高频电子线路教案(完整)

..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：本课程的研究对象二、教学目标使学生知道本课程的研究对象，方法及目标三、教学重点难点教学重点：接收设备的组成及原理教学难点：接收设备的组成及原理四、教学过程高频电子线路是电子信息、通信等电子类专业的一门技术基础课，它的研究对象是通信系统中的发送设备和接收设备的各种高频功能电路的功能、原理和基本组成。*消息（NEWS，MESSAGE）：--关于人或事物情况的报道。--通信过程中传输的具体对象：文字，语音，图象，数据等。*信息（INFORMATION）：--有用的消息*信号（SIGNAL）：--信息的具体存载体。*输入变换器--将输入信息变换为电信号。*发送设备--将输入电信号变换为适合于传输的电信号。*传输信道..精品精品.精品--信号传输的通道。--有线信道：平行线、同轴电缆或光缆，也可以是传输无线电波。--无线信道：自由空间或某种介质。*接收设备--将输入电信号变换为适合于变换的电信号。*输出变换器--将接收设备输出的电信号变换成原来的信息，如声音、文字、图像等。输输入变换器发送设备传输信道接收设备输出变换器 通信系统方框图通信系统分类：1）按通信业务分类*单媒体通信系统：如电话，传真等*多媒体通信系统：如电视，可视电话，会议电话等*实时通信系统：如电话，电视等*非实时通信系统：如电报，传真，数据通信等*单向传输系统：如广播，电视等*交互传输系统：如电话，点播电视等*窄带通信系统：如电话，电报，低速数据等*宽带通信系统：如点播电视，会议电视，高速数据等2）按传输媒体分类a)有线传输介质：..精品精品.精品*双绞线（屏蔽双绞线，非屏蔽双绞线）损耗大，几千比特/秒~几百兆比特/秒*同轴电缆损耗小，价高，抗干扰能力强，几百兆比特/秒*光纤损耗小，价高，抗干扰能力强，带宽大，体积小，重量轻，几千兆比特/秒。实例：光纤在几千米距离内，数据率=2GHZ/S同轴电缆在1千米距离内，数据率=几百MHZ/S双绞线在1千米距离内，数据率=几MHZ/Sb)无线传输信道:自由空间或某种介质。无线电接收设备的组成与原理无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息信号。下图是一个最简单的接收机的方框图，它由接收天线、选频电路、检波器和输出变换器(耳机)四部分组成。选频选频电路检波器最简单的接收机方框图直接放大式接收机的方框图如下图所示。..精品精品.精品选频选频电路检波器低频电压放大器低频功率放大器高频放大器直接放大式接收机方框图直接放大式接收机的特点是灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率的接收。但是，在用于多个电台接收时，其调谐比较复杂。再则，高频小信号放大器的整个接收频带内，频率高端的放大倍数比低端要低。因此，对不同的电台其接收效果也就不同。为了克服这样的缺点，现在的接收机几乎都采用超外差式线路。下图所示是超外差式接收机的方框图。超外差式接收机的中频放大器的中心频率是固定不变的，而且接收机的主要放大倍数由中频放大器承担，所以，整机增益在接收频率范围内，高端和低端的差别就会很小。对于调谐来说，仅对混频器的选频输入回路和本机振荡器进行同步调谐，这是容易实现的。混频器混频器检波器低频电压放大器低频功率放大器中频放大器本机振荡器超外差式接收机的方框图超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。可以同时兼顾高灵敏度与高选择性，这是非常重要的。..精品精品.精品本课程讲授的各功能电路，大多属于非线性电子线路。非线性电子线路的分析方法与线性电子线路的分析方法是不相同的。因而，在学习本课程的各功能电路时，要根据不同电路的功能和特点，掌握各个功能电路的实现方法和基本原理；要根据输入信号的大小和器件的工作状态的不同选用不同的近似分析法，系统地了解非线性电子线路的分析方法。高频电子线路的理论与实践必须紧密联系，要学会用理论去指导实验和分析实验现象，从而得出合理的结论，这对我们以后的工作会有很大帮助。无线信道及传播方式表列出了无线电波的频段划分、主要传播方式和用途等。表中列出的频段、传播方式和用途的划分是相对而言的，相邻频段间无绝对的分界线。表无线电波的频段、传播方式和用途频带波长名称主要传播方式典型应用3~30kHz100~10km甚低频地波远距离导航；声纳；电报；电话30~300kHz10~1km低频（长波）地波导航系统；航标信号；电报；通信0.3~3MHz1000~100m中频（中波）地波或天波调幅广播；舰船无线通信；测向；遇险和呼救..精品精品.精品3~30MHz100~10m高频（短波）天波或地波调幅广播；短波通信；飞机与船通信；岸与船通信30~300MHz10~1m甚高频（超短波）直线传播电视广播；调频广播；航空通信；导航设备0.3~3GHz100~10cm特高频（分米波）直线传播电视广播；雷达；遥控遥测；导航；卫星通信；移动通信；3~30GHz10~1cm超高频（厘米波）直线传播卫星通信；空间通信；微波接力；机载雷达；气象雷达30~300GHz10~1mm极高频（毫米波）直线传播雷达着陆系统；射电天文..精品精品.精品无线电波的主要传播方式图《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：高频电路基础知识二、教学目标掌握谐振回路，理解高频小信号放大器的主要技术指标三、教学重点难点教学重点：谐振回路教学难点：谐振回路四、教学过程..精品精品.精品*高频：被放大信号的频率在数百千赫至数百兆赫。由于频率高，放大器的晶体管的极间电容的作用不能忽略。*小信号：放大器输入信号小，可以认为放大器的晶体管(或场效应管)是在线性范围内工作，这样就可以将晶体管(或场效应管)看成为线性元件，分析电路时可将其等效为二端口网络。*放大器：功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大。 高频小信号放大器的分类图高频小信号放大器的通频带1）高频：几百千赫至几百兆赫（105~108Hz）小信号：.（2）相对带宽：（3）窄带放大器：高频小信号放大器的主要技术指标（1）电压增益与功率增益(2)通频带..精品精品.精品*相对带宽：*窄带放大器：（3）)矩形系数输入信噪功率比输出信噪功率比输入信噪功率比输出信噪功率比高频电路的基础知识滤波器(选频回路)的分类及功能滤波器的理想幅频特性LC串并联谐振回路的特性一个实际的电感元件可以用一个理想无损耗的电感L和一个串联的损耗电阻rO来等效，也可以用一个理想无损耗的电感L和一个并联电导g。来等效。如图所示。..精品精品.精品有损电感的等效关系电容元件的高频特性对于电容元件，由于在高频电路所讨论的频率范围内，损耗很小，因而就认为是理想元件，不考虑其损耗的影响。LC串联谐振回路图LC串联谐振回路图LCr串联谐振回路由图A，从信号源向右看其电抗特性如图B所示。由图可知，..精品精品.精品图ALCr串联谐振回路图B串联谐振回路电抗与频率的关系由得回路谐振频率为或定义回路空载品质因数为：定义回路有载品质因数为：当在LC串联谐振回路加入激励电压U时，流过电路的电流I可表示为当（谐振）时，流过的电流最大，，称为谐振电流。