高頻電子 第一章

1、11.1.1 1.1.1 選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性 1.1.2 1.1.2 LC LC 選頻回路選頻回路 * *1.1.4 1.1.4 雙耦合諧振回路及其選頻特性雙耦合諧振回路及其選頻特性 返回1.1.3 1.1.3 LC LC 阻抗變換網(wǎng)絡(luò)阻抗變換網(wǎng)絡(luò) 1.1 LC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)在在通通信信電電路路中中被被廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用：具有選頻特性具有選頻特性 ：選出所需頻率信號(hào)選出所需頻率信號(hào)濾除不需濾除不需（干擾）頻率信號(hào)（干擾）頻率信號(hào)通通信信電電路路中中常常用用的的選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)分分為為兩兩大大類類 LC 諧諧 振振 回回 路路 ：?jiǎn)螁蜭C諧諧振振回回路路（串串

2、聯(lián)聯(lián)，并并聯(lián)聯(lián)）雙雙調(diào)調(diào)諧諧回回路路 各各種種濾濾波波器器：L LC C 集集中中濾濾波波器器石石英英晶晶體體濾濾波波器器陶陶瓷瓷濾濾波波器器聲聲表表面面波波濾濾波波器器返回1.1.1 選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性 返回 要求要求選頻電路的通頻帶寬度選頻電路的通頻帶寬度與與傳輸信號(hào)有效頻譜寬度傳輸信號(hào)有效頻譜寬度相一致。相一致。理想的選頻電路通頻帶內(nèi)的幅頻特性理想的選頻電路通頻帶內(nèi)的幅頻特性fof1f22f0.72f0.1理想實(shí)際(f)=H(f ) / H(fo)f0.40.60.81.00.200df)f(dH 通頻帶外的幅頻特性應(yīng)滿足通頻帶外的幅頻特性應(yīng)滿足0)f(H 理想的幅頻特

3、性應(yīng)是矩形，既理想的幅頻特性應(yīng)是矩形，既是一個(gè)關(guān)于頻率的矩形窗函數(shù)。是一個(gè)關(guān)于頻率的矩形窗函數(shù)。 矩形窗函數(shù)的選頻電路是一矩形窗函數(shù)的選頻電路是一個(gè)物理不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)個(gè)物理不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，實(shí)際選，實(shí)際選頻電路的幅頻特性只能是接近矩頻電路的幅頻特性只能是接近矩形形 定義矩形系數(shù)定義矩形系數(shù)K0.1表示選擇性：表示選擇性： 7.01.01.0f2f2K 2f0.7稱為通頻帶稱為通頻帶 ：7 .00212f2)ff(2ffB 顯然，理想選頻電路的矩形系數(shù)顯然，理想選頻電路的矩形系數(shù)K0.1=1，而實(shí)際選頻電路的矩，而實(shí)際選頻電路的矩形系數(shù)均大于形系數(shù)均大于1。1.1.1 選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性選頻網(wǎng)絡(luò)的

4、基本特性 返回 另外，為不引入信號(hào)的相位失真，要求在通頻帶范圍內(nèi)選另外，為不引入信號(hào)的相位失真，要求在通頻帶范圍內(nèi)選頻電路的相頻特性應(yīng)滿足頻電路的相頻特性應(yīng)滿足 df)f(d 即即理想條件下信號(hào)有效頻帶寬理想條件下信號(hào)有效頻帶寬度內(nèi)的各頻率分量都延遲一個(gè)相度內(nèi)的各頻率分量都延遲一個(gè)相同時(shí)間同時(shí)間，這樣才能保證輸出信號(hào)這樣才能保證輸出信號(hào)中各頻率分量之間的相對(duì)關(guān)系與中各頻率分量之間的相對(duì)關(guān)系與輸入信號(hào)完全相同。輸入信號(hào)完全相同。 o+/2(f)f-/20-ofof1f22f07理想理想實(shí)際實(shí)際 實(shí)際選頻回路的相頻特性曲線并不是一條直線，所以回路實(shí)際選頻回路的相頻特性曲線并不是一條直線，所以回路的

5、電流或端電壓對(duì)各個(gè)頻率分量所產(chǎn)生的相移不成線性關(guān)系，的電流或端電壓對(duì)各個(gè)頻率分量所產(chǎn)生的相移不成線性關(guān)系，這就不可避免地會(huì)產(chǎn)生相位失真，使選頻回路輸出信號(hào)的包絡(luò)這就不可避免地會(huì)產(chǎn)生相位失真，使選頻回路輸出信號(hào)的包絡(luò)波形產(chǎn)生變化波形產(chǎn)生變化 RpLCRSiSRLCRSiS1.1.2 LC 選頻回路選頻回路 LC 諧諧振振回回路路分分為為：電電路路特特點(diǎn)點(diǎn)：諧諧 振振 特特 性性選選 頻頻 特特 性性并并 聯(lián)聯(lián) LC 諧諧 振振 回回 路路 串串 聯(lián)聯(lián) LC 諧諧 振振 回回 路路 1 電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)并并聯(lián)聯(lián) LC諧諧振振回回路路 串串聯(lián)聯(lián) LC諧諧振振回回路路CRLRp 返回RLCRSuSRL

