全套电子课件：通信电子电路

1、通信电子电路课程介绍通信电子电路又称高频电子电路，或非线性电子电路，主要介绍用于通信系统中的各种单元电路，其中频率变换电路是核心内容。课程性质：专业基础核心课 课程学时：64学时先修课程：电路分析、模拟（线性或低频）电子 电路、数字电路、信号与系统等后续课程：通信原理、通信电路EDA、射频集成电 路设计等实验独立设课：16学时讲授内容目录 第1章 绪论 第2章 小信号调谐放大器 第3章 高频调谐功率放大器 第4章 正弦波振荡器 第5章 振幅调制及其解调 第6章 角度调制及其解调 第7章 变频器 第8章 锁相环路及其他反馈控制电路 课程内容及要求主要介绍通信系统中用于信息传输和信息处理的基本电路

2、、基本原理和基本分析方法要求掌握高频无线发射机、接收机的电路组成、工作原理及性能指标的分析和计算基于以上要求，将分章逐节介绍LC谐振回路、高频小信号调谐放大器、高频调谐功率放大器、正弦波振荡器、振幅调制与解调器、角度调制与解调器、变（混）频器和锁相环路等基本电路的组成、原理及性能分析。实验内容（独立设课-16学时） 8个基础实验（必做）及综合实验（选做） （1）高频常用仪器的使用 （2）高频小信号调谐放大器 （3）改进型电容三点式振荡器 （4）石英晶体振荡器 （5）振幅调制电路 （6）振幅解调电路 （7）变容二极管调频电路 （8）电容耦合相位鉴频器 期末考试及成绩评定考试方法： 闭卷笔试最终成

3、绩评定方式： 考试（80%）+ 平时（20%） 作业（10分） 考勤（10分）第1章 绪论1.1 通信系统的概念1.2 无线电波的传播特性1.3 无线电波的频段划分1.4 调制的通信系统1.5 本课程的主要内容无线电通信发展简史三个里程碑： 1907 Lee de forest发明电子三极管 1948 贝尔实验室W.Shockley发明晶体三极管，是20世纪电子领域最重要的发明之一，推动了众多行业的发展 1958年TI第一块集成电路和1964年第一块MMIC问世原始手段 烽火、旗语有线通信电报（1837 Morse）电话（1876 Bell）无线通信电磁波的存在1864 Maxwell（理论）

4、1887 Hertz（实践）无线电通信发展简史（续） 有线传输的语音通信无线传输的移动通信窄带语音通信宽带综合业务通信模拟调制信号通信数字调制信号通信通信类型无线射频收发电路与系统应用 用于消费类 （以手机控制为例）：用于消费类 （以手机控制为例）：物联网技术电子产品的发展趋势1990198019701001000100000100002000Functional Density or Component Density / cm3)单功能多功能复杂功能2010微电子技术发展信息源发送设备信道接收设备收信者 通信系统的组成框图噪声源1.1通信系统的概念输入变换器输出变换器问题：数字电路可以完全

5、替代模拟电路吗？为什么？信息源 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通常是非电的原始信息如语音、文字、图像等通过换能器转变成电信号。它可以是模拟的、数字的或脉冲的信号，通常是低频信号，又称基带信号。 常见的换能器有： 话筒 摄像机 各种传感器件（温度、湿度、气体、压力等）发送设备发送设备的作用：调制 将通常是低频的基带信号变换成适合信道的传输特性的信号，一般为射频或高频的带通信号，这就是调制。对基带信号进行调制的原因： 1、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。要想以较小的信号功率传播到较远的距离，就必须要进行调

6、制。 2、天线的长度与电信号的波长相比拟时，电信号才能以电磁波形式有效地辐射。如：信号频率为1kHz，根据=c/f，其对应波长300km，若采用1/4波长的天线，就可以算出天线长度需要75km，制造这样的天线是很困难的信道 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、大气层、自由空间 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：解调 接收经信道传送过来的已调信号，并进行处理，恢复出与发送端基带信号相一致的解调信号。 对接收设备的要求： 1.一对多，选择性要

