通信电子电路第1-3章.ppt

通信电子电路通信电子电路北京联合大学信息学院 2011年9月本课程概述本课程概述课程性质：课程性质：是电气、电子信息类专业一门重要的技术基础理论课程，是电气、电子信息类专业一门重要的技术基础理论课程，同时也是该专业的必修课。同时也是该专业的必修课。课程任务：课程任务：使学习者熟悉并掌握基本使学习者熟悉并掌握基本通信通信电子电路及系统的工作原理电子电路及系统的工作原理和分析方法；能对主要功能电路进行分析和设计；具备根据生和分析方法；能对主要功能电路进行分析和设计；具备根据生产实践的具体要求，运用这些单元电路构成通信电子电路系统产实践的具体要求，运用这些单元电路构成通信电子电路系统的能力的能力;为后续专业课打下坚实地基础。为后续专业课打下坚实地基础。授课学时：授课学时：实验学时：实验学时：44学时学时独立一周的课程设计独立一周的课程设计考核成绩：考核成绩：平时成绩（作业、期中考试）平时成绩（作业、期中考试）40+期末成绩期末成绩60。目目 录录第一章第一章 绪论绪论第三章第三章 高频谐振放大器高频谐振放大器第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器第六章第六章 振幅调制、解调与混频振幅调制、解调与混频第七章第七章 频率调制与解调频率调制与解调第八章第八章 反馈控制系统反馈控制系统第二章第二章 高频电路基础高频电路基础教材与参考书1.高频电路原理与分析，曾兴雯主编西安电子科技大学出版社2.高频电子线路，阳昌汉主编，高等教育出版社，2010年第1版。课程进度表第一章第一章 绪论绪论通信系统的概念和基本构成通信系统的概念和基本构成通信系统的发展趋势通信系统的发展趋势本课程的特点本课程的特点通信系统的构成通信系统的构成输入输入变换器变换器发送发送设备设备信信道道接收接收设备设备输出输出变换器变换器干干扰扰源源信信源源接接收收信信息息信息来源。它可以是信息来源。它可以是声音声音.图像图像.电码等电信电码等电信息，也可以是温度息，也可以是温度.压压力力.光强光强.湿度等非电物湿度等非电物理量理量将信息变换成电信号，将信息变换成电信号，称为称为基带信号基带信号。当信。当信源为非电物理量时，它源为非电物理量时，它是不可缺少的。是不可缺少的。对信号进行处理，把对信号进行处理，把基带信号变换成适合基带信号变换成适合于信道传输特性的信于信道传输特性的信号。可包括振荡、号。可包括振荡、放大、调制、抽样、放大、调制、抽样、A/D变换等电路。变换等电路。送端的基带信号。可包括滤送端的基带信号。可包括滤波、放大、混频、解调、波、放大、混频、解调、D/A 变换等电路。变换等电路。将信道传来的信号还原成发将信道传来的信号还原成发将接收设备输出的电信号将接收设备输出的电信号变换成原来形式的信息变换成原来形式的信息（如声音（如声音.图像等）。它可图像等）。它可以是扬声器、显示器和打以是扬声器、显示器和打印设备等。印设备等。工业干扰、天电干扰等工业干扰、天电干扰等一切干扰的集中形式。一切干扰的集中形式。发送设备和接收设备中发送设备和接收设备中间的传输媒介，即信号间的传输媒介，即信号传输的通道。大体分为传输的通道。大体分为有线信道和无线信道两有线信道和无线信道两大类。大类。主要功能简述主要功能简述 图11 无线通信系统的基本组成 常用信道工作频段的划分常用信道工作频段的划分工作频率实例手机-GSM900MHz/1800MHz收音机-无线电视遥控玩具汽车卫星超外差式无线电接受机原理框图超外差式无线电接受机原理框图混混频频器器高高频频放放大大器器电电台台选选择择电电路路中频中频放大器放大器（2-32-3级）级）解调器解调器（检波器）（检波器）音音频频放放大大器器扬扬声声器器本机本机振荡器振荡器AGCAGC电路电路超超外外差差接接收收机机的的主主要要特特点点就就是是由由频频率率固固定定的的中中频频放放大大器器来来完完成成对对接接收收信信号号的的选选择择和和放放大大。当当信信号号频频率率改改变变时时,只要相应地改变本地振荡信号频率即可。只要相应地改变本地振荡信号频率即可。由由上上面面的的例例子子可可以以总总结结出出无无线线通通信信系系统统的的基基本本组组成成,从中也可看出高频电路的基本内容应该包括从中也可看出高频电路的基本内容应该包括:（1）高频振荡器）高频振荡器 （2）放大器）放大器 （3）混频或变频）混频或变频 （4）调制与解调）调制与解调 无线通信系统的类型无线通信系统的类型按按照照无无线线通通信信系系统统中中关关键键部部分分的的不不同同特特性性,有有以以下下一些类型一些类型:（1）按按照照工工作作频频段段或或传传输输手手段段分分类类,有有中中波波通通信信、短短波波通通信信、超超短短波波通通信信、微微波波通通信信和和卫卫星星通通信信等等。