高頻電子線路課件

第1章緒論

1.1資訊技術1.2通信系統(tǒng)1.3收音機電路1.4實訓：R828AM/FM收音機裝配實訓1.5本課程的特點

1.1資訊技術

當前最熱門的話題就是資訊技術。其實，資訊技術概括起來包括兩類技術：資訊處理與資訊傳輸。資訊是一個抽象的概念。資訊的具體形式有：語言、文字、符號、音樂、圖形、圖像和數(shù)據(jù)。將表示聲音和圖像等物理信號，經(jīng)過感測器轉換為電信號，就成為我們處理的對象。人們從這些信號中獲取資訊。

通信的主要任務是傳遞資訊，即將經(jīng)過處理的資訊從一個地方傳遞到另一個地方。對資訊傳輸?shù)囊笾饕翘岣呖煽啃院陀行浴ＹY訊處理的目的就是為了更有效、更可靠地傳遞資訊。傳遞資訊既可以通過有線通道，也可以通過無線通道。信號的無線傳輸是無線電技術的主要應用，通信作為無線電技術的最早應用，其組成和工作過程，很典型地反映了無線電技術的基本問題。

通信技術的發(fā)展和現(xiàn)代化充分反映了無線電技術的發(fā)展和現(xiàn)代化。本書將以無線通信系統(tǒng)為主要研究對象，著重討論無線電設備中的高頻放大器和高頻功率放大器、振盪器、頻率變換器等電子電路的基本原理和應用。1.2通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)直接完成資訊的傳遞任務。瞭解該系統(tǒng)的構成，有利於掌握無線通信的基本原理，以及通信電子線路的組成原理。我們知道，無線通信是將信號從一個地方，經(jīng)空間傳送到另一個地方。為了使我們獲取的聲音或圖像信號，能不失真地傳遞到其他地方，需要對聲音或圖像信號做一些處理，使代表這些資訊的電信號變換成有利於傳輸?shù)男盘?。這就是通信系統(tǒng)的基本功能。

通信系統(tǒng)的基本組成方框圖如圖1.1所示。它由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設備，以及通道組成。輸入變換器將要傳遞的聲音或圖像消息變換為電信號，該電信號包含了原始消息的全部資訊（允許存在一定的誤差，或者說資訊損失），稱為基帶信號。輸入變換器的輸出作為通信系統(tǒng)的信號源。圖1.1通信系統(tǒng)基本組成框圖

通道是信號傳輸?shù)耐ǖ溃簿褪莻鬏斆浇?，不同的通道有不同的傳輸特性。為了適應通道對要傳輸信號的要求，就必須將已獲取的基帶信號再做變換，這就是發(fā)送變換設備的功用。發(fā)送設備將基帶信號經(jīng)過調製等處理，並使其具有足夠的發(fā)射功率，再送入通道，實現(xiàn)信號的有效傳輸。

無線通信系統(tǒng)使用的頻率範圍很寬闊，從幾十千赫茲到幾十兆赫茲。習慣上按電磁波的頻率範圍劃分為若干個區(qū)段，稱作頻段，或波段。無線電波在空間傳播的速度c=3×108m/s，則高頻信號的頻率f與其波長λ的關係為式中，f單位取Hz，λ單位用m。(1—1)

無線電波段可以按頻率劃分，也可以按波長劃分。表1—1列出按波長劃分的波段名稱、相應的波長範圍及相應的頻段名稱。不過，波段的劃分是粗糙的，各波段之間並沒有明顯的分界線，所以在各波段之間的銜接處，無線電波的特性也無明顯差異。表1—1波段的劃分

通信系統(tǒng)的核心部分是發(fā)送設備和接收設備。不同的通信系統(tǒng)的發(fā)送設備和接收設備的組成不完全相同，但基本結構也還是有相似之處。我們經(jīng)常見到的通信系統(tǒng)有廣播通信系統(tǒng)，移動通信系統(tǒng)，它們都是無線通信系統(tǒng)。從發(fā)送設備到接收設備之間的無線電波的傳播屬於模擬通信系統(tǒng)，其組成結構基本相同。在我們接觸這些設備的工作原理和組成電路之前，初步瞭解其結構組成是有好處的。無線通信系統(tǒng)的發(fā)送設備和接收設備的結構框圖如圖1.2和圖1.3所示。圖1.2無線通信發(fā)送設備圖1.3無線通信接收設備

振盪器產生等幅的高頻正弦信號，經(jīng)過倍頻器後，即成為載波頻率信號；然後，載波頻率信號被基帶信號調製，產生高頻已調信號，最後再經(jīng)功率放大器放大，獲得足夠的發(fā)射功率，作為射頻信號發(fā)送到空間。載波頻率在適合無線通道傳播的頻率範圍。

接收設備的第一級是高頻放大器。由於由發(fā)送設備發(fā)出的信號經(jīng)過長距離的傳播，受到很大的衰減，能量受到很大的損失，同時還受到傳輸過程中來自各方面的干擾和雜訊。當?shù)竭_接收設備時，信號是很微弱的，因而需要經(jīng)過放大器的放大，並且，高頻放大器的窄帶特性同時濾除一部分帶外的雜訊和干擾。高頻放大器的輸出是載頻為fc的已調信號，經(jīng)過混頻器，

與本地振盪器提供的頻率為fL的信號混頻，產生頻率為fI的中頻信號。中頻信號經(jīng)中頻放大器放大，送到解調器，恢復原基帶信號，再經(jīng)低頻放大器放大後輸出。高頻放大器、中頻放大器都是小信號諧振放大器，功率放大器是諧振功率放大器，調製器和解調器進行幅度調製、角度調製和它們的解調。上述電路以及振盪器、混頻器都是本課程所討論的重點。1.3收音機電路

在日常生活中，常見的通信產品有許多，與我們息息相關的產品有收音機、電視接收機、步話機、手機等。其中收音機與電視接收機是最常用的通信設備，屬於廣播通信的範疇，是一種單向通信設備。

收音機問世已有相當長的時間了，然而，收音機的工作原理特別體現(xiàn)了無線通信技術方面的內容，幾乎囊括了高頻接收技術的大部分內容。我們通過一個典型的收音機電路來分析無線通信接收設備的工作基本原理。收音機電路如圖1.4所示。圖1.4R828AM/FM收音機電路原理圖

該收音機電路由兩片積體電路晶片與一些週邊輔助電路組成。TEA5711/T晶片是收音機的主要晶片，它將接收到的無線電信號，經(jīng)過高頻信號接收、放大、變換，然後，再經(jīng)過身歷聲功率放大器晶片CXA1622M，輸出聲音信號，這就是我們接收到的中央人民廣播電臺的播出節(jié)目?，F(xiàn)在，我們剖析一下TEA5711/T晶片的工作原理。TEA5711/T晶片的電路原理圖如圖1.5所示，該電路的引腳功能與參數(shù)，分別如表1—2和表1—3所示。圖1.5TEA5711/T電路原理框圖表1—2TEA5711/T引腳功能及直流電壓表1—3TEA5711/T電參數(shù)及測試條件