7、好，灵敏度要高 2.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和干扰。收信装置 收信装置：将接收设备输出的电信号变换成原来形式信号的装置： 还原声音的喇叭或耳机， 恢复图像的显像管或液晶显示器等。1.地球表面的绕射（地波）：适于频率1.5MHz以 下、波长200m以上的中、长波2.电离层的反射和折射（天波）：适于频率在1.5MHz 和30MHz之间、波长在10m和200m之间的短波3.直射（空间波）：适于频率30MHz以上、波长 10m以下的超短波和微波。1.2 无线电波的传播特性波段（频段）符号波长范围频率范围应用范围超长波（甚低频）VLF100000 1000

8、0m330KHz音频、电话、数据终端长波（低频）LF10000 1000m30300KHz电力线通信、海上导航中波（中频）MF1000 100m300KHz3MHzAM广播、业余无线电短波（高频）HF10010m330MHz短波广播、业余无线电超短波（甚高频）VHF101m30300MHzFM广播、电视、导航、移动通信分米波（特高频）UHF10.1m3003000MHzTV、遥控遥测、雷达、移动通信厘米波（超高频）SHF101cm330GHz微波通信、卫星通信、雷达毫米波（极高频）EHF101mm30300GHz穿入大气层时的通信1.3 无线电波波段的划分（民用）雷达波段频率GHz波长 cm雷

9、达波段频率GHz波长 cmVHF0.1-0.3300-100X8.0-123.75-2.5UHF0.3-1.0100-30Ku12-182.5-1.67L1.0-2.030-15K18-261.67-1.15S2.0-4.015-7.5Ka26-401.15-0.75C4.0-8.07.5-3.75毫米波40-0.75-1.3 无线电波波段的划分（军用）1.4调制的通信系统 1.什么是调制? 调制就是使高频正弦载波中幅度、频率和相位某一个随低频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。 2.什么是解调？ 解调是调制的反过程，恢复出基带信号，调幅波解调称：“检波”，调频

10、波解调称：“鉴频”，调相波解调称“鉴相”。 3、无线电广播调幅发射机组成框图1.4调制的通信系统（续）电磁波接收天线接收的信号640KHz870KHz1MHzf1.4调制的通信系统（续）4、无线电广播调幅接收机组成框图1.4调制的通信系统（续）5、超外差接收机组成框图优点：高灵敏度、高选择性1.4调制的通信系统（续）6、手机射频前端组成框图1.5 本课程的主要内容通过学习该课程，掌握收发信机中三种主要电路一、放大电路：1、小信号调谐放大器（第2章）2、调谐功率放大器（第3章）二、正弦波振荡电路：（第4章）三、频率变换电路：1、振幅调制与解调器（第5章）2、角度调制与解调器（第6章）3、变频器（

11、第7章）第2章 小信号调谐放大器 2.1 概述2.2 LC谐振回路2.3 单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器2.1概述1、小信号调谐放大器性能特点 小信号：输入信号VmV（大于500mV即大信号） 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（大信号功率调谐放大器多用于发射机）图2-1 一个典型调谐放大器的频率特性为什么要求通频带？ 放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量

12、通过放大器。什么叫选择性？ 从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。 2、电路特点：用谐振回路作为放大器集电极负载2.1概述第2章 小信号调谐放大器 2.1 概述2.2 LC谐振回路2.3 单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器2.2 LC谐振回路分类：LC串联谐振回路、 LC并联谐振回路作用：选频、阻抗变换2.2.1串、并联谐振回路的基本特性并联谐振回路 R0：等效并联谐振电阻 电流源激励，L,C,R三者是并联关系串联谐

13、振回路r0：电感的固有损耗电阻电压源激励，L,C,R三者是串联关系2.2 LC谐振回路 在某一特定频率处，回路电抗抵消，电路呈纯阻性，回路阻抗最小，电流最大，这种现象称为串联谐振。也称电压谐振电路。一、串联谐振回路：r0j L+_一、串联谐振回路1.谐振条件：一、串联谐振回路2.谐振特性：1）回路电抗X=0，阻抗最小且为纯阻性（Z=r0）；2）回路电流最大（I=US/r0）且与信号源电压同相；3）L和C两端的电压大小相等、方向相反，且大小等于信号源电压大小的Q倍。其中Q为回路品质因数：一、串联谐振回路Q 值的大小可反映谐振的程度，Q 值通常在50 200 间，可知串联谐振时电抗元件上的电压是电