所所谓谓工工作作频频率率,主主要要指指发发射射与与接接收收的的射射频频（RF）频频率率。射射频频实实际际上上就就是是“高高频频”的的广广义义语语,它它是是指指适适合合无无线线电电发发射射和和传传播播的的频频率率。无无线线通通信信的的一一个个发发展展方方向向就就是是开开辟更高的频段。辟更高的频段。（2）按按照照通通信信方方式式来来分分类类,主主要要有有（全全）双双工工、半半双工和单工方式。双工和单工方式。（3）按按照照调调制制方方式式的的不不同同来来划划分分,有有调调幅幅、调调频频、调相以及混合调制等。调相以及混合调制等。（4）按按照照传传送送的的消消息息的的类类型型分分类类,有有模模拟拟通通信信和和数数字字通通信信,也也可可以以分分为为话话音音通通信信、图图像像通通信信、数数据据通信和多媒体通信等。通信和多媒体通信等。各各种种不不同同类类型型的的通通信信系系统统,其其系系统统组组成成和和设设备备的的复复杂杂程程度度都都有有很很大大不不同同。但但是是组组成成设设备备的的基基本本电电路路及及其其原原理理都都是是相相同同的的,遵遵从从同同样样的的规规律律。本本课课程程将将以以模模拟拟通通信信为为重重点点来来研研究究这这些些基基本本电电路路,认认识识其其规规律律。这这些些电电路路和和规规律律完完全全可可以以推推广广应应用用到到其其它它类类型型的的通通信信系系统统。信号、信号、频谱与调制频谱与调制在高频电路中,我们要处理的无线电信号主要有三种:基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号,就是没有进行调制之前的原始信号,也称调制信号。1.时间特性时间特性 一个无线电信号,可以将它表示为电压或电流的时间函数,通常用时域波形或数学表达式来描述。无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应2.频谱特性频谱特性对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）,用频谱分析法表示较为方便。图 1 2 信号分解 对对于于周周期期性性信信号号,可可以以表表示示为为许许多多离离散散的的频频率率分分量量（各各分分量量间间成成谐谐频频关关系系）,例例如如图图 1 3即即为为图图 1 2所所示示信信号号的的频频谱谱图图;对对于于非非周周期期性性信信号号,可可以以用用傅傅里里叶叶变变换换的方法分解为连续谱的方法分解为连续谱,信号为连续谱的积分。信号为连续谱的积分。频频谱谱特特性性包包含含幅幅频频特特性性和和相相频频特特性性两两部部分分,它它们们分分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。任任何何信信号号都都会会占占据据一一定定的的带带宽宽。从从频频谱谱特特性性上上看看,带带宽宽就就是是信信号号能能量量主主要要部部分分（一一般般为为90%以以上上）所所占占据据的频率范围或频带宽度。的频率范围或频带宽度。图 1 3 频谱图 3.频率特性频率特性任何信号都具有一定的频率或波长。这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。电磁波辐射的波谱很宽,如图14所示。无线电波只是一种波长比较长的电磁波,占据的频率范围很广。在自由空间中,波长与频率存在以下关系:c=f （11）式中:c为光速,f 和分别为无线电波的频率和波长,因此,无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。对频率或波长进行分段,分别称为频段或波段。不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同,传播的能力和方式也不同,因而它们的分析方法和应用范围也不同。应当指出,不同频段的信号具有不同的分析与实现方法,对于米波以上（含米波,1m）的信号通常用集总（中）参数的方法来分析与实现,而对于米波以下（2以后改善缓慢（二）、参差调谐放大器（二）、参差调谐放大器（1）交流通路：）交流通路：UiT1T2n1n2n1n2f01f02U0两级结构相同，分别两级结构相同，分别调谐在调谐在f01和和f02且与参且与参差放大器的中心频率差放大器的中心频率f0相差相差 fs,即即（二）、参差调谐放大器（二）、参差调谐放大器若放大器的增益特性为：若放大器的增益特性为：（二）、参差调谐放大器（二）、参差调谐放大器若：若：1、平坦参差调谐放大器、平坦参差调谐放大器称为称为临界偏调临界偏调。