归一化电流：..精品精品.精品图相对幅频特性与相频特性当（谐振）时，回路电感和电容上的电压可表示为这两个电压大小相同，方向相反。《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：并联谐振二、教学目标掌握并联谐振三、教学重点难点教学重点：谐振回路参数计算，等效变换教学难点：谐振回路参数计算，等效变换四、教学过程LC并联谐振回路一个LC并联电路，由于电感L有损耗，可等效为如图(a)所示的电路。并联回路的导纳为..精品精品.精品(a)(b)图LC并联谐振回路式中，回路谐振频率为令当回路谐振频率和有载品质因数为则并联谐振回路的阻抗的模及相角为..精品精品.精品可以看出，当时，回路谐振，回路等效为纯电阻，其阻值最大为R。在回路加电流源I激励时，输出电压时，。并联谐振回路的输出电压相对幅频特性和相频特性为图并联回路的阻抗特性串并联阻抗的等效互换下图是一个串联电路与并联电路的等效互换图。设串联电路是由X1，与r1组成，等效后的并联电路是由X2与R2组成。所谓“等效”是指在工作频率相同的条件下，AB两端的阻抗相等。也就是等效互换电路 ..精品精品.精品根据品质因数Q的定义，式中，Q2为并联回路的品质因数。可见等效互换结果Q不变，即Q1=Q2=Q，可得这个结果表明，串联电路转换为等效并联电路后，R2为串联电路r1的Q2倍，而x2与串联电路x1相同，保持不变。《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：晶体管高频小信号谐振放大器二、教学目标：掌握高频小信号放大器三、教学重点难点教学重点：体管高频小信号等效电路教学难点：单调谐回路谐振放大器..精品精品.精品四、教学过程晶体管y参数等效电路晶体管y等效电路图根据二端口网络理论，其中，称为输出短路时的输入导纳；称为输入短路时的反向传输导纳；称为输出短路时的正向传输导纳；称为输入短路时的输出导纳。对于共发射极组态，，其中y参数用、、、表示。对于共基极组态，，其y参数用、、、表示。对于共集电极组态，，其y参数用、、、表示。混合等效电路下图所示是晶体管混合等效电路。放大器的等效电路及其简化..精品精品.精品单调谐回路谐振放大器单级调谐放大器高频等效电路图单调谐放大器简化等效电路图由三极管的内部特性，有由外部负载特性，有得放大器的输入导纳为..精品精品.精品得放大器的输出导纳为设T1和T2是同型号的晶体管，电感线圈的电感量为L，在工作频率时的空载品质因数为Q0，则空载谐振电导。由于，故可用和并联表示，用和并联表示。根据接入系数的定义，。由简化等效电路可以很方便地对放大器的技术指标进行分析。放大器的技术指标1．电压增益根据定义，，式中，；从等效关系可知则放大器谐振时，，对应的谐振频率，则可见，谐振时的电压增益与晶体管的正向传输导纳成正比，与回路两端总电导成反比，负号表示放大器的输入与输出电压相位差..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：小信号谐振放大器的稳定性二、教学目标:了解晶体管高频小信号谐振放大器的稳定性三、教学重点难点不稳定的原因及提高稳定性的措施四、教学过程谐振放大器存在不稳定的原因在实际运用中，晶体管存在着反向传输导纳yre,放大器的输出电压可通过晶体管的yre反向作用到输入端，引起输入电流的变化，这种反馈作用将可能引起放大器产生自激等不良后果。由图可见，放大器的输入导纳。其中，。YF是频率的函数。在某些频率上，gF有可能为负值。回路的总电导将可能减小，甚至为零，QL将趋于无限大，放大器处于自激振荡状态。图等效输入电路放大器的稳定系数及稳定增益..精品精品.精品图调谐放大器等效电路提高谐振放大器稳定性的措施使晶体管yre的反馈作用消除的过程称为单向化。单向化的目的就是提高放大器的稳定性。单向化的方法有中和法和失配法。(一)中和法所谓中和，是在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路，以抵消晶体管内部yre的反馈作用。下图所示是有中和电路的放大器。具有中和电路的放大器(二)失配法失配法的实质是降低放大器的电压增益，以确保满足稳定的要求。可以选用合适的接入系数p1、p2或在谐振回路两端并联阻尼电阻来实现降低电压增益。在实际运用中，较多的是采用共射一共基级联放大器，其等效电路如图所示。..精品精品.精品共射-共基级联放大器《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：高频功率放大器二、教学目标理解晶体管高频功率放大器的功能、分类和主要技术指标三、教学重点难点1、基本电路及其特点2、高频功率放大器的工作原理四、教学过程..精品精品.精品高频功率放大器的功能无线电通信的任务是传送信息。为了有效地实现远距离传输，通常是用要传送的信息对较高频率的载频信号进行调频或调幅，经过高频功率放大达到较大功率，再通过天线辐射出去。高频功率放大器的特点是放大信号频率高，要求输出功率高和效率高。高频功率放大器的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的高频能量输出，其输出信号与输入信号的频谱相同，如图1所示。图1高频功率放大器的频谱表示二、高频功率放大器的分类高频功率放大器可分为窄带功率放大器和宽带功率放大器两类。窄带功率放大器一般都具有窄带选频网络，难于做到瞬时调谐。宽带高频功率放大器采用了具有宽频带特性的传输线变压器作为负载，不需要调谐，适用于频率相对变化范围大。为了提高效率，窄带高频功率放大器工作状态多选用在丙类或丁类，甚至戊类放大；宽带高频功率放大器只能选用甲类和乙类推挽放大工作状态。三、高频功率放大器的主要技术指标高频功率放大器的主要指标是高频输出功率、效率、功率增益和谐波抑制度等。..精品精品.精品图2是丙类高频功率放大器的原理电路图。图2(a)所示是一般中间级原理电路，其负载是下一级的输入阻抗经变压器二次侧折合到一次侧，与Lc谐振回路组成的等效负载。图2(b)所示是最简单的输出级原理电路，其负载是天线，而天线的等效阻抗可看成为天线电容c。和电阻r。串联组成。从原理图可以看出，无论是中间级还是输出级，其负载均可等效为并联谐振回路。因而，在分析讨论丙类高频功率放大器时，通常是用图3所示的原理电路。图2丙类高频功率放大器原理图图3高频功率放大器原理图从原理图可以看出，丙类高频功率放大器的特点是：为了提高效率，晶体管发射结为负偏置，由VBB来保证。负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。丙类高频功率放大器..精品精品.精品工作原理丙类高频功率放大器的发射结在VBB的作用下处于负偏压状态，当无输入信号电压时，晶体管T处于截止状态，集电极电流ic=0。当输入信号电压为时，基极与发射极之间的电压，由输入特性可得基极电流为脉冲形状。可用傅里叶级数展开为式中，为基极电流的直流分量；为基极电流的基波电流振幅；分别为基极电流的二次至n次谐波电流振幅。同理由正向传输特性可得集电极电流为脉冲状，也可用傅里叶级数展开为式中，为集电极电流的直流分量；为集电极电流的基波电流振幅；分别为集电极电流的二次至n次谐波电流振幅。