第1章_通信电路中的宽带放大电路2009.ppt

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1、第一章：通信电路中的宽带第一章：通信电路中的宽带第一章：通信电路中的宽带第一章：通信电路中的宽带放大电路放大电路放大电路放大电路概念简介概念简介概念简介概念简介以传输线变压器为耦合电路以传输线变压器为耦合电路宽带放大器：宽带放大器：用于通信中放大已调信号用于通信中放大已调信号下限截止频率往往达到若干兆赫，下限截止频率往往达到若干兆赫，不能用来放大基带信号不能用来放大基带信号宽带与窄带的区别：宽带与窄带的区别：所含频谱带宽与中心频率之比大于所含频谱带宽与中心频率之比大于0.10.1即可算作为宽带；否则为窄带即可算作为宽带；否则为窄带电路中不能够使用谐振回路电路中不能够使用谐振回路传输线的分布参数

2、传输线的分布参数传输线的分布参数传输线的分布参数第一节：传输线第一节：传输线通信电路中的传输线可以是对称的平通信电路中的传输线可以是对称的平行导线，或是扭在一起的双绞线，也行导线，或是扭在一起的双绞线，也可以是同轴电缆可以是同轴电缆传输线中各种分布参数产生的原因：传输线中各种分布参数产生的原因：电容、电感、串联电阻、并联电导电容、电感、串联电阻、并联电导传输线的分布参数传输线的分布参数传输线的分布参数传输线的分布参数第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线因为这些参数是沿线分布的，这种电因为这些参数是沿线分布的，这种电路称为路称为分布参数分布参数电路电路在一定的工作频率下，某个参数在

3、电在一定的工作频率下，某个参数在电路中所起的作用相对较小，可以被忽路中所起的作用相对较小，可以被忽略。这就是常见的略。这就是常见的集总参数集总参数均匀传输线的等效电路（一）均匀传输线的等效电路（一）均匀传输线的等效电路（一）均匀传输线的等效电路（一）：分别为导线单位长度的电阻和电感：分别为导线单位长度的电阻和电感第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线：分别为导线单位长度的漏电导和电：分别为导线单位长度的漏电导和电容容注意：对于一对平行导线，当外加信号从注意：对于一对平行导线，当外加信号从而流过电流时，两根导线的电流流向相反，而流过电流时，两根导线的电流流向相反，因而互感为负，故总的

4、电感是自感与互感因而互感为负，故总的电感是自感与互感相减相减均匀传输线的等效电路（二）均匀传输线的等效电路（二）均匀传输线的等效电路（二）均匀传输线的等效电路（二）第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线当信号施加于传输线的左边时，线上的电当信号施加于传输线的左边时，线上的电压压 和电流和电流 是时间是时间 和距离和距离 的函数的函数在在 时刻，考察点时刻，考察点 以及点以及点 ，可得，可得均匀传输线方程均匀传输线方程：均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解(一一一一)第第第第一一一一节

5、节节节：传传传传输输输输线线线线设输入正弦信号的角频率为设输入正弦信号的角频率为 ，并使用复，并使用复数来表示正弦电压和电流，可得：数来表示正弦电压和电流，可得：注意：为简单起见，已将复数量注意：为简单起见，已将复数量 简化简化为为均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解(二二二二)第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线右端第二项代表由终端向始端传播的反射右端第二项代表由终端向始端传播的反射入射电压波入射电压波右端第一项代表由始端右端第一项代表由始端 向终端向终端 传播的入射电压波。随着

6、传播的入射电压波。随着 的增大，的增大，项项按指数规律衰减。物理解释是因为按指数规律衰减。物理解释是因为 和和 的存在而使能量不断消耗掉；的存在而使能量不断消耗掉；则代表则代表随随 的增大，波的相位不断滞后，这和电的增大，波的相位不断滞后，这和电压波由始端向终端前进所需的时间吻合压波由始端向终端前进所需的时间吻合均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解(三三三三)第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线右端两项分别代表由始端向终端和由终端右端两项分别代表由始端向终端和由终端向始端传播的电流