此时它具有最大平坦特性，所以又称为平坦参差此时它具有最大平坦特性，所以又称为平坦参差。谐振增益：谐振增益：相对增益：相对增益：通频带：通频带：选择性：其矩形系数选择性：其矩形系数例题讲解例题讲解例例3-3一一临界临界偏调双参差调谐放大器，其中心频率偏调双参差调谐放大器，其中心频率f0=10.7MHz,每一级谐振增益每一级谐振增益Au0=20,BHz=400KHz求（求（1）谐）谐振增益振增益AuS；（；（2）BSHz=?,f01=?,f02=?解：解：（1）谐振增益）谐振增益（2）2、过参差调谐放大器、过参差调谐放大器它将出现双峰特性（如图），称为它将出现双峰特性（如图），称为过参差。过参差。ff0f01f023、三参差调谐放大器、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它是在过参差调谐放大器后级连一级谐振在f0 的单调谐的单调谐放大器，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较平坦的幅频特性（如图）（如图）。ff0f01f02显见它比平坦参差放大器具有更宽的频带。显见它比平坦参差放大器具有更宽的频带。（三）、高频调谐放大器的稳定性（三）、高频调谐放大器的稳定性造成不稳定的原因：造成不稳定的原因：结电容结电容Cbc在高频时产生的内部反馈。在高频时产生的内部反馈。解决方法：解决方法：1.从选择器件着手，从选择器件着手，选择选择Cbc小的晶体管；小的晶体管；2.从电路着手，设法使其单向化。常用方法有从电路着手，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。）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，）失配法：靠负载的失配抑制内部反馈，但以牺牲增益为代价。但以牺牲增益为代价。（1 1）中和法）中和法1.原理电路：原理电路：2.中和原理中和原理：INCbcCNCN1N2N3If通过外部反馈电流通过外部反馈电流IN来抵消来抵消晶体管内部反馈电流晶体管内部反馈电流If。3.优点：优点：电路简单电路简单。4.缺点：缺点：中和效果有限，难中和效果有限，难以实现全频段内的以实现全频段内的中和。中和。（2 2）失配法）失配法1.原理电路：原理电路：2.工作原理：工作原理：通过增大负载电导通过增大负载电导YL,进进而增大总回路电导，使输而增大总回路电导，使输出回路严重失配，输出电出回路严重失配，输出电压相应减小，从而使内部压相应减小，从而使内部反馈电流减小。反馈电流减小。3.优点：优点：能在频率较宽的范围内削弱内部反馈的影响能在频率较宽的范围内削弱内部反馈的影响。T1T2YiY0UiU0CB电路的作用：电路的作用：(1)提供提供T1失配负载失配负载。(2)补偿补偿T1因失配而损失的增益。因失配而损失的增益。中和法与失配法比较中和法与失配法比较 中和法：中和法：优点：简单，增益高优点：简单，增益高 缺点：缺点：只能在一个频率上完全中和，不适合宽带只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。批量生产。采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参 数变化没有改善效果。数变化没有改善效果。失配法：失配法：优点：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。缺点：增益低。第二节集成调谐放大器及第二节集成调谐放大器及集中选择滤波器集中选择滤波器集成调谐放大器的构成集成调谐放大器的构成：集中选择集中选择滤波器滤波器集成线性集成线性放大组件放大组件UiU0集成调谐放大器集成调谐放大器集成调谐放大器的优点集成调谐放大器的优点:1.选择电路集中选择电路集中,可减小晶体管参数对回路的影响可减小晶体管参数对回路的影响,保证保证 Au、B、K 等指标的稳定。等指标的稳定。2.可单独调整可单独调整,减少生产周期。减少生产周期。3.体积小体积小,可靠性高、稳定性高。可靠性高、稳定性高。