從圖1.5可見，該晶片分成上下兩個放大通道。上方的通道是調頻信號接收、放大、轉換通道。從引腳16，接收高頻調頻信號，經(jīng)過高頻放大，再經(jīng)過調頻信號的混頻，輸出10.7MHz的中頻信號，經(jīng)過兩級中放和FM檢波，產生455KHz中頻調頻信號，又經(jīng)過鎖相環(huán)電路鑒頻，恢復音頻信號，再經(jīng)身歷聲功率放大器，放出聲音來。下方的通道是調幅信號接收、放大、轉換通道。從引腳18，接收高頻調幅信號，經(jīng)過高頻放大、混頻，輸出455kHz的中頻調幅信號，經(jīng)過AM檢波，直接送功率放大器放大、輸出。該電路包括自動增益控制和自動頻率控制電路。1.4實訓：R828AM/FM收音機裝配實訓

1.實訓目的通過對收音機的安裝、焊接及調試，瞭解電子產品的生產製作過程；掌握電子元器件的識別及品質檢驗；學會利用工藝檔獨立進行整機的裝焊和調試，並達到產品品質要求；學會編制簡單電子產品的工藝檔，能按照行業(yè)規(guī)程要求，撰寫實訓報告（包括主要指標，線路工作原理，使用說明，測試說明，調試工藝等）；訓練動手能力，培養(yǎng)職業(yè)道德和職業(yè)技能，培養(yǎng)工程實踐觀念及嚴謹細緻的科學作風。

2.實訓步驟

(1)讀圖：對照電路原理圖，看懂接線圖，瞭解電路圖符號及圖注。

(2)元件測試：瞭解元器件的主要技術參數(shù)及測試方法。

(3)插件與焊接：根據(jù)工藝圖紙與檔，認真完成元器件的焊接。

(4)調試：分別進行IF—AF（中頻—音頻）調試、KC（調幅檔）調試、MC（調頻檔）調試、複聽四個過程。

(5)撰寫實訓報告。

1.5本課程的特點

高頻電子線路是低頻電子線路的後續(xù)課程。從它處理的信號頻率角度來說，發(fā)送和接收的信號，都是高頻信號。這是相對於需要傳送資訊的音頻信號和視頻信號來說的。我們稱這些音頻信號和視頻信號為基帶信號?；鶐盘柕幕咎攸c是其信號頻譜是寬頻的，即該信號頻譜範圍的上限頻率和下限頻率的差（即信號帶寬），與其下限頻率的比遠大於1。寬頻信號包含大量低頻信號的能量。

為了遠距離地傳送信號和接收信號，就需要調製，這是一種變換。無線電波的發(fā)送設備和接收設備就是進行這種變換的設備。因此，在這些設備中，必定包含非線性的器件。在本教材中，闡述的各部分高頻電子線路，除高頻小信號諧振放大器外，都是非線性電路。相對於線性電子線路的分析方法來說，非線性電子線路的分析方法更加複雜，求解也困難得多。第2章通信信號的接收

2.1概述2.2小信號諧振放大器2.3集中選頻放大器2.4放大器的雜訊2.5實訓:高頻小信號諧振放大器

的仿真與性能分析

2.1概述

在無線通信中，發(fā)射與接收的信號應當適合於空間傳輸。所以，被通信設備處理和傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過調製處理過的高頻信號，這種信號具有窄帶特性。而且，通過長距離的通信傳輸，信號受到衰減和干擾，到達接收設備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進一步處理之前，應當經(jīng)過放大和限制干擾的處理。這就需要通過高頻小信號放大器來完成。這種小信號放大器是一種諧振放大器?；祛l器輸出端也接有這種小信號放大器，作為中頻放大器對已調信號進行放大。

高頻小信號放大器廣泛用於廣播、電視、通信、測量儀器等設備中。高頻小信號放大器可分為兩類：一類是以諧振回路為負載的諧振放大器；另一類是以濾波器為負載的集中選頻放大器。它們的主要功能都是從接收的眾多電信號中，選出有用信號並加以放大，同時對無用信號、干擾信號、雜訊信號進行抑制，以提高接收信號的品質和抗干擾能力。

諧振放大器常由電晶體等放大器件與LC並聯(lián)諧振回路或耦合諧振回路構成。它可分為調諧放大器和頻帶放大器，前者的諧振回路需調諧於需要放大的外來信號的頻率上，後者諧振回路的諧振頻率固定不變。集中選頻放大器把放大和選頻兩種功能分開，放大作用由多級非諧振寬頻帶放大器承擔，選頻作用由ＬC帶通濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等承擔。目前廣泛採用集中寬頻帶放大器。高頻小信號放大器主要性能指標有：諧振增益、通頻帶、選擇性及雜訊係數(shù)等。

1.諧振增益放大器的諧振增益是指放大器在諧振頻率上的電壓增益，記為Au0，其值可用分貝(dB)表示。放大器的增益具有與諧振回路相似的諧振特性，如圖２.１所示。圖中f0表示放大器的中心諧振頻率，Au/Au0表示相對電壓增益。當輸入信號的頻率恰好等於f0時，放大器的增益最大。圖2.1諧振放大器的幅頻特性曲線

2.通頻帶通頻帶是指信號頻率偏離放大器的諧振頻率f0時，放大器的電壓增益Au下降到諧振電壓增益Au0的時，所對應的頻率範圍，一般用BW0.7表示，如圖２.１所示。

3.選擇性選擇性是指諧振放大器從輸入信號中選出有用信號成分並加以放大，而將無用的干擾信號加以有效抑制的能力。為了準確地衡量小信號諧振放大器的選擇性，通常選用“抑制比”和“矩形係數(shù)”兩個技術指標。

1)抑制比抑制比可定義為：諧振增益Au0與通頻帶以外某一特定頻率上的電壓增益Au的比，用d(dB)表示，記為2)矩形係數(shù)假設諧振放大器是理想放大器，其特性曲線是如圖2.1所示的理想矩形。該圖表明在通頻帶內放大器的電壓增益保持不變，而在通頻帶外電壓增益為零。若干擾信號頻率在放大器的頻帶之外，那麼，它將被全部抑制。實際諧振放大器的特性曲線如圖2.1所示的鐘形曲線所示。為了評價實際放大器的諧振曲線與理想曲線的接近程度，引入矩形係數(shù)，定義為

式中，BW0.7是放大器的通頻帶；BW0.1是相對電壓增益值下降到0.1時的頻帶寬度。K0.1值越小越好，在接近１時，說明放大器的諧振特性曲線就愈接近於理想曲線，放大器的選擇性就愈好。

4.雜訊係數(shù)放大器的雜訊係數(shù)是指輸入端的信噪比Pi/Pni與輸出端的信噪比Po/Pno兩者的比值，即或

式中，Pi為放大器輸入端的信號功率；Pni為放大器輸入端的雜訊功率；Po為放大器輸出端的信號功率；Pno為放大器輸出端的雜訊功率。若放大器是一個理想的無雜訊線性網(wǎng)路，那麼，雜訊係數(shù)2.2小信號諧振放大器