6、CRSiS1.1.2 LC 選頻回路選頻回路2 回回路路阻阻抗抗Cj1LjRCj1)LjR(Zp CjLjRZ1s )C1L( jRCL )CL( jR1 jXRCL jXR 返回ZPRLCRSuSZSRLCRSuSRLCRSiS1.1.2 LC 選頻回路選頻回路3 回回路路諧諧振振特特性性 (1) 諧諧振振條條件件：當(dāng)當(dāng)回回路路總總電電抗抗 X=0 時(shí)時(shí)，回回路路呈呈諧諧振振狀狀態(tài)態(tài) (2)并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振阻阻抗抗CRLZpo =pR （呈呈純純電電阻阻，且且取取最最大大值值）串串聯(lián)聯(lián)諧諧振振阻阻抗抗RZso （呈純電阻，且取小大值呈純電阻，且取小大值） (3) 諧諧振振頻頻率率：由由于于，

7、0X 即即，0 C1L0 =0LC10 LC21f0 返回RpLCRSiSSOZjXRCLZP jXR)C1L( jRZSOS POZRLCRSuSRpLCRSiS1.1.2 LC 選頻回路選頻回路4 品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)物物理理意意義義：諧諧振振條條件件下下，回回路路儲(chǔ)儲(chǔ)存存能能量量與與消消耗耗能能量量之之比比P2io2iR/uL/uQ =LRoP +ui-iiRiLiQ2io2i =RLo =p2io2iR/uCu =poCR =RiC/i2io2i =RC10 （請(qǐng)請(qǐng)注注意意：R 與與 RP的的關(guān)關(guān)系系）CRLRp 返回 opp2jQ1RZ RLCRSuSRLCRSiS又又由由于于: QRL

8、o ，而而 o2o2oo)( = oo0)( o2 )(RLj1Rooop 5 回回路路阻阻抗抗頻頻率率特特性性jXRCLZp jXRZS )1(1/CLRLjRCL )CL1(RLj1Rp C1jLjR )C1L( jR )(RLj1Rooo 其其中中：o j1Rp jpeZ )2jQ1(RZos )j1(R jseZ 返回 opp2jQ1RZ j1Rp PjpeZ )2jQ1(RZos )j1(R SjseZ 5 回路阻抗頻率特性回路阻抗頻率特性RLCRSuSRLCRSiS其其中中：o2Q 稱稱廣廣義義頻頻率率 2pp1RZ 2s1RZ 1ptg 1stg 返回5 回回路路阻阻抗抗頻頻率率

9、特特性性 2pp1RZ 2s1RZ 1ptg 1stg o PZ o SZ討討論論：(1) 當(dāng)當(dāng)o ，即，即CL1o ， 即即CL10 有有00p并并聯(lián)聯(lián) LC諧諧振振回回路路呈呈電電容容性性，0s 串串聯(lián)聯(lián) LC諧諧振振回回路路呈呈電電感感性性電容性電容性電感性電感性返回RpR6諧諧振振曲曲線線定定義義：并并聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路：回回路路電電壓壓與與工工作作頻頻率率之之間間的的關(guān)關(guān)系系串串聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路： 回回路路電電流流與與工工作作頻頻率率之之間間的的關(guān)關(guān)系系常常用用的的諧諧振振曲曲線線為為歸歸一一化化諧諧振振曲曲線線，即即為為 poipiioipZiZiuu 211 sosss

10、ioisZuZuii 211 仿真2仿真1返回繼續(xù)Q2 Q1Q11OQ2或或P S OQ1Q2PS或或 同樣定義并聯(lián)（串聯(lián)）諧振回路端電壓（電流）的相位為同樣定義并聯(lián)（串聯(lián)）諧振回路端電壓（電流）的相位為 1Ptg 1Stg 1.1.2 LC 選頻回路選頻回路7 諧諧振振時(shí)時(shí)電電壓壓與與電電流流的的關(guān)關(guān)系系并并聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路：o ，piiRiu （取取最最大大值值） 電電感感支支路路電電流流：iiopoiLjQiiLRjLjui 電電容容支支路路電電流流：ipooiciCRjCjui =ijQi 串串聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路： Ruiii （取取最最大大值值） 電電 感感 端端 電電 壓