14、源电压的Q 倍(大得多)。一、串联谐振回路 串联谐振时，电感上的电压和电容上的电压大小相等，方向相反，相互抵消，因此串联谐振又称电压谐振。一、串联谐振回路3.谐振曲线：一、串联谐振回路在实际应用中，定义失谐量 ,表示频率偏离谐振的程度。当失谐不大时，即一、串联谐振回路一、串联谐振回路通常对某一频率偏差下的值记为，叫做回路对这一指定频偏下的选择性。实际中，常常用分贝来表示选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。 5.选择性 抑制无用信号的能力 6.矩形系数 串联谐振回路的电流下降到最大值的0.1时，相应的频带宽度B0.1与通频带B0.7之比称为矩形系数： 串联谐振回路的矩形系数7.阻抗的频

15、率特性 ( ) 0 O/2/2阻抗相频特性r0 0 O阻抗幅频特性8.负载和信号源内阻对串联谐振回路的影响 空载品质因数有载品质因数 显然，QLQ0 ，选择性，通频带 为保证一定的选择性，LC串联谐振回路要求信号源内阻及负载要尽可能小。 1.谐振条件：CLr0二、并联谐振回路 谐振时 B=0，即求得并联电路发生谐振是有条件的，参数不合适可能不会发生谐振。二、并联谐振回路当电路满足:r0 很小（电感线圈损耗很小） 二、并联谐振回路工作在0附近r0很小CL(b)LC并谐回路等效形式 当 ，B=0，发生并联谐振，电路相当于一个纯电阻R0：二、并联谐振回路CLr0(a)实际LC并谐回路二、并联谐振回路

16、并联谐振回路品质因数Q也表示回路损耗的大小，它的定义与串联谐振回路的Q值定义相同：二、并联谐振回路2.谐振特性：1）回路电纳B=0，导纳最小且为纯电导（Y=G0） 也即阻抗最大且为纯电阻（Z=R0）；2）回路电压最大（U=IS/G0=ISR0）且与信号源电 流同相；3）L和C上的电流大小相等、方向相反，且大小等 于信号源电流大小的Q倍。二、并联谐振回路 并联谐振时，电感上的电流和电容上的电流大小相等，方向相反，相互抵消，因此并联谐振又称电流谐振。二、并联谐振回路 3.谐振曲线回路电压特性曲线 Q对谐振曲线的影响Q可以衡量谐振现象的尖锐程度附近时当在相频特性 4.通频带 通过有用信号的能力通频带

17、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。 当由最大值1下降到0.707（）时，所确定的称为回路的通频带B。频带宽度通常对某一频率偏差下的值记为，叫做回路对这一指定频偏下的选择性。实际中，常常用分贝来表示选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。 5.选择性 抑制无用信号的能力 6.矩形系数 并联谐振回路的电压下降到最大值的0.1时，相应的频带宽度B0.1与通频带B0.7之比称为矩形系数： 并联谐振回路的矩形系数 7.并联谐振回路的阻抗特性二、并联谐振回路 并联阻抗 分析：谐振时，回路呈纯阻；当 时，回路呈容性；当 时，回路呈感性。8.负载和信号源内阻

18、对并联谐振回路的影响 1）负载和信号源内阻为纯电阻 空载品质因数 有载品质因数 2）负载和信号源内阻含有电抗成分（一般是容性） 回路总电容为： 注意：考虑了负载电容和信号源输出电容后，在谐振回路的谐振频率、品质因数等的计算中，式中的电容都要以 代入。如：谐振频率 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

19、决这些问题的途径是采用“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。一、阻抗变换的原理设 n 接入系数，它表明负载电压占回路电压的比例。利用等效前后消耗的功率相等：二、自耦变压器接入接入系数三、电容抽头接入接入系数四、互感变压器接入接入系数五、电容及信号源部分接入的计算 定义接入系数则说明：（1）0 n fmax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： 第2章 小信号调谐放大器 2.1 概述2.2 LC谐振回路2.3 单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器（Y参数计算不做要求）2.6 调谐放大器

