高频电子线路复习

1、高频与射频线路高频与射频线路第二章第二章 选频网络选频网络掌握串联与并联谐振回路的分析方法与主要掌握串联与并联谐振回路的分析方法与主要性能：回路阻抗与导纳，谐振条件，通频带，性能：回路阻抗与导纳，谐振条件，通频带，Q值的意义；值的意义；掌握串联与并联谐振回路的阻抗互换与抽头掌握串联与并联谐振回路的阻抗互换与抽头的阻抗变换；的阻抗变换；熟悉互感耦合回路的主要性能：反射阻抗的熟悉互感耦合回路的主要性能：反射阻抗的物理意义；物理意义；学习内容学习内容 高频电路中高频电路中: 电感线圈等效为电感电感线圈等效为电感L和损耗电阻和损耗电阻R的串联；的串联； 电容器等效为电容电容器等效为电容C和损耗电阻和损

2、耗电阻r的并联。的并联。 通常，在高频电路中相对于电感线圈的损耗，通常，在高频电路中相对于电感线圈的损耗，电容电容的损耗很小，可以忽略不计。的损耗很小，可以忽略不计。电感等效电感等效电容等效电容等效基本元件：基本元件： 电感电感 电容电容 由电感线圈和电容器组成的单个谐振电路，由电感线圈和电容器组成的单个谐振电路，称为称为单谐振回路单谐振回路。 Is C L R + C Vs L R 串联谐振回路串联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路信号源与电容电感串接信号源与电容电感串接信号源与电容电感并接信号源与电容电感并接2.12.1串联谐振回路串联谐振回路2.1.12.1.1基本原理与特性基本原理与特性

3、电路阻抗：电路阻抗： （2.1.12.1.1）X X为回路电抗：为回路电抗： 串联谐振回路串联谐振回路 + C Vs L R jL1/(jC) 回路电流：回路电流：（2.1.42.1.4）O电抗电抗X 容性容性感性感性串联振荡回路电抗与频率关系串联振荡回路电抗与频率关系 讨论：讨论： + C Vs L R 在串联谐振时有在串联谐振时有 串联谐振频率串联谐振频率 （2.1.5）串联振荡回路阻抗与频率关系串联振荡回路阻抗与频率关系 阻抗在某一特定频率阻抗在某一特定频率（谐振（谐振状态）状态）上具有最小值上具有最小值（电流达（电流达到最大值）到最大值），而偏离此频率时，而偏离此频率时阻抗将迅速增大。

4、阻抗将迅速增大。串联振荡回路的谐振特性：串联振荡回路的谐振特性：Z （谐振条件）（谐振条件） 此时此时 1. （2.1.7） （2.1.8） + C Vs L R 2. 2.1.22.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带回路中电流幅值与外加电压频率之回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线称为间的关系曲线称为谐振曲线谐振曲线。 （2.1.92.1.9） 串联振荡回路的谐振曲线串联振荡回路的谐振曲线可知：可知：Q越高，谐振曲线越尖锐，对越高，谐振曲线越尖锐，对外加电压的选频作用越显著，回路外加电压的选频作用越显著，回路的选择性就越好。的选择性就越好。 （2.1.1

5、02.1.10） + C Vs L R （2.1.11） 因此，式（因此，式（2.1.10） 可写为可写为 （2.1.13） 研究谐振点附近的曲线，以衡量谐振曲线的尖锐程度研究谐振点附近的曲线，以衡量谐振曲线的尖锐程度 表示频率偏离的程度，表示频率偏离的程度，失谐失谐（detuning） 2.1.13 2.1.13 使用条件使用条件 为了衡量谐振回路的选择性，引入为了衡量谐振回路的选择性，引入通频带通频带的概念：的概念： 串联振荡回路的通频带串联振荡回路的通频带 通频带：通频带： （2.1.14）或或 即有：即有： 上两式相减：上两式相减： 或或 （2.1.14） 由上式可见：由上式可见：通频

6、带与回路通频带与回路Q值成反比，值成反比，Q越高，谐振曲线越高，谐振曲线越尖锐，回路选择性越好，但通频带越窄。越尖锐，回路选择性越好，但通频带越窄。 通频带、品质因数、谐振频率通频带、品质因数、谐振频率三者关系三者关系串串联联谐谐振振电电路路电路总阻抗：电路总阻抗： （2.1.15） + C Vs L R RL Rs 选频网络 信号源内阻与负载的影响：信号源内阻与负载的影响：2.1.32.1.3串联振荡回路的相位特性曲线串联振荡回路的相位特性曲线 由由得得 a ar rc ct ta an n2 2a ar rc ct ta an na ar rc ct ta an na ar rc ct t

7、a an n0 00 00 0 Q QQ QR RX XQ越大曲越大曲线越陡峭线越陡峭2.22.2并联谐振回路并联谐振回路串联谐振回路适用于低内阻电源（理想电压源）串联谐振回路适用于低内阻电源（理想电压源）并联谐振回路适用于高内阻电源并联谐振回路适用于高内阻电源2.2.12.2.1基本原理与特性基本原理与特性并联振荡回路并联振荡回路 （2.2.12.2.1） （2.2.22.2.2） （高（高Q条件）条件） Is C L R + +- - 并联回路电压：并联回路电压： （2.2.32.2.3） （低（低Q情况）情况） 采用采用导纳导纳分析并联振荡回路及其等效电路比较方便，为此引分析并联振荡回路