11、壓 ： iooiLuRLjLjiu =ijQu 電電容容端端電電壓壓：ioioCicjQuCRujj1iu 返回仿真RpLCRSiSiiiCiRiL+ui- -RLCRSuS+ uC - -+ uL - -ii+ui- -+uR- -1.1.2 LC 選頻回路選頻回路8 通通頻頻帶帶定定義義：并并聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路：21uuioi 令：211 串串聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路：21iiioi 211 所所 對(duì)對(duì) 應(yīng)應(yīng) 的的 頻頻 率率 范范 圍圍 。由定義可得：由定義可得：12Qo Q2Bo 或或Qfo 結(jié)結(jié)論論：Q 值值越越大大頻頻帶帶越越窄窄，回回路路損損耗耗越越小小。 ioiuu o 12

12、1ioiii o 121返回1.1.2 LC 選頻回路選頻回路9 信信號(hào)號(hào)源源內(nèi)內(nèi)阻阻及及負(fù)負(fù)載載對(duì)對(duì)回回路路的的影影響響當(dāng)當(dāng) 考考 慮慮 到到 信信 號(hào)號(hào) 源源 內(nèi)內(nèi) 阻阻sR及及 負(fù)負(fù) 載載lR對(duì)對(duì) 回回 路路 的的 影影 響響 時(shí)時(shí)并并聯(lián)聯(lián) 諧諧振振回回路路的的有有載載 Q 值值：LR/R/RQoLpsL 空空 載載 時(shí)時(shí) 的的 Q 值值LRQopO 串串 聯(lián)聯(lián) 諧諧 振振 回回 路路 Q 值值 ：LsoLRRRLQ OQRLo兩兩者者相相比比較較下下降降，因因此此通通頻頻帶帶加加寬寬，選選擇擇性性變變壞壞。sR或或LRLQsR或或LRLQ繼續(xù)返回仿真RpLCRSiSRLRLCRSuSR

13、L1.1.3 LC 阻抗變換網(wǎng)絡(luò)阻抗變換網(wǎng)絡(luò) 一一 串串、并并聯(lián)聯(lián)阻阻抗抗等等效效互互換換1 1 串串、并并聯(lián)聯(lián)等等效效互互換換的的模模型型電電路路BX1RXR1AABX2R2為了分析電路的方便，常需把串聯(lián)電路變換為并聯(lián)電為了分析電路的方便，常需把串聯(lián)電路變換為并聯(lián)電路。其中路。其中 X X1 1為電抗元件為電抗元件（純電感或純電容） ，（純電感或純電容） ，xR為為1X的的損耗電阻；損耗電阻；1R為與為與1X串聯(lián)的外接電阻，串聯(lián)的外接電阻，2X為轉(zhuǎn)換后的為轉(zhuǎn)換后的電抗元件，電抗元件，2R為轉(zhuǎn)換后的電阻。為轉(zhuǎn)換后的電阻。BX1RXR1AABX2R2等效互換的原則：等效互換的原則：等等效效互互換

14、換前前的的電電路路與與等等效效互互換換后后的的電電路路阻阻抗抗相相等等22221X1jXR)jX(RjX)RR( 22222222222222XRXRjXRXR 有有：實(shí)實(shí)部部： 2222222X1XRXRRR 虛虛部部： 22222221XRXRX 又又回回路路的的品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù) 222LX111LXRQRRXQ 由由式式得得： 2222X1)XR(1RRR =21L2Q1R 2 2 等等效效互互換換原原理理分分析析得得結(jié)結(jié)果果為為： )Q1)(RR(R21LX12 同同理理： )Q11(XX21L12 串串聯(lián)聯(lián)電電路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換等等效效成成并并聯(lián)聯(lián)電電路路后后，電電抗抗2X的的特特性性與與

15、1X相相同同。當(dāng)當(dāng)1LQ較較大大時(shí)時(shí)，12XX 基基本本不不變變，而而2R比比)RR(X1大大21LQ倍倍。2 2 等等效效互互換換原原理理分分析析得得結(jié)結(jié)果果為為： )Q1)(RR(R21LX12 同同理理： )Q11(XX21L12 一一般般來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，1LQ 比比較較大大， 即即當(dāng)當(dāng)1LQ 1 10 0時(shí)時(shí)，有有 1221LX12XXQ)RR(RX111LRRXQ 結(jié)結(jié)果果表表明明：例例 1 1：其其中中，12LLRCL)RL(R)Q(RR121o21LP LC10 注意：注意：RL1CRSiSL2RpCRSiSRLN1N2M+u1- -+u2- -C二二 變壓器阻抗變換電路變壓器阻抗變換