20、的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器第2章 小信号调谐放大器 2.1 概述2.2 LC谐振回路2.3 单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器2.6 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（每级均调谐在同一频率）1.多级单调谐放大器的增益 假设有n级放大器，特性相同。总增益 如果各级放大器的增益相同，则归一化谐振曲线表达式 2.多级单调谐放大器的通频带 保持Bn不变 （各级） （各

21、级） 因此，增益和通频带存在严重矛盾。 改善：参差调谐放大器、双调谐回路放大器缩小系数（缩小因子）令或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：两级为一组，一级调谐在 ，一级调谐在 。 由曲线可知，在f1至f2频率范围内，两回路特性变化趋势相互补偿。 讨论： 1. ，谐振曲线为单峰，在 处 达到最大值 2. ，谐振曲线为双峰，且随着 的增加，峰值的高度也随之下降。（ ） 3. ，两者的分界线，相当于单峰中最平坦的情况。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2.6.3 双调谐回路放大器（频带宽，

22、选择性好，但调整较困难） 互感耦合双调谐回路放大器图 2.6.3 双调谐回路放大器 不同耦合程度时的谐振曲线2.6.3 双调谐回路放大器第2章 小信号调谐放大器 2.1 概述2.2 LC谐振回路2.3 单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器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或Cbc小的晶体管； 2.增益不能太高，同时在电路上可采用中和法(负反馈法)或失配法来减小内部反馈的影响。第2章

23、小信号调谐放大器 2.1 概述2.2 LC谐振回路2.3 单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性2.8 集中选频小信号调谐放大器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 2.主要优点 1）电路简单，调整方便； 2）性能稳定； 3）易于大规模生产、成本低。前置放大器集中滤波器宽带放大器通频带，选择性高增益，宽频带2.8.1石英晶体滤波器（压电效应）1.物理特性： 石英晶体是矿物质硅石的一种，其化学成分是SiO2，是形如角锥形的六棱结晶体。它有三个对称轴，可按照与各轴成不同角度切割成片，敷上

24、电极并封装就构成了石英晶体谐振器。2.压电效应： 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。3.特点： 1）Q值非常高，中心频率很稳定，但带宽很窄。 2.8.1石英晶体滤波器（压电效应）2）频率的高低取决于晶片的形状、尺寸和切型，一般与晶片的厚度成反比。3）振动具有多谐性，除了基频振动外，还有奇次谐波泛音振动。4.电路符号及等效电路：2.8.2陶瓷滤波器（压电效应） 陶瓷滤波器是由锆钛酸铅陶瓷材料制成的。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

25、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MHz缺点：通频带不够宽，等效Q值约为几百2.8.2陶瓷滤波器（压电效应）2.8.3声表面波滤波器（应用最广） 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，矩形系数K0.11.2，插入损耗小（约6dB） 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

26、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。 2.工作原理 发射叉指换能器输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），接收叉指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宽度、叉指对数、指条间隔和指条长度等。 4.等效电路 （a）等效电路 （b）电路符号 声表面波滤波器的输入、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，

27、实现纯阻匹配。5.举例匹配电路2.9小信号调谐放大器Multisim电路仿真 仿真结果本章小结 1.高频小信号放大器实现的是选频放大，通常分为谐振放大器和非谐振放大器。谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路，非谐振放大器的负载为集中选频滤波器。 2.小信号谐振放大器的选频性能取决于所用的谐振回路的选频性能，可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐振放大器的选择性愈好。 本章小结 3.高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。Y参数等效电路和混合等效电路是描述晶体

28、管工作状况的重要模型。Y参数与混合参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。 4.单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益和保证选择性，谐振回路与晶体管和负载的连接常采用部分接入方式。 本章小结 5. 由于晶体管内部存在反向传输导纳 yre 或者Cbc，使晶体管成为双向器件，造成放大器工作的不稳定，极端情况下放大器会产生自激。为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”，使晶体管单向化工作。 6.非调谐式放大器由各种集中选频滤波器和线性放大器组成，它的选择性主要决定于集中滤波器。这类放大器无需调谐，具有较理想的