小信號諧振放大器類型很多，按調諧回路區(qū)分，有單調諧回路放大器、雙調諧回路放大器和參差調諧回路放大器。按電晶體聯(lián)接方法區(qū)分，有共基極，共發(fā)射極和共集電極放大器等。本節(jié)討論一種常用的調諧放大器——共發(fā)射極單調諧放大器。

2.2.1單級單調諧放大器單調諧放大器是由單調諧回路作為交流負載的放大器。圖2.2所示為一個共發(fā)射極單調諧放大器。它是接收機中一種典型的高頻放大器電路。圖中Ｒ1、Ｒ2是放大器的偏置電阻，Ｒe是直流負回饋電阻，Ｃ1、Ｃe是直流高頻旁路電容，它們起穩(wěn)定放大器靜態(tài)工作點的作用。LC組成並聯(lián)諧振回路，它與電晶體共同起著選頻放大作用。圖2.2共射單調諧放大器

當直流工作點選定以後，圖2.2可以簡化成只包括高頻通路的等效電路，如圖2.3所示。由圖2.3可以看出，電路分為三部分：電晶體本身、輸入電路和輸出電路。電晶體是諧振放大器的重要組件，在分析電路時，可用Y參數(shù)等效電路來說明它的特性。輸入電路由電感Ｌ與天線回路耦合，將天線來的高頻信號通過它加到電晶體的輸入端。輸出電路是由Ｌ與C組成的並聯(lián)諧振回路，通過互感耦合將放大後的信號加到下一級放大器的輸入端。本電路的電晶體輸出端與負載輸入端採用了部分接入的方式。圖2.3交流等效電路

1.LC並聯(lián)諧振回路信號源與電感線圈和電容器並聯(lián)組成的電路，叫做LC並聯(lián)回路，如圖2.4所示。圖中與電感線圈Ｌ串聯(lián)的電阻Ｒ代表線圈的損耗，電容Ｃ的損耗不考慮。為信號電流源。為了分析方便，在分析電路時也暫時不考慮信號源內阻的影響。

1)並聯(lián)諧振回路阻抗的頻率特性如圖2.4所示，其阻抗運算式為圖2.4LC並聯(lián)回路(2─1)(2─2)(2─3)(2─4)

下麵討論並聯(lián)回路阻抗的頻率特性。當回路諧振時，即ω=ω0時，ω0L-1/ω0C=0。並聯(lián)諧振回路的阻抗為一純電阻，數(shù)值可達到最大值|Z|=RP=L/CR，RP稱為諧振電阻，阻抗相角為φ=0。從圖2.5可以看出，並聯(lián)諧振回路在諧振點頻率ω0時，相當於一個純電阻電路。當回路的角頻率ω＜ω0時，並聯(lián)回路總阻抗呈電感性。當回路的角頻率ω＞ω0時，並聯(lián)回路總阻抗呈電容性。(2─5)圖2.5並聯(lián)諧振回路的特性曲線

式中，GP=CR/L=1/RP，為電導;B=ωC-1/ωL，為電納。圖2.6就是利用式(2─5)得出的。式(2─5)是我們常用的並聯(lián)振盪回路的表達形式。

2)並聯(lián)諧振回路端電壓頻率特性諧振回路兩端的電壓為(2─6)(2─7)(2─8)

由此可見，在信號源電流Is一定的情況下，並聯(lián)回路端電壓UAB的頻率特性與阻抗頻率特性相似，如圖2.7所示。圖2.6並聯(lián)振盪回路圖2.7電壓-頻率特性曲線3)並聯(lián)諧振回路諧振頻率在實際應用中，並聯(lián)諧振回路頻率可以由式(2─2)近似求出(2─9)並聯(lián)回路準確的諧振角頻率可以從式(2─1)求出：(2─10)4)品質因數(shù)並聯(lián)回路諧振時的感抗或容抗與線圈中串聯(lián)的損耗電阻Ｒ之比，定義為回路的品質因數(shù)，用Ｑ0表示，

(2─11)並聯(lián)諧振回路的諧振電阻可以用Ｑ0表示：(2─12)5)諧振曲線、通頻帶及選擇性將式(2─6)與式(2─8)相比，得(2─13)(2─14)圖2.8並聯(lián)回路諧振曲線

由式(2─14)可以繪出並聯(lián)回路諧振曲線，如圖2.8所示。這曲線適用於任何ＬＣ並聯(lián)諧振回路。

對ξ進行如下變換：

在諧振頻率附近，可近似地認為，ω≈ω0，ω+ω0=2ω，則(2─15)式中，Δf=f-f0,得

從式(2─16)可以看出，在諧振點,Δf=0，U/U0=1。隨著|Δf|的增大，U/U0將減小。對於同樣的偏離值Δf，Q0越高，U/U0衰減就越多，諧振曲線就越尖銳，如圖2.9所示。

圖2.9幅頻特性曲線

下麵利用諧振曲線求出通頻帶。由式(2─16)，令U/U0=0.707，如圖2.10所示，可得回路的通頻帶BW0.7為

例1

已知並聯(lián)諧振回路諧振頻率f0＝1MHz，Ｑ0＝100。求頻率偏離10kHz時，電壓相對於諧振點的衰減比值U/U0

。又若Ｑ0

＝50，求U/U0

。(2─17)

圖2.10通頻帶

解（１）Ｑ0=100時,（２）若Ｑ0=50時，

根據(jù)上面計算結果可畫得圖2.11，它說明在相同的頻率偏離值Δf下，Ｑ越高，諧振曲線越尖銳，選擇性越好，但通頻帶窄了。我們希望諧振回路有一個很好的選擇性，同時要有一個較寬的通頻帶，這是矛盾的。為了保證較寬的通頻帶，只能犧牲選擇性。圖2.11例題圖6)並聯(lián)諧振回路中的電流並聯(lián)回路諧振時，流過RP、Ｃ、Ｌ中的電流如下：(2─18)(2─19)(2─20)

根據(jù)上面計算結果可畫得圖2.11，它說明在相同的頻率偏離值Δf下，Ｑ越高，諧振曲線越尖銳，選擇性越好，但通頻帶窄了。我們希望諧振回路有一個很好的選擇性，同時要有一個較寬的通頻帶，這是矛盾的。為了保證較寬的通頻帶，只能犧牲選擇性。6)並聯(lián)諧振回路中的電流並聯(lián)回路諧振時，流過RP、Ｃ、Ｌ中的電流如下：(2─18)(2─19)(2─20)