16、電路 RL 假設(shè)初級(jí)電感線圈的圈數(shù)為假設(shè)初級(jí)電感線圈的圈數(shù)為N1，次級(jí)圈數(shù)為次級(jí)圈數(shù)為N2，且初次間全耦合，且初次間全耦合(k=1)，線圈損耗忽略不計(jì)，則等效，線圈損耗忽略不計(jì)，則等效到初級(jí)回路的電阻到初級(jí)回路的電阻RL上所消耗的功上所消耗的功率應(yīng)和次級(jí)負(fù)載率應(yīng)和次級(jí)負(fù)載RL上所消耗功率相上所消耗功率相等，即等，即 或或 L22L21RuRu 2221LLuuRR 變壓器初次級(jí)電壓比變壓器初次級(jí)電壓比u1u2等于相應(yīng)圈數(shù)比等于相應(yīng)圈數(shù)比N1N2，故有，故有 L221LR)NN(R 可通過(guò)改變可通過(guò)改變 比值調(diào)整比值調(diào)整RL的大小。的大小。 21NN 高高頻頻電電路路的的實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中，

17、常常用用到到激激勵(lì)勵(lì)信信號(hào)號(hào)源源或或負(fù)負(fù)載載與與振振蕩蕩回回路路中中的的電電感感或或電電容容部部分分接接入入的的并并聯(lián)聯(lián)振振蕩蕩回回路路， 常常稱稱為為抽抽頭頭振振蕩蕩回回路路或或部部分分接接入入并并聯(lián)聯(lián)振振蕩蕩回回路路。 三三 回路抽頭的阻抗變換回路抽頭的阻抗變換1 1 常常用用的的抽抽頭頭振振蕩蕩回回路路 電電感感抽抽頭頭部部分分接接入入電電容容分分壓壓部部分分接接入入L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL三三 回路抽頭的阻抗變換回路抽頭的阻抗變換典典型型實(shí)實(shí)用用電電路路：2 2 等效電路：等效電路：在電路的定量分析中常把部分接入的外電路在電路的定量分析中常把部分接入的外電路等效

18、到并聯(lián)回路兩端。等效到并聯(lián)回路兩端。其其中中：2121CCCCC ， 有有互互感感無(wú)無(wú)互互感感M2LLLLL2121iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRLRS iS LCRLRS iS ababiSRSL2L1C2C1RLacbdiS RS LCRLab LLSSSSRuuRiuuiRuuR1)(1)(1)(12abdbabcb2abcb三三 回路抽頭的阻抗變換回路抽頭的阻抗變換3 3 等等效效原原則則：等等效效電電路路與與原原電電路路功功率率相相等等 LLSSSSRuRuuiuiRuRu2db2abcbab2cb2ab L22LS1SS21SGpGi

19、pigpg+ucb-+uab-+udb-+uab-4 4 接接入入系系數(shù)數(shù)（抽抽頭頭系系數(shù)數(shù)）p定定義義：回路電壓部分接入電壓 p 1 1 iSRSL2L1C2C1RLacbd4 4 接入系數(shù)（抽頭系數(shù)）接入系數(shù)（抽頭系數(shù)） 定定 義義 ：回路電壓部分接入電壓 p1iS ； iC iR isis1.1.31.1.3雙調(diào)諧回路（耦合回路）雙調(diào)諧回路（耦合回路）2 2 耦耦合合諧諧振振回回路路諧諧振振曲曲線線的的通通用用表表示示式式2222max224)1(2 uum +u2m- 這這是是耦耦合合諧諧振振回回路路諧諧振振曲曲線線的的通通用用表表示示式式，對(duì)對(duì)任任何何形形式式的的調(diào)調(diào)諧諧方方式式都都

20、是是適適合合的的。其其中中：稱稱為為耦耦合合因因數(shù)數(shù)： QKK稱稱為為耦耦合合系系數(shù)數(shù)： )CC)(CC(CKLLMKm2m1m21電容耦合回路：電容耦合回路：互感耦合回路：互感耦合回路：反反映映了了回回路路間間的的耦耦合合程程度度。由由式式何何以以看看出出的的大大小小不不僅僅和和的的大大小小有有關(guān)關(guān)，而而且且和和耦耦合合因因數(shù)數(shù)有有關(guān)關(guān)。即即),(f+u2m-2222max224)1 (2 uum 11220 11220 1.1.31.1.3雙調(diào)諧回路（耦合回路）雙調(diào)諧回路（耦合回路） 1討討論論： 當(dāng)當(dāng)1，稱稱為為臨臨界界耦耦合合 特特點(diǎn)點(diǎn)，Q1KKC （K KC C稱稱為為臨臨界界耦耦合