29、矩形系数，宜于集成，稳定性较好。作 业课本：2-4，8，9，14，20，24，26第3章 高频调谐功率放大器3.1 概述3.2 调谐功率放大器的工作原理3.3 功率和效率3.4 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3.6 功率晶体管的高频效应3.7 倍频器3.8 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；常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.输出

30、功率大、效率高。 3.1 概述3.为了提高放大器的工作效率，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。三、性能要求：1.安全：功率管三个极限参数ICM、PCM、BVceo2.高效率：输出功率比直流功耗3.不失真：确切地说是在允许的失真范围内4.大功率（所需）：小到零点几瓦，大到几十千瓦3.1 概述四、工作状态：1.甲类（A类）： ，Q点在放大区，效率低 ，最高25%（电阻负载）或50%（变压器负载）2.乙类（B类） ： ，Q点在截止区，直流损 耗为0，管耗减小，推挽工作，最高效率78.5%3.甲乙类（AB类）： ，消除交越失真 4.丙类（C类）： ，功率管反偏，管耗进一 步

31、减小，效率提高，最高可达85-90%。电流失 真变为余弦脉冲，但电压不失真，仍为正弦波5.丁类（D类）：理想效率100%的开关型功放6.戊类（E类）：改进型高效率功放五、分析方法 高频功放工作于非线性区域，用解析法分析较困难，故工程上采用折线近似的图解分析方法。1.晶体管特性曲线的折线化2.负载线的折线化 在谐振功放中，负载不是纯电阻，含有电抗元件，又由于电路工作在非线性状态，因此负载线不再是斜率不变的直线，而是曲线。但是，当谐振在输入信号频率时，等效负载近似为纯阻，动态负载线可近似用折线表示。六、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

32、为谐振回路。 不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管运用特性和动态范围不同。七、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。第3章 高频调谐功率放大器3.1 概述3.2 调谐功率放大器的工作原理3.3 功率和效率3.4 调谐

33、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3.6 功率晶体管的高频效应3.7倍频器3.8集成高频功率放大电路及应用简介3.2 调谐功率放大器的工作原理3.2.1原理电路 3.2.3 晶体管导通的特点、导通角 3.2.3 晶体管导通的特点、导通角 在转移特性的放大区 假设输入信号 ，则加到晶体管基-射极的电压为 ，晶体管导通范围内集电极电流ic的表达式为 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90。 （1）3.2.3 晶体管导通的特点、导通角 根据导通角的定义，当 时， ,即3.2.4集电极余弦脉冲电流分析 式（2）代入式（1）得到

34、当 时， 为最大值，用 表示：（2）3.2.4集电极余弦脉冲电流分析 则 若将尖顶余弦脉冲分解为傅里叶级数其中，直流分量幅值：基波分量幅值：3.2.4集电极余弦脉冲电流分析n次谐波分量幅值3.2.4集电极余弦脉冲电流分析 、 、 称作余弦脉冲分解系数，它们是导通角的函数。从曲线可以看出：1.2.3.4.谐波次数越高其振幅值越小；5.对某一次谐波而言，总有一个相应的值， 可使振幅为最大值。3.2.5 槽路电压1.波形基本为正弦波条件：1）槽路调谐于基波 2）QL 足够高2.大小： 其中Rc 抽头部分谐振电阻R 并联回路谐振电阻（ ）第3章 高频调谐功率放大器3.1 概述3.2 调谐功率放大器的工

35、作原理3.3 功率和效率3.4 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3.6 功率晶体管的高频效应3.7 倍频器3.8 集成高频功率放大电路及应用简介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; 33 功率和效率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 ；

36、5.槽路损耗功率即消耗在槽路上的功率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）损耗在槽路空载谐振电阻R0中，另一部分（PL）输出给负载RL。33 功率和效率 1.集电极效率1）直流电源供给功率:2）集电极交流输出功率:3）放大器的能量转换效率（集电极效率）:1.集电极效率讨论：（1） 集电极电压利用系数 （2） 集电极电流利用系数 ， ，但 ，Po，为了兼顾功率和效率，通常取 。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。2.槽路效率 取决于槽路