当集电极回路调谐于高频输入信号频率时，由于回路的选择性，对集电极电流的基波分量来说，回路等效为纯电阻Rp；对各次谐波来说，回路失谐，呈现很小的阻抗，回路两端可近似认为短路；而直流分量只能通过回路电感支路，其直流电阻很小，也可近似认为短路。这样，脉冲形状的集电极电流ic流经谐振回路时，只有基波电流才产生电压降，即回路两端只有基波电压。因而输出的高频电压信号的波形没有失真。回路两端的基波电压振幅Ucm为..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：丙类(C类)高频功率放大器的工作原理二、教学目标理解晶体管高频功率放大器的工作原理三、教学重点难点集电极余弦电流脉冲的分解..精品精品.精品四、教学过程下图是丙类高频功率放大器各级电压和电流的波形图。各级电压和电流波形丙类(C类)高频功率放大器的折线分析法由于丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态，所以，晶体管的小信号等效电路的分析方法是不适用的。虽然采用静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存在一定的误差，但是，用它对高频功率放大器进行定性分析是一种较为简便的方法。1、晶体管特性曲线的理想化及其解析式静态特性曲线及其理想化..精品精品.精品输入特性曲线的理想化图(a)所示的虚线表示的直线就是理想化的输入特性曲线。其数学表示式为式中，gb为理想化输入特性的斜率，即正向传输特性曲线的理想化理想化晶体管的电流放大系数被认为是常数，因而将输入特性的iB乘以就可得到理想化正向传输特性。正向传输特性的斜率为gc称为理想化晶体管的跨导。它表示晶体管工作于放大区时，单位基极电压变化产生的集电极电流变化。正向传输特性的数学表示式为输出特性曲线的理想化图(b)所示的输出特性曲线要分别对饱和区和放大区采取不同的简化方法。在饱和区，根据理想化原理，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。这样，理想化特性曲线对不同的uBE值，应重合为一条通过原点的斜线。该斜线称为饱和临界线，其斜率用gcr表示。它表示晶体管工作于饱和区时，单位集电极电压变化引起集电极电流的变化的关系。可表示为 式中，。..精品精品.精品在放大区，根据理想化原理，集电极电流与集电极电压无关。那么，各条特性曲线均为平行于uCE轴的水平线。又因=△iC／△iB为常数，故各平行线对等差的△iB来说，间隔应该是均匀相等的。2、集电极余弦电流脉冲的分解余弦电流脉冲的表示式余弦电流脉冲是由脉冲高度ICM和通角C来决定的。只要知道这两个值，脉冲形状便可完全确定。在已知条件下，通过理想化正向传输特性求出集电极电流脉冲，可用下图来说明。丙类状态下集电极电流波形图设激励信号为，则。而晶体管理想化正向传输特性可表示为将uBE代人式中，可得..精品精品.精品当时，，代入上式中可得上式表明，已知VBB,UBZ和Ubm可确定高频功率放大器的半通角θC，有时也称为通角。通常用θC=180。表示甲类放大；θC=90。表示乙类放大；θC<90。表示丙类放大。但是，必须注意的是高频功率放大器的实际全通角为2θC.当时，，可得得集电极余弦电流脉冲的表示式为余弦电流脉冲的分解系数周期性的电流脉冲可以用傅里叶级数分解为直流分量、基波分量及高次谐波分量，即iC可写成为式中α称为余弦电流脉冲分解系数。α0(θC)为直流分量分解系数；α1(θC)为基波分量分解系数；..精品精品.精品αψ(θC)为n次谐波分量分解系数。这些分解系数在使用中，通常不需要通过积分关系求出各个分量，可以由下图或本章附录中查得。图中给出了α0、α1、α2、α3和g1=Ic1m／Ic0m与θC的关系曲线。本章附录给出了不同θC值所对应的α0、α1、α2和g1的数据值。余弦脉冲分解系数与的θC关系《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：高频功率放大器特性二、教学目标理解晶体管高频功率放大器的工作原理三、教学重点难点1、功率放大器的功率与效率2、高频功率放大器的负载特性及动态特性四、教学过程..精品精品.精品功率与效率可知，丙类高频功率放大器的uBE和uCE为而集电极电流iC是脉冲状的周期函数，可分解为傅里叶级数。故丙类高频功率放大器的直流电源VCC供给的输入直流功率为因为谐振回路谐振于基波频率，并呈纯电阻Rp,对其他谐波的阻抗很小，且为容性；所以，只有基波电流与基波电压才能产生输出功率。高频一周的平均输出功率P。:直流电源提供输入功率与高频输出功率之差是晶体管集电极损耗功率，即高频功率放大器的集电极效率为式中，称为集电极电压利用系数；称为波形系数。从上面各式，并参照脉冲分解系数与图θC关系图，可看出：(1)在电压利用系数的理想条件下，甲类放大器的通角为180°，，故甲类放大器的理想效率；乙类放大器的通角为为90°，，故乙类放大器的理想效率；丙类放大器的通角小于90°，，故丙类放大器的理想效率..精品精品.精品，而越小，越高。(2)谐振高频功率放大器在谐振电阻Rp一定的条件下，=120。时，输出功率最大，但是，集电极理想效率只有66％；而=1。～15。时，效率最高，输出功率却很小。故在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，通常取=60。～80。的丙类工作状态。丙类高频功率放大器的动态特性在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后，也就是在晶体管、电源电压VCC和VBB输入信号振幅Ubm和输出信号振幅Ucm(或Rp)一定的条件下，ic=f(uBE,uCE)的关系称为放大器的动态特性。当放大器工作于谐振状态时，高频功率放大器的外部电路关系式为由上二式可得动态特性应同时满足外部电路和内部电路关系式，而内部关系式是由晶体管折线化的正向传输特性所决定。对于导通段，即可得显然，上式是一个直线方程。斜率为，在轴上的截距为..精品精品.精品若已知高频功率放大器晶体管的理想化输出特性和外部电压VCC、VBB、Ubm和Ucm的值，如何求出动态特性和电流、电压波形呢?通常可以采用截距法和虚拟电流法。*截距法。用截距法求动态特性*虚拟电流法。虚拟电流法求动态特性功率放大器通常是按晶体管集电极电流通角p。不同划分为甲类、乙类和丙类放大器。谐振功率放大器的工作状态是指处于丙类或乙类放大时，在输入信号激励的一周内，是否进入晶体管特性曲线的饱和区来划分，它分为欠压、临界和过压三种状态，用动态特性能较容易区分这三种工作状态。..精品精品.精品下图给出了丙类谐振高频功率放大器的三种不同工作状态(欠压、临界和过压)的电压和电流波形。丙类高频功率放大器的三种工作状态丙类高频功率放大器的负载特性负载特性是指在晶体管及VCC、VBB、Ubm一定时，改变回路谐振电阻Rp，高频功率放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率随Rp变化的关系。晶体管一定，是指理想化特性一定，即gC、UbZ不变。