一、集成线性放大组件一、集成线性放大组件（一）（一）.4E307 集成块集成块原理电路：原理电路：123456789101112T1T22.5K1kD5001.结构：在一块基片上制成差分对结构：在一块基片上制成差分对 （T1、T2）,恒流源恒流源(T3)。2.特点：特点：（1）连接灵活（可连成）连接灵活（可连成CE-CB、CC-CB等等）（2）漂移小（由于采用差放和有源负载）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）频带宽，增益高（由于采用组合电路）（4）电路稳定（电路失配）电路稳定（电路失配）差分对差分对恒流源恒流源一、集成线性放大组件一、集成线性放大组件（二）（二）MC1110 集成块集成块原理电路：原理电路：1.结构：差分对（结构：差分对（T1）管集电极与（）管集电极与（T2）管基极间接电容构成电极高频管基极间接电容构成电极高频短路。短路。2.特点：特点：（1）工作频率高，可达）工作频率高，可达00MHz（因为（因为CC-CB连接）。连接）。（2）输出阻抗高，对回路的影响）输出阻抗高，对回路的影响小，频率小，频率f0稳定。稳定。3.具体连接电路：具体连接电路：CRe12345C1C2L1CReL2C3C4RL+5V-5V二、集中选择滤波器二、集中选择滤波器1.石英晶体滤波器石英晶体滤波器2.压电陶瓷滤波器压电陶瓷滤波器3.声表面波滤波器声表面波滤波器体积小体积小成本低成本低选择性好选择性好频率稳定频率稳定常用的集中选择滤波器有：常用的集中选择滤波器有：集中选择滤波器的优点：集中选择滤波器的优点：（一）石英晶体滤波器（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特性及其等效电路石英晶体的化学成分是二氧化硅（石英晶体的化学成分是二氧化硅（SiO2），是一种六柱型结晶体，），是一种六柱型结晶体，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。如不相同。如AT:f=500KHz 20MHz,DT:f=100KHz 350KHz。它的。它的基本特性是基本特性是压电效应压电效应。（1）正压电效应）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；机械力作用于晶体时，晶片两面将产生异性电荷；（2）反反压电效应压电效应-在晶片两面加高频交变电压时，晶片将随交变信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，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它本身有一个固定的机械振动频率f固固，当外加，当外加频率频率f外外=f固固时产生谐振，此时机械振动最强，电时产生谐振，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，所以一般基频越差，加工越难，所以一般基频106Cq pFLq很大很大 10mH10Hrq很小很小 100 C0较小较小 2 5pF2.晶体阻抗特性分析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当晶体工作在某一频率时，其等效电路可简化为：rqCqC0Lq由由等效电路可知，它有两个谐振频率：等效电路可知，它有两个谐振频率：串联串联谐振频率：谐振频率：并联并联谐振频率：谐振频率：显见，其值相距很近约为几十显见，其值相距很近约为几十 几百几百Hz。由等效电路，在忽略由等效电路，在忽略rq条件下，晶体的等效阻抗为：条件下，晶体的等效阻抗为：2.晶体阻抗特性分析晶体阻抗特性分析Z P S感性感性容性容性容性容性讨论：讨论：当=S ,Z=0;当=P ,Z=;当 P ,Z=-jX;(呈容性呈容性)当 S P ,Z=jX;(呈感性呈感性)所以，其曲线如图：所以，其曲线如图：2.晶体阻抗特性分析晶体阻抗特性分析Z P S感性感性容性容性容性容性通常，只使用其感性区，原因：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，在此段斜率较大，对频率变化灵敏，有利于稳频。有利于稳频。(2)能使频率受控于晶体。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：石英晶体谐振器在电路中的工作方式：(1)做高做高Q值电感；值电感；(2)做高做高Q值的短路元件。值的短路元件。