37、的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 =510。结论： 为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的功率，应力求 和 高。 高要适当选取，电压利用系数尽可能大； 高，要求槽路空载品质因数Q0大，即应选用低损耗的电感和电容元件。第3章 高频调谐功率放大器3.1 概述3.2 调谐功率放大器的工作原理3.3 功率和效率3.4 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3.6 功率晶体管的高频效应3.7 倍频器3.8 集成高频功率放大电路及应用简介3.4 调谐功率放大器的工作状态分析3.

38、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 3.4.1调谐功率放大器的动态特性 在转移特性的放大区，内部特性方程 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3.4.1调谐功率放大器的动态特性 谐振功率放大器动态特性折线化近似后是一条直线，只需找出两个特殊点，如假想直流工作点Q和起始导通点B，就可把它绘出。 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 值的 i

39、c 值，绘出相应的 i c 脉冲波形。 3.4.1调谐功率放大器的动态特性 3.4.1调谐功率放大器的动态特性 放大区的动态线是一条负斜率线段BC，类似于低频放大器的负载线，但是与它有着严格的区别。丙类功放的动态线不仅是负载的函数，而且还是导通角的函数。 动态线斜率的倒数称为谐振功率放大器的动态负载电阻，用符号 表示：3.4.2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)临界刚刚进入饱和区的边缘； 3)过压晶体管工作

40、时有部分时间进入饱和区。 2.工作状态的判别方法： （欠压） （临界） （过压）3.4.3 Rc , Ec , Eb和Ubm变化对放大器工作状态 的影响 功放的三种工作状态取决于电源电压Ec、偏置电压Eb、激励电压幅值Ubm以及集电极等效负载电阻Rc。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）欠压2）临界3）过压4）三种状态时不同的动态特性PN结特性分析双极型晶体管饱和状态分析5）电流、电压、功率、效率与Rc 的关系放大器的负载特性曲线6）三种工作状态的比较

41、欠压状态：电流 Ic1m基本不随Rc变化，输出电压Ucm及输出功率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 PCR2）。2）L型匹配网络对于(b)图，等效为(d)图，当X1与XS串谐时，有 X1+XS=0， (2) 由(2)式可知，采用图(b)电路可在谐振频率处减小 负载电阻的等效值（R1 ui，因此，振荡器的起振条件为 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。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

42、与相位关系。 平衡时ufui，因此，振荡器的平衡条件为 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。振幅平衡条件相位平衡条件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K随振幅的变化特性具有负的斜率，即 K0KAUbe01/FUbe 增加K小于1/FK*F小于1反馈到Ube小K增加 4.2.4 振荡器的稳定条件3.相位稳定条件 相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事，因为相位的变化势必会带来频率的变化，故 相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重新稳定在原有频率上的条件

43、，即 相频特性曲线在工作频率附近的斜率是负的：如果外界引起相位增加 频率f0到f，增加 ff引起- -补偿了f回到f00fff+/20f04.2.5 对振荡条件的讨论 1.六个条件都必须满足，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.可将6个振荡条件归纳为三个判据： 1）正反馈； 2）KF1； 3）选频网络具有负斜率相频特性。 4.2.5 对振荡三条件的讨论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

44、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振幅起振条件KF1，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。第4章 正弦波振荡器4.1 概述4.2 反馈型正弦波自激振荡器基本原理4.3 三点式LC振荡器4.4 改进型电容三点式振荡器4.5 振荡器的频率稳定问题4.6 石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路4.8陶瓷振子和陶瓷振子电路4.9单片集成振荡电路E16484.3 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，分电容三点式和电感三点式两

45、种。2.组成法则：射同集（基）反 4.3.1 三点式LC振荡器组成法则 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+X30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，X3为异性质电抗。4.3.2电容三点式振荡器（考毕兹电路） 1.电路1）反馈信号从哪取得？ 从电容C2两端取得，送回放大器输入端。2）能否满足自激振荡的相位平衡条件呢？ 满足“射同集（基）反”法则 4.3.2 电容三点式振荡器（考毕兹电路）2.起振条件4.振荡频率 其中3.反馈系数4.