7、波向始端传播的电流波电压波和电流波之比等于传输线的特性阻电压波和电流波之比等于传输线的特性阻抗抗：均匀传输线的传播常数：均匀传输线的传播常数：均匀传输线的特性阻抗：均匀传输线的特性阻抗无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解(一一一一)第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线近似分析的前提：近似分析的前提：此时有：此时有：故：故：在传输线上在传输线上传播的电压传播的电压波和电流波波和电流波只有相位的只有相位的变化，而幅变化，而幅度保持不变度保持不变令传输线终端电压和电流分别为令传输线终端电压和电流分别为

8、和和 ，并在传输线终端接上一个等于特性阻抗并在传输线终端接上一个等于特性阻抗 的负载，可得：的负载，可得：无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解(二二二二)第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线传输线终端的传输线终端的阻抗匹配阻抗匹配：传输线终端：传输线终端所接负载等于传输线的特性阻抗所接负载等于传输线的特性阻抗此时传输线上只有从信号源向负载传此时传输线上只有从信号源向负载传输的电压、电流波，称为行波状态输的电压、电流波，称为行波状态传输线终端所接负载和特性阻抗不等传输线终端所接负载和特性阻抗不等时，

9、称为时，称为失配失配。此时传输线上电压、。此时传输线上电压、电流中存在着入射波（由始端向终端电流中存在着入射波（由始端向终端传播）和反射波（由终端向始端传播）传播）和反射波（由终端向始端传播）无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解无损耗线：在正弦激励下的稳态解(三三三三)第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线当负载电阻大于特性阻抗时，电压发当负载电阻大于特性阻抗时，电压发射波和电压入射波同相，电流反射波射波和电压入射波同相，电流反射波和电流入射波反相；反之，则和电流入射波反相；反之，则当传输线上同时存在入射波和反射波当传输线上同时

10、存在入射波和反射波时，传输线上会存在波腹和波节时，传输线上会存在波腹和波节电压反射系数与电流反射系数：电压反射系数与电流反射系数：驻波系数：驻波系数：无损耗线：无损耗线：无损耗线：无损耗线：无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器第第第第一一一一节节节节：传传传传输输输输线线线线可求得输入阻抗为：可求得输入阻抗为：时：时：故而故而 的无损耗传输线可以作为阻的无损耗传输线可以作为阻抗变换器抗变换器无损耗线：无损耗线：无损耗线：无损耗线：无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器第第第第一一一一节节节节：

11、传传传传输输输输线线线线 用用 的无损耗传输线作为阻抗变的无损耗传输线作为阻抗变换器的缺点：换器的缺点：单一频率的信号！单一频率的信号！习题：信号源的输出阻抗为习题：信号源的输出阻抗为300300，负载的阻抗为负载的阻抗为7575，如果用如果用 的无的无损耗传输线实现阻抗匹配，求：用作损耗传输线实现阻抗匹配，求：用作匹配的传输线的特性阻抗匹配的传输线的特性阻抗Z ZC C=？传输线变压器的特点及结构传输线变压器的特点及结构传输线变压器的特点及结构传输线变压器的特点及结构第二节：传输线变压器第二节：传输线变压器传输线变压器可作为放大器的耦传输线变压器可作为放大器的耦合元件，具有阻抗变换作用合元件

12、，具有阻抗变换作用工作频带比用普通变压工作频带比用普通变压器要宽器要宽当电路出现某些故障时，当电路出现某些故障时，可以继续工作，只是某些可以继续工作，只是某些指标所有下降指标所有下降传输线变压器的特点及结构传输线变压器的特点及结构传输线变压器的特点及结构传输线变压器的特点及结构第二节：传输线变压器第二节：传输线变压器由两根长度相等的导线扭在一起，然由两根长度相等的导线扭在一起，然后穿绕在一个闭合的磁环上。两根导后穿绕在一个闭合的磁环上。两根导线组成一对均匀传输线，成为传输能线组成一对均匀传输线，成为传输能量的通路量的通路1:11:11:11:1倒相器倒相器倒相器倒相器(一一一一)第第第第二二二

13、二节节节节：传传传传输输输输线线线线变变变变压压压压器器器器电路接法说明电路接法说明从变压器工作模式来看，同样可获得输入从变压器工作模式来看，同样可获得输入与输出信号反相的效果，但此时的限制为与输出信号反相的效果，但此时的限制为工作频率不能太高工作频率不能太高从传输线工作模式来看，工作频率很高时，从传输线工作模式来看，工作频率很高时，若传输线上的电阻损耗可忽略的话，幅度若传输线上的电阻损耗可忽略的话，幅度不会减小。这也就是传输线变压器的工作不会减小。这也就是传输线变压器的工作频率要更高的根本原因频率要更高的根本原因1:11:11:11:1倒相器倒相器倒相器倒相器(二二二二)第第第第二二二二节节