由上面三式可見，並聯(lián)回路諧振時，諧振電阻ＲP上的電流就等於信號源的電流。電感支路上的電流和電容支路上的電流，等於信號源電流的Ｑ0倍。因此，在諧振時，信號源電流Is不大，但電感、電容支路上電流卻很大，是信號源電流的Ｑ0倍，所以說並聯(lián)諧振也叫電流諧振。7)信號源內阻及負載對諧振回路的影響考慮Ｒs和ＲL後的並聯(lián)諧振回路，如圖2.12所示。下麵利用電導的形式來分析電路。諧振回路的總電導為諧振回路的空載Ｑ0值，即為諧振回路的有載ＱL值為根據(jù)上兩式，可以得ＱL與Ｑ0的關係由於GΣ＞gP，所以QL＜Q0。8)並聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接信號源內阻或負載並聯(lián)在回路兩端，將直接影響回路的Ｑ值，影響負載上的功率輸出及回路的諧振頻率。為解決這個問題，可用阻抗變換電路，將它們折算到回路兩端，以改善對回路的影響。

(1)變壓器的耦合聯(lián)接。圖2.13(a)為變壓器的耦合聯(lián)接電路。(2─22)

圖2.13變壓器的耦合聯(lián)接

（２）自耦變壓器的耦合聯(lián)接。如圖2.14(a)所示，N1是匯流排圈數(shù)，N2是自耦變壓器的抽頭部分線圈數(shù)。負載電阻RL折合到諧振回路後的等效電阻為R′L，如圖2.14(b)所示。(2─23)式中，n=N2/N1為接入係數(shù)。圖2.14自耦變壓器的耦合聯(lián)接

（３）變壓器自耦變壓器的耦合聯(lián)接。如圖2.15(a)所示，該電路可以將信號源內阻和負載電阻折合到諧振回路中(注意接入係數(shù)的正確選擇)。(2─24)RL和Rs折合到諧振回路後的電阻為R′L和R′s，(2─25)圖2.15變壓器自耦變壓器的耦合聯(lián)接

2.電晶體Ｙ參數(shù)等效電路在分析高頻小信放大器時，採用Ｙ參數(shù)等效電路進行分析是比較方便的。所以在電路化簡時，可將電晶體等效成一個Ｙ參數(shù)等效電路。一個電晶體可以看成有源四端網(wǎng)路，如圖2.16所示。(2─26)令，由電晶體的Ｙ參數(shù)的網(wǎng)路方程得圖2.16電晶體共發(fā)射極電路

Yie是電晶體輸出端短路時的輸入導納（下標“ｉ”表示輸入，“ｅ”表示共射組態(tài)），反映了電晶體放大器輸入電壓對輸入電流的控制作用，其倒數(shù)是電路的輸入阻抗。Yie參數(shù)是複數(shù)，Yie可表示為Yie=gie+jωCie，其中gie、Cie分別稱為電晶體的輸入電導和輸入電容。Yre是電晶體輸入端短路時的反向傳輸導納（下標“r”表示反向），反映了電晶體輸出電壓對輸入電流的影響，即電晶體內部的回饋作用。

Yoe是電晶體輸入端短路時的輸出導納（下標“o”表示輸出），反映了電晶體輸出電壓對輸出電流的作用，其倒數(shù)是電路的輸出阻抗。

圖2.17Y參數(shù)等效電路(a)電晶體Y參數(shù)等效電路；(b)實際應用Y參數(shù)等效電路

圖2.17Y參數(shù)等效電路(a)電晶體Y參數(shù)等效電路；(b)實際應用Y參數(shù)等效電路3.單調諧放大器單調諧放大器如圖2.18(a)所示。將圖2.18(a)化為交流等效電路，可得圖2.18(b)。根據(jù)電晶體Ｙ參數(shù)等效電路，並考慮到為保證實用的單調諧放大器穩(wěn)定地工作，都採取了一定的措施，使內部回饋很小。(2─27)

上式中n1、n2是接入係數(shù)

將圖2.18(e)中的g′oe、g′L、gP合併，得GΣ；將C′oe、C、C′L合併，得CΣ。這樣可進－步將圖2.18(e)簡化成如圖2.18(f)所示的形式。在圖2.18(f)中，(2─28)圖2.18單調諧放大器的等效電路圖2.18單調諧放大器的等效電路圖2.18單調諧放大器的等效電路圖2.18單調諧放大器的等效電路

下麵對電路性能進行計算。

1)單調諧放大器電壓增益放大器的電壓增益：導納輸出電壓

為有載時並聯(lián)回路的諧振頻率。其電壓增益的模為為有載品質因數(shù);(2─29)(2─30)

諧振放大器諧振時的電壓增益最大。式中的負號，表示放大器輸入電壓與輸出電壓反相(有180°的相位差)。諧振放大器的電壓增益與接入係數(shù)n1、n2有關。當回路諧振時，f=f0，Δf=0時，放大器諧振電壓增益為(2─31)(2─32)其模為2)單調諧放大器的通頻帶式(2─30)與式(2─32)相比，可得單調諧放大器的諧振曲線數(shù)學運算式：(2─33)

單調諧放大器的諧振曲線如圖２.19所示。令，可求得單調諧放大器的通頻帶BW0.7。(2─34)圖2.19諧振放大器的幅頻特性曲線

顯然，單調諧諧振放大器的通頻帶取決於回路的諧振頻率f0以及有載品質因數(shù)QL。當f0確定時，ＱL越低，通頻帶愈寬,如圖２.20所示。圖2.20不同Q諧振曲線

當Yfe、n1、n2、CΣ均為定值時，諧振放大器的增益與通頻帶的乘積為一常數(shù)，也就是說，通頻帶越寬，增益越小；反之，增益越大。

3)單調諧放大器的選擇性由式(2─31)可得(2─35)

上式與式(2─34)相比，得矩形係數(shù)上式說明，單調諧放大器的矩形係數(shù)遠大於１，諧振曲線與矩形相差太遠，故單調諧諧振放大器的選擇性較差。

4)功率增益單調諧放大器的功率增益可由下式表示：(2─36)

式中，Pi為放大器的輸入功率；Po為輸出端負載gL上所獲得的功率。在滿足匹配n21goe=n22gL的條件下，並考慮到回路的固有損耗，可由下式計算實際的功率增益：(2─37)是回路無損耗又匹配時，電晶體能給出的最大功率；2.2.2多級單調諧回路諧振放大器將圖2.21中電晶體V2集電極上加一個諧振回路，就可得雙級單調諧放大電路，如圖2.22所示。下麵分析多級單調諧回路諧振放大器的性能指標。圖2.21單調諧放大電路圖2.22雙級單調諧放大器1.電壓增益設有n級單調諧放大器相互級聯(lián)，且各級的電壓增益相同，即

Ａu1=Ａu2=Ａu3=…=Ａun

則級聯(lián)後放大器的總電壓增益為

|An|=|Au1|·|Au2|·|Au3|……|Aun|=|Aun|n諧振時，電壓增益為(2─38)(2─39)

從式(2─39)可以看出，級聯(lián)後總電壓增益是單級電壓增益的n次方。在圖2.23中，n=1是單級單調諧放大器電壓增益諧振曲線；n=2是雙級單調諧放大器電壓增益諧振曲線；n=3是三級單調諧放大器電壓增益諧振曲線。電壓增益諧振曲線數(shù)學運算式為(2─40)圖2.23級聯(lián)放大器諧振曲線2.通頻帶令式(2─40)等於0.707，可得n級級聯(lián)放大器的總通頻帶(2─41)