采用虚拟电流法可求出不同Rp值对应的动态特性，可清楚地分析负载特性。动态特性的斜率gd与Rp的关系是..精品精品.精品丙类高频功率放大器的负载特性各级电压变化对工作状态的影响1、改变集电极电源电压对工作状态的影响改变VCC对电流和功率的影响2、改变Ubm对工作状态的影响改变Ubm对工作状态的影响..精品精品.精品改变Ubm对电流和功率的影响3、改变VBB对工作状态的影响改变VBB对工作状态的影响《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：丙类功率放大电路二、教学目标熟悉功率放大器的馈电电路和匹配网络三、教学重点难点1、馈电电路组成原则2、匹配网络原理四、教学过程丙类高频功率放大器是由输入回路、晶体管和输出回路组成。输入、输出回路在功率放大器中的作用是，(1)提供放大器所需的正常偏置；(2)实现滤波(调谐于基波频率)；(3)保证阻抗匹配。..精品精品.精品也可认为输入、输出回路它是由直流馈电电路和匹配网络两部分组成。一、直流馈电电路晶体管高频功率放大器的直流馈电电路分为集电极馈电电路和基极馈电电路两类。(一)集电极馈电电路集电极直流馈电有串联馈电和并联馈电两种形式。晶体管、负载回路和直流电源组成串联连接形式称为串联馈电；晶体管、负载回路和直流电源组成并联连接形式称为并联馈电。图(a)是串联馈电电路。图(b)是并联馈电电路。集电极电路的两种馈电形式(二)基极馈电电路基极馈电电路的组成也有串联馈电和并联馈电两种形式，如图所示。基极电路的两种馈电形式..精品精品.精品下图是谐振功率放大器的自给反向偏置电路。图(a)所示利用基极电流的直流分量，IBO在基极电阻Rb上的压降产生自给负偏压。图所示利用发射极电流的直流分量IEO在Re上的压降产生自给负偏压。其优点是利用发射极电流直流分量的负反馈作用，有利于工作状态的稳定。在功率放大器输出功率大于1w时，通常采用自给反向偏置电路。自给反向偏置电路二、匹配网络在发射机中，为了获得大的高频输出功率，通常可采用多级高频功率放大的方式。根据丙类功率放大器在发射机中所处位置的不同，常将丙类功率放大器所采用的匹配网络分为输入、输出和级问耦合三种电路。输入匹配网络用于信号源与丙类功率放大器之间；输出匹配网络用于输出级与天线负载之间；级间耦合匹配网络用于丙类功率放大器的推动级与输出级之间。这三种匹配网络都可以采用由L和C组成的L形、形或T形这样的基本网络。匹配网络在电路中的作用是实现滤波与阻抗匹配。(一)输入匹配网络由于高频功率晶体管的输入阻抗实数部分的数值一般很小，通常只有几欧，而信号源的内阻比晶体管输入电阻要高。为了使信号源的功率有效地加到高频功率晶体管的发射结上，可采用输入匹配网络来实现低输入电阻与高信号源内阻的匹配。下图所示是常用的输入匹配网络。..精品精品.精品输入匹配网络图(二)级间耦合匹配网络下图所示是常用的级间耦合匹配网络。..精品精品.精品级间耦合匹配网络(三)输出匹配网络下图所示是常用的输出匹配网络。..精品精品.精品输出匹配网络..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：振幅调制电路二、教学目标掌握普通调幅波的调制方法，频谱分析三、教学重点难点1、普通调幅波的数学表示式及其频谱2、调幅波的功率关系四、教学过程调制是通信系统中的重要的环节。通信系统的主要目的是实现远距离地不失真地传送信息。所需传送的信息通过换能器转换成电信号，此电信号是占有一定频谱宽度的低频信号，通常称为基带信号。直接将基带信号进行传输，要实现多路远距离传输是困难的。通常是将基带信号加载到高频信号上去，用高频信号作为运载工具，这样就能较好地实现多路有选择性的远距离通信。将需传送的基带信号加载到高频信号上去的过程称为调制。普通调幅波的数学表示式及其频谱若载波信号电压为，调制信号为，根据定义，普通调幅波的振幅为设调制信号电压为其中，和F分别为调制信号的角频率（单位为rad/s）和频率（单位为Hz），通常满足。根据调幅波的定义..精品精品.精品式(5—4)就是单频调制时普通调幅波的表示式。式中U’m(t)称为包络函数。它是由调幅波各高频周期峰值连成的一条曲线，而ma=kaUm／Ucm。其中，ka为比例系数，ma称为调幅指数(调幅度)。普通调幅波的波形如图5—1所示。从图中可以看到，已调波的包络形状与调制信号一样，称之为不失真调制。从调幅波的波形上看出包络的最大值Ummax和最小值Ummin为故可得由上式可看出，不失真调制时ma≤1，若ma>1，则已调波包络形状与调制信号不一样，产生严重失真，这种情况称为过量调幅，必须尽力避免，其波形如图所示。..精品精品.精品调幅波波形过量调幅波形图为了说明调制的特征，还常用频域表示法，即采用频谱图。可以利用三角公式将其展开为这表明单频信号调制的调幅波由三个频率分量组成，即载波分量ωc、上边频分量..精品精品.精品ωc+Ω和下边频分量ωc-Ω，其频谱如图所示。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振幅的大小，边频的频率虽属于高频的范畴，但反映了调制信号频率与载波的关系。实际上，调斛信号是含有多个频率比较复杂的信号。如调幅广播所传送的语言信号频率约为50Hz～3．5kHz，经调制后，各个语言频率产生各自的上边频和下边频，叠加后形成了所谓上边频带和下边频带，如图所示。因为上、下边频振幅相等且成对出现，所以上、下边频带的频谱分布相对载波是对称的，其数学表示式可写为因为多频调制时各个低频分量的振幅并不相等，因而调幅指数mi也不相同，所以就整个调幅波来说，常引用平均调幅指数的概念。大量实验表明，未经加工处理的语言信号的平均调制系数为0．2～0．3。由调幅波的频谱图可以看出，调制过程实质上是一种线性频谱搬移过程。经过调制后，调制信号的频谱由低频被搬移到载频附近，成为上、下边频带。单音调制的调幅波频谱图多音调制的调幅波普通调幅波的功率关系..精品精品.精品为了分清调幅坡中各频率分量的功率关系，通常将调幅波电压加在电阻R两端，电阻R上消耗的各频率分量对应的功率可表示为(1)载波功率(2)每个边频功率(3)调制一周内的平均总功率上式表明，调幅波的输出功率随着m。增大而增大，当m。=1时，POT=2Poav/3,而Pc++Pc-Poav/3，这说明当m。=1时，包含信息的上、下边频功率之和只占总输出功率的1／3，而不含信息的载波功率却占了总输出功率的2／3。从能量观点看，这是一种很大的浪费。而实际调幅波的平均调幅指数为0．3，其能量的浪费就更大。这是普通调幅制本身固有的缺点。目前这种调制只应用于中、短波无线电广播系统中，而其他通信系统采用另外的调制方式。三。抑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..精品精品.精品单频调制的双边带信号波形如图所示。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。其数学表示式为从上两式看出，单边带调幅波的频谱宽度只有两边带的一半，其频带利用率高，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。..精品精品.精品双边带调幅信号的波形四。