46、3.2 电容三点式振荡器（考毕兹电路）4. 优点振荡波形好，因为反馈电压是在电容上获得；电路的频率稳定度较高（10-3），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。5. 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。4.3.3 电感三点式振荡器（哈特莱电路）1.电路1）反馈信号从哪取得？ 从电感L2两端取得，送回放大器输入端。2）能否满足自激

47、振荡的相位平衡条件呢？ 满足“射同集（基）反”法则 4.3.3 电感三点式振荡器（哈特莱电路）2.反馈系数4.振荡频率 其中3.反馈系数4.3.3 电感三点式振荡器（哈特莱电路）4.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。 5. 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，可能使支路电抗性质改变，从而不能满足相位平衡条件。第4章 正弦波振荡器4.1 概述4.2 反馈型正弦

48、波自激振荡器基本原理4.3 三点式LC振荡器4.4 改进型电容三点式振荡器4.5 振荡器的频率稳定问题4.6 石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路4.8陶瓷振子和陶瓷振子电路4.9单片集成振荡电路E16484.4 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 与 。 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。4.4 改进型电容三点式振荡器3.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

49、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。这就有待于在电路上做进一步改进。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 把考必兹电路中的电感串接一个小电容C。2.振荡频率 选择 ， 时， （见式4-24）， 频率几乎与C1、C2无关，稳定度可提高到10-4或10-5。3.电容C对振荡电路的影响 ，其中 可见，减小C来提高回路标准性是以牺牲环路增益为代价的（等效负载 减小）。 4.不足之处 1） C1 、C2 如过大，则振荡

50、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 1.21.3，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（远大于C3）的 C1 、C2 外，主要是把克拉泼电路中的电感再并接一个小电容C。 4.4.2 并联改进型电容三点式振荡器（西勒 电路）2.振荡频率 其中3.电容C对振荡电路的影响4.4.2 并联改进型电容三点式振荡器（西勒 电路） 因为n 和C 无关，当调节C 来改变振荡频率时，n不变，故

51、也不变 ，其中 可见，当改变C时，等效负载 R不变，不会影响起振，且振荡信号的振幅也将不变，适合用于波段振荡。4.优点 波段内振幅比较稳定，且调谐范围比较宽，频率覆盖系数较大，一般约为 1.61.8，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42）第4章 正弦波振荡器4.1 概述4.2 反馈型正弦波自激振荡器基本原理4.3 三点式LC振荡器4.4 改进型电容三点式振荡器4.5 振荡器的频率稳定问题4.6 石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路4.8陶瓷振子和陶瓷振子电路4.9单片集成振荡电路E16484.5 振荡器的频率稳定问题 1.振荡器的频率稳定度 在规

52、定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化量。 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。4.5 振荡器的频率稳定问题 3.稳频措施 （1）减小外界因素的变化：如温度、电源电压、负 载、周围磁场等； （2）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； 提高谐振回路的Q值； 为了减小寄生电容对回路频率的影响，器件和 回路之间采用部分接入方式，使晶体管与回路 之间的连接采用松（弱）耦合，如克拉泼电路 和西勒电路。第4章 正弦波振荡器4.1 概述4.2 反馈型正弦波自激

53、振荡器基本原理4.3 三点式LC振荡器4.4 改进型电容三点式振荡器4.5 振荡器的频率稳定问题4.6 石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路4.8陶瓷振子和陶瓷振子电路4.9单片集成振荡电路E1648一、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。特点：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.具有压电效应4.6 石英晶体谐振器二、符号和等效电路 石英谐振器具有很大的Lq

54、（几十毫亨），很小的Cq（10-2pF以下）和很高的Q（上万甚至上百万）。 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 2.并联谐振频率 在实际振荡电路中，晶体两端往往并接有电容CL（30pF或50pF)，相应的并联谐振频率由fp减小到fN。 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。三、石英晶体的阻抗特性3.电抗-频率曲线（rq=0）四、石英谐振器频率稳定度高的原因1.频率温度系数很小：10-6以上2.高Q值：相频特性的斜率很大