式中,f0/ＱL是單級單調諧放大器通頻帶；是頻帶縮小因數(shù)，下表列出不同n值時縮小因數(shù)的大?。簄12345…10.640.510.430.39…3.選擇性令式(2─40)等於0.1，可得n級級聯(lián)放大器總通頻帶BW0.1為將上式與式(2─41)相比，得矩形係數(shù)為(2─42)

下表列出了不同n值時矩形係數(shù)的大小。由表可以看出，級數(shù)越大，矩形係數(shù)越接近１。

n123456K0.19.954.663.753.43.23.12.2.3雙調諧回路諧振放大器設初、次級回路都調諧在同一個中心頻率f0上，並且兩個回路中組件都取相同值,即L1=L2=L、C1=C2=C、G1=G2=G。這樣可以方便地計算雙調諧回路放大器的主要參數(shù)。

1.電壓增益(2─43)

圖2.24雙調諧回路放大器

圖2.24雙調諧回路放大器為廣義失調量；為耦合因數(shù)；為L1、L2之間的耦合係數(shù)。1)臨界耦合的電壓增益臨界耦合條件是η=1(K=1/ＱL)。在諧振時，ξ=0，放大器電壓增益為最大值，記為(2─44)(2─45)電壓增益諧振曲線關係式為可得|Au/Au0|~ξ曲線如圖2.25所示。2)強耦合及弱耦合時電壓增益強耦合條件：η＞１；弱耦合條件：η＜１。放大器在強耦合及弱耦合條件下的電壓增益諧振曲線關係式為(2─46)

它們對應的諧振曲線如圖2.26所示。圖2.25臨界耦合時放大器電壓增益諧振曲線圖2.26η＞1及η＜1時放大器電壓增益諧振曲線2.通頻帶令式(2─45)得雙調諧放大器的通頻帶(2─47)3.選擇性令式(2─45)得

將上式與(2─47)式相比，得臨界耦合時雙調諧放大器的矩形係數(shù)：(2─48)2.2.4諧振放大器的穩(wěn)定性

1.放大器的輸入導納如圖2.27所示，求放大器輸入導納Yi。圖中，Ys是信號源導納；YL是集電極總負載導納。圖2.27計算Yi的調諧放大器等效電路

放大器輸入導納：(2─49)

式中，Yi′是輸出電路通過Ye的回饋而引起的輸入導納，稱回饋等效導納；Yie是電晶體的輸入導納。圖2.28內部回饋對諧振曲線的影響2.穩(wěn)定性從式(2─49)看出，如果加大負載導納YL，則放大器輸入導納圖2.29尋呼機的射頻放大電路圖2.30共發(fā)射極-共基極級聯(lián)放大器等效電路2.3集中選頻放大器

集中選頻放大器構成如圖2.31所示，它由兩種部件組成，一部分是寬頻帶放大器，另一部分是集中選擇性濾波器。寬頻帶放大器一般由線性積體電路構成，當工作頻率較高時，也可用其他分立元件寬頻帶放大器構成。圖2.31集中選頻放大器組成示意圖2.3.1集中選頻濾波器

1.陶瓷濾波器在通信、廣播等接收設備中，陶瓷濾波器有著廣泛的應用。陶瓷濾波器是利用某些陶瓷材料的壓電效應構成的濾波器，常用的陶瓷濾波器是由鋯鈦酸鉛〔Pb（ZrTi）O3〕壓電陶瓷材料（簡稱PZT）製成的。圖2.32壓電陶瓷片等效電路和電路符號

從圖2.32電路可見，陶瓷片具有兩個諧振頻率，一個是串聯(lián)諧振頻率fs，另一個是並聯(lián)諧振頻率fP,(2─50)(2─51)圖2.33陶瓷片的阻抗圖2.34四端陶瓷圖2.35四端陶瓷濾波器的2.聲表面波濾波器聲表面波濾波器結構示意圖如圖2.36所示。它以鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛或石英等壓電材料為基片，利用真空蒸鍍法，在拋光過的基片表面形成厚度約１０μｍ的鋁膜或金膜電極，稱其為叉指電極。左端叉指電極為發(fā)端換能器，右端叉指電極為收端換能器。圖2.36聲表面波濾波器結構示意圖

當輸入信號的頻率ｆ等於換能器的頻率f0時，各節(jié)所激發(fā)的表面波同相疊加，振幅最大，可寫成(2─52)圖2.37均勻叉指換能器聲振幅——頻率特性曲線圖2.38非均勻叉指換能器2.3.2集中選頻放大器的應用

1.尋呼機射頻接收電路圖２.39是尋呼機射頻接收電路的一部分原理圖。

1)天線

2)射頻放大器

3)帶通濾波器圖2.39尋呼機射頻接收電路的一部分原理圖2.4放大器的雜訊

根據(jù)雜訊的來源不同，可將其分為如下幾種。

1)人為雜訊

2）無規(guī)則的自然雜訊

3）起伏雜訊2.4.1電阻熱雜訊、電晶體的雜訊

1.電阻熱雜訊圖2.40電阻雜訊電壓波形

在單位頻帶內，電阻所產生的熱雜訊電壓的均方值為

S(f)=4kTRV2/Hz(2─53)

式中，k為玻耳茲曼常數(shù)，為1.38×10-23J/K；T為熱力學溫度，單位為K，絕對溫度T(K)與攝氏溫度T(℃)間的關係為

T(K)=T(℃)+273

S(f)稱為雜訊功率譜密度。

電阻熱雜訊頻譜很寬，但只有位於放大器通頻帶Δf內那一部分雜訊功率才能通過放大器得到放大。能通過放大器的電阻熱雜訊電壓的均方值為因此，雜訊電壓的有效值（雜訊電壓〕為(2─54)(2─55)圖2.41電阻熱雜訊等效電路2.電晶體的雜訊電晶體的雜訊一般比電阻熱雜訊大，它有四種形式：

1)熱雜訊和電阻相同，在電晶體中，電子不規(guī)則的熱運動同樣會產生熱雜訊。其中基極電阻rbb′所引起的熱雜訊最大，發(fā)射極和集電極電阻的熱雜訊一般很小，可以忽略。所以rbb′產生的熱雜訊電壓均方值為(2─56)2)散粒雜訊散粒雜訊是電晶體的主要雜訊源。散粒雜訊這個詞是沿用電子管雜訊中的詞。在二極體和三極管中都存在散粒雜訊。晶體三極管是由兩個PN結構成的，當電晶體處於放大狀態(tài)時，發(fā)射結為正向偏置，發(fā)射結所產生的散粒雜訊較大；集電結為反向偏置，集電結所產生的散粒雜訊可忽略不計。發(fā)射結散粒雜訊電流均方值為(2─57)3)分配雜訊電晶體發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的多數(shù)載流子，大部分到達集電極，成為集電極電流，而小部分在基區(qū)內被複合，形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是隨機的，因而造成通過集電結的電流在靜態(tài)值上下起伏變化，引起雜訊，把這種雜訊稱為分配雜訊。電晶體集電極電流分配雜訊電流均值為(2─58)4)閃爍雜訊閃爍雜訊又稱低頻雜訊。一般認為這種雜訊是由於電晶體清潔處理不好或有缺陷造成的。其特點是頻譜集中在低頻（約1kHz以下），在高頻工作時通?？刹豢紤]它的影響。

