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射频模拟电路射频模拟电路 电子科技大学电子科技大学 2第1章 选频放大器要点 谐振谐振谐振谐振电路电路电路电路串并联谐振回路的主要特性串并联谐振回路的主要特性两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换了解双调谐耦合谐振回路了解双调谐耦合谐振回路谐振谐振放大器放大器高频小信号谐振放大器的基本要求晶体管高频小信号的等效电路模型和参数调谐回路放大器及其级联功率功率放大器放大器谐振功率放大器的原理谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的种类、电路构成及匹配网络第1页/共65页 电子科技大学电子科技大学 3第1章 选频放大器简介 1、实际的通信系统均是有仅仅具有一定带宽的、实际的通信系统均是有仅仅具有一定带宽的频谱资源的概念。频谱资源的概念。2、谐振放大器：将低频模拟电路中的阻性负载、谐振放大器：将低频模拟电路中的阻性负载RL用谐振回路代替用谐振回路代替！谐振放大器谐振放大器又称：又称：选频放大器选频放大器构成：构成：小信号谐振放大器：处理小信小信号谐振放大器：处理小信号，如接收机。号，如接收机。谐振功率放大器：处理大信号，谐振功率放大器：处理大信号，如手机基站，电视发射塔。如手机基站，电视发射塔。选频网络选频网络*LC谐振回路谐振回路最基本的选频回路，收音机、最基本的选频回路，收音机、电视机上使用广泛电视机上使用广泛*滤波器：滤波器：LC、晶体、晶体、SAW、介质、同轴、腔体、介质、同轴、腔体 、第2页/共65页1-1 谐振电路的基本特性 主要内容：l l串并联谐振回路（简单谐振回路）串并联谐振回路（简单谐振回路）的主要特性的主要特性l l两种谐振回路的阻抗互换及抽头两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换变换l l了解双调谐耦合谐振回路了解双调谐耦合谐振回路作用：l l选频、滤波、作负载、移相网络、选频、滤波、作负载、移相网络、相频转换网络相频转换网络 电子科技大学电子科技大学 4第3页/共65页 电子科技大学电子科技大学 51-1-1 串联谐振电路的基本特性 1、电路：由信号源、电容、电路：由信号源、电容C、电感、电感L构成构成。2、适用情况：信号源内阻、适用情况：信号源内阻Rs小（恒压源）以及负载电阻小（恒压源）以及负载电阻RL不太大不太大 的情况：的情况：有载品质因数有载品质因数QL不能够太小不能够太小 回路具有较好的选择性！回路具有较好的选择性！其中r：代表电感L的损耗电阻第4页/共65页 电子科技大学电子科技大学 61-1-1 串联谐振电路的基本特性 阻抗3、谐振条件：电抗其中：第5页/共65页 电子科技大学电子科技大学 71-1-1 串联谐振电路的基本特性(初相角为零初相角为零)模相角回路电流(复数)：设设第6页/共65页 电子科技大学电子科技大学 81-1-1 串联谐振电路的基本特性 X第7页/共65页 电子科技大学电子科技大学 91-1-1 串联谐振电路的基本特性 若令那么，当时，有此时回路电抗X=0，回路电流最大，电路谐振。因此：称为串联谐振电路的谐振频率第8页/共65页 电子科技大学电子科技大学 101-1-1 串联谐振电路的基本特性 定义品质因数：实际工程电路中，总是满足 品质因数反映了回路中平均储能与平均耗能之间的关系第9页/共65页 电子科技大学电子科技大学 111-1-1 串联谐振电路的基本特性 谐振时电感、电容两端的电压：电感L：电容C：谐振时电感线圈上的电压大小和电容两端的电压大小均为信号源电压的 倍。因此串联谐振称为电压谐振电压谐振第10页/共65页 电子科技大学电子科技大学 121-1-2 并联谐振回路的基本特性 阻抗工程中总是满足 第11页/共65页 电子科技大学电子科技大学 131-1-2 并联谐振回路的基本特性 其中第12页/共65页 电子科技大学电子科技大学 141-1-2 并联谐振回路的基本特性 并联谐振回路的端电压：第13页/共65页 电子科技大学电子科技大学 151-1-2 并联谐振回路的基本特性 B第14页/共65页 电子科技大学电子科技大学 161-1-2 并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的谐振电阻 定义并联谐振回路的谐振频率此时，并联谐振回路阻抗为纯电阻，并且其模的值达到最大。