55、，有利于稳频3.高回路标准性：CqC0,振荡频率基本上由Lq、Cq决定；极小的部分接入系数 n= Cq/(C0+ Cq)如果某一分布电容Cn并在C0两端，振荡频率外接电阻R如果并在C0两端，则折合到Lq两端的电阻由于 ,所以 ,保证了高Q值。第4章 正弦波振荡器4.1 概述4.2 反馈型正弦波自激振荡器基本原理4.3 三点式LC振荡器4.4 改进型电容三点式振荡器4.5 振荡器的频率稳定问题4.6 石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路4.8陶瓷振子和陶瓷振子电路4.9单片集成振荡电路E16484.7 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 L

56、2C2L3C3 2）L1C1L2C2L3C3 5）L1C1L3C3L1C1 试问哪几种情况可能振荡？等效为哪种类型的振荡电路？其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有什么关系？第5章 振幅调制与解调5.1 概述5.2 调幅信号的分析5.3 调幅波产生原理的理论分析5.4 普通调幅波的产生电路5.5 普通调幅波的解调电路5.6 抑制载波调幅波的产生和解调电路5.1概述 从这章开始，我们将学习通信电子电路的核心内容即频率变换电路，它通常又可分为两大类： 一类是频谱线性搬移电路，包含振幅调制电路、振幅解调电路和混频电路(第5、7章）； 一类是频谱非线性变换电路，包含角度调制（调频、调相）与解调（鉴频、

57、鉴相）电路（第6章）。 一、什么是频率变换电路？ 频率变换电路就是电路的输出信号出现了不同于输入信号的新的频率分量。 要实现频率变换，必须利用电子器件如晶体二极管、晶体三极管或场效应管的非线性特性。5.1概述二、什么是调制？ 调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载波)信号上去的过程。 按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。 本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。三、调制方式 连续波调制以单频正弦波为载波，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位，因而有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种方式。四、为什么要调制？1.缩短天线尺寸，实现有效辐射； 5.1概

58、述 在无线系统中，只有当天线尺寸与电信号波长可比拟时，电信号才能以电磁波形式有效地被辐射； 2）多路复用：多路信号同时传输且互不干扰； 3）避免信号的重叠：将各路信号加载到不同频率的高频载波上，避免互相拥挤在狭窄的低频段里。五、什么是解调？ 解调是调制的逆过程，即将信息从高频载波上卸下来的过程。六、解调方式 对应于调制的三种方式，解调又叫检波也有三种方式，即振幅解调、频率解调（鉴频）和相位解调（鉴相）。 第5章 振幅调制与解调5.1 概述5.2 调幅信号的分析5.3 调幅波产生原理的理论分析5.4 普通调幅波的产生电路5.5 普通调幅波的解调电路5.6 抑制载波调幅波的产生和解调电路5.2 调

59、幅信号的分析 振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波的振幅，使其随调制信号成比例地变化。 根据输出频谱结构的不同，调幅波可分为普通调幅波、抑制载波的双边带波和单边带波。5.2.1普通调幅波（AM） 设调制信号为单音音频信号 ，载波信号为1.调幅信号的数学表达式 1.普通调幅信号的数学表达式 其中ka是由电路决定的常数， 称为调幅系数或调幅度，它表征载波的振幅受调制信号控制的强弱程度，一般0ma1。 未调幅时，ma=0； ma值越大，调幅越深； 当ma=1时则达到最大值，称为百分之百调幅； 当ma1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。 2.普通调幅信号的波形3.峰谷法

60、测量调幅系数ma 4.不同ma时的普通调幅信号波形 给定调幅波表达式，画出ma=0.5，1，1.5时波形图。5.普通调幅信号的频谱1）调制的过程时域上是调制信号与载波的相乘过程； 在频域上表现为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 6.普通调幅波的功率 载波功率 边频功率（上边频或下边频）因此，在调制信号一周期内，调幅信号的平均功率为 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。7.多音调