3.場效應管的雜訊場效應管的雜訊主要是由場效應管溝道電阻產生的熱雜訊；柵極漏電流產生的散粒雜訊；表面處理不當引起的閃爍雜訊。一般說來，場效應管的雜訊比電晶體的雜訊低。圖2.42電晶體共基接法雜訊等效電路2.4.2雜訊係數(shù)

1.雜訊係數(shù)的定義要描述放大系統(tǒng)的固有雜訊的大小，就要用雜訊係數(shù)，雜訊係數(shù)定義為輸入端信噪比輸出端信噪比NF=

研究放大系統(tǒng)雜訊係數(shù)的等效圖如圖２.43所示。其中，Us為信號源電壓；Rs為信號源內阻；為熱雜訊等效電壓均方值；RL為負載。圖2.43描述放大器雜訊係數(shù)的等效圖

輸出信噪比要比輸入信噪比低。NF反映出放大系統(tǒng)內部雜訊的大小。雜訊係數(shù)可由下式表示:(2─59)或

雜訊係數(shù)通常只適用於線性放大器，因為非線性電路會產生信號和雜訊的頻率變換，雜訊係數(shù)不能反映系統(tǒng)的附加的雜訊性能。由於線性放大器的功率增益

式中，GpPni為信號源內阻Rs產生的雜訊經(jīng)放大器放大後，在輸出端產生的雜訊功率;而放大器輸出端的總雜訊功率Pno應等於GpPni和放大器本身雜訊在輸出端產生的雜訊功率Pnao之和，即所以式(2─59)可寫成(2─60)(2─61)將式（2─61）代人式（2─60）,則得(2─62)2.信噪比與負載的關係設信號源內阻為Rs,信號源的電壓為Us（有效值），當它與負載電阻RL相接時，在負載電阻RL上的信噪比計算如下：信號源在RL上的功率信號源內阻雜訊在RL上的功率在負載兩端的信噪比

結論：信號源與任何負載相接並不影響其輸入端信噪比，即無論負載為何值，其信噪比都不變，其值為負載開路時的信號電壓平方與雜訊電壓均方值之比。

3.用額定功率和額定功率增益表示的雜訊係數(shù)放大器輸入信號源電路如圖2.44所示。放大器的雜訊係數(shù)NＦ為

NF=輸入端額定功率信噪比輸出端額定功率信噪比圖2.44以額定功率表示的雜訊係數(shù)＋

式中，Pai和Pao分別為放大器的輸入和輸出額定信號功率，Pani和Pano分別為放大器的輸入和輸出額定雜訊功率，Gpa為放大器的額定功率增益。信號源輸入額定雜訊功率為(2─63)4.多級放大器雜訊係數(shù)的計算已知各級的雜訊係數(shù)和各級功率增益，求多級放大器的總雜訊係數(shù)，如圖2.45所示。圖2.45多級放大器雜訊係數(shù)計算等效圖由雜訊係數(shù)定義可得在第二級輸出端，由第一級和第二級產生的總雜訊

由於由Ro1產生的雜訊已在Pano1中考慮，故這裏應減掉，所以第一、二兩級的雜訊係數(shù)為5.等效雜訊溫度設放大器的雜訊係數(shù)為NF，雜訊源的溫度為Ｔ0，則折算到放大器輸入端的雜訊功率為EkT0Δf，相當於新的溫度為NFT0，則它的溫升(2─66)(2─67)可得Te只代表放大器本身的熱雜訊溫度，與雜訊功率大小無關。由上式可知：多級放大器的等效雜訊溫度為6.電晶體放大器的雜訊係數(shù)根據(jù)圖2.46所示的共基極放大器雜訊等效電路，可求出各雜訊源在放大器輸出端所產生的雜訊電壓均方值總和，然後根據(jù)雜訊係數(shù)的定義，可得到放大器的雜訊係數(shù)的計算公式(2─68)圖2.46共基極放大器雜訊等效電路2.4.3降低雜訊係數(shù)的措施通過以上分析，我們對電路產生雜訊的原因以及影響雜訊係數(shù)大小的主要原因有了基本瞭解?，F(xiàn)對降低雜訊係數(shù)的有關措施歸納如下：

1.選用低雜訊元、器件

2.選擇合適的直流工作點

3.選擇合適的信號源內阻

4.選擇合適的工作帶寬(2─69)

2.5實訓:高頻小信號諧振放大器

的仿真與性能分析

本節(jié)利用PSpice仿真技術來完成對高頻小信號諧振放大器的測試及性能分析。範例：分析並觀察輸出波形及輸出文本檔內容

步驟一繪出電路圖

(1)請建立一個專案Ch2，然後繪出如圖2.47所示的電路圖。其中高頻信號源用正弦交流電壓源代替，元件編號為U1。圖2.47高頻小信號諧振放大器電路(2)對信號源U1(即圖中U1)進行設置。

AC:交流值（作“ACSweep”分析時須填入此量），現(xiàn)設為30mV。

UOFF:直流基準電壓，設定為0V。

UAMPL:幅度電壓（峰值），設定為30mV。

FREO:信號頻率，設定為10Hz。

TD:出現(xiàn)第一個波形的延遲時間，設定為0ms。

DF:阻尼係數(shù)，設定為0，單位為秒的倒數(shù)。

PHAS:相位，設定為0。

(3)將圖2.47中的其他元件編號和參數(shù)按圖中設置。

步驟二設置TransientAnalysis(瞬態(tài)分析)(1)在Pspice電路分析功能（分析設置）項中，選TransientAnalysis(瞬態(tài)分析)。

(2)設置繪圖的時間增量，設定為100ns。設置瞬態(tài)分析終止時間，設定為6μs。設置瞬態(tài)分析起始時間，設定為4μs。

步驟三設置ACSweep(交流分析)(1)在PSpice電路分析功能（分析設置）項中，選ACSweep(交流分析)。

(2)在ACSweepType（交流掃描類型）中有：Linear(線性掃描)、Octave(倍頻程掃描)、Decade(十倍頻程掃描)三種類型?，F(xiàn)選用Octave(倍頻程掃描)或Decade(十倍頻程掃描)類型。

(3)在SweepParameters(掃描參數(shù))設置中，設StartFrequency(仿真起始頻率)為1Hz，設EndFrequency(仿真終點頻率)為100MegHz，設每Decade(十倍頻程掃描)記錄1000點。