第15页/共65页 电子科技大学电子科技大学 171-1-2 并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的品质因数 注意，这些等式成立的条件是：结合 可以得到并联谐振品质因数的几个变形：第16页/共65页 电子科技大学电子科技大学 181-1-2 并联谐振回路的基本特性 并联谐振时的端电压 谐振时流过电容和电感的电流 谐振时流过电感线圈和电容上的电流大小均为信号源电压的 倍。因此并联谐振称为电流谐振电流谐振电容C：电感L：第17页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 19品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。设设其中其中第18页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 20电容两端的电压电容两端的电压电容上存储的能量电容上存储的能量电感上存储的能量电感上存储的能量系统存储的总能量系统存储的总能量第19页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 21电阻消耗的平均功率电阻消耗的平均功率一个周期中电阻消耗的能量一个周期中电阻消耗的能量第20页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 22系统储能与周期耗能的比系统储能与周期耗能的比因此品质因素因此品质因素进一步将进一步将 代入品质因素的表达式，得代入品质因素的表达式，得第21页/共65页1-1-3 品质因数的物理意义 电子科技大学电子科技大学 23 定义特性阻抗 那么那么品质因素l l特征阻抗反映了系统存储能量的特征阻抗反映了系统存储能量的能力，而电阻能力，而电阻r r则反映了系统消耗则反映了系统消耗能量的能力能量的能力l l在线圈损耗相同的条件下，在线圈损耗相同的条件下，QQ正正比于特性阻抗比于特性阻抗l l为了保证高为了保证高QQ值，谐振回路必须值，谐振回路必须保证足够的电感量保证足够的电感量l l为了保证电路稳定，谐振回路电为了保证电路稳定，谐振回路电容不能太小容不能太小第22页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学电子科技大学 24为了更好的描述简单谐振电路的频率特性，定义为了更好的描述简单谐振电路的频率特性，定义参数：参数：归一化抑制比归一化抑制比在串联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率在串联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率下的回路电流与谐振时回路电流的比值下的回路电流与谐振时回路电流的比值在并联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率在并联谐振回路中，归一化抑制比定义为任意频率下的回路端电压与谐振时回路端电压的比值下的回路端电压与谐振时回路端电压的比值第23页/共65页1-1-4归一化抑制比与广义失谐串联谐振归一化抑串联谐振归一化抑制比制比 电子科技大学电子科技大学 25第24页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐并联谐振归一化抑并联谐振归一化抑制比制比 电子科技大学电子科技大学 26第25页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学电子科技大学 27串联谐振与并联谐振的归一化抑制比具有相同的形式，串联谐振与并联谐振的归一化抑制比具有相同的形式，为了进一步定义为了进一步定义广义失谐系数广义失谐系数串联谐振广义失谐串联谐振广义失谐系数系数并联谐振广义失谐并联谐振广义失谐系数系数第26页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比的意义（幅频）l