2.石英晶体滤波器石英晶体滤波器Z P2 S1以桥接式石英晶体滤波器为以桥接式石英晶体滤波器为例，其原理电路如图例，其原理电路如图:112CJT1JT22滤波原理滤波原理JT1、JT2的电抗曲线分别的电抗曲线分别如图中实、虚线所示。如图中实、虚线所示。P1=S2 2 1 衰减在在 S1P2之间两晶体的电抗之间两晶体的电抗符号相反，电桥平衡特性最符号相反，电桥平衡特性最差，为通带；差，为通带；在在 1、2两个频率，两个频率，两晶两晶体的电抗符号相同，电桥平体的电抗符号相同，电桥平衡特性最好，信号衰减最大衡特性最好，信号衰减最大。关系如图所示关系如图所示（二）陶瓷滤波器（二）陶瓷滤波器1.二端陶瓷滤波器二端陶瓷滤波器2.三端陶瓷滤波器三端陶瓷滤波器3.四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器体积小体积小耐热、耐湿，受外界环境影响小耐热、耐湿，受外界环境影响小常用的陶瓷滤波器有：常用的陶瓷滤波器有：陶瓷滤波器的优点：陶瓷滤波器的优点：某些陶瓷材料也具有压电效应，利用这种压电效应可制成滤波某些陶瓷材料也具有压电效应，利用这种压电效应可制成滤波器，称为陶瓷滤波器。器，称为陶瓷滤波器。1.二端陶瓷滤波器二端陶瓷滤波器二端陶瓷滤波器的符号及等效电路与石英晶体谐振器大致相同，二端陶瓷滤波器的符号及等效电路与石英晶体谐振器大致相同，计算公式、电抗特性均相似，不再赘述。作为基本应用，在收计算公式、电抗特性均相似，不再赘述。作为基本应用，在收音机中放中代替发射极旁路电容。音机中放中代替发射极旁路电容。2.三端陶瓷滤波器三端陶瓷滤波器-用以取代用以取代LC回路回路符号及等效电路如图符号及等效电路如图123符号符号C01C02C1R1L1等效电路等效电路1、3端完成选频，端完成选频，2、3端通过压电效端通过压电效应将机械振动转换应将机械振动转换为交变电压信号为交变电压信号，其传输方式可等效为一个变压器，其变比决定于输出和输入其传输方式可等效为一个变压器，其变比决定于输出和输入电极面积之比。电极面积之比。n=C02/C01。特点：特点：Q值高，选择性较回路好，但仍欠小。故采用四端陶瓷滤值高，选择性较回路好，但仍欠小。故采用四端陶瓷滤波器。波器。3）三端陶瓷滤波器实物图：3.四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器显见，显见，K较小，若进一步减小较小，若进一步减小K，可采用多节构成四端网络，但，可采用多节构成四端网络，但需注意阻抗匹配。需注意阻抗匹配。由两个二端陶瓷滤波器以串并方式由两个二端陶瓷滤波器以串并方式构成，如图构成，如图：ZL1ZL2f衰衰减减量量通带通带阻带阻带阻带阻带fS1=fP2fP1fS2讨论：讨论：（1）若）若ZL1的的fS1与与ZL2的的fP2相等，相等，则对信号衰减量最小。则对信号衰减量最小。（2）fS2时，与时，与ZL2的阻抗最小，信的阻抗最小，信号几乎短路，出现低端衰耗峰。号几乎短路，出现低端衰耗峰。（3）fp1时，与时，与ZL1的阻抗最大，信的阻抗最大，信号几乎通不过，出现高端衰耗峰。号几乎通不过，出现高端衰耗峰。所以，其衰耗特性如图所以，其衰耗特性如图SAW输入输入输入输入输出输出输出输出RgRLUg（三）声表面波滤波器（三）声表面波滤波器特点：体积小、重量轻，特点：体积小、重量轻，工作频率较陶瓷滤波器高的多，工作频率较陶瓷滤波器高的多，f可达可达5MHz 1GHz,相对频宽相对频宽可达可达50%，K1.结构和符号如图：结构和符号如图：其选频特性依赖于表面波长与其选频特性依赖于表面波长与叉指电极几何尺寸之间的特定叉指电极几何尺寸之间的特定关系。关系。表面波发端换能器收端换能器符号符号基本结构基本结构原理：原理：f=f0时，各节声表面波传播过程时，各节声表面波传播过程中相位相同，振幅相加，中相位相同，振幅相加，U0最大；最大；f f0时，各节声表面波传播过程时，各节声表面波传播过程中相位相反，振幅相减，中相位相反，振幅相减，U0很小。很小。