21、合系系數(shù)數(shù)） 當(dāng)當(dāng) 0時(shí)時(shí) ， 當(dāng)當(dāng)1，既，既CKK 時(shí)，稱為欠耦合狀態(tài)，時(shí)，稱為欠耦合狀態(tài)， 則當(dāng)則當(dāng) 0 時(shí)：時(shí)：特特性性曲曲線線也也呈呈單單峰峰，但但峰峰值值小小于于 1 1。 當(dāng)當(dāng)1，既既CKK 時(shí)時(shí)，稱稱為為過(guò)過(guò)耦耦合合狀狀態(tài)態(tài)，特特性性曲曲線線呈呈雙雙峰峰，特特性性曲曲線線的的最最大大值值應(yīng)應(yīng)位位于于1 處處。 若若令令 14)1(2222 可可得得： 22222)2(4)1( 0122 解解得得： 12 12 12 而而在在0 處處，曲曲線線處處于于谷谷值值，其其值值為為：11220 上上式式表表明明，特特性性曲曲線線呈呈雙雙峰峰，峰峰值值點(diǎn)點(diǎn)分分別別位位于于12 處處 可可以以

22、看看出出耦耦合合因因數(shù)數(shù)越越大大，峰峰值值距距離離越越大大，相相應(yīng)應(yīng)的的谷谷值值越越小小。 2B 1.1.31.1.3雙調(diào)諧回路（耦合回路）雙調(diào)諧回路（耦合回路）3 3 耦耦合合回回路路的的通通頻頻帶帶通通頻頻帶帶可可定定義義為為：當(dāng)當(dāng) 21時(shí)，所對(duì)應(yīng)的廣義失諧時(shí)，所對(duì)應(yīng)的廣義失諧o2Q 中的中的 2為回路的通頻帶。為回路的通頻帶。討討論論一一個(gè)個(gè)典典型型的的情情況況：當(dāng)當(dāng)1 時(shí)時(shí)， 1令令 214)1(222221 即即可可得得：21424 o2Q2 Q22Bo 21顯顯然然，比比單單調(diào)調(diào)諧諧回回路路通通頻頻帶帶Qo要要寬寬，其其諧諧振振曲曲線線的的形形狀狀也也更更接接近近矩矩形形，具具有有

23、較較好好的的選選擇擇性性。1.1.31.1.3雙調(diào)諧回路（耦合回路）雙調(diào)諧回路（耦合回路）4 4 矩矩形形系系數(shù)數(shù)定定義義： 7 .01 .01 .0f2f2K 即即定定義義為為諧諧振振曲曲線線峰峰值值下下降降到到 0 0. .1 1 時(shí)時(shí)的的頻頻率率范范圍圍1 . 02 f與與通通頻頻帶帶7 . 02 f之之比比。如如右右圖圖所所示示，理理想想情情況況下下的的矩矩形形窗窗濾濾波波器器的的矩矩形形系系數(shù)數(shù) 11 . 0f2 7 . 0f2 1K1 .0 而而單單調(diào)調(diào)諧諧回回路路的的矩矩形形系系數(shù)數(shù)95. 9110f2f2K27 . 01 . 01 . 0 雙雙調(diào)調(diào)諧諧回回路路的的矩矩形形系系數(shù)

24、數(shù)，在在臨臨界界耦耦合合的的情情況況下下為為16.31100f2f2K47 .01 .01 .0 可可見(jiàn)見(jiàn)1 . 0K是是一一個(gè)個(gè)大大于于或或等等于于1的的數(shù)數(shù)，其其數(shù)數(shù)值值越越小小，選選擇擇性性越越好好，對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的幅幅頻頻特特性性越越理理想想，矩矩形形系系數(shù)數(shù)1 . 0K的的理理想想數(shù)數(shù)值值為為1 。返回 繼續(xù)ususisis* *1.1.4 1.1.4 雙耦合諧振回路及其選頻特性雙耦合諧振回路及其選頻特性 單單調(diào)調(diào)諧諧回回路路的的幅幅頻頻特特性性離離矩矩形形較較遠(yuǎn)遠(yuǎn)。在在通通頻頻帶帶內(nèi)內(nèi)響響應(yīng)應(yīng)不不均均勻勻，且且阻阻抗抗變變換換也也不不夠夠靈靈活活方方便便。因因此此在在實(shí)實(shí)際際中中為為得

25、得到到接接近近矩矩形形的的頻頻響響特特性性，或或因因阻阻抗抗變變換換的的需需要要，在在無(wú)無(wú)線線電電通通信信電電路路中中常常采采用用耦耦合合振振蕩蕩系系統(tǒng)統(tǒng)。該該系系統(tǒng)統(tǒng)一一般般由由兩兩個(gè)個(gè)和和兩兩個(gè)個(gè)以以上上單單振振蕩蕩回回路路通通過(guò)過(guò)不不同同的的耦耦合合方方式式組組成成，通通常常稱稱為為耦耦合合回回路路。1 1 耦耦合合回回路路的的常常用用類類型型互互感感耦耦合合回回路路并并聯(lián)聯(lián)型型串串 聯(lián)聯(lián) 型型電電容容耦耦合合回回路路仿真11.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器概述概述1.2.1 晶體管的高頻小信號(hào)等效模型晶體管的高頻小信號(hào)等效模型 1.2.2 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧

26、放大器 1.2.3 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性 直直流流放放大大器器 小小信信號(hào)號(hào)低低頻頻放放大大器器：低低頻頻寬寬帶帶放放大大器器 小小信信號(hào)號(hào)放放大大器器： 交交流流放放大大器器 小小信信號(hào)號(hào)高高頻頻放放大大器器： 高高頻頻窄窄帶帶放放大大器器： 中中心心頻頻率率(幾幾百百kHz幾幾百百M(fèi)Hz) 1.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器（high frequency small signal amplifiers）概概述述 特特點(diǎn)點(diǎn)： 工工作作頻頻率率高高，中中心心頻頻率率幾幾百百 kHz幾幾百百 MHz 具具有有選選頻頻特特性性，一一般般負(fù)負(fù)載載采采用用諧諧振振回

27、回路路 晶晶體體管管工工作作在在線線性性區(qū)區(qū)，可可看看成成線線性性元元件件，可可 用用有有源源四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)參參數(shù)數(shù)微微變變等等效效電電路路來(lái)來(lái)分分析析。主主要要要要求求： （質(zhì)質(zhì)量量指指標(biāo)標(biāo)）增增益益：i0uuuA 通通 頻頻 帶帶 ：7 .0f2B 選選擇擇性性：選選出出有有用用信信號(hào)號(hào)的的能能力力 7 .01 .001f2f2K 1 抑抑制制干干擾擾的的能能力力1273451.2高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器（high frequency small signal amplifiers）穩(wěn)穩(wěn)定定性性：指指放放大大器器的的工工作作點(diǎn)點(diǎn)，晶晶體體管管參參數(shù)數(shù)，電電路路元元件件參參

28、數(shù)數(shù)變變化化時(shí)時(shí)，放放大大器器的的穩(wěn)穩(wěn)定定程程度度。即即當(dāng)當(dāng) IC，UCE Au ,rbe f 元元件件參參數(shù)數(shù)變變化化 B 噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：希希望望放放大大器器本本身身產(chǎn)產(chǎn)生生的的噪噪聲聲越越小小越越好好，要要求求噪噪聲聲系系數(shù)數(shù)接接近近 1。以以上上這這些些要要求求相相互互之之間間即即有有聯(lián)聯(lián)系系又又有有矛矛盾盾，例例如如增增益益和和穩(wěn)穩(wěn)定定性性，通通頻頻帶帶和和選選擇擇性性等等。CberbbCbcrbcrbeubercegm ube1.2.1 晶體管的高頻小信號(hào)等效模型晶體管的高頻小信號(hào)等效模型晶體管的高頻小信號(hào)等效電路主要有兩種表示方法：晶體管的高頻小信號(hào)等效電路主要有兩種表示方法

29、： 物物理理模模型型等等效效電電路路：混混合合參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路。 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路：y 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路。一一 混合混合參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路注注意意：C bc和和rbb的的存存在在對(duì)對(duì)晶晶體體管管的的高高頻頻運(yùn)運(yùn)用用的的十十分分不不利利的的。 Cbc將將輸輸出出交交流流電電流流反反饋饋到到輸輸入入端端，可可能能會(huì)會(huì)引引起起放放大大器器自自激激。 rbb在在共共基基電電路路中中會(huì)會(huì)引引起起高高頻頻負(fù)負(fù)載載反反饋饋，降降低低晶晶體體管管的的電電流流放放大大系系數(shù)數(shù)。 127345eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ubeyieyoey

30、reuceyfeube根根 據(jù)據(jù) 四四端端 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 的的理理 論論，兩兩個(gè)個(gè) 端端口口 的的四四 個(gè)個(gè)變變 量量，可可任任 選選二二 個(gè)個(gè) 作作自自 變變量量 ，由由 所所選選 的的不不 同同 自自變變 量量和和 參參變變 量量，可可得得 六六 種種不不 同同 的的 參參 數(shù)數(shù) 系系 ， 但但 最最 常常 用用 的的 只只 有有 H,Y,Z 三三 種種 參參 數(shù)數(shù) 系系 。 +u1-+u2-i1i2在在高高頻頻電電子子線線路路中中常常采采用用 Y 參參數(shù)數(shù)系系等等效效電電路路。因因?yàn)闉榫Ьw體管管是是電電流流受受控控元元件件，輸輸入入輸輸出出端端都都有有電電流流，采采用用 Y參參數(shù)數(shù)系系較較

31、方方便便，另另外外很很多多導(dǎo)導(dǎo)納納的的并并聯(lián)聯(lián)可可直直接接相相加加，使使運(yùn)運(yùn)算算簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單。 如如果果設(shè)設(shè)電電壓壓 u1和和 u2為為自自變變量量，電電流流 i1和和 i2為為參參數(shù)數(shù)量量， 可可得得 Y 參參數(shù)數(shù)系系的的約約束束方方程程： ceoebefeccerebeiebofriuyuyiuyuyiuyuyiuyuyi212211+ube-+uce-ibic127345二二 Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 yieyoeyreuceyfeube輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納0uce2oebeuiy 輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納0ubebieceuiy 二二 y 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路+ube-+uce-ibic