(4)注意：小寫m代表10-3，大寫M或Meg代表106。

步驟四存檔在執(zhí)行分析以前最好養(yǎng)成存檔習慣，先存檔一次，以防萬一。存檔可用File\Save功能選項來操作。

步驟五啟動Pspice進行仿真觀察Transient輸出波形

(1)設計的電路圖形檔若是可以順利地完成仿真，就會自動打開Probe窗口。這是一個空圖，除了X軸變數(shù)已經(jīng)按照我們在TransientAnalysis的設置為4μs～6μs之外，Y軸變數(shù)則等待著我們的選擇輸入。(2)在Probe窗口中選擇Trace\Add，打開AddTrace對話框。請在窗口下方的TraceExpression欄處用滑鼠選擇或直接由鍵盤輸入完成這樣的字串“V(L1:1,L1:2)”。再用滑鼠選“OK”，退出AddTrace窗口。這時的Probe窗口應與圖2.48相似。這個圖反應了高頻小信號諧振放大器的輸出端的波形。

(3)在Probe窗口中選擇Trace\Add，打開“AddTrace”對話框。請在窗口下方的TraceExpression欄處用滑鼠選擇或直接由鍵盤輸入完成這樣的字串“U(U1:+)”。再用滑鼠選“OK”，退出AddTrace窗口。這時的Probe窗口出現(xiàn)高頻小信號諧振放大器的輸入信號的波形，如圖2.49所示。

(4)由圖2.48、圖2.49可計算高頻小信號諧振放大器的電壓增益。圖2.48高頻小信號諧振放大器的輸出端的波形圖2.49高頻小信號諧振放大器的輸入信號的波形

步驟六啟動PSpice進行仿真並觀察ACSweep(輸出波形)(1)設計的電路圖形檔若是可以順利地完成ACSweep(交流仿真)，就會自動打開Probe窗口。

(2)在Probe窗口中選擇Trace\Add，打開“AddTrace”對話框。請在窗口下方的TraceExpression欄處用滑鼠選擇或直接由鍵盤輸入完成這樣的字串“V(L1:1,L1:2)”。

(3)由圖2.50可計算高頻小信號諧振放大器的通頻帶。

圖2.50高頻小信號諧振放大器的幅頻特性曲線

步驟七觀察輸出文本檔內容

(1)打開任何文字編輯程式來觀察Ch1.out文本輸出檔，如圖2.51所示。從Ch2.out文本輸出檔中,可以觀察到高頻小信號諧振放大器經(jīng)TransientAnalysis(瞬態(tài)分析)、ACSweep(交流分析)後的結果。

(2)下列程式是Ch2.out的內容，我們來看看記錄了哪些數(shù)據(jù)。為了說明的方便，我們在一些較重要的部分直接以中文來加以標記與說明。為了節(jié)省本書空間，我們摘抄了Ch2.out中部分主要的內容。3.1通信信號的功率放大3.2諧振功率放大器3.3寬頻帶的功率合成(非諧振高頻功率放大器)

3.4倍頻器3.5天線3.6實訓:高頻諧振功率放大器的仿真與性能分析

第3章通信信號的發(fā)送

3.1通信信號的功率放大

高頻功率放大器有三個主要任務：①輸出足夠的功率；②具有高效率的功率轉換；③減小非線性失真。

3.2諧振功率放大器

3.2.1諧振功率放大器的基本工作原理

1.工作原理諧振功率放大器的原理電路如圖3.1所示。圖3.1諧振功率放大器的原理電路θ=180°，為甲類工作狀態(tài)

θ=90°，為乙類工作狀態(tài)

θ＜90°，為丙類工作狀態(tài)圖3.2所示工作波形表示了功率放大器工作在丙類狀態(tài)。在丙類工作狀態(tài)下，uBE=UBB+Ubmcosωt較小，且uBE＞Uon時才有集電極電流流過，故集電極耗散功率小、效率高。

圖3.1中，輸出回路中用ＬＣ諧振電路作選頻網(wǎng)路。這時，諧振功率放大器的輸出電壓接近余弦波電壓，如圖3.2(e)所示。由於電晶體工作在丙類狀態(tài)，電晶體的集電極電流iC是一個週期性的余弦脈衝，用傅氏級數(shù)展開iC

，則得

iC=Ic0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+…+Icnmcosnωt(3―1)圖3.2諧振功率放大器各級電壓和電流波形2.電路的性能分析準線性折線分析法的條件如下：

(1)忽略電晶體的高頻效應。

(2)輸入和輸出回路具有理想濾波特性。

uBE=UBB+Ubmcosωt(3―2)uCE=UCC-Ucmcosωt(3―3)(3)電晶體的靜態(tài)伏安特性可近似用折線表示。圖3.3電晶體折線化後的轉移特性曲線及ic電流1)余弦脈衝分解圖3.3所示是用電晶體折線化後的轉移特性曲線繪出的丙類工作狀態(tài)下的集電極電流脈衝波形，折線的斜率用G表示。設輸入信號為ub=Ubmcosωt，發(fā)射結電壓為uBE=UBB+Ubmcosωt,電晶體折線化後的轉移特性為(3―4)

將uBE=UBB+Ubmcosωt代入上式，可得

iC=G(UBB+Ubmcosωt-Uon)(3―5)

由圖3.3可得，當ωt=θ時，iC=0,代入式(3―5)，可求得

0=G(UBB+Ubmcosθ-U

)(3―6)

(3―7)(3―8)

式(3―5)減式(3―6)，得

iC=GUbm(cosωt-cosθ)(3―9)

當ωt=0時,將iC=iCmax代入式(3―9)，可得

iCmax=GUbm(1-cosθ)(3―10)

式(3―9)與式(3―10)相比，可得

(3―11)

式(3―11)是集電極余弦脈衝電流的解析運算式，它取決於脈衝高度iCmax和導通角θ。利用傅裏葉級數(shù)將iC展開(3―12)求得上式中各次諧波分量(3―13)(3―14)(3―15)

圖3.4余弦脈衝分解係數(shù)

放大器的輸出功率Po等於集電極電流基波分量在有載諧振電阻RP上的功率，即(3―16)

集電極直流電源供給功率PDC等於集電極電流直流分量與UCC的乘積(3―17)

放大器集電極效率等於輸出功率與直流電源供給功率之比，即(3―18)由式(3―18)可求得不同工作狀態(tài)下放大器效率分別為：甲類工作狀態(tài)，θ=180°，g1(θ)=1，ηc=50%；乙類工作狀態(tài)，θ=90°，g1(θ)=1.57，ηc=78.5%；丙類工作狀態(tài)，θ=60°，g1(θ)=1.8，ηc=90%2)導通角的選擇

(1)等幅波功率放大。

(2)調幅波功率放大。

Ic1=iCmaxα1(θ)=GUbm(1-cosθ)α1(θ)(3)ｎ次諧波倍頻。3.2.2諧振功率放大器的工作狀態(tài)分析

1.諧振功率放大器的動態(tài)線當放大器工作在諧振狀態(tài)時，由圖3.5可得，電路的外部關係

uBE=UBB+UbmcosωtuCE=UCC-Ucmcosωt

由上兩式可得

(3―19)將式(3―19)代入式(3―4)，得動態(tài)線方程式(3―20)