（三）声表面波滤波器（三）声表面波滤波器对均匀叉指型对均匀叉指型SAW,其幅频特性如图其幅频特性如图01/N-1/N2/N-2/NA()/0目前生产的目前生产的SAW所达指标如下：所达指标如下：中心频率：中心频率：f0=10MHz 1GHz相对带宽：相对带宽：0.5 50%矩形系数：矩形系数：K最大带外抑制：最大带外抑制：60dB 80dB插入损耗：插入损耗：20dB3 声表面波滤波器(SAWF)实物图：无线通信中，为了提高高频信号的功率，需采无线通信中，为了提高高频信号的功率，需采用高频功放，根据放大信号相对频带的宽窄分为用高频功放，根据放大信号相对频带的宽窄分为:1 1、窄带高频功率放大器（亦称调谐功放）、窄带高频功率放大器（亦称调谐功放）它是以它是以LCLC回路为负载，相对带宽回路为负载，相对带宽10%30%30%第三节第三节 高频功率放大器高频功率放大器一、一、窄带高频功放窄带高频功放 调谐功放研究的重点问题是调谐功放研究的重点问题是功率和效率功率和效率问题。要提高效问题。要提高效率必须使放大器工作在率必须使放大器工作在乙类或丙类，因此调谐功放的集电极乙类或丙类，因此调谐功放的集电极电流导通角电流导通角22 2 2 3 3,即谐波次数越高，振幅越小即谐波次数越高，振幅越小(表明能量分布情况表明能量分布情况););(2)(2)各次谐波对应各次谐波对应有各自的有各自的最大幅值和零值；（最大幅值和零值；（所以可根所以可根据放大及抑制的谐波要求选择据放大及抑制的谐波要求选择）(4)(4)当当9090时，时，3 3为负为负值，此时三次谐波分量的初值，此时三次谐波分量的初始相位与基波、二次谐波初始相位与基波、二次谐波初始相位相反，此时始相位相反，此时i ic c(t)(t)中中的的I Ic3c3cos3cos3 t t为负值。为负值。(3)(3)（证明直证明直流更多的转换为交流输出流更多的转换为交流输出)（2 2）.集电极电源集电极电源EcEc提供的直流功率提供的直流功率（3 3）.集电极输出基波功率集电极输出基波功率其中，其中，称为称为集电极电压利用系数集电极电压利用系数；R 谐振电阻谐振电阻（4 4）.效率效率5.5.集电极耗损功率集电极耗损功率PcPc即是说即是说P Pc c也同导通角有关也同导通角有关显然，输出功率显然，输出功率P P0 0、效率、效率 与与 和和 有关，有关，P0；。由图可知，要使由图可知，要使P P0 0、都较大，需使都较大，需使 1 1、都较大，即应当都较大，即应当取取=70=70o o 80 80o o，此时管子工作在丙类，此时管子工作在丙类。2 2）调谐功放的动态分析）调谐功放的动态分析（1 1）.晶体管的集电极动态特性晶体管的集电极动态特性列写输出回路方程列写输出回路方程显然此为直线方程显然此为直线方程令令 则则设此点为设此点为B B点点因为因为E Eb b U Ur r，所以，所以i ic c为负值。但电流不可能倒流，所以为负值。但电流不可能倒流，所以B B点为点为虚拟点。如图：虚拟点。如图：过过A,BA,B两点作动态负载线如图两点作动态负载线如图.设此点为设此点为A A点点令令 则则IcmicuceuceUcEc-UccosEcNG(Eb-Ur）22ttC所以动态电阻所以动态电阻显然显然,R,Rc c除取决于回路的谐振电阻除取决于回路的谐振电阻R R外外,还是还是 的函数的函数注注意意（2 2）谐振电阻）谐振电阻R R对集电极电流的影响对集电极电流的影响 为讨论方便，假定为讨论方便，假定E Ec c、E Eb b、U Ui i不变，以不变，以i ib b为参变量折线化为参变量折线化后的输出特性曲线如下页图后的输出特性曲线如下页图:(:(作出不同作出不同R R时三条负载线时三条负载线)R R较小时较小时（负载线（负载线1 1）：）：欠压状态欠压状态U Uc1c1较较小，此时管子小，此时管子工作在放大区，工作在放大区，i ic c受受i ib b控制，控制，I Icmcm较大。较大。由于电压利用系数由于电压利用系数 欠大，称为欠大，称为欠压状态欠压状态。因此，因此，PcPc较大，较大，不高。不高。R R适中适中（负载线负载线2 2）：）：动态负载线恰好经过临界饱和线的拐点动态负载线恰好经过临界饱和线的拐点,此时此时U Uc2c2较大，较大，I Icmcm减小不多。所以有较大的输出功率和减小不多。所以有较大的输出功率和较高的效率较高的效率,称此为称此为临界状态。临界状态。临界状态下，最佳电压利用系数：临界状态下，最佳电压利用系数：最佳负载电阻：最佳负载电阻：A AB BR R较大时（负较大时（负载线载线3 3）：）：此时管子工作在此时管子工作在饱和区饱和区,i,ic c受受U Ucece的控制的控制,称此为称此为过压状态过压状态。R RU Uc3c3 u ucemincemin 动态工作点将向动态工作点将向A A移动移动当到达点当到达点A A后后,继续增加继续增加 u ucemaxcemax ，这，这时动态工作点将沿临界饱和线由时动态工作点将沿临界饱和线由A AB B ，所，所以，此时电流为下凹的脉冲波，如图所示以，此时电流为下凹的脉冲波，如图所示.