模拟集成电路系统第1、2章

模拟集成电路系统通信电子电路高频电子线路目录第一章绪论第二章小信号调谐放大器第三章高频功率放大器第四章正弦振荡器第五章振幅调制与解调第六章角度调制与解调第七章混频第八章反馈控制系统第一章绪论通信系统的概念和基本构成通信系统的发展趋势本课程的特点

第一节通信系统的基本概念

输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器干扰源信源接收信息信息来源。它可以是声音.图像.电码等电信息，也可以是温度.压力.光强.湿度等非电物理量将信息变换成电信号，称为基带信号。当信源为非电物理量时，它是不可缺少的。

对信号进行处理，把基带信号变换成适合于信道传输特性的信号。可包括振荡、放大、调制、抽样、A/D变换等电路。送端的基带信号。可包括滤波、放大、混频、解调、

D/A变换等电路。将信道传来的信号还原成发将接收设备输出的电信号变换成原来形式的信息（如声音.图像等）。它可以是扬声器、显示器和打印设备等。工业干扰、天电干扰等一切干扰的集中形式。发送设备和接收设备中间的传输媒介，即信号传输的通道。大体分为有线信道和无线信道两大类。1、通信系统的构成2、常用信道工作频段的划分采用高频通信的原因1.天线实际天线长度

波长2.调制3、无线电波的传输方式绕射传播方式—电波沿地球弯曲表面传播。长波范围采用。折射和反射传播方式—利用电离层的折射.反射。中长波范围采用。直射传播方式—电波在自由空间中做直线传播。超短波和微波范围采用。地球地球地球电离层4、无线电发送系统的原理高频振荡高放或倍频调幅功放低放话筒5、超外差式无线电接受机原理框图混频器高频放大器电台选择电路中频放大器（2-3级）解调器（检波器）音频放大器扬声器本机振荡器AGC电路第二节通信电路系统的发展趋势电子系统的集成化——可使系统体积更小更可靠.

通信系统的数字化——

可使系统的传输质量更好.

电子系统的现场可编程化—可使系统的构成更灵活.

电子系统的智能化—可使系统的自动化程度更高。第三节本课程的特点非线性电路形式的多样性非线性电路分析的近似性本课程的实践性与其它数字电路的衔接性第二章小信号调谐放大器第0节概述第一节调谐回路与阻抗变换电路第二节高频单调谐放大器第三节多级调谐放大器及稳定性第四节集成调谐放大器及集中选择滤波器第0节小信号调谐放大器概述与宽带放大器的区别

1.负载是具有选频作用的LC调谐回路；

2.上限截频/下限截频近似等于或略大于一，即窄带。基本构成及完成的作用

包括:甲类放大、调谐回路（可以是LC回路、石英晶体、压电陶瓷或声表面波器件）两部分。完成选频放大的作用。主要指标要求：

电压增益高、选择性好、通频带合适、稳定性高。第一节调谐回路与阻抗变换电路LC单调谐回路

分为：

串联谐振回路并联谐振回路串联谐振回路ULrC1.电路2.谐振电流3.回路谐振频率4.回路的品质因数IZ串联谐振回路5.串联谐振特性曲线据此画出特性曲线如图可见，回路失谐（即）时，电流减小，体现出回路的选频作用。Q值越大，曲线越尖锐，说明选择性越好。Q=50100200如图所示为一个有耗的空心线圈和电容组成的并联回路。其中为L的损耗电阻，C的损耗很小，可忽略。为激励电流源，回路两端所得到的输出电压为。并联谐振回路的阻抗特性

并联谐振电路或回路的导纳：并联谐振电路1.并联谐振回路2.回路谐振频率3.回路的品质因数说明G越小，其分流越小，损耗的能量越小，Q值越高。CRLIU10.707Q1Q2B1B2并联谐振电路4.谐振特性曲线谐振特性曲线Q值越大，曲线越尖锐，说明选择性越好。三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响isRSCSLRPC1RLCLiSLRC显见，由于信号源内阻抗和负载阻抗的介入，使（2）回路总电容损耗增大（1）回路总电阻

设一放大器以简单并联振荡回路为负载，信号中心频率，回路电容采用C=50pF，试计算所需的线圈电感值。又若线圈品质因数为，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽为0.5MHz，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求？例