振幅调制电路的功能振幅调制电路的功能是将输人的调制信号和载波信号通过电变换成高频调幅信号输出。当输入调制信号，载波信号时，普通调幅波调辐电路的输出电压是，双边带调幅波调幅电路的输出电压是，而单边带调幅波调幅电路的输出电压是或。普通调幅波调幅电路输出频谱为、，双边带调幅电路输出频谱为，单边带调幅电路输出频谱为或。振幅调制电路的功能也可用输入、输出信号的频谱关系来表示。图所示是三种调幅电路的输入、输出信号的频谱关系。..精品精品.精品三种调幅电路的频率变换关系五、振幅调制电路的分类及要求在调幅无线电发射机中，按实现调幅级电平的高低可分为低电平调幅电路和高电平调幅电路。低电平调幅是先在低功率电平级进行振幅调制，然后再经过高频功率放大器放大到所需要的发射功率。由于低电平调幅电路的功率较小，对调幅电路来说，输出功率和效率不是主要指标，重点是提高调制的线性，减少不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。它是利用丙类高频功率放大器在改变VCC。或VBB。时具有调幅特性这一特点来实现。它的优点是整机效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。通常高电平调幅只能产生普通调幅波。..精品精品.精品六。振幅调制电路的基本组成原理从振幅调制电路的功能可以看出，在输入载波频率和调制信号频率时，要实现普通调幅波调幅或双边带调幅波调幅，必须通过调幅电路产生新的频率分量。因此，调幅电路的主要器件应是非线性器件，其特性必须含有载波信号和调制信号的乘积项。集成模拟乘法器和具有平方律特性的二极管等都能完成调幅功能。集成模拟乘法器能实现载波信号和调制信号两电压相乘。二极管是利用两输入信号相加即，经二极管特性的平方项产生和的乘积项实现调幅。一般来说，振幅调制电路是由输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。输入回路的作用是将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接加到非线性器件上。非线性器件(乘法器、二极管、三极管)的作用是实现产生新的频率。带通滤波器的作用是取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分。..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：低电平调幅电路二、教学目标掌握各种低电平调幅电路三、教学重点难点1、二极管调幅电路原理四、教学过程单二极管开关状态调幅电路所谓开关状态，是指二极管在两个不同频率电压作用下进行频率变换时，其中一个电压振幅足够大，另一电压振幅较小，二极管的导通或截止将完全受大振幅电压的控制，可近似认为二极管处于一种理想的开关状态。设二极管D在两个大小不同的信号作用下，如图所示。u1(t)是一个小信号，u..精品精品.精品2(t)是一个振幅足够大的信号。二极管D主要受到信号u2(t)的控制，工作在开关状态。设在u2(t)的正半周，二极管导通，通过负载RL的电流为二极管开关状态原理电路其中，rd为二极管的导通电阻。在u2(t)的负半周，二极管截止，通过负载的电流为零。因此，电流i可用下式表示：若将二极管的开关作用以开关函数式来表示，可得..精品精品.精品开关的控制信号及开关函数则电流可表示因为u2(t)是周期性信号，所以开关函数也是周期性函数，其周期与u2(t)的周期相同。图表示控制信号u2(t)的作用下开关函数的波形。它是振幅为1的矩形脉冲序列。因为K是周期性函数，故可将其展开为傅里叶级数，用K(ω2t)表示。显然，开关函数的傅里叶展开式中只含直流分量、基波和奇次谐波分量。可得可以看出，电流i中包含以下频谱成分：①u1和u2的频率成分。..精品精品.精品②u1和u2的和频和差频。③u1的频率和u2的各奇次谐波频率的和频和差频。④u2的偶次谐波频率。⑤直流成分。负载上得到的输出电压将只包含ωc、ωc±Ω三个频率成分。这正是一个普通调幅波。因此，上述电路是单二极管开关状态调幅电路，只能实现普通调幅波的调幅。二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路如图所示。设图中的变压器为理想变压器，其中，Tr2的一、二次绕组匝数比为1：2，Tr3的一、二次绕组匝数比为2：1。在Tr2一次侧输入调制电压。在Tr1输入载波电压。在Ucm足够大的条件下，二极管D1、D2均工作于受uc(t)控制的开关状态，其导通电阻为rd。设流过二极管D1的电流为i1，流过二极管D2的电流为i2，它们的流向如图所示。在开关工作状态，uc(t)为大信号，对D1来说，uc(t)的正半周导通，负半周截止。对D2来说，uc(t)的正半周导通，负半周截止。它们的开关函数都是K(ct)。因此，电流i1和i2应为..精品精品.精品二极管平衡调幅电路 根据变压器Tr3的同名端及假设的二次侧电流i的流向，由于i1和i2流过Tr3一次侧的方向相反，所以，电流i为由上式可见，i中包含、、等频率分量。二极管环形调幅电路..精品精品.精品环形调制器与平衡调制器的差别是多接了两只二极管D3和D4，它们的极性分别与D1和D2的极性相反，这样，当D1和D2导通时，D3和D4是截止的；反之，当D1和D2截止时，D3和D4是导通的。因此，接人D3和D4不会影响D1和D的工作。于是，环形调制器可看成由两个平衡调制器组成。其中，一个平衡调制器中的晶体二极管D1和D2仅在uc(t)的正半周导通，其开关函数为K(ωct)，流过输出负载电阻RL的电流为另一个平衡调制器电路中的晶体二极管仅在的负半周内导通，其开关函数为，流过输出负载RL的电流为（其电流方向如图所示）式中,因此,流过RL的总电流为由上式可见，与平衡调制器比较，进一步抵消了分量，而且各分量的振幅加倍。通过带通滤波器可取出频率为的电流在RL上建立的双边带调幅电压。..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：高电平调幅电路二、教学目标理解高电平调幅电路工作原理三、教学重点难点集电极调幅，基极调幅的原理四、教学过程集电极调幅电路如图所示是集电极调幅原理电路。低频调制信号与丙类放大器的直流电源VCT，相串联，因此放大器的有效集电极电源电压VCC等于两个电压之和，它随调制信号变化而变化。图中的电容器C’是高频旁路电容，它的作用是避免高频电流通过调制变压器Tr3的二次绕组以及VCT电源，因此它对高频相当于短路，而对调制信号频率应相当于开路。图集电极调幅电路对于丙类高频功率放大器，当基极偏置VBB、激励高频信号电压振幅Ubm和集电极回路阻抗RP不变，只改变集电极有效电源电压时，集电极电流脉冲在欠压区可认为不变。而在过压区，集电极电流脉冲幅度将随集电极有效电源电压V..精品精品.精品CC变化而变化。因此，集电极调幅必须工作于过压区。设基极激励信号电压为，则基极瞬时电压为，又设集电极调制信号电压为，则集电极有效电源电压为式中，调幅指数当时，则在载波状态时，。此时、、，其对应的功率和效率为:直流电源VCT输入功率载流输出功率 集电极损耗功率 集电极效率 则对应的各项功率和效率为：有效电源输入功率..精品精品.