14、节节：传传传传输输输输线线线线变变变变压压压压器器器器注意：所接负载必须和构成传输线变压器注意：所接负载必须和构成传输线变压器的传输线的特性阻抗相匹配，否则会引起的传输线的特性阻抗相匹配，否则会引起反射，从而恶化频率特性反射，从而恶化频率特性此外，为使元件的工作频率往低端扩展，此外，为使元件的工作频率往低端扩展，应增大激磁电感。将传输线变压器的线圈应增大激磁电感。将传输线变压器的线圈绕在高磁导率的高频磁心上是一种较好的绕在高磁导率的高频磁心上是一种较好的方法方法4:14:14:14:1阻抗变换器阻抗变换器阻抗变换器阻抗变换器第第第第二二二二节节节节：传传传传输输输输线线线线变变变变压压压压器器

15、器器电路接法说明电路接法说明普通变压器工作模式中，自普通变压器工作模式中，自1 1端和端和4 4端沿负端沿负载方向看进去的等效阻抗为载方向看进去的等效阻抗为传输线变压器工作模式中，当传输线的长传输线变压器工作模式中，当传输线的长度远比工作波长短，满足度远比工作波长短，满足 时，时，有有功率合成器的优点功率合成器的优点功率合成器的优点功率合成器的优点第三节：功率合成器和分配器第三节：功率合成器和分配器在功率输出级中，当一个器件的动态范围在功率输出级中，当一个器件的动态范围得到充分利用后，仍不能给出所需功率时，得到充分利用后，仍不能给出所需功率时，可以采用两个器件并联或构成推挽线路。可以采用两个器

16、件并联或构成推挽线路。但无论是两管并联或是推挽线路，当两个但无论是两管并联或是推挽线路，当两个器件之一发生损坏，并且出现相当于断路器件之一发生损坏，并且出现相当于断路或短路的故障时，线路将不能继续工作或短路的故障时，线路将不能继续工作功率合成器的优点功率合成器的优点功率合成器的优点功率合成器的优点第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器在功率合成器中，采用传输线变压器作为在功率合成器中，采用传输线变压器作为耦合元件，在正常工作情况下，线路类似耦合元件，在正常工作情况下，线路类似于两管并联或推挽输出，总的输出功率为于两管并联或推挽输出，总

17、的输出功率为单管的两倍，前者称为同相合成，后者称单管的两倍，前者称为同相合成，后者称为反相合成。当一管损坏时，将在电路功为反相合成。当一管损坏时，将在电路功率减小的情况下继续工作而不致瘫痪，造率减小的情况下继续工作而不致瘫痪，造成整个放大器无输出成整个放大器无输出反相功率合成（一）反相功率合成（一）反相功率合成（一）反相功率合成（一）第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器电路结构说明：电路结构说明：正常情况下：正常情况下：负载负载 上得到的电压是上得到的电压是ABAB两点电压的叠加两点电压的叠加 上无信号电压，不吸取信号功率上无信号电

18、压，不吸取信号功率两个器件的等效负载电阻的值各为两个器件的等效负载电阻的值各为 的一的一半，等于半，等于：放大器的：放大器的等效电压源等效电压源平衡电阻平衡电阻负载电阻负载电阻：器件的等：器件的等效内阻，大效内阻，大小相等小相等反相功率合成（二）反相功率合成（二）反相功率合成（二）反相功率合成（二）第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器若出现若出现B B端相当端相当于对地短路的于对地短路的故障故障 可用接于可用接于1,41,4端，其值为端，其值为 的电阻来等的电阻来等效效接于接于A A端对地的等效负载电阻等于端对地的等效负载电阻等于即