8、及其等效电路比较方便，为此引入并联振荡回路的导纳。入并联振荡回路的导纳。 Is C L G （2.2.4） 高高Q Is C L R +- 并联回路电压幅值：并联回路电压幅值： 回路电纳为零时，回路电纳为零时，电压与电流同相，电压与电流同相，且最大，且最大，并联谐振并联谐振 O电纳电纳 容性容性感性感性并联振荡回路电纳与频率关系并联振荡回路电纳与频率关系 讨论：讨论： Is C L G 在并联谐振时有在并联谐振时有 并联谐振频率为并联谐振频率为 （2.2.6） 并联振荡回路导纳与频率关系并联振荡回路导纳与频率关系导纳在某一特定频率导纳在某一特定频率（谐振状态）（谐振状态）上具有最小值上具有最小

9、值（电压达到最大值）（电压达到最大值），而偏离此频率时将迅速增大。而偏离此频率时将迅速增大。并联振荡回路的谐振特性：并联振荡回路的谐振特性： （谐振条件）（谐振条件） 谐振电阻谐振电阻 谐振时导纳最小，阻抗谐振时导纳最小，阻抗最大，且为纯电阻最大，且为纯电阻 （2.2.9） 回路中电容、电感支路的电流分别为：回路中电容、电感支路的电流分别为： （2.2.11） （2.2.12） 2.2.22.2.2并联振荡回路的谐振曲线和通频带并联振荡回路的谐振曲线和通频带 并联振荡回路两端的回路电压为：并联振荡回路两端的回路电压为： 并联谐振曲线表示式并联谐振曲线表示式并联相位特性曲线表示式并联相位特性曲线

10、表示式故故 与（与（2.1.13）(2.1.17)比较，等式的右边相同，所以并联振比较，等式的右边相同，所以并联振荡回路的谐振特性和相位特性与串联回路荡回路的谐振特性和相位特性与串联回路相同相同。 同样，其通频带为同样，其通频带为 （2.2.18） 通频带与回路通频带与回路Q值成反比，值成反比，Q越高，谐振曲线越尖锐，回越高，谐振曲线越尖锐，回路选择性越好，但通频带越窄。路选择性越好，但通频带越窄。 串联振荡回路的谐振曲线串联振荡回路的谐振曲线 并联振荡回路的谐振曲线并联振荡回路的谐振曲线注注意意纵纵坐坐标标2.2.32.2.3信号源内阻和负载电阻的影响信号源内阻和负载电阻的影响 Is C L

11、 RS RP RL 考虑信号源内阻考虑信号源内阻R S和负载电阻和负载电阻R L，如右图所示：如右图所示：将电阻写为电导：将电阻写为电导： 回路的回路的等效品质因数等效品质因数： 改写为改写为 回路固有回路固有品质因数品质因数 2.3 2.3 串、并联阻抗的等效互换与串、并联阻抗的等效互换与 回路抽头时的阻抗变换回路抽头时的阻抗变换2.3.12.3.1串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换所谓所谓等效等效，就是指电路工，就是指电路工作在作在某一频率某一频率时，不管其时，不管其内部的电路形式如何，从内部的电路形式如何，从端口看过去其阻抗或者导端口看过去其阻抗或者导纳是相等的。纳是相等的。串

12、、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换 故有：故有： （2.3.1） （2.3.2）尽管电路形式变化，但是二者的品质因数应该相等尽管电路形式变化，但是二者的品质因数应该相等 （2.3.7）由阻抗相等：由阻抗相等：由导纳相等：由导纳相等： （2.3.3）（2.3.4）因此，式（因此，式（2.3.1）、（）、（2.3.2）改为：）改为： （2.3.8）（2.3.9）当当Q较大（大于较大（大于10），则上式近似为：），则上式近似为： （2.3.12） （2.3.13）结论：结论： 当当Q足够大时，串联电路与并联电路等效转换时足够大时，串联电路与并联电路等效转换时2）串联电抗变为同性质的并联电抗（

13、相等）。）串联电抗变为同性质的并联电抗（相等）。 （2.3.10）（2.3.11）2.3.32.3.3抽头式并联谐振电路的阻抗变换抽头式并联谐振电路的阻抗变换 a c cC C L Lc cC C 电容抽头电路电容抽头电路 （2.3.242.3.24） 次级等效电路的两种形式次级等效电路的两种形式2.2.4 2.4 耦合回路耦合回路初级初级等效等效电路电路 2.5.2 2.5.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器 JT 在石英晶体两个管脚加交变电在石英晶体两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述

14、物理现象称为生交变电场，上述物理现象称为压电效应压电效应 通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产某一特定值时，机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共振，称之为生共振，称之为压电振荡压电振荡石英谐振器的符号石英谐振器的符号 C0 rq Cq Lq b a 基频等效电路基频等效电路 （2.5.32.5.3） （2.5.42.5.4） 高频与射频线路高频与射频线路第三章第三章 高频小信号放大器高频小信号放大器学习内容学习内容 3.13.1概述概述高频放大器与低频放大器高频放大器与低频放大器区

15、别区别中心频率：中心频率： 低频放大器：几十低频放大器：几十Hz几十几十kHz； 高频放大器：几百高频放大器：几百kHz几百几百MHz； 频带带宽：频带带宽： 低频放大器：相对带宽宽；低频放大器：相对带宽宽； 高频放大器：相对带宽窄；高频放大器：相对带宽窄； 负载类型：负载类型： 低频放大器：电阻、变压器等；低频放大器：电阻、变压器等； 高频放大器：选频网络；高频放大器：选频网络； 高频小信号放大器的高频小信号放大器的特点特点：1、工作频率较高、工作频率较高 中心频率一般在几百中心频率一般在几百kHz几百几百MHz； 频带宽度相对中心频率很小；频带宽度相对中心频率很小；2、小信号、小信号 信号