l适用于任何适用于任何一种简单的一种简单的谐振回路谐振回路l l只与频率和只与频率和品质因素有品质因素有关，其最大关，其最大值始终为值始终为1 1l l曲线的锐度曲线的锐度只与只与QQ值相关，值相关，QQ值越大，曲值越大，曲线越尖锐线越尖锐 电子科技大学电子科技大学 28第27页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐归一化抑制比的意义（相频）l l任何一种简任何一种简单谐振回路单谐振回路相频特性一相频特性一样样l l谐振时回路谐振时回路的电流（电的电流（电压）相移为压）相移为零零l l相频特性的相频特性的陡度与陡度与QQ值值有关，有关，QQ值值越大，曲线越大，曲线越陡越陡 电子科技大学电子科技大学 29第28页/共65页1-1-4 归一化抑制比与广义失谐广义失谐l l广义失谐与相对频率偏移成正比广义失谐与相对频率偏移成正比l l相频特性的陡度与相频特性的陡度与QQ值有关，值有关，QQ值值越大，曲线越陡越大，曲线越陡l l广义失谐实际上就是回路阻抗虚广义失谐实际上就是回路阻抗虚部跟实部的比部跟实部的比 电子科技大学电子科技大学 30 实际工作中工作频率总是接近谐振频率的，实际工作中工作频率总是接近谐振频率的，因此因此第29页/共65页 电子科技大学电子科技大学 311-1-4 谐振电路的通频带与选择性 定义谐振回路的3dB带宽为 定义谐振回路的定义谐振回路的6dB带宽为带宽为第30页/共65页 电子科技大学电子科技大学 321-1-4 谐振电路的通频带与选择性 根据3dB带宽的定义，有 从而从而3dB带宽带宽 因此因此3 dB带宽与谐振回路品质因素成反带宽与谐振回路品质因素成反比，品质因素越高，比，品质因素越高，3dB带宽越窄带宽越窄第31页/共65页 电子科技大学电子科技大学 331-1-4 谐振电路的通频带与选择性 谐振回路的选择性是指选择有用信号排除干扰信号的能力 定义定义矩形系数矩形系数第32页/共65页 电子科技大学电子科技大学 341-1-4 谐振电路的通频带与选择性矩形系数是描述谐振回路（滤波器）选频能力的一个重要概念，Kr1矩形系数Kr越接近于1，选频能力越好对于简单回路，矩形系数与Q值无关 是一个常数是一个常数第33页/共65页 电子科技大学电子科技大学 351-1-5 有载品质因素QL 串联型谐振回路有载品质因数 第34页/共65页 电子科技大学电子科技大学 361-1-5 有载品质因素QL 并联型谐振回路有载品质因数 第35页/共65页1-1-5 有载品质因素QL 有载品质因素l l有载品质因有载品质因素素QQL L总是小总是小于空载品质于空载品质因素因素QQ0 0l l由于由于QQL L Q11，那么，那么 电子科技大学电子科技大学 41第40页/共65页 电子科技大学电子科技大学 421-1-6 串并联阻抗互换 第41页/共65页1-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系采用部分接入一方面可降低信号源内阻及负载电阻对谐振回路的影响，提高回路的有载品质因素；另一方面也可进行阻抗匹配。电子科技大学电子科技大学 43第42页/共65页 电子科技大学电子科技大学 441-1-7 电感抽头时阻抗的变比关系忽略电感忽略电感L1与与L2之间的互感，那么总的电感量之间的互感，那么总的电感量L=L1+L2图图(a)可以看成一个由可以看成一个由L、r、C 组成的串联谐振电路，从组成的串联谐振电路，从而谐振频率而谐振频率第43页/共65页 电子科技大学电子科技大学 451-1-7回路抽头时阻抗的变比关系于是于是其中其中串联谐振电路串联谐振电路(a)可以用并联谐振电路可以用并联谐振电路(b)来等效电路来等效电路(b)的谐振频率的谐振频率第44页/共65页 电子科技大学电子科技大学 461-1-7回路抽头时阻抗的变比关系谐振时从端口谐振时从端口ab看进去的阻抗看进去的阻抗谐振时从端口谐振时从端口db看进去的阻抗看进去的阻抗第45页/共65页 电子科技大学电子科技大学 471-1-7回路抽头时阻抗的变比关系定义定义接入系数接入系数从而谐振时从而谐振时由低抽头(Zab)向高抽头(Zdb)转换时，等效阻抗提高 倍。