（3 3）.负载特性负载特性-是指是指E Eb b、U Ui i及及E Ec c不变时，调谐功放的输出电流、不变时，调谐功放的输出电流、输出电压、功率、效率随回路谐振电阻输出电压、功率、效率随回路谐振电阻R R而变化而变化的关系。的关系。I Ic1c1、I Icoco、U Uc c随随R R变化变化U Uc c=I=Ic1c1R R欠压时，欠压时，R R I Ic1c1、I Icoco基本不变基本不变U UC C 过压时，过压时，R R I Ic1c1、I Ico co U Uc c有少量增加有少量增加所以，所以，I Ic1c1、I Icoco、U Uc c随随R R变化曲线如图。变化曲线如图。欠压过压临界RIc1、Ico、UcUcIcoIc1放大器的负载特性放大器的负载特性P Po o、P Pdcdc、P Pc c、随随R R变化变化欠压过压临界R cPdcP Po o、P Pdcdc、P Pc c、P Po oP Pc c P Pdcdc=I=IcocoE Ec c因为因为E Ec c=常数，所以常数，所以P Pdcdc的变化的变化规律类似于规律类似于I Icoco的变化规律。的变化规律。p po o=I=Ic1c1U Uc c/2/2，在欠压区：在欠压区：I Ic1c1基本不变，基本不变，U Uc c线性增加线性增加所以所以P Po o也线性增加；也线性增加；在过压区：在过压区：U Uc c基本不变，所以基本不变，所以P Po o的变化的变化规律类似于规律类似于I Ic1c1的变化规律。的变化规律。P Pc c=P=Pdcdc-P-Po o 的变化规律类似于的变化规律类似于U Uc c 的变化规律。的变化规律。放大器的负载特性放大器的负载特性结论：结论：(1)(1)欠压下欠压下，i ic c变化很变化很小，相当于恒流源。小，相当于恒流源。适合于作线性功放，适合于作线性功放，但但 。需要注意的。需要注意的是，是，R R不可过小，否则不可过小，否则P Pdcdc过大，管子有可能过大，管子有可能损坏。损坏。(2)(2)临界临界：P Po o、都较高，适合做强放。都较高，适合做强放。(3)(3)过压下过压下，U Uc c基本不变基本不变,相当于恒压源；相当于恒压源；较高；适合做中间较高；适合做中间级，向后级提供稳定的激励电压。但级，向后级提供稳定的激励电压。但R R过大，会使输出非线性失过大，会使输出非线性失真增加。真增加。R R过大过大 U Uc c过大过大u ucece=E=Ec c+U+Uc c(t)(t)BUBUceRceR，会击穿管子。，会击穿管子。（三）、（三）、调谐功放实用电路调谐功放实用电路1 1、160MHZ160MHZ、13W13W调谐功放电路调谐功放电路基极采用自给偏压，使基极采用自给偏压，使之工作在丙类。之工作在丙类。C C1 1、C C2 2、L L1 1构成构成T T型匹配网络型匹配网络,L,L2 2、C C3 3、C C4 4构成构成L L型匹配网络。型匹配网络。集电极供电为并联供电集电极供电为并联供电方式。此电路的功率增方式。此电路的功率增益可达益可达9dB9dB，可向，可向5050负负载提供载提供13W13W的功率。的功率。电路如图所示电路如图所示.2 2、175MHZVMOS175MHZVMOS管调谐功放电路管调谐功放电路电路如图所示电路如图所示栅极采用了栅极采用了C C1 1、C C2 2、C C3 3、L L1 1组成的组成的T T型匹型匹配网络配网络,漏极采用漏极采用L L2 2、L L3 3、C C6 6、C7C7、C C8 8组成组成的的 型匹配网络型匹配网络,栅、栅、漏极均采用并联供漏极均采用并联供电电.VMOSVMOS管的主要优点：管的主要优点：动态范围大、输入阻动态范围大、输入阻抗高（可达抗高（可达10108 8 ）等等.本电路的功率增益可达本电路的功率增益可达10dB,10dB,效率大于效率大于50%50%，可向，可向5050 的负载提供的负载提供10W10W功率功率3 3、50MHZ50MHZ、25W25W调谐功放电路调谐功放电路电路如图所示电路如图所示L L2 2、L L3 3、C C3 3、C C4 4构构成成 型匹配网络，型匹配网络，集电极采用并联供集电极采用并联供电方式。电方式。本电路的功率增益本电路的功率增益为为7dB,7dB,可向可向5050 的的负载提供负载提供10W10W功率。功率。