16、较小（几百毫瓦），所以信号较小（几百毫瓦），所以工作在线性范围内工作在线性范围内(甲类放大器甲类放大器)。BEvCi把这一段把这一段近似看作近似看作一段直线一段直线高频小信号放大器高频小信号放大器分类分类按所用的材料分类：按所用的材料分类： 晶体管（晶体管（BJT) 场效应管（场效应管（FET) 集成电路（集成电路（IC)按频谱宽度：按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器窄带放大器和宽带放大器按电路形式：按电路形式：单级放大器和多级放大器单级放大器和多级放大器按负载性质：按负载性质： 谐振放大器（电抗性负载）谐振放大器（电抗性负载） 非谐振放大器（纯电阻性负载）非谐振放大器（纯电阻性负载）高频小信

17、号放大器的高频小信号放大器的主要要求主要要求：增益要高；增益要高；频率选择性要好；频率选择性要好；工作稳定可靠；工作稳定可靠；噪声系数要小；噪声系数要小；高频小信号放大器高频小信号放大器一般作为接收机系一般作为接收机系统中前置放大器统中前置放大器高频小信号放大器的高频小信号放大器的主要质量指标主要质量指标u 增益（放大倍数）增益（放大倍数）电压增益：电压增益： 功率增益：功率增益： 用分贝（用分贝（dB）表示：）表示： 举例：若一个放大器增益为举例：若一个放大器增益为40dB，其实际电压放大，其实际电压放大 倍数是多少？功率呢？倍数是多少？功率呢？解：解： 电压放大倍数：电压放大倍数： 功率放

18、大倍数：功率放大倍数： 由由 u 通频带通频带 放大器电压增益的频率特性曲线放大器电压增益的频率特性曲线 u 选择性选择性定义：定义：表示放大电路从混合信号（有用信号与干扰表示放大电路从混合信号（有用信号与干扰信号的叠加信号）中选出有用信号，并抑制干扰信信号的叠加信号）中选出有用信号，并抑制干扰信号的能力。号的能力。矩形系数越小，曲线越接近矩形，矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择性越好，矩形系数理想值为选择性越好，矩形系数理想值为1衡量指标衡量指标矩形系数矩形系数抑制比抑制比矩形系数矩形系数 （3.1.1） 若用若用dB表示：表示：放大器电压增益的频率特性曲线放大器电压增益的频率特性曲线 外界

19、条件变化时放大器主要指标（如增益、通频带、外界条件变化时放大器主要指标（如增益、通频带、中心频率等）中心频率等）稳定程度稳定程度。不稳定的极限情况是不稳定的极限情况是自激自激（无规则、失控）。（无规则、失控）。u 工作稳定性工作稳定性提高稳定性，避免自激的措施有提高稳定性，避免自激的措施有 合理选择器件、合理设计合理选择器件、合理设计PCB布局布线布局布线 单级的增益不要过高单级的增益不要过高 加入稳定电路（如负反馈电路）等加入稳定电路（如负反馈电路）等u 噪声系数噪声系数定义：定义：高频小信号高频小信号放大器放大器 一般用一般用dB表示：表示： 3.23.2晶体管高频小信号等效电路和参数晶体

20、管高频小信号等效电路和参数等效方法等效方法 形式等效电路（如形式等效电路（如y参数、参数、h参数）参数） 物理模拟等效电路（物理模拟等效电路（参数参数）称为输出交流短路时的称为输出交流短路时的输入导纳输入导纳称为输出交流短路时的称为输出交流短路时的反向传输导纳反向传输导纳称为输出交流短路时的称为输出交流短路时的正向传输导纳正向传输导纳 称为输出交流短路时的称为输出交流短路时的输出导纳输出导纳 （3.2.1） （3.2.2） bce 3.2.13.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）形式等效电路（网络参数等效电路） （3.2.1） （3.2.2）yieyoeyreVceyfeVbe+Vbe-

21、+Vce-ibicy参数等效电路参数等效电路用三极管引脚用三极管引脚b、c、e来表示。来表示。y参数第二个脚标参数第二个脚标e表示共射极表示共射极电路的若为共基极或共集电极电路的若为共基极或共集电极电路，则第二个脚标即用电路，则第二个脚标即用b或或c。yiyo bce 晶体管放大器及其晶体管放大器及其y参数等效电路参数等效电路 （3.2.3） （3.2.4） （3.2.5）由上三式可得由上三式可得 即：即： （3.2.6）（说明内部有反馈）（说明内部有反馈）加入外电路构成放大器加入外电路构成放大器 晶体管放大器及其晶体管放大器及其y参数等效电路参数等效电路 （3.2.3） （3.2.4） （3

22、.2.7）由上三式可得由上三式可得 即：即： （3.2.9）（说明内部有反馈）（说明内部有反馈）放大器放大器电压增益电压增益晶体管放大器及其晶体管放大器及其y参数等效电路参数等效电路 解得：解得： （3.2.10）晶体管正向传输导晶体管正向传输导纳越大，则放大器纳越大，则放大器增益越大；增益越大；若导纳参数均为实若导纳参数均为实数，则放大器输入、数，则放大器输入、输出电压输出电压相位反向相位反向。 yieyoeyre V2yfeV1giegoeyre V2yfeV1CieCoe 形式等效电路的形式等效电路的优点：优点： 未涉及器件内部的物理过程，适合未涉及器件内部的物理过程，适合任何四端（或三