精品高频输出功率集电极损耗功率集电极效率（常数）以上各式说明，在调制波峰处所有的功率都是载波状态相应功率的(1+ma)2倍，集电极效率不变。在调制信号(音频)一周内的电流与功率的平均值由此得出一个重要结论：在线性调幅时，集电极被调丙类放大器的平均直流电流不变。由集电极有效电源电压Vcc供给被调放大器的总平均功率为式中，由集电极直流电源Vcc所供给的平均功率则为由调制信号源所供给的平均功率为在调制一周期内的平均输出功率为..精品精品.精品在调制信号一周期内平均集电极损耗功率为在调制一周内的平均集电极效率则为常数综上所述，可得出如下几点结论：①集电极调幅必须工作于过压区。②在调制信号一周内的平均功率都是载波状态对应功率的(1+ma2/2)倍。③总输入功率分别由VCT和所供给，VCT供给用以产生载波功率的直流功率P=T，则供给用以产生边带功率的平均输入功率P。④集电极平均损耗功率等于载波点的损耗功率的(1+ma2/2)倍，应根据这一平均损耗功率来选择晶体管，以使PCM>Pcav。⑤在调制过程中，效率不变，这样可保证集电极调幅电路处于高效率下工作。⑥因为调制信号源需提供输入功率，故调制信号源一定要是功率源，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号源，这是集电极调幅的主要缺点。基极调幅电路如图所示是基极调幅电路。图中，C1、C2为高频旁路电容；C2为低频旁路电容；Tr1为高频变压器；Tr2为低频变压器；LC回路谐振于载波频率c，通频带为2Max.基极调幅电路的基本原理是利用丙类功率放大器在电源电压VCC,输入信号振幅Ubm、谐振电阻RP不变的条件下，在欠压区改变VBB，其输出电流随V..精品精品.精品BB变化这一特点来实现调幅的。在实际电路中，由于集电极电流中的ICO，IC1M随VBB的变化线性范围较小。因而，调制的范围将会受到一定的限制。基极调幅电路的特点是：必须工作于欠压区；载波功率和边频功率都由直流电源VCC提供；调制过程中效率是变化的，只能用于输出功率小、对失真要求不严的发射机中。图基极调幅电路《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：检波二、教学目标：理解检波电路的工作原理，三、教学重点难点包络检波（大信号检波电路，小信号检波电路），同步检波电路原理四、教学过程调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从高频已调信号中取出调制信号。通常将这种解调称为检波。完成这种解调作用的电路称为振幅检波器，一般简称检波器。..精品精品.精品检波电路的功能振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出原调制信号。当输入信号是高频等幅波时，检波器输出为直流电压。当输入信号是正弦调制的普通调幅信号时，检波器输出电压为低频电压uo。当输入信号是脉冲调制的调幅信号时，检波器输出龟压为脉冲波。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搬移到原调制信号的频谱处，这样的频谱搬移过程正好与振幅调制的频谱搬移过程相反。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。检波电路的组成调幅信号的频谱由载频和边频分量组成，它包含有调制信号的信息，但并不包含调制信号本身的频率分量。为了解调出原调制频率，检波器必须包含有非线性器件，以便调幅信号通过它产生新的频率分量，其中包含有所需的分量，然后由低通滤波器滤除不需要的高频分量，取出所需要的调制信号。所以检波电路的组成如图所示，应由三部分组成，即高频输入回路、非线性器件和低通滤波器。检波电路的主要技术指标（一）电压传输系数Kd..精品精品.精品当输入为高频等幅波即时，Kd定义为输出直流电压与输入高频电压振幅Uim的比值，即当输入为高频调幅波，时，定义为输出的分量振幅与输入高频调幅波包络变化的振幅的比值，即（二）等效输入电阻R检波器往往与前级高频放大器的输出端连接，检波器的等效输入电阻将作为放大器的负载影响放大器的电压增益和通频带。实际上，检波器的输入阻抗是复数，可看成由电阻和电容并联组成。通常输入电容与高频谐振回路构成谐振，所以可只考虑输入电阻Rin的影响。（三）非线性失真系数Kf非线性失真的大小，一般用非线性失真系数群表示。当输人为单频调制的调幅波时，Kf定义为式中，、、、…分别为输出电压中调制信号基波和各次谐波分量的有效值。非线性失真的大小，一般用非线性失真系数群表示。当输人为单频调制的调幅波时，Kf定义为式中，、、、…分别为输出电压中调制信号基波和各次谐波分量的有效值。二极管大信号包络检波器大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0．5V，利用二极管两端加正向电压时导通，通过二极管对电容c充电，加反向电压时截止，电容c上电压对电阻R放电这一特性实现检波的。因为信号振幅较大，且二极管工作于导通和截止两种状态，所以其分析方法可采用折线分析法。..精品精品.精品图所示是大信号检波原理电路。它是由输入回路、二极管D和RC低通滤波器组成。图二极管检波器原理电路当输入为调幅波信号时，充放电波形如图所示。其过程与等幅波输入情况相似。输出电压uo(t)的变化规律正好与输入信号的包络相同。图输入调幅波时检波器的输出波形对于大信号检波，二极管的伏安特性可近似用折线表示，其数学表示式为其中，gd为二极管导通时的电阻rd的倒数，即gd=1／rd;UBZ为二极管的截止电压，通常锗二极管为O．2V左右，硅二极管为0．5V左右。..精品精品.精品由电路图可知，二极管两端所加电压,若，则对应的二极管电流iD为一重复频率为i的周期余弦脉冲，其通角为，振幅最大值为IM。同高频功率放大器折线分析法一样，可以将其分解为直流、基波和各次谐波分量，即其中，为直流分量，为基波分量振幅，为n次谐波分量振幅，而图大信号检波原理图由上式可知，各电流分量由电流脉冲最大值和通角决定。当时，可知，当时，时，可得..精品精品.精品忽略高次项，可得在UBZ=0，通角仅与检波器的电路参数rd和R有关，而与输入高频信号的振幅Uim无关。也就是说，在检波器电路确定之后，无论输入高频等幅波还是调幅波，其通角均保持不变。输入电压为高频等幅波时的检波输出电压对于输入信号为的调幅波时，由于，在高频电压一周内，由引起的振幅变化可以认为是不变的。则检波输出电压式中含有由载波检波得到的直流成分和边频分量检波而得到的成分,为了取出原调制信号，可以选用下图所示的检波电路，即在低通滤波器后增加隔直电容C。来实现。电路输出电压，而。图检波电路二极管小信号检波器小信号检波是高频输入信号的振幅小于0．2V，利用二极管伏安特性弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。通常称其为平方律检波。..精品精品.精品小信号检波的工作原理二极管检波器的原理电路如下。因为是小信号输入，需外加偏压VQ使其静态工作点位于二极管特性曲线的弯曲部分的Q点。当加的输入信号为调幅信号时，二极管中的电流变化规律如图所示。