L L1 1、C C1 1、C C2 2构成构成T T型型匹配网络；匹配网络；第四节第四节 宽带高频功放及功率合成宽带高频功放及功率合成它不能满足高频宽带功放的需要，因此对多它不能满足高频宽带功放的需要，因此对多通道通信系统的宽带高频设备，必须采用高通道通信系统的宽带高频设备，必须采用高频宽带功放。频宽带功放。前述调谐功放，优点前述调谐功放，优点:效率高效率高缺点缺点:调谐复杂，相对带宽窄调谐复杂，相对带宽窄.二、二、宽带高频功放及功率合成宽带高频功放及功率合成当要求大功率输出时，需采用功率合成技术。当要求大功率输出时，需采用功率合成技术。高频宽带功放高频宽带功放:负载是传输线，相对带宽较宽，负载是传输线，相对带宽较宽，其最高其最高f f可达上千兆赫可达上千兆赫这类功放的缺点：这类功放的缺点：低，功率小。低，功率小。（一）、传输线变压器（一）、传输线变压器1 1、传输线变压器的结构与等效电路如下图：、传输线变压器的结构与等效电路如下图：传输线变压器与普通变压器的传输线变压器与普通变压器的传递能量方式传递能量方式不同，前者不同，前者是在两导线间介质中传播，而后者是通过磁力线感应的是在两导线间介质中传播，而后者是通过磁力线感应的能量传递给负载。能量传递给负载。1 1：1 1倒相传输线变压器的倒相传输线变压器的结构：用两根等长的导线紧靠结构：用两根等长的导线紧靠着绕在磁环上构成着绕在磁环上构成原理图等效电路图2 2、传输线变压器的宽带特性、传输线变压器的宽带特性高频情况下，两根导线上固有的高频情况下，两根导线上固有的分布电感分布电感、电阻电阻和和线间分布电容线间分布电容不可忽略，其等效电路如下图：不可忽略，其等效电路如下图：由等效电路，其中其中 称为相移常数，称为相移常数，：传输线长度。传输线长度。当传输线无损耗或工作频率很高时当传输线无损耗或工作频率很高时,特性阻抗特性阻抗所以，传输线输入阻抗所以，传输线输入阻抗2 2。当高频工作时。当高频工作时,，R RL L上得到的功率也是频率的函数上得到的功率也是频率的函数,即传输线有一定上限频率。即传输线有一定上限频率。1 1。当低频工作时。当低频工作时,表明信号直接加到负载上，表明信号直接加到负载上，即传输功率与频率无关即传输功率与频率无关,下限频率为零下限频率为零.其中 传输线变压器是依靠传输线传递能量的器件，其传输线变压器是依靠传输线传递能量的器件，其上限条件上限条件取决于传输线终端的匹配程度和传输线的长度；取决于传输线终端的匹配程度和传输线的长度；下限条件下限条件取决于初级绕阻线圈电感量。取决于初级绕阻线圈电感量。使使 即终端匹配，这样即终端匹配，这样 Z Zi i与频率无关与频率无关,带宽趋于无穷大带宽趋于无穷大.要扩展上限频率要扩展上限频率,途径有两条途径有两条:结论：结论：使使 在此情况下在此情况下,传输线上各点电压传输线上各点电压,电流相等电流相等.3 3、几种实际的传输线变压器、几种实际的传输线变压器1 1）.1.1：1 1传输线变压器（亦称倒相变压器）传输线变压器（亦称倒相变压器）:因为无耗，因为无耗，所以称为所以称为1 1：1 1倒相传输线变压器。倒相传输线变压器。要获得最大功率输出，信号源与传输线、传输线与负载均应要获得最大功率输出，信号源与传输线、传输线与负载均应匹配匹配,此时此时如图所示如图所示3 3、几种实际的传输线变压器、几种实际的传输线变压器1 1）.1.1：1 1传输线变压器（亦称倒相变压器）传输线变压器（亦称倒相变压器）:实际当中实际当中R RL L=R=Rs s的情况很少，因此的情况很少，因此1 1：1 1传输线变压器很少作为阻传输线变压器很少作为阻抗匹配元件，更多的是做倒相器或进行抗匹配元件，更多的是做倒相器或进行不平衡不平衡-平衡或平衡平衡或平衡-不不平衡转换。平衡转换。这两种转换电路分别如图所示这两种转换电路分别如图所示R Rs sR Rs2s2R Rs1s1u us su us2s2u us1s1R RL LR RL L/2/2R RL L/2/24 44 41 12 23 31 12 23 3不平衡不平衡-平衡转换平衡转换平衡平衡-不平衡转换不平衡转换2 2）4 4：1 1或或1 1：4 4传输线变压器：用作阻抗变换传输线变压器：用作阻抗变换3 3、几种实际的传输线变压器、几种实际的传输线变压器如图所示如图所示高高R Rs s高高R RL L低低R RL L低低R Rs sU U1 1U U2 2I I1 1I IL LI I2 2(a)(a)(b)(b)以以(a)(a)为例进行分析为例进行分析:若为理想传输线，并实现了阻