23、端）器件任何四端（或三端）器件缺点：缺点：未考虑器件内部的物理过程未考虑器件内部的物理过程一个电导一个电导g与与一个电容一个电容C的并联的并联不同晶体管参数不同；不同晶体管参数不同；同一晶体管由直流工作点的电压、电流相关。同一晶体管由直流工作点的电压、电流相关。 3.2.2 3.2.2 混合混合等效电路等效电路 CberbbCbcrbcrberce 根据物理结构，分析根据物理结构，分析寄生电容、电阻寄生电容、电阻, 画出等画出等效电路，用效电路，用RLC表示。表示。优点：优点：各元件在很宽各元件在很宽频率范围内保持常数频率范围内保持常数反馈反馈 自激自激共基共基 降增益降增益3.2.33.2.

24、3混合混合等效电路参数和等效电路参数和y y参数等效电路的转换参数等效电路的转换rbbCbcrce yiyo rbbCbcrce 以以b，b，c三个节点列出节点电流方程：三个节点列出节点电流方程： （3.2.133.2.13）（3.2.143.2.14）（3.2.153.2.15） （3.2.22） （3.2.23） （3.2.24）（3.2.25） （3.2.26） （3.2.27） （3.2.28） （3.2.29） 3.2.4 3.2.4 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 f0 2/0 f截止频率截止频率 Tf特征频率特征频率 13.33.3单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器1.多

25、级分单级多级分单级2. 静态分析静态分析3. 动态分析动态分析4. 整合系统整合系统 高频小信号放大器的电路分析步骤：高频小信号放大器的电路分析步骤：多级单调谐放大器的部分电路多级单调谐放大器的部分电路1.多级分单级多级分单级 前级放大器是本级放大器的前级放大器是本级放大器的信号源信号源 后级放大器是本级放大器的后级放大器是本级放大器的负载负载单级单调谐放大器的部分电路单级单调谐放大器的部分电路45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 画出直流电路，其简化规则：画出直流电路，其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感

26、短路。 2.静态分析静态分析Rb1Rb2ReVCC单调谐放大器电路与其直流电路单调谐放大器电路与其直流电路 3.动态分析动态分析45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCCTTr1Tr2321C45yL单调谐放大器电路与其交流电路单调谐放大器电路与其交流电路 单调谐回路谐振放大器的单调谐回路谐振放大器的 原理性电路与等效电路原理性电路与等效电路 实际电压增益：实际电压增益： NNp11NNp22紧耦合紧耦合转换抽转换抽头形式头形式电路折算电路折算1L1235+-Co1go1gi2Ci2 12+- GpC1211oogpg+-抽头抽头等效等效1211ooCpC2222iigpg

27、1LC13pG2222iiCpC 电路折算电路折算NNp11NNp221L1235+-Co1go1gi2Ci2 12+- GpC 其中：其中： （3.3.3） +- 131211oogpg+-1211ooCpC2222iigpg2222iiCpC 1LC13pG 根据谐振条件根据谐振条件谐振时总导纳虚部为谐振时总导纳虚部为0即：即： （3.3.4）+- 13 Gp11ifeVyp121ogp222igp谐振时简化等效电路谐振时简化等效电路 为了获得最大功率增益，为了获得最大功率增益，晶体管的输出导纳应该晶体管的输出导纳应该与负载导纳相匹配与负载导纳相匹配,匹配匹配条件为：条件为： （3.3.5

28、） （3.3.6）带入（带入（3.3.4）式，得：）式，得： （3.3.8）13 由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且用处由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且用处不大，故不大，故这里这里讨论谐振时的功率增益：讨论谐振时的功率增益：Gp11ifeVyp121ogp222igp谐振时简化等效电路谐振时简化等效电路 +- 13Gp11ifeVyp121ogp222igp+- 13因此：因此： （3.3.9）下级输入下级输入本级输入本级输入若两级采用相同晶体管，则：若两级采用相同晶体管，则： 因此：因此： （3.3.10） （3.3.11） Gp11ifeVyp121ogp222igp谐振时简化等效电

29、路谐振时简化等效电路13 回路无载回路无载Q值：值：回路有载回路有载Q值：值： 则：则： （3.3.12）常用分贝表示常用分贝表示 （3.3.12） （3.3.14）此时最大电压增益为：此时最大电压增益为： （3.3.15） 不考虑回路损耗：不考虑回路损耗：考虑回路损耗：考虑回路损耗：3.3.3 3.3.3 通频带与选择性通频带与选择性 （3.3.16） 与式（与式（2.2.16）完全相似，）完全相似，即与即与串并联回路谐振曲线形串并联回路谐振曲线形式上完全一样式上完全一样，故同样得到，故同样得到通频带为：通频带为：注意：这里使用有载注意：这里使用有载Q值值因此，因此， （3.3.18） （3

30、.3.19） 1 oAA oAA 单调谐回路放大器单调谐回路放大器的矩形系数远大于的矩形系数远大于1，故其选择性差，故其选择性差，这是单调谐回路放这是单调谐回路放大器的缺点。大器的缺点。 用矩形系数来表示选择性用矩形系数来表示选择性 令令 可得：可得： 故：故： 0.7 1单级单调谐回路放大器解题思路单级单调谐回路放大器解题思路先求先求出出p1和和p2 （3.2.6）输入导纳为：输入导纳为： 3.6.1 3.6.1 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 则有：则有： （3.6.1） （3.6.15） 3.6.2 3.6.2 单向化单向化提高放大器稳定性提高放大器稳定性 消除晶体管的反向作用消除