图中，输入为对称的调幅信号，由于二极管伏安特性的非线性，二极管的电流变化则为失真的非对称调幅电流id波形失真表明产生了新的频率，而其中包含有调制信号频率的成分。经过滤波器后，就可以得到所需的原调制信号。图二极管小信号检波电路小信号检波器的分析二极管的伏安特性在工作点Q附近，可用泰勒级数展开，即因为二极管小信号检波器输出电压很小，忽略输出电压的反作用，可得则当ui较小时，可忽略其高次项，可得..精品精品.精品当输入为等幅波时，得经低通滤波器取出。其中，为直流电流增量，它代表二极管的检波作用的结果。输出电压增量为。当输入信号为调幅波时，因为，可认为在一周内是不变的。这样检波器的输出电压增量为此电压增量经隔直耦合在上得到电压为可见输出电压中除分量外，还有2的频率成分，也就是产生了非线性失真。同步检波器同步检波器主要用于对抑制载波的双边带调幅波和单边带调幅波进行解调，也可以用来解调普通调幅波。同步检波器是由相乘器和低通滤波器两部分组成。它与包络检波器的区别在于检波器的输入除了有需要进行解调的调幅信号电压ui外，还必须外加一个频率和相位与输入信号载频完全相同的本地载频信号电压u。。经过相乘和滤波后得到原调制信号。下图是同步检波器的方框原理图。图同步检波器原理方框图..精品精品.精品同步检波器的工作原理设输入信号是双边带调幅信号电压本地载频信号电压为即本地载频信号与输入信号的载频同频同相位。经相乘器相乘，输出电流为经低通滤波器波除频率分量，就得到频率为的低频电压信号对单边带信号来说，解调过程与双边带相似。设输入信号为单音频调制的上边带信号电压本地载波频信号电压经相乘器相乘，输出电流为经低通滤波器后，取出低频电压信号对于普通调幅波，同样也可以采用同步检波器来实现解调。本地载波的产生方法及不同步的影响..精品精品.精品对于双边带或单边带调幅信号来说，无法直接从双边带或单边带调幅信号中提取参考信号。为了产生同频同相的本地同步载频信号，往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时，附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。接收机在接收双边带或单边带调幅信号的同时也接收导频信号，由晶体滤波器从输人信号中取出该导频信号，经放大后作为本地载频信号。如果发射机不发射导频信号，那么在接收端可采用与发射机相同的高稳定度的石英晶体振荡器或频率合成器来产生本地载频信号。本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步，对检波性能会产生什么样的影响呢?设本地载频信号与输入信号载频的不同步量为，相位不同步量为，即若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则经低通滤波器取出可见，当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。若用模拟乘法器构成的乘积榆波电路懈调单仂带调幅信号．则..精品精品.精品经低通滤波器取出可见，当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。实验证明，当频率偏移值为20Hz时，开始觉察声音不自然，而当频率偏移值为200Hz时，语言可懂度就会下降。在进行图像通信时，频率和相位的偏移都会影响图像质量。《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：混频器原理及电路..精品精品.精品二、教学目标理解混频器工作原理及电路实现三、教学重点难点三极管混频原理，二极管混频原理四、教学过程晶体三极管混频器晶体三极管混频器的原理性电路如图所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压VBB信号电压us和本振电压uL。为了减小非线性器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅ULm>>Usm，也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。在一个大信号uL和一个小信号us同时作用于非线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元件，如图所示。t1时刻，在偏压VBB和本振电压uL的共同作用下，它的工作点在A点，此时us较小。因此，对us而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。在另一时刻t2，对于us而言，由于偏压和本振电压的作用，工作点移到B点，这时对us仍可看成工作于线性状态。虽然两个时刻均工作于线性状态，但工作点不同，这两个时刻的线性参数就不一样。因为us的工作点随uL的变化而变化，所以线性参量也就随着uL变化而变化，可见线性参量是随时间变化的，这种随时间变化的参量称为时变参量。这样的电路称为线性时变电路。应当注意，虽然这种线性时变电路是由非线性器件组成。但对于小信号us来说，它工作于线性状态，因此，当有多个小信号同时作用于此种电路的输入端时，可以应用叠加原理。..精品精品.精品图混频器原理性电路下面用时变参量方法分析晶体三极管混频器，由上图知晶体管的正向传输特性为因为对的影响远小于对的影响，为了简化起见，可忽略对的影响，于是因为的值很小，在的变化范围内正向传输特性是线性的，所以，可以将函数在时变偏压上对展成泰勒级数，则对于小信号的，其高阶导数就更小，所以可忽略第三项及以后的各项，可取式中，为时的集电极电流；为时晶体三极管的跨导。因为本振电压为信号，且工作于非线性状态，因而集电极电流和跨导g均随的变化呈非线性变化。在本振电压的条件下，它们可用下列级数表示：..精品精品.精品式中，、、、、、分别为只加振荡电压时，集电极电流中的直流、基波和二次谐波分量的幅值以及跨导的平均分量、基波和二次谐波分量的幅值。将输入信号电压代入式中，可得若中频频率取差频，则混频后通过带通滤器输出的中频电流为其振幅为上式表明，输出的中频电流振幅IIm与输入高频信号电压的振幅Usm成正比。若高频信号电压振幅Usm按一定规律变化。则中频电流振幅IIm也按相同规律变化。也就是说，经混频后，只改变了信号的载波频率，包络形状没有改变。因此，当输入高频信号是调幅滤时，其振幅为，则混频器所输出的中频电流也是调幅波..精品精品.精品为了说明混频器把输入信号电压转换为中频电流的能力，通常引入变频跨导gc变频跨导定义为输出中频电流振幅IIm与输入高频信号电压振幅Usm之比，可得这说明混频器变频跨导gc等于时变跨导g(t)的傅里叶展开式中基波振幅g1的一半。在数值上，变频跨导是时变跨导g(t)的基波分量的一半，可以通过求g(t)的基波分量g1来求得变频跨导。等效电路对于晶体三极管混频器，由于本振电压为大信号，对输入信号为小信号来说，非线性器件被看成时变网络，这样就可采用小信号分析法。因而，混频器可用下图所示电路等效。由于混频器的输入回路调谐于s，输出回路调谐于I，混频器等效电路中的输入电容和输出电容分别合并到输入回路和输出回路中而得出了等效电路。等效电路各参量均可根据定义和混合等效电路求出。从图中可得混频器的变频电压增益和变频功率增益为当负载电导g。