解：（1）计算L值。由谐振频率表达式可得：

将以兆赫（MHz）为单位，C以皮法（PF）为单位，L以微亨（µH）为单位。上式可变为一实用计算公式将C=50pF代入，得L=5.07(µH)

(2)回路谐振电阻和带宽回路带宽为

（3）求满足0.5MHz带宽的并联电阻。设回路上并联的电阻为，并联后的总电阻为，回路的有载品质因数为，由带宽公式可以得到回路总电阻为因此，需要在回路上并联7.97kΩ的电阻。四、常用阻抗变换电路电感分压式阻抗变换电路电容分压式阻抗变换电路变压器耦合式阻抗变换电路（一）电感分压式阻抗变换电路1.电路iSRCML1L2N1N2RLU2U1iSRCLRL’(1)若耦合系数K=1，则有（2）耦合系数K=0（即M=0）,则有2.阻抗变换关系：(二)电容分压式阻抗变换电路1.阻抗电变换路：2.阻抗变换关系：4.应用：放大器负载回路；电视机天线回路等。C1iSRSLRLU1U2iSRSLRLU1U2iSRSLRLU1U2iSRSLC2RLU1U23.电路优点：电路简单、不消耗功率。iSRSLC1C2RL’例电路如图所示。试求输出电压的表达式及回路的带宽。忽略回路本身的固有损耗。解：设回路满足高的条件，由图知，回路电容为谐振角频率为：电阻R1的接入系数等效到回路两端的电阻为回路谐振时，两端的电压与同相，电压振幅为所以回路两端的电压输出电压回路品质因数回路带宽通过计算表明满足高的假设，而且也基本满足远大于1的条件。由上述计算知，

与同相位。存在一个小的相移。由于对实际分压比的影响，与实际上(三)变压器耦合式阻抗变换电路iSRCL1.变换电路：2.当为理想变压器时，阻抗变换关系：变压器初、次级线圈匝比R1C1LRLN1N2ZLiSCL3.应用：收音机中放负载回路；电视机图象中放、伴音中放等。iSCL’R1C1LRL’ZL’构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路，以保证晶体管工作在甲类状态。电容CB、CE对高频旁路，电容值比低频放大器中小得多。

LC振荡回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供选频回路。振荡回路采用部分连接，可以实现阻抗匹配，同时降低负载导纳和放大管输出导纳对LC回路的影响。第二节高频单调谐放大器简单工作原理

信号由输入端的高频变压器引入，晶体管放大器的负载为部分接入的谐振回路，该回路对输入信号频率谐振，即。此时，回路呈现的阻抗最大，而对其它频率的阻抗很小，因而输入信号频率的电压得到放大，而其它频率信号受到抑制。同时谐振回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配，以提供晶体管集电极所需要的负载电阻，从而在负载（下一级晶体管的输入）上得到最大的电压输出。所以谐振回路的作用是实现选频滤波及阻抗匹配。典型电路：

电路采用部分接入，以减小放大管输出导纳对LC回路的影响；与负载间采用变压器耦合方式,以更好的匹配，降低负载导纳对LC回路的影响。uiCbR1R2ReCeCLyi212345EC一、混合型等效电路晶体管高频共发射极混合π型等效电路基区体电阻,约发射结电阻折合到基极回路的等效电阻,约几十欧到几千欧；（晶体管混合等效电路及其单向化动画）：发射结电容,约10皮法到几百皮法；：集电结电阻,约10kΩ～10MΩ；：集电结电容,约几个皮法；：晶体管跨导,几十毫西门子以下；各参数有关的公式如下：其中:是发射极静态电流,是晶体管低频短路电流是晶体管特征频率。放大系数,注意:各参数均与静态工作点有关。

另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图图（a）所示，图(b)是简化等效电路。晶体管高频共基极等效电路及其简化电路二、Ｙ参数等效电路

双口网络即具有两个端口的网络，如图所示。参数方程是选取各端口的电压为自变量,电流为应变量,其方程如下双口网络其中四个参量均具有导纳量纲，即

所以Ｙ参数又称为短路导纳参数,即确定这四个参数时必须使某一个端口电压为零,也就是使该端口交流短路。共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路