31、晶体管的反向作用 “单向化单向化”中和法中和法失配法失配法中和法：中和法：在放大器线路中插入一个外加的反馈电在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。 失配法失配法 失配法一般采用失配法一般采用共射共射共基共基级联放大级联放大信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。原理：原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到电由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到电路的影响也随之减小路的影响也随之减小,

32、使增益下降，提高稳定性。使增益下降，提高稳定性。 失配法：常用失配法：常用优点：优点： 性能稳定，能改善各种参数变化的影响；性能稳定，能改善各种参数变化的影响； 频带宽，适合宽带放大；频带宽，适合宽带放大； 生产过程中无需调整，适于大量生产。生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：缺点：增益低（共射共基双管相当于单管共射的增益）增益低（共射共基双管相当于单管共射的增益）高频与射频线路高频与射频线路第四章第四章 非线性、时变参量电路和变频器非线性、时变参量电路和变频器学习内容学习内容掌握二极管和三极管混频原理及电路；掌握二极管和三极管混频原理及电路；了解各种干扰，特别是混频器中所产生了解各种干扰

33、，特别是混频器中所产生的各种干扰。的各种干扰。 常用电路是若干无源元件或常用电路是若干无源元件或( (和和) )有源元件的有序联有源元件的有序联结体。它可以分为结体。它可以分为线性线性与与非线性非线性两大类。两大类。 线性电路线性电路是由线性元件构成的电路。它的输出是由线性元件构成的电路。它的输出输入关系用线性代数方程或线性微分方程表示。输入关系用线性代数方程或线性微分方程表示。线性电路的主要特征是具有线性电路的主要特征是具有叠加性叠加性和和均匀性均匀性。4.1 4.1 概述概述 非线性电路非线性电路中至少包含中至少包含一个一个非线性元件非线性元件输出输入关系用非线性函数方程输出输入关系用非线

34、性函数方程(或微分方程或微分方程)表示表示不具有叠加性与均匀性不具有叠加性与均匀性(与线性电路的与线性电路的重要区别重要区别)。4.2 4.2 非线性元件的特性非线性元件的特性非线性元件的非线性元件的三个主要特征三个主要特征： 输出量与输入量非线性关系输出量与输入量非线性关系 具有频率变换作用具有频率变换作用 混频器正是利用了非线性元件的这个特性混频器正是利用了非线性元件的这个特性 不满足叠加原理不满足叠加原理4.34.3非线性电路分析法非线性电路分析法 幂级数法幂级数法用泰勒级数将曲线在某一点（静态工作点）展用泰勒级数将曲线在某一点（静态工作点）展开成级数形式，取其中若干项近似开成级数形式，

35、取其中若干项近似 折线法折线法将曲线近似看成若干首尾相接的线段连接而成将曲线近似看成若干首尾相接的线段连接而成的折线的折线3倍频倍频2阶产物阶产物 （4.3.114.3.11）直流直流2倍频倍频基波基波3阶产物阶产物4.3.2 4.3.2 折线分析法折线分析法幂级数法适用于中等大小的信号。当信号振幅更幂级数法适用于中等大小的信号。当信号振幅更大时，幂级数取的项数必须增多，分析难度加大，大时，幂级数取的项数必须增多，分析难度加大，所以不再适用，此时应采用所以不再适用，此时应采用折线分析法折线分析法近似为近似为晶体管的转移特性曲线用折线近似晶体管的转移特性曲线用折线近似vBiC vBiC 此折线可

36、以表示为此折线可以表示为:（4.3.134.3.13）折线近似折线近似 vBiC 折线法只适用大信号情况，如功率放大器和检波折线法只适用大信号情况，如功率放大器和检波器分析。详细讨论见高频功率放大器章节。器分析。详细讨论见高频功率放大器章节。 变频或混频即对信号进行频率变换，将其载频变频或混频即对信号进行频率变换，将其载频(常常称为射频称为射频)变换到某一固定的频率上变换到某一固定的频率上(常称为常称为中频中频，常见为射频和本振频率的和频或差频常见为射频和本振频率的和频或差频)，而保持原，而保持原信号的特征信号的特征(如调幅规律如调幅规律)不变。不变。调幅波变频波形图调幅波变频波形图射频载波频

37、率射频载波频率 1.7 1.76MHz6MHz 本振频率本振频率2.1652.1656.465MHz6.465MHz中频载波频率中频载波频率 465kHz 465kHz1、定义、定义 4.5 4.5 变频器的工作原理变频器的工作原理4.6 4.6 晶体晶体( (三极三极) )管混频器管混频器1 1、晶体管混频器的电路组态、晶体管混频器的电路组态2、晶体管混频原理：变跨导分析法、晶体管混频原理：变跨导分析法晶体管混频器基本电路晶体管混频器基本电路 加电压后的晶体管转移特性曲线加电压后的晶体管转移特性曲线 在晶体管混频器的分析中，将晶体管视为一在晶体管混频器的分析中，将晶体管视为一个跨导随本振信号

38、变化的线性参变元件。个跨导随本振信号变化的线性参变元件。 （4.6.1a4.6.1a） 4.7 4.7 二极管混频器二极管混频器4.7.1 4.7.1 二极管平衡混频器二极管平衡混频器原理性电路原理性电路1D1L2D2L 0v 1D1L2D2L 0v2Sv2Svi i1 1i i2 2 设输出互感线圈的电压感应系数为设输出互感线圈的电压感应系数为1 比晶体（三极）管混频器产生的频率成分比晶体（三极）管混频器产生的频率成分少很多少很多 本振频率奇次谐波与高频信号的组合本振频率奇次谐波与高频信号的组合4.7.2 4.7.2 二极管环形混频器（双平衡混频器）二极管环形混频器（双平衡混频器）为了进一步