和输出电导g。。相等时，输出回路是匹配的，变频功率增益最大，即..精品精品.精品图混频器等效电路具体电路和工作状态的选择混频器有输入信号电压和本振电压两个输人信号，对输入信号us来说，晶体管可构成共射和共基两种组态。而对本振电压uL来说，有由基极注人和发射极注入两种组态，因此就有四种组态。晶体管收音机中常用的变频电路里，晶体管除了完成混频任务外，还兼作本机振荡器的振荡管，此振荡器接成互感耦合的自激振荡器，对本振电压而言，是由电容耦合到晶体管的发射极。在电视机中，由于工作频率较高，经常采用共基电路。为了减小输入信号电压与本振电压的相互影响，本振电压由电容值小的电容耦合到混频管的发射极。晶体三极管混频器工作状态的选取原则是变频功率增益大和噪声系数小。..精品精品.精品图混频器的四种组态二极管混频电路晶体二极管平衡和环形混频器与晶体三极管混频器相比，具有电路结构简单、噪声低、动态范围大、组合频率分量少等优点。在通信设备中得到广泛的应用。如果采用肖特基表面势垒二极管，它的工作频率可高达微波频段。二极管平衡混频器下图为平衡混频器的原理电路。当本振电压uL足够大时，晶体二极管工作在受uL控制的开关状态，通过上、下两个晶体二极管的电流分别为图平衡混频器原理电路因而，在无滤波的条件下，通过输出回路的电流为..精品精品.精品则设输出回路调谐于中频频率，则选出中频电流为可知，输出中频电流是由高频输入信号电压与本振电压的正向混频产生的中频电流和中频输出电压反作用产生的中频电流之差。则输入回路通过选频作用产生的输入电流is为图二极管开关混频器等效电路因此可直接得出二极管是混频器的等效电路，如图所示。其中。它是对称形双口网络，等效电路中的和与二极管特性有关。根据双口网络的理论，该网络的特性电导的定义是在输出端接入时，从输出端向里看的输出电导为。同样，当在输入端接入..精品精品.精品时，从输出端向里看的输出电导为。因而特性电导。通常混频器应工作于全匹配状态，即、，此时能获得最大的功率传输，其变频功率增益为二极管环形混频器为了进一步抑制混频器中一些非线性产物，广泛采用环形混频器。环形混频器的原理电路如图所示。本振电压从输入和输出变压器的中心抽头之间加入。四个二极管均按开关状态工作。各电流、电压的极性如图中所示。在本振电压的正半周，二极管D1、D2导通，D3、D4截止。此时混频器为平衡混频器。则本振电压的负半周，二极管D3、D4、导通，D1、D2截止。此时，混频器为另一平衡混频器，则..精品精品.精品图环形混频器在无滤波条件下，通过输出中频回路的电流为因为所以可知，与平衡混频电路比较，环形混频电路的输出电流中，进一步抵消了及、等分量。从上式可知，对滤波后输出中频电流和输入信号电流分量而言，环形混频器为平衡混频器的2倍。模拟乘法器混频器模拟乘法器在混频电路中的应用是较为广泛的。特别是在大规模通信集成电路中，通常都是集成模拟乘法器作为混频器。模拟乘法器作为混频器的分析方法与模拟乘法器调幅电路的分析相似。图所示是模拟乘法器MCl596构成的混频器。本机振荡信号u..精品精品.精品L加在8端，7端交流电位为零。外来的输入信号us加在1端。6、9两端分别接100H电感到电源VCC，对工作于中频fI=9MHz等效为5．6k的电阻。混频器后选用的中频滤波器的中心频率为9MHz。输入信号振幅最大值约为15mV，本振电压ULm约为100mV。本电路可工作在高频或甚高频信号下进行混频。在fs=200MHz时，电路的混频增益为9dB，灵敏度为14V。本电路与晶体三极管混频器相比较，其优点是输出电流中组合频率分量少，干扰小；对本振电压振幅要求不很严格，不会因ULm小而失真严重；us与uL的隔离性能好，频率牵引小。图MC1596构成混频器..精品精品.精品《高频电子线路》课程教案一、讲授题目：角度调制二、教学目标理解角度调制的原理三、教学重点难点调角、调相信号的分析、比较四、教学过程角度调制的定义与分类角度调制的定义是高频振荡的振幅不变，而其总瞬时相角随调制信号u(t)按一定关系变化。角度调制分为相位调制和频率调制。相位调制的定义是高频振荡的振幅不变，而其瞬时相位随调制信号u(t)线性关系变化。这样的已调波称为调相波，常用PM表示。频率调制的定义是高频振荡的振幅不变，而其瞬时频率随调制信号u(t)线性关系变化。这样的已调波称为调频波，常用FM表示。..精品精品.精品角度调制的优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。调角波的数学表示式、瞬时频率和瞬时相位高频振荡信号的一般表示式可用下式表示对于调相波，根据定义，高频振荡的振幅不变，而瞬时总相位与调制信号成线性关系，即式中，为比例常数，单位是rad/V。因此调相波的一般表示式为对于调频波，根据定义，高频振荡的振幅Um不变，而瞬时角频率与调制信号u(t)成线性关系，即式中，为比例常数，单位是rad/(s·V）。..精品精品.精品调角波的基本性质无论是调相波还是调频波，它们的总瞬时相角和瞬时角频率都同时受调制信号u(t)调变。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系，调频波的瞬时角频率与调制信号成线性关系。它们之间的比较可用表1来说明。表1调相波与调频波的比较调相波调频波数学表示式瞬时相位瞬时角频率最大相移最大频移调制指数与调幅波的调幅指数ma相似，调角波也采用相应的调制指数m表示。调角波调制指数的定义是调角波的最大相移称为调制指数。即调相波的调相指数，调频波的调频指数。无论语言、图像或其他不同类型的信号，都可以看作是由各种不同频率的正弦振荡叠加而成的。因此，为分析说明方便，可以用单频信号作为调制信号来讨论调角波。设调制信号为，载波信号为，调相波的数学表示式为..精品精品.精品式中，为调相波的调制指数，其值为式中，为调频波的调制指数，其值为最大频移调相波的最大频移为调频波的最大频移为结论①调相波的调制指数mp与调制信号频率无关，最大频移与调制信号频率成正比。②调频波的调制指数mf与调制信号频率成反比，最大频移与调制信号频率无关。③调相波和调频波的最大频移m均等于调制指数m与调制频率的乘积。即..精品精品.精品这里必须注意的是，单频调制时，调频波和调相波均包含有截然不同的三个频率参数。一是载波角频率c它表示调制信号为零时的信号角频率，即调角波的中心角频率；二是最大角频移m，它表示调制信号变化时，瞬时角频率偏离中心角频率的最大值；三是调制信号角频率，它表示调角波的瞬时角频率从最大值c+m到最小值c一m之间往返变化的角频率。因为频率的变化总是伴随着相位的变化，因此也表示瞬时相位在其最大值和最小值之间变化的角频率。调角波的频谱为了决定调角信号传输系统的带宽，必须对调角波的频谱进行分析。单频调制时，调频波和调相波的表达式是相似的，因此，它们具有相同的频谱。下面仅讨论调频波的频谱。对于调相波，分析结果也完全适用，只不过调频波调制指数用，调相波调制指数用。设调制信号，载波信号，则调频波的表示式为将上式进行三角变换式中，和均可直接展开成傅里叶级数..精品精品.精品其中，n均取正整数。为参数的n阶第一类贝塞尔函数，其数值可查表2或查曲线，曲线如图所示。利用三角变换式第一类贝塞尔函数曲线得可以看出，由单音频调制的调频波，其频谱具有以下特点：①调频波的频谱不是