如共发射极接法的晶体管,如图所示,相应的Ｙ参数方程为式中，分别称为输入导纳、反向传输导纳正向传输导纳和输出导纳。其中共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路三、Ｙ参数与混合参数的关系uiCbR1R2ReCeCLyi212345EC高频单调谐放大器一、等效电路UbyiegmUbyoeCLyi212453高频单调谐放大器一、等效电路n1gmUbCTGTL其中：yi2=gi2+jCi2yoe=goe+jCoe将输出、负载回路折合到LC回路得到的等效电路：所以有：goe’=n12goeCoe’=n12Coegi2’=n22gi2Ci2’=n22Ci2其中：Gp为LC回路固有电导将同类元件值合并，得等效电路CT=n12Coe+n22Ci2+CGT=n12goe+n22gie+Gp其变比：其中：UbyiegmUbyoeCLyi212345n1gmUbgoe’Coe’CGpLCi2’gi2’高频单调谐放大器n1gmUbgoe’Coe’CGpLCi2’gi2’n1gmUbCTGTL由合并的等效电路可知：此时，谐振回路的谐振频率为：谐振回路的品质因数为：谐振回路的等效阻抗为：UbyiegmUbyoeCLyi212345n1gmUbCTGTL由等效电路可知，正弦稳态下，单调谐放大器的增益为：高频单调谐放大器单调谐放大器的性能(一)谐振电压增益n1gmUbCTGTL(二)谐振功率增益1.在无耗（GP=0），且匹配(goe’=gi2’)时：2.有耗但匹配时.其中：=（1-QT/Q）2

称为插入损耗。(三)放大器的相对增益和通频带1.放大器的相对增益为：依此作出曲线如图2.通频带根据通频带定义有由此推得通频带或10.7070.1BB0.1(四)放大器的选择性——指放大器对干扰信号的抑制能力。常以矩形系数K0.1来衡量选择性的好坏。K0.1定义为相对增益下降到0.1时的带宽B0.1带宽B，即据B0.1定义有由此推得显然，K0.11，K0.1愈趋近于1，选择性愈趋近于理想。可见，单级调谐放大器的选择性很差，这是他存在的主要缺点。单调谐放大器分析举例例2-1一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms，Cie=80pF，goe=75µs，Coe=9pF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10kHz，变压器原圈总匝数N=117，电感L=590µH，固有Q值Q=80。求调谐回路参数和最大功率增益。解：（1）回路的有载QT值：（2）回路的总电容CT：

（3）回路的总电导GT：解:（4）LC回路的匝比：设GP=0，goe’=g

ie’例2-1一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms，Cie=80pF，goe=75µs，Coe=9pF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10kHz，变压器原圈总匝数N=117，电感L=590µH，固有Q值Q=80。求调谐回路参数和最大功率增益。解:（5）所需电容：

Coe’=n12Coe=(0.29)29pF=0.76pFCie’=n22Cie=(0.13)280pF=1.36pFC=GT-Coe’-Cie’=200pF-0.76pF-1.36pF200pF(6)实际最大功率增益：插入损耗：例2-1一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms，Cie=80pF，goe=75µs，Coe=9pF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10kHz，变压器原圈总匝数N=117，电感L=590µH，固有Q值Q=80。求调谐回路参数和最大功率增益。

例2-2已知工作频率=30MHz,Ｖcc＝6Ｖ,＝2mA。晶体管采用3DG47型NPN高频管，其Ｙ参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下：

，

，

；；，

；，

；回路电感Ｌ＝14μH,接入系数，

，回路空载品质因数＝100，负载是另一级相同的放大器。求放大器的谐振电压增益、通频带，且回路电容C取多少时，回路谐振？

解：暂不考虑的作用（）。根据已知条件可得回路总电导电压增益为回路总电容故外加电容C通频带信号接收过程中，通常要求：

Au高、B合适、选择性好(K0.1趋近于1)。这用单级调谐放大器是难以满足的。解决方法：采用多级调谐放大器。多级调谐放大器分为：

第三节多级调谐放大器及稳定性{{1、同步调谐放大器2、参差调谐放大器，又分为（1）双参差调谐放大器（2）三参差调谐放大器一、同步调谐放大器同步调谐放大器是指：若n级放大器，则有（一）n级放大器总电压增益：相对电压增益：一、同步调谐放大器（二）n级放大器总通频带—称为缩小系数例2-3若要求某中频放大器（多级同步调谐放大器）的频带为6.5MHz，分别求出用2级和3级实现时两种情况下每一级的B为多少？解：（1）当n=2时（2）当n=3时即只有每级通频带达到12.7MHz，才能满足总通频带6.5MHz的要求。显然，Au与Bn存在矛盾，因此这种放大器只适合Bn较窄，而Au不太高的情况。一、同步调谐放大器（三）n级放大器选择性根据K0.1的定义：例如：n=2时，K0.1=4.8；n=K0.1=2.56这表明：同步调谐放大器K0.1的极限为2.56，尚不能趋于1。为解决以上一系列矛盾，可采用参差调谐放大器。显见，当nK0.1可改善选择性，但当n>2以后改善缓慢