39、抑制非线性产物，采用环形混频器：为了进一步抑制非线性产物，采用环形混频器：环形混频器电路环形混频器电路 故有：故有：（4.7.94.7.9）又：又： （4.7.104.7.10） 展开：展开：（4.7.114.7.11） 晶体（三极）管混频器：（有源混频器）晶体（三极）管混频器：（有源混频器）优点：优点：有变频增益有变频增益缺点：缺点：1、动态范围较小、动态范围较小 2、组合频率干扰严重、组合频率干扰严重 3、噪声较大、噪声较大 4、存在本地辐射、存在本地辐射二极管混频器：（无源混频器）二极管混频器：（无源混频器）优点：优点：1、动态范围较大、动态范围较大 2、组合频率干扰少、组合频率干扰少

40、3、噪声较小、噪声较小 4、不存在本地辐射、不存在本地辐射缺点：缺点：无变频增益无变频增益4.9 4.9 混频器中的干扰混频器中的干扰干扰的主要种类干扰的主要种类 组合频率干扰和副波道干扰；组合频率干扰和副波道干扰； 交叉调制干扰（交调）；交叉调制干扰（交调）； 互相调制干扰（互调）；互相调制干扰（互调）； 阻塞现象和相互混频。阻塞现象和相互混频。不同波不同波形频谱形频谱4.9.1 4.9.1 组合频率干扰和副波道干扰组合频率干扰和副波道干扰情况情况1、有用信号和本振产生的组合频率干扰有用信号和本振产生的组合频率干扰情况情况2、外来干扰信号和本振产生的干扰外来干扰信号和本振产生的干扰（1） 组

41、合副波道干扰组合副波道干扰（2） 副波道干扰副波道干扰（是组合副波道干扰的特例）（是组合副波道干扰的特例）中频干扰中频干扰镜像频率干扰镜像频率干扰4.9.2 4.9.2 交叉调制（交调）交叉调制（交调）Cross-modulationCross-modulation4.9.3 4.9.3 互相调制（互调）互相调制（互调）IntermodulationIntermodulation高频与射频线路高频与射频线路第五章第五章 高频功率放大器高频功率放大器学习内容学习内容掌握高频功率放大器的工作原理；掌握高频功率放大器的工作原理；掌握高频功率放大器的折线近似分析法；掌握高频功率放大器的折线近似分析法；

42、掌握高频功率放大器的电路组成原则与匹掌握高频功率放大器的电路组成原则与匹配网络的计算；配网络的计算；功放主要技术要求：功放主要技术要求：高输出功率高输出功率和和高效率高效率功放工作于丙类的原因功放工作于丙类的原因根据能量守恒定律：根据能量守恒定律： （5.2.15.2.1） 集电极效率：集电极效率： （5.2.25.2.2） 余弦脉冲可以看作是多个频率分量的叠加余弦脉冲可以看作是多个频率分量的叠加 （5.2.7） 丙类功放各部分电压与电流关系丙类功放各部分电压与电流关系在流通角内：在流通角内： 即：即： 推得：推得： （5.3.8）（5.3.4）（5.3.6）（5.3.7）导通角导通角表达式表

43、达式 将式（将式（5.3.6）与式（）与式（5.3.7）相减：）相减： （5.3.9） （5.3.10）将上两式相除，推得：将上两式相除，推得： （5.3.11） （5.3.6）（5.3.7）电流余电流余弦脉冲弦脉冲表达式表达式 5.2.2 5.2.2 功率关系功率关系 功放基本电路功放基本电路 （5.2.7）（5.2.8） 集电极输出等效电路集电极输出等效电路 负载负载不同频率信号作用于单口网络引不同频率信号作用于单口网络引起的平均功率等于每种频率正弦起的平均功率等于每种频率正弦信号单独引起的平均功率之和信号单独引起的平均功率之和LC回路可吸收的回路可吸收的基频功率为：基频功率为： （5.2

44、.10）故，放大器的集电极效率为：故，放大器的集电极效率为： （5.2.12）所需所需LC回路阻抗值为：回路阻抗值为： （5.2.11） 集电极输出集电极输出等效电路等效电路 耗散功率耗散功率5.3.1 5.3.1 晶体管特性曲线理想化及表达式晶体管特性曲线理想化及表达式折线法折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算。替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算。 晶体管转移特性晶体管转移特性 晶体管输出特性晶体管输出特性图解法图解法是从晶体管的实际静态曲线入手，从图上取得若是从晶体管的实际静态曲线入手，从图上取得若

45、干点，然后求出电流直流和交流分量。干点，然后求出电流直流和交流分量。准确度高准确度高 晶体管离散性大晶体管离散性大 不常用不常用计算简单计算简单 准确度不高准确度不高 工程估算常用工程估算常用iC =gc(vBVBZ) (vB VBZ) 晶体管转移特性晶体管转移特性iC=gcrvC晶体管输晶体管输出特性出特性过过压压欠压欠压跨导跨导折线近似分析法基础折线近似分析法基础 （5.2.7） （5.3.11） （5.2.7）根据傅里叶级数原理根据傅里叶级数原理 （5.3.12） 故：故：5.3.2 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解同理可得同理可得:其中，尖顶余弦脉冲的分解系