32、由由上上可可求求出出各各Y參參數(shù)數(shù): 注注意意：以以上上短短路路參參數(shù)數(shù)為為晶晶體體管管本本身身的的參參數(shù)數(shù)，只只與與晶晶體體管管的的特特征征有有關(guān)關(guān)，與與外外電電路路無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)，又又稱稱為為內(nèi)內(nèi)參參數(shù)數(shù)。導(dǎo)納輸出短路時(shí)的正向轉(zhuǎn)輸0ubecfeceuiy 導(dǎo)納輸入短路時(shí)的反向轉(zhuǎn)輸0ucebrebeuiy 127345 ceoebefeccerebeiebofriuyuyiuyuyiuyuyiuyuyi212211yieyoeyreuceyfeube三三 混混合合 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路與與y參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換四四個(gè)個(gè) y 參參數(shù)數(shù)都都是是復(fù)復(fù)數(shù)數(shù)，為為了了計(jì)計(jì)算算方方便便，可

33、可表表示示為為：oeoeoeieieieCjgyCjgy refejrerejfefeeyyeyy 其其中中i eg和和o eg稱稱為為輸輸入入，輸輸出出電電導(dǎo)導(dǎo)；ieC和和oeC為為輸輸入入，輸輸出出電電容容；fey和和rey為為正正向向，反反向向傳傳輸輸幅幅頻頻特特性性；fe 和和re 為為相相頻頻特特性性127345CiegiegoeCoe1127345返回 繼續(xù)127345QR12PRb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc1.2.2 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器127345仿真Rb1Rb2ReEcP21RQB1B2CLyLVT輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路晶體管晶

34、體管P21RQyieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-P21RQB1B2CLyLVTP21RQyieyoe yreuce yfeubeCyLL二、放大器性能參數(shù)分析：二、放大器性能參數(shù)分析：ib+ube-iC+uce-休息1休息2YiiC yfeubeyoe+uce-yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYS2放放大大器器輸輸出出導(dǎo)導(dǎo)納納+ =c eu= =iC休息1休息2yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiS+u54-+u31-+u21-+ube-休息1休息2

35、iC yfeubeyoe+uce-yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-休息1休息2p1yfeubep1yfeube+u31-p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-休息1休息2 1B休息1休息2 1繼續(xù)休息1休息2go二、放大器性能參數(shù)分析：二、放大器性能參數(shù)分析：+u31-二、放大器性能參數(shù)分析：二、放大器性能參數(shù)分析：go+u31-1. 2 . 3多級(jí)單調(diào)諧放大器多級(jí)單調(diào)諧放大器Au1Au2Aun休息1休息2返回繼續(xù)仿真休息

36、1休息2（2 ）n= 級(jí)放大器的矩形系數(shù)級(jí)放大器的矩形系數(shù)1 . 2 . 4 多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，雖然電壓放大倍數(shù)增加較多，通多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，雖然電壓放大倍數(shù)增加較多，通頻帶卻變窄，選擇性雖有所改善，但與理想矩形相比，頻帶卻變窄，選擇性雖有所改善，但與理想矩形相比，仍相差較大。為解決上述矛盾，晶體管集電極回路采用仍相差較大。為解決上述矛盾，晶體管集電極回路采用雙調(diào)諧回路，可以使放大器具有較好的選擇性和較寬的雙調(diào)諧回路，可以使放大器具有較好的選擇性和較寬的頻帶，這種放大器稱為雙調(diào)諧放大器。頻帶，這種放大器稱為雙調(diào)諧放大器。 下圖所示是一種常用的雙調(diào)諧回路諧振放大電路。下圖所示是一種常用的雙調(diào)諧回

37、路諧振放大電路。 其中其中等是直流偏置電路等是直流偏置電路 1 . 2 . 5 1、采用參差調(diào)諧放大器的目的、采用參差調(diào)諧放大器的目的 3、參差調(diào)諧放大器的交流等效電路、參差調(diào)諧放大器的交流等效電路2 、參差調(diào)諧放大器的組成、參差調(diào)諧放大器的組成4 、兩級(jí)電路的電壓增益、兩級(jí)電路的電壓增益5、臨界偏調(diào)時(shí)的通頻帶、臨界偏調(diào)時(shí)的通頻帶6、矩形系數(shù)、矩形系數(shù)yieyreuceyfeubeyoeYSyL1. 2 . 6 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性 實(shí)際上實(shí)際上yre0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，從而可能使放大器工作不穩(wěn)定