19、故障后负载即故障后负载 得到的信号功率等于无故得到的信号功率等于无故障情况下的四分之一障情况下的四分之一反相功率合成（三）反相功率合成（三）反相功率合成（三）反相功率合成（三）第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器若出现若出现B B端相当端相当于开路的故障于开路的故障 上的电压等于上的电压等于两个线圈的电压两个线圈的电压之和，产生电流之和，产生电流在节点在节点1 1：在节点在节点3 3：若传输线变压器绕组若传输线变压器绕组的线长足够短，可近的线长足够短，可近似认为似认为故当故当B B端开路时，单个端开路时，单个信号源提供的功率不变，信

20、号源提供的功率不变，负载所获得的功率减至负载所获得的功率减至故障前两管输出总功率故障前两管输出总功率的一半的一半同相功率合成同相功率合成同相功率合成同相功率合成第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器A A、B B两信号源的两信号源的幅度大小和相位幅度大小和相位都相同都相同同相功率合成相当于两管并联运用，同相功率合成相当于两管并联运用，每管的等效负载电阻值是其公用负载每管的等效负载电阻值是其公用负载电阻值的两倍电阻值的两倍发生故障时的分析方法和结论与反相发生故障时的分析方法和结论与反相激励时类似激励时类似关于功率合成的总结说明关于功率合

21、成的总结说明关于功率合成的总结说明关于功率合成的总结说明第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器无论是反相功率合成还是同相功率无论是反相功率合成还是同相功率合成，传输线变压器相当于虚接，平合成，传输线变压器相当于虚接，平衡电阻上无功率消耗衡电阻上无功率消耗当电路出现故障时，传输线变压器当电路出现故障时，传输线变压器参与工作，其阻抗变换作用。负载上参与工作，其阻抗变换作用。负载上所获得的功率减至故障前的四分之一所获得的功率减至故障前的四分之一功率合成器中的放大管即使工作于功率合成器中的放大管即使工作于甲类，其输出电阻一般也并不等于负甲类，

22、其输出电阻一般也并不等于负载电阻，传输线变压器与放大管的连载电阻，传输线变压器与放大管的连接端总是不匹配的。一般较易做到传接端总是不匹配的。一般较易做到传输线与接收功率的放大器输入端匹配输线与接收功率的放大器输入端匹配功率分配器功率分配器功率分配器功率分配器第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器功率分配器的电路和功率合成器的电功率分配器的电路和功率合成器的电路基本上相同，其差别在于：路基本上相同，其差别在于：功率分配器以功率分配器以A A端和端和B B端为负载接入端，端为负载接入端，以以C C端或端或D D端为信号源接入端，端为信号源

23、接入端，C C端或端或D D端的端的输出功率平均分配到接于输出功率平均分配到接于A A端和端和B B端的两个端的两个负载中负载中当信号源自当信号源自C C端接入时，端接入时，ABAB端电压相位相端电压相位相同；当信号源自同；当信号源自D D端接入时，端接入时，CDCD端电压相端电压相位相反位相反接于接于C C端的信号源是一端接地的非平衡信端的信号源是一端接地的非平衡信号源；接于号源；接于D D端的信号源必须是两端均不端的信号源必须是两端均不接地的平衡信号源接地的平衡信号源当两个负载之一损坏时无法象功率合成当两个负载之一损坏时无法象功率合成器那样保持信号源的负载电阻不变器那样保持信号源的负载电阻

24、不变功率合成电路举例：反相功率合成器功率合成电路举例：反相功率合成器功率合成电路举例：反相功率合成器功率合成电路举例：反相功率合成器第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器T T5 5、T T2 2分别完成功率合成和功率分配分别完成功率合成和功率分配T T3 3、T T4 4完成完成4:14:1阻抗变换阻抗变换T T1 1将信号源的非平衡输出变为平衡输出将信号源的非平衡输出变为平衡输出T T6 6将平衡输出变为非平衡输出将平衡输出变为非平衡输出功率合成电路举例：同相功率合成电路功率合成电路举例：同相功率合成电路功率合成电路举例：同相功率合成电路功率合成电路举例：同相功率合成电路第第第第三三三三节节节节：功功功功率率率率合合合合成成成成器器器器和和和和分分分分配配配配器器器器T T6 6、T T1 1分别完成功率合成和功率分配分别完成功率合成和功率分配T T3 3、T T2 2完成完成4:14:1阻抗变换阻抗变换R R1 1、R R2 2分别为输入和输出网络平衡电阻分别为输入和输出网络平衡电阻T T4 4、T T5 5完成完成1:41:4阻抗变换阻抗变换