 部分接入回路即是一种阻抗变换电路12LLL12NNNo 当电路发生谐振时，若回路满足高Q值条件，即 时，有：02LRL022012()LLNLLNVVV2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)262.2.2 部分接入回路自耦变压器耦合连接o 利用电源提供功率不变原则，P1=P22222122|22|2LLLLNPRNRPRVVV22LLNRRNo 设接入系数为 ，有：22LNpLN2LLRRp易知p=1，可见部分接入提高了Q值2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放

12、大电路(1)272.2.2 部分接入回路电容分压耦合连接o 与自耦变压器耦合接入类似：此时接入系数为：112CpCC2LLRRpo 其他参量等效变换如下222/LLLLLLssssgp gXXpCp CIpIVVp2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)282.2.2 部分接入回路例题2.2.2220000.5/400/2000.5/100LCssLLLCsLsPppRRpkRRpkIp ImARQLQL Ck/57sLPRRRRk057RCQRLL28.5sVI RV014.25CVp VV2009-2010学年第2学期通信电子电路高频放大电路(1)292.2.2 部分接入回路再次强调o 注意接入系数的来源o 注意电容分压耦合时的接入系数计算o 注意电容串、并联时的总的容值计算o 注意信号源及负载的电压、电流也需要变换o 改变电路Q值时可通过改变接入系数或负载值来间接改变Q值，但注意改变接入系数时很容易导致谐振频率的改变o 部分接入的缺点是什么？2009-2010