46、数为：其中，尖顶余弦脉冲的分解系数为： （5.3.15） （5.3.16） （5.2.12） 又又: 尖顶余弦尖顶余弦脉冲分解脉冲分解系数系数 尖顶余弦脉冲的分解系数与波形系数尖顶余弦脉冲的分解系数与波形系数 设计倍频器参考值设计倍频器参考值 5.3.3 5.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性高频功率放大器的动态特性与负载特性高频功率放大器工作状态高频功率放大器工作状态 电压、电流、功率、效率电压、电流、功率、效率随之变化的曲线随之变化的曲线负载特性负载特性曲线曲线(load characteristic)晶体管工作晶体管工作晶体管截止晶体管截止 0 0 第一种画法第一种画法第二种画法

47、第二种画法 123 3210180BACD321负载增大负载增大VCCQ1.欠压状态欠压状态2.临界状态临界状态3.过压状态过压状态RpVc m 三种工作状态的波形汇总三种工作状态的波形汇总 cmVVcm vC 00 临界临界临界临界欠压欠压 欠压欠压过压过压过压过压 3210180BACD321负载增大负载增大VCCQ1.欠压状态欠压状态2.临界状态临界状态RpVc m cmV vC3.过压状态过压状态Vcm 过压过压欠压欠压0临界临界 5.3.4 5.3.4 各级电压对工作状态的影响各级电压对工作状态的影响 过压过压欠压欠压临界临界 0 过压过压欠压欠压0临界临界过压过压欠压欠压临界临界

48、0 t 各变量对功放工作状态影响的总结各变量对功放工作状态影响的总结 5.5 5.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成要使高频功放正常工作，在其输入和输出端需接有要使高频功放正常工作，在其输入和输出端需接有直流通路直流通路和和交流通路交流通路： 直流馈电线路：直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置及为晶体管各级提供合适的偏置及能量功率能量功率 交流匹配网络：交流匹配网络：使高频交使高频交 流信号能有效地进行传输流信号能有效地进行传输功放基本电路功放基本电路基本原则：基本原则： 集电极电路对不同频率电路的等效电路集电极电路对不同频率电路的等效电路 5.5.1 5.5.1 直流馈

49、电电路直流馈电电路 根据直流电源连接方式的不同，可分为：根据直流电源连接方式的不同，可分为：串联馈电线路：串联馈电线路：直流电源、匹配网络和晶体管直流电源、匹配网络和晶体管 形成串联连接的方式。形成串联连接的方式。并联馈电线路：并联馈电线路：直流电源、匹配网络和晶体管直流电源、匹配网络和晶体管 形成并联连接的方式。形成并联连接的方式。并联馈电并联馈电直流电压直流电压交流电压交流电压总是串联总是串联串联馈电串联馈电1.集电极馈电线路集电极馈电线路2.基极馈电线路基极馈电线路 几种常用的产生基极偏压的方法几种常用的产生基极偏压的方法（a）（）（b）并馈）并馈（c）串馈）串馈串馈和并馈串馈和并馈最常

50、见的输出回路是最常见的输出回路是复合输出回路复合输出回路，如图所示。，如图所示。L1C1回路叫做回路叫做中介回路中介回路；RACA分别代表天线的辐射电阻与分别代表天线的辐射电阻与等效电容；等效电容；Ln、Cn为天线回路的调谐元件，为天线回路的调谐元件，作用：作用：使天线回路处于串联谐振状使天线回路处于串联谐振状态，以获得最大的天线回路电流态，以获得最大的天线回路电流iA，亦即使天线辐射功率达到最大。亦即使天线辐射功率达到最大。复合输出回路复合输出回路( (为了简化电路，为了简化电路，省略了直流电源及辅助元件省略了直流电源及辅助元件L 、C 、C 等等) )这种电路是将天线这种电路是将天线( (

51、负载负载) )回路通过互感或其他形式回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。与集电极调谐回路相耦合。5.5.2 5.5.2 输出、输入和级间耦合回路输出、输入和级间耦合回路 等等效效电电路路 谐振阻抗：谐振阻抗： 高频功率放大器工作于非线性状态，晶体管内阻随导通和高频功率放大器工作于非线性状态，晶体管内阻随导通和截止变化剧烈，输出阻抗并非常数。截止变化剧烈，输出阻抗并非常数。衡量回路传输能力的优劣衡量回路传输能力的优劣中介回路的传输效率中介回路的传输效率： 阻抗匹配概念：阻抗匹配概念： 调谐调谐 送出额定功率送出额定功率5.10 5.10 晶体管倍频器晶体管倍频器倍频器：倍频器：一种输出

52、频率等于输入频率整数倍的电路，一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率。作用是降低振荡器频率，提高振荡用以提高频率。作用是降低振荡器频率，提高振荡器的频率稳定度。器的频率稳定度。参量倍频器：利用晶体管的结电容随电压变化的非参量倍频器：利用晶体管的结电容随电压变化的非 线性来获得倍频。线性来获得倍频。丙类倍频器：利用丙类放大器电流脉冲中的谐波来丙类倍频器：利用丙类放大器电流脉冲中的谐波来 获得倍频。获得倍频。倍频器的应倍频器的应用用iciCiC1ic频谱频谱0 2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性iC2工作于二次谐波倍频器的电流、电压关系如下：工作于二次谐波倍频