例2-4某中频放大器的通频带为6MHz，现采用两级或三级相同的单调谐放大器，对每一级放大器的通频带要求各是多少？解：当n=2时所以要求每一级放大器的带宽同理，当n=3时，要求每一级放大器的带宽二、参差调谐放大器（1）交流通路：UiT1T2n1n2n1n2f01f02U0两级结构相同，分别调谐在f01和f02且与参差放大器的中心频率f0相差fs，即二、参差调谐放大器若放大器的增益特性为：二、参差调谐放大器若：

对于单个谐振电路而言，它的广义参差失谐量分别是（一）平坦参差调谐放大器称为临界偏调。此时它具有最大平坦特性，所以又称为平坦参差。谐振增益：相对增益：通频带：选择性：其矩形系数

[例2-5]一临界偏调双参差调谐放大器，其中心频率f0=10.7MHz，每一级谐振增益Au0=20，BHz=400kHz，求：（1）谐振增益AuS；（2）BSHz=?，f01=?，f02=?解：（1）谐振增益（2）（二）过参差调谐放大器它将出现双峰特性（如图），称为过参差。ff0f01f02二、三参差调谐放大器

它是在过参差调谐放大器后级连一级谐振在f0的单调谐放大器，使其谐振特性曲线补偿双峰特性的凹陷，获得较平坦的幅频特性

（如图）

。

ff0f01f02显见它比平坦参差放大器具有更宽的频带。需要指出，由于参差调谐在处失谐，故其在倍数小。可以证明它们有如下关系：例如，设，则上式等于

即双参差调谐放大的谐振放大倍数等于调谐于同一频率的两级放大器的放大倍数的一半。点的放大倍数要比调谐于同一频率的两级放大器的放大三、调谐放大器的稳定性造成不稳定的原因：结电容Cb’c在高频时产生的内部反馈。前面的讨论中，假设了，实际上，因而将引起内部反馈，使放大器不稳定甚至自激。造成不稳定的原因：结电容Cb’c在高频时产生的内部反馈。解决方法：

1.从选择器件着手，选择Cb’c小的晶体管；

2.从电路着手，设法使其单向化。常用方法有：（1）中和法：用外部反馈电路抵消内部反馈。（2）失配法：靠负载的失配抑制内部反馈，但以牺牲增益为代价。（1）中和法1.原理电路：2.中和原理：INCb’cCNCN1N2N3If通过外部反馈电流IN来抵消晶体管内部反馈电流If

。3.优点：电路简单。4.缺点：中和效果有限，难以实现全频段内的中和。放大器中的中和电路图是接收机中常用的中和电路。

失配是指信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配、晶体管输出端的负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。

用失配法实现晶体管单向化常用的办法是采用共射—共基级联电路组成的调谐放大器，其稳定性较高，得到了广泛的应用。共发射极—共基极级联的复合管（2）失配法（2）失配法1.原理电路：2.工作原理：通过增大负载电导YL，进而增大总回路电导，使输出回路严重失配，输出电压相应减小，从而使内部反馈电流减小。3.优点：能在频率较宽的范围内削弱内部反馈的影响。T1T2YiY0UiU0第四节集成调谐放大器及

集中选择滤波器集成调谐放大器的构成：集中选择滤波器集成线形放大组件UiU0集成调谐放大器集成调谐放大器的优点:1.选择电路集中,可减小晶体管参数对回路的影响,保证

Au、B、K0.1

等指标的稳定。2.可单独调整,减少生产周期。3.体积小,可靠性高、稳定性高。

一、集成线性放大组件（一）4E307集成块原理电路：123456789101112T1T22.5K1kD5001.结构：在一块基片上制成差分对（T1、T2）,恒流源