令uCE=UCC時，iC=Gc(UBB-Uon)為圖3.6中的Q點；再令iC=0時，為圖3.6中的B點。圖3.5諧振功率放大器圖3.6諧振動率放大器的動態(tài)線和集電極iC電流波形

諧振功率放大器的動態(tài)負載電阻Rc可用動態(tài)線斜率的倒數(shù)求得：(3―21)2.諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)

1)欠壓狀態(tài)

2)臨界狀態(tài)

3)過壓狀態(tài)圖3.7三種工作狀態(tài)3.RP、UCC、Ubm、UBB變化對工作狀態(tài)的影響

1)RP變化對工作狀態(tài)的影響圖3.8RP變化時的iC波形圖3.9諧振功率放大器的負載特性

由圖3.9可以得到以下結論：（1）在欠壓工作狀態(tài)下（2）在臨界工作狀態(tài)下

(3)在過壓工作狀態(tài)下(3―22)2)UCC變化對工作狀態(tài)的影響

3)Ubm變化對工作狀態(tài)的影響

4)UBB變化對工作狀態(tài)的影響圖3.10VCC變化對工作狀態(tài)的影響

圖3.11Ubm變化對工作狀態(tài)的影響圖3.12UBB變化對工作狀態(tài)的影響3.2.3諧振功率放大器電路諧振功率放大器的管外電路由兩部分組成：直流饋電電路部分和濾波匹配網(wǎng)路部分。

1.直流饋電電路圖3.13集電極饋電電路圖3.14基極饋電電路圖3.15自給偏置電路2.濾波匹配網(wǎng)路功率放大器通過耦合電路與前後級連接。這種耦合電路叫匹配網(wǎng)路，如圖3.16所示，對它提出如下要求：

(1)匹配：使外接負載阻抗與放大器所需的最佳負載電阻相匹配，以保證放大器輸出功率最大。

(2)濾波：濾除不需要的各次諧波分量，選出所需的基波成分。

(3)效率：要求匹配網(wǎng)路本身的損耗盡可能小，即匹配網(wǎng)路的傳輸效率要高。圖3.16濾波匹配網(wǎng)路在電路中的位置

根據(jù)等效原理，由於圖3.17(a)、(b)的端導納相等，即

由上式可以得到從串聯(lián)轉換為並聯(lián)阻抗的公式，即(3―23)式中,QT為兩個網(wǎng)路的品質因數(shù)，其值為(3―24)

圖3.17串並聯(lián)阻抗變換1)Ｌ型匹配網(wǎng)路圖3.18（ａ）是Ｌ型匹配網(wǎng)路，其串臂為感抗Xs，並臂為容抗XP，RL是負載電阻。Xs和RL是串聯(lián)支路，根據(jù)串並聯(lián)阻抗變換原理，可以將Xs和RL變?yōu)閬K聯(lián)元件X′P和RP，如圖3.18（b）所示。圖3.18L型網(wǎng)路的阻抗變換

令XP+X′P=0，即電抗部分抵消，回路兩端呈現(xiàn)(3―25)

由式(3―25)求出QT，再代入式(3―23)，便可求出Ｌ型網(wǎng)路各元件參數(shù)的計算公式（圖3.18中的RL相當於式(3―23)中的Rs）：

２)Ｔ型匹配網(wǎng)路圖3.19（ａ）是Ｔ型匹配網(wǎng)路，其中兩個串臂為同性電抗元件，並臂為異性電抗元件。為了求出Ｔ型匹配網(wǎng)路的元件參數(shù)，可以將它分成兩個Ｌ型網(wǎng)路，如圖3.19（b）所示。然後利用Ｌ型網(wǎng)路的計算公式，經(jīng)整理便可最終得到計算公式。

RP=RL(1+Q2T2)(3―27)(3―28)

圖3.19T型網(wǎng)路的阻抗變換

圖（b）中的第一個Ｌ型網(wǎng)路與圖3.18(a)的網(wǎng)路是相反的，因此，可以將Ｒo視為ＲL，即(3―30)(3―29)

３)Π型匹配網(wǎng)路

Π型匹配網(wǎng)路如圖3.20所示，分析過程也是將Π型網(wǎng)路分成兩個基本的Ｌ型網(wǎng)路，如圖3.20(b)所示，然後按Ｌ型網(wǎng)路進行求解。圖3.20Π型網(wǎng)路的阻抗變換式中(3―31)(3―32)

Ｒs是並聯(lián)轉換成串聯(lián)的等效電阻。由式(3―23)求得3.諧振功率放大器的調諧與調配諧振功率放大器在設計組裝之後，還需要進行調整，以達到預期的輸出功率和效率。諧振功率放大器的調整包括調諧與調配，下麵分別進行討論。

1)調諧

2)調配

3)調諧與調配的方法圖3.21諧振功率放大器在不同負載狀態(tài)下的電壓電流波形圖3.22調諧放大器調整電路圖3.23諧振功率放大器的調諧與調配特性4.諧振功率放大電路

(1)圖3.24所示是一個工作頻率為160MHz的諧振功率放大電路。圖3.24工作頻率為160MHz的諧振功率放大電路(2)圖3.25所示是一個工作頻率為150MHz的諧振功率放大電路。其50Ω外接負載提供３Ｗ功率，功率增益達10dB。圖3.25工作頻率為150MHz的諧振功率放大電路

3.3寬頻帶的功率合成(非諧振

高頻功率放大器)

3.3.1傳輸線變壓器

1.傳輸線變壓器的工作原理

1)傳輸線變壓器的結構

2)傳輸線變壓器傳輸能量的特點圖3.261:1傳輸線變壓器圖3.27傳輸線在高頻情況下的等效電路

從上述傳輸線變壓器的工作原理，可以歸納出其基本特點是：

(1)工作頻帶寬，頻率覆蓋係數(shù)可達104。

(2)通帶的低頻範圍得到擴展，這是依靠高磁導率的磁芯獲得很大的初級電感的結果。

(3)通帶的上限頻率不受磁芯上限頻率的限制，因為對於高頻它是以傳輸線的原理傳輸能量。

(4)大功率運用時，可以採用較小的磁環(huán)也不致使磁芯飽和和發(fā)熱，因而減小了放大器的體積。

3)傳輸線變壓器的主要參數(shù)由傳輸線的理論可知，傳輸線的特性阻抗Ｚc為(3―33)

對於理想無耗或工作頻率很高時的傳輸線，有Ｒ<<ωＬ，Ｇ<<ωＣ，則傳輸線的特性阻抗為(3―34)最佳特性阻抗，其值為(3―35)

產生插入損耗的主要原因是傳輸線終端電壓和電流對於始端產生相移的結果。我們知道，電磁波自始端傳到終端，是需要一定時間的。終端電壓、電流總要滯後於始端相應電壓、電流－個相位φ，這個相位與傳輸信號波長λ及傳輸線距離l的關係為(3―36)式中,，稱為相移常數(shù)。圖3.28傳輸線變壓器的插入損耗2.傳輸線變壓器的應用

1)極性變換傳輸線變壓器作極性變換電路，就是1:1倒相