53、器的电流、电压关系如下： 与通角与通角120放大器输出功率相比：放大器输出功率相比： 采用最佳导通角值时，二次倍频器输出采用最佳导通角值时，二次倍频器输出功率约等于其作为放大器时的一半功率约等于其作为放大器时的一半三次三次 三分之一三分之一高频与射频线路高频与射频线路第六章第六章 正弦波振荡器正弦波振荡器学习内容学习内容掌握反馈型振荡器的工作原理；掌握反馈型振荡器的工作原理；掌握振荡器的平衡与稳定条件；掌握振荡器的平衡与稳定条件；掌握掌握LC振荡器三端电路的组成和计算；振荡器三端电路的组成和计算；掌握石英振荡器电路，了解其优点；掌握石英振荡器电路，了解其优点； 反馈振荡器方框图反馈振荡器方框图

54、 （6.4.1） 则有：则有： 或或 前面由瞬变现象分析振荡条前面由瞬变现象分析振荡条件和振荡频率。本节由反馈件和振荡频率。本节由反馈放大器观点分析。放大器观点分析。 从无到有：从无到有：振荡器接通电源瞬间引起瞬变电流产生，这振荡器接通电源瞬间引起瞬变电流产生，这种瞬变电流所包含的频带很宽。由于谐振回路的选择性，种瞬变电流所包含的频带很宽。由于谐振回路的选择性，选出本身谐振频率的信号形成振荡信号，其他频率信号选出本身谐振频率的信号形成振荡信号，其他频率信号则被滤除；则被滤除； 6.5.1 6.5.1 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件 即即要求反馈电压幅度要一次比一次大要求反馈电压幅度要一次比一

55、次大要求环路保持正反馈要求环路保持正反馈 平衡条件的复数形式表示：平衡条件的复数形式表示： 振幅平衡条件：振幅平衡条件： （6.5.7）相位平衡条件：相位平衡条件： （6.5.8）物理意义：物理意义：振幅平衡条件说明在平衡状态下反馈信号与原振幅平衡条件说明在平衡状态下反馈信号与原输入信号振幅相等；相位平衡条件说明在平衡状态下反馈输入信号振幅相等；相位平衡条件说明在平衡状态下反馈信号与原输入信号相位相同。信号与原输入信号相位相同。 6.5.2 6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件1）振幅平衡的稳定条件）振幅平衡的稳定条件形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随形成

56、稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即振幅的变化特性具有负的斜率，即:振幅稳定条件：振幅稳定条件： （6.5.16）2) 相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件相位稳定条件相位稳定条件: （6.5.18）6.6 6.6 反馈型反馈型LCLC振荡器线路振荡器线路 按照反馈网络的不同分为：按照反馈网络的不同分为：互感耦合振荡器互感耦合振荡器 三端式振荡器三端式振荡器 6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦的，耦合线圈同名

57、端的正确位置的放置，选择合适的耦合量合量M，使之满足振幅起振条件很重要。，使之满足振幅起振条件很重要。根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路分为：分为：调基电路调基电路、调射电路调射电路和和调集电路调集电路。以单个晶体管作为放大电路，以以单个晶体管作为放大电路，以LC分立元件作为选频网分立元件作为选频网络的反馈型振荡器，可以用来产生几十络的反馈型振荡器，可以用来产生几十K到几百到几百M的正的正弦信号。弦信号。 6.6.2 6.6.2 三端式振荡器三端式振荡器三个电抗元件构成了决定振荡三个电抗元件构成了决定振荡频率的振荡回路，同时也构成频

58、率的振荡回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络。了正反馈所需的反馈网络。三个元件必须具有的性质和关系三个元件必须具有的性质和关系三端式振荡器的原理电路三端式振荡器的原理电路 若满足：若满足： 即：即： 电感反馈式三端振荡电路电感反馈式三端振荡电路 1、电感反馈式三端振荡电路（哈特莱振荡器）、电感反馈式三端振荡电路（哈特莱振荡器）（a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路若是理想耦合，则若是理想耦合，则: 电感反馈三端振荡电路的电感反馈三端振荡电路的振荡频率振荡频率为：为： （6.6.2）其中其中M为两个电感线圈间互感。为两个电感线圈间互感。在工程上一般采用估算反馈系数的大小，即不考虑晶在

59、工程上一般采用估算反馈系数的大小，即不考虑晶体管的影响，电感反馈三端振荡电路的体管的影响，电感反馈三端振荡电路的反馈系数反馈系数为：为： 2、电容反馈式三端振荡电路（考毕兹振荡器）、电容反馈式三端振荡电路（考毕兹振荡器）（a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路电容反馈式三端振荡电路电容反馈式三端振荡电路 电容反馈三端振荡电路的电容反馈三端振荡电路的振荡频率振荡频率为：为：在工程上一般采用估算反馈系数的大小，即不在工程上一般采用估算反馈系数的大小，即不考虑晶体管的影响，电容反馈三端振荡电路的考虑晶体管的影响，电容反馈三端振荡电路的反馈系数反馈系数为：为： 3、串联型改进电容三端振荡器、串

60、联型改进电容三端振荡器(克拉泼克拉泼Clapp电路电路) （a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路串联型改进电容三端振荡电路串联型改进电容三端振荡电路 振荡频率振荡频率为：为： 4、并联型改进电容三端振荡器、并联型改进电容三端振荡器(西勒西勒Seiler电路电路) （a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路并联型改进电容三端振荡电路并联型改进电容三端振荡电路其回路等效电容其回路等效电容:振荡频率振荡频率: 6.7 6.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 评价振荡器的主要两个指标：评价振荡器的主要两个指标：准确度准确度与与稳定度稳定度。 绝对频率准确度：绝对频率准确度：