(T3)。2.特点：（1）连接灵活（可连成CE-CB、CC-CB等）（2）漂移小（由于采用差放和有源负载）（3）频带宽，增益高（由于采用组合电路）（4）电路稳定（电路失配）3.具体连接电路：见讲义P26图2—14（b）一、集成线性放大组件（二）MC1110集成块原理电路：1.结构：差分对（T1）管集电极与（T2）管基极间接电容构成电极高频短路。2.特点：（1）工作频率高，可达100MHz（因为CC-CB连接）。（2）输出阻抗高，对回路的影响小，频率f0稳定。3.具体连接电路：CRe12345C1C2L1CReL2C3C4RL+5V-5VU(AGC)213Uii

-+7+VCCUO+5-6地84（三）MC1590集成块●电路结构♦输入级:共射-共基混合连接。♦输出级:共集-共射混合连接。♦AGC电路。●以MC1590构成LC小信号谐振放大器在MC1590的输入输出各加一谐振回路，如图所示。87二、集中选择滤波器（一）石英晶体滤波器1.石英晶体的特性及其等效电路

石英晶体的化学成分是二氧化硅（SiO2

），是一种六棱柱型结晶体，其导电性能与晶格方向有关。将其按不同方位切割，可切成X、Y、AT、BT等不同切型的晶片。它们的工作频率、温度特性及参数各不相同。如AT:f=500KHz20MHz,DT:f=100KHz350KHz。它的基本特性是压电效应。定义三个几何轴：♦连接两个角锥顶点Z——Z轴……光轴♦与光轴垂直X----X轴……电轴♦与光轴垂直Y---Y轴……机械轴（1）正压电效应---机械力作用于晶体时，晶片两面将产生异性电荷；（2）反(逆）压电效应---在晶片两面加高频交变电压时，晶片将随交变信号会产机械振动。当晶片几何尺寸和结构一定时，它本身有一个固定的机械振动频率f固，当外加频率f外=f固时产生谐振，此时机械振动最强，电路中的高频电流最大。晶片越薄，频率越高强度越差，加工越难，所以一般基频<30MHz。C0:支架电容（几～几十pF）Lq:惯性（几十～几百mH）Cq:弹性（0.0002～0.1pF）Rq:

损耗（几～几百Ω）1.石英晶体的特性及其等效电路当工作频率较高时，一般采用泛音晶体，它工作在机械振动的谐波上，其工作频率可达150MHz.泛音晶体的特点：(1)泛音不正好等于基波的整数倍；（整数倍附近）(2)因偶次谐波时晶片两面电荷同性，无法用，所以泛音只存在于奇次谐波附近。晶体的符号及等效电路如图符号JT等效电路rq1Lq1Cq1C0Cq3CqnLq3Lqnrq3rqn石英晶体的特点：Q值高>106Cq很小0.0050.1pFLq很大10mH~10Hrq很小100C0较小25pF2.晶体阻抗特性分析当晶体工作在某一频率时，其等效电路可简化为：rqCqC0Lq由等效电路可知，它有两个谐振频率：{串联谐振频率：并联谐振频率：显见，其值相距很近约为几十几百HZ。由等效电路，在忽略rq条件下，晶体的等效阻抗为：2.晶体阻抗特性分析ZPS感性容性容性讨论：当=S,

Z=0;当=P,

Z=;当<S,

Z=-jX;(呈容性)当>P,

Z=-jX;(呈容性)当S<<P,

Z=jX;(呈感性)所以，其曲线如图：2.晶体阻抗特性分析ZPS感性容性容性通常，只使用其感性区，原因：(1)在此段斜率较大，对频率变化灵敏，有利于稳频。(2)能使频率受控于晶体。石英晶体谐振器在电路中的工作方式：{(1)做高Q值电感；(1)做高Q值的短路元件。2.石英晶体滤波器ZP2S1以桥接式石英晶体滤波器为例，其原理电路如图:11’2CJT1JT22’滤波原理JT1、JT2的电抗曲线分别如图中实、虚线所示。P1=S221衰减在S1P2之间两晶体的电抗符号相反，电桥平衡特性最差，为通带；在1、2两个频率，两晶体的电抗符号相同，电桥平衡特性最好，信号衰减最大。关系如图所示（二）陶瓷滤波器1.二端陶瓷滤波器2.三端陶瓷滤波器3.四端陶瓷滤波器体积小耐热、耐湿，受外界环境影响小常用的陶瓷滤波器有：陶瓷滤波器的优点：某些陶瓷材料