反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至 倍。第46页/共65页 电子科技大学电子科技大学 481-1-7回路抽头时阻抗的变比关系第47页/共65页 电子科技大学电子科技大学 491-1-7回路抽头时阻抗的变比关系第48页/共65页 电子科技大学电子科技大学 501-1-7回路抽头时阻抗的变比关系谐振时谐振时因此接入系数因此接入系数第49页/共65页 电子科技大学电子科技大学 511-1-7回路抽头时阻抗的变比关系第50页/共65页 电子科技大学电子科技大学 521-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系第51页/共65页 电子科技大学电子科技大学 531-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系第52页/共65页 电子科技大学电子科技大学 541-1-7 回路抽头时阻抗的变比关系第53页/共65页1-1-8 双调谐耦合谐振回路简单调谐回路元件少、结构简单，但是矩形系数远大于1，选频能力差使用两个或两个以上的简单谐振回路通过一定形式的耦合，可以有效提高选频能力，这种回路称为耦合谐振回路两个简单调谐回路的耦合谐振回路称为双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 55第54页/共65页 电子科技大学电子科技大学 561-1-8双调谐耦合谐振回路双调谐耦合谐振回路的两种基本形式双调谐耦合谐振回路的两种基本形式互感耦合靠互感耦合靠M，M变化回路谐振频率也变化变化回路谐振频率也变化互容耦合靠互容耦合靠CM，一般，一般CM C1，CM C2，因此因此CM对回路谐振频率影响较小对回路谐振频率影响较小根据耦合程度可分为：强、临界、弱三种种耦合根据耦合程度可分为：强、临界、弱三种种耦合第55页/共65页 电子科技大学电子科技大学 571-1-8 双调谐耦合谐振回路定义定义耦合系数耦合系数其中其中表示耦合元件电抗表示耦合元件电抗表示与耦合元件同性质的初级回路中的总电抗表示与耦合元件同性质的初级回路中的总电抗表示与耦合元件同性质的次级回路中的总电抗表示与耦合元件同性质的次级回路中的总电抗第56页/共65页 电子科技大学电子科技大学 581-1-8 双调谐耦合谐振回路互感耦合：互感耦合：若若则则互容耦合：互容耦合：若若则则且且第57页/共65页 电子科技大学电子科技大学 591-1-8 双调谐耦合谐振回路定义定义耦合因子耦合因子双调谐次级回路的归一化抑制比双调谐次级回路的归一化抑制比第58页/共65页1-1-8 双调谐耦合谐振回路耦合因子 时，归一化抑制比曲线出现两个值为1的峰，并且关于 对称，此时双调谐耦合称为强耦合。耦合因子 时，归一化抑制比曲线只有一个峰，并且其峰值为1，此时双调谐耦合称为临界耦合。耦合因子 时，归一化抑制比曲线也只有一个峰，并且其峰值小于1，此时双调谐耦合称为弱耦合，在实际电路中基本不会出现这种情况。电子科技大学电子科技大学 60第59页/共65页1-1-8 双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 61临界耦合的通频带与矩形系数通频带通频带矩形系矩形系数数第60页/共65页1-1-8 双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 62强耦合的通频带与矩形系数通频带通频带矩形系矩形系数数第61页/共65页1-1-8 双调谐耦合谐振回路 电子科技大学电子科技大学 63与简单调谐回路相比，双调谐回路l l更宽的通频带更宽的通频带更宽的通频带更宽的通频带l l更好的矩形系数，也就是更好的频率选择性更好的矩形系数，也就是更好的频率选择性更好的矩形系数，也就是更好的频率选择性更好的矩形系数，也就是更好的频率选择性l l更多的元件和更复杂的结构更多的元件和更复杂的结构更多的元件和更复杂的结构更多的元件和更复杂的结构第62页/共65页第一次作业 电子科技大学电子科技大学 641-11-41-51-61-71-9第63页/共65页谢谢大家！谢谢大家！第64页/共65页