38、。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?，的變化，從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?，且在相位上滿足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。且在相位上滿足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。1. 共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益 ubeuce= = = = = = = = 由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓ube，定義穩(wěn)定，定義穩(wěn)定系數(shù)系數(shù)S:Sube(j)ube(j) ube(j)= - - yreuce/ (YS+ yie)= - - yreuce/ y1uce(j)= - - yfeube/ (yL+ yoe)

39、= - - yfeube/ y2Sube(j)ube(j)= y1 y2/ yfeyre 當(dāng)當(dāng)S為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明ubeE j) ubeE j) 同相，滿足自激振蕩的相位條件。同相，滿足自激振蕩的相位條件。= 當(dāng)當(dāng)| S= | 1 時(shí)，時(shí)，| ubeE j) | | ubeE j) | ，不滿足振幅條件，放大器不會(huì)自激；，不滿足振幅條件，放大器不會(huì)自激；當(dāng)當(dāng)| |S S |1 |1時(shí)，放大器不穩(wěn)定。時(shí)，放大器不穩(wěn)定。 =為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級(jí)放大器通常選為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級(jí)放大器通常選| S= | R 1 M 。=1. 2 . 6高頻調(diào)諧放大

40、器的穩(wěn)定性高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性1. 共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益 當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率fT時(shí)時(shí): : yfe|yfe|gm ,yrejCbc，re90o 經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)S的平方根成反比的平方根成反比: 當(dāng)取當(dāng)取S=1時(shí)，稱為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱為臨界穩(wěn)定電壓增益。時(shí)，稱為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱為臨界穩(wěn)定電壓增益。 實(shí)際中常取實(shí)際中常取S=5，此時(shí)電壓增益稱為最大穩(wěn)定增益。即為，此時(shí)電壓增益稱為最大穩(wěn)定增益。即為 2 . 提高放大器的穩(wěn)定性的方法提高放大器的穩(wěn)定性的方

41、法 一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納yre的值。的值。= = = = = = = = = 二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有中和法與失配法。有中和法與失配法。 中和法通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋中和法通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路電路E 中和電路中和電路) ，來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)，來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋?zhàn)饔谩５姆答佔(zhàn)饔谩?C1CL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2C1Cbci1 if 用

42、一個(gè)電容用一個(gè)電容C1來(lái)抵消來(lái)抵消yre的虛部的虛部E 反饋電容反饋電容) 的影響，就可達(dá)到中和的目的影響，就可達(dá)到中和的目的。的。= 固定的中和電容固定的中和電容C1只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對(duì)其只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對(duì)其它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。 = =2. 提高放大器的穩(wěn)定性的方法提高放大器的穩(wěn)定性的方法 失配法通過(guò)增大負(fù)載電導(dǎo)失配法通過(guò)增大負(fù)載電導(dǎo)YL，進(jìn)而增大總回路電導(dǎo)，使輸出電路嚴(yán)，進(jìn)而增大總回路電導(dǎo)，使輸出電路嚴(yán)重失配重失配，失配法以犧牲增益來(lái)?yè)Q取電路的穩(wěn)定。失配法以犧牲增益來(lái)?yè)Q取電

43、路的穩(wěn)定。=用兩只晶體管按共發(fā)一共基方式連接成一個(gè)復(fù)合管是經(jīng)常采用的一種失配法。用兩只晶體管按共發(fā)一共基方式連接成一個(gè)復(fù)合管是經(jīng)常采用的一種失配法。=VT1VT2 由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共發(fā)電路連接時(shí)，相當(dāng)于增大共發(fā)電導(dǎo)納較小的共發(fā)電路連接時(shí)，相當(dāng)于增大共發(fā)電路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)晶體管內(nèi)路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)晶體管內(nèi)部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高。部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高。= 共發(fā)電路在負(fù)載導(dǎo)納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍共發(fā)電路在負(fù)載導(dǎo)納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而

44、共基電路雖然電流增益接近較大；而共基電路雖然電流增益接近1 ，但電壓增益卻較大。所以二者級(jí)聯(lián)，但電壓增益卻較大。所以二者級(jí)聯(lián)后，互相補(bǔ)償，電壓增益和電流增益都比較大，而且共發(fā)一共基電路的上限后，互相補(bǔ)償，電壓增益和電流增益都比較大，而且共發(fā)一共基電路的上限頻率很高。頻率很高。=返回繼續(xù)1.31.3.1集中選頻濾波器集中選頻濾波器123L C一、一、i C 集中選頻濾波器集中選頻濾波器1 L CL C2二、石英晶體濾波器二、石英晶體濾波器123 4 56 123123 4 51.3.2集成寬帶放大器集成寬帶放大器前置放大前置放大- - - - - 集中濾波集中濾波- - - - - - 寬帶集成放大寬帶集成放大1ER4 80 3 2F733 3u PC 16511.3.3集成選頻放大器的應(yīng)用集成選頻放大器的應(yīng)用7A7680