射频模拟电路与系统成教.ppt

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1、射频电子线路射频电子线路教材教材 射频模拟电路与系统射频模拟电路与系统电子科技大学出版社电子科技大学出版社 张玉兴等编著张玉兴等编著目目 录录q第第1章章 射频电子学基础射频电子学基础q第第2章章 射频电子系统中的放大器设计射频电子系统中的放大器设计q第第3章章 波形发生与变换电路波形发生与变换电路q第第4章章 调制与解调调制与解调 q第第5章章 混频器混频器 q第第6章章 无线接收机系统构成与设计无线接收机系统构成与设计第第1章章 射频电子学基础射频电子学基础1.1 射频模拟电路概述射频模拟电路概述1.2 电磁频谱分段电磁频谱分段 1.3 物理常数和单位，微波频段的划分物理常数和单位，微波频

2、段的划分及字毋表示法及字毋表示法 1.4 射频无源元件射频无源元件 1.5 简单串、并联谐振回路与双调谐耦简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路合谐振回路1.1 射频模拟电路概述射频模拟电路概述 一、分布参数一、分布参数一、分布参数一、分布参数 分布电容分布电容分布电容分布电容存在于二个导体之间、导体与元器件存在于二个导体之间、导体与元器件存在于二个导体之间、导体与元器件存在于二个导体之间、导体与元器件之间、导体与地之间或者元件之间。之间、导体与地之间或者元件之间。之间、导体与地之间或者元件之间。之间、导体与地之间或者元件之间。引线电感引线电感引线电感引线电感，顾名思义是一种元件间连接导线的

3、电，顾名思义是一种元件间连接导线的电，顾名思义是一种元件间连接导线的电，顾名思义是一种元件间连接导线的电感，有时，也称之为内部构成电感。感，有时，也称之为内部构成电感。感，有时，也称之为内部构成电感。感，有时，也称之为内部构成电感。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。但是，随着频率的增加，影响越来越大。但是，随着频率的增加，影响越来越大。但是，随着频率的增加，影响越来越大。但是，随着频率的增加，影响越来越大。二、二、二、二、RFRF频段是一种相对概念频段是一种相对概念频段

4、是一种相对概念频段是一种相对概念集中参数频段可用集中参数频段可用集中参数频段可用集中参数频段可用“路路路路”的概念来分析的概念来分析的概念来分析的概念来分析分布参数则用分布参数则用分布参数则用分布参数则用“场场场场”的概念来分析。的概念来分析。的概念来分析。的概念来分析。RFRF频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于八频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于八频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于八频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于八分之一导波波长分之一导波波长分之一导波波长分之一导波波长(g g)，就可用路的概念来分析，就可用路的概念来分析，就可用路的概念来分析，就可用路的概念来分析电路。电路。电

5、路。电路。RFRF电路既可用路的概念分析问题，又可用分布电路既可用路的概念分析问题，又可用分布电路既可用路的概念分析问题，又可用分布电路既可用路的概念分析问题，又可用分布参数概念参数概念参数概念参数概念长线理论来分析，或者说，用长线理论来分析，或者说，用长线理论来分析，或者说，用长线理论来分析，或者说，用“路路路路”分析时，还要考虑分布参数的影响。分析时，还要考虑分布参数的影响。分析时，还要考虑分布参数的影响。分析时，还要考虑分布参数的影响。三、趋肤效应三、趋肤效应三、趋肤效应三、趋肤效应 趋肤效应：趋肤效应：趋肤效应：趋肤效应：acac电流流经导体时趋向于导体外边部电流流经导体时趋向于导体外

6、边部电流流经导体时趋向于导体外边部电流流经导体时趋向于导体外边部分，而分，而分，而分，而dcdc电流流经整个导体。随着频率的升高，电流流经整个导体。随着频率的升高，电流流经整个导体。随着频率的升高，电流流经整个导体。随着频率的升高，趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成了大于了大于了大于了大于dcdc电阻的电阻的电阻的电阻的acac电阻。电阻。电阻。电阻。趋肤深度示意图趋肤深度示意图趋肤深度示意图趋肤深度示意图 趋肤深度：电流密度降到表面趋肤深度：电流密度降到表面趋

7、肤深度：电流密度降到表面趋肤深度：电流密度降到表面电流密度电流密度电流密度电流密度1/e=1/2.718=0.3681/e=1/2.718=0.368处的处的处的处的临界深度。临界深度。临界深度。临界深度。趋肤效应引起的最明显的影响趋肤效应引起的最明显的影响趋肤效应引起的最明显的影响趋肤效应引起的最明显的影响就是引起信号传输途径中的损就是引起信号传输途径中的损就是引起信号传输途径中的损就是引起信号传输途径中的损耗增加。耗增加。耗增加。耗增加。四、寄生耦合四、寄生耦合四、寄生耦合四、寄生耦合 RFRF电路中信号很容易从电路内向外部和在电路内部电路中信号很容易从电路内向外部和在电路内部电路中信号很

8、容易从电路内向外部和在电路内部电路中信号很容易从电路内向外部和在电路内部之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之

9、间的耦合造成了造成了造成了造成了RFRF电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及性能下降。性能下降。性能下降。性能下降。地线上电位差引起的寄生反馈地线上电位差引起的寄生反馈 克服克服克服克服RFRF电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器

10、件用金属盒封蔽起来或者隔离开来，切断属盒封蔽起来或者隔离开来，切断属盒封蔽起来或者隔离开来，切断属盒封蔽起来或者隔离开来，切断(或削弱或削弱或削弱或削弱)他他他他们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。屏蔽盒及接地 五、公用电源的去耦合问题五、公用电源的去耦合问题五、公用电源的去耦合问题五、公用电源的去耦合问题 RF电路中电源的去耦合 1.2 1.2 电磁频谱分段电磁频谱分段电磁频谱分段电磁频谱分段 1.4 1.4 射频无源元件射频无源元件射频无源元件射频无源元件 1.4.1 RF1

11、.4.1 RF电路中的电阻电路中的电阻电路中的电阻电路中的电阻 电阻的等效电路描述 电阻R的绝对值阻抗随频率的变化 金属膜电阻与薄膜电阻 表贴电阻的规格表贴电阻的规格表贴电阻的规格表贴电阻的规格几何几何几何几何形状形状形状形状尺寸尺寸尺寸尺寸代码代码代码代码长度长度长度长度L L，milsmils宽度宽度宽度宽度WW，milsmils040204024040（1m1mmm）2020（0.50.5mmmm）060306036060（1.51.5mmmm）3030（0.750.75mmmm）080508058080（2m2mmm）5050（1.251.25mmmm）12061206120120（3

12、 3mmmm）6060（1.51.5mmmm）12181218120120（3 3mmmm）8080（2m2mmm）1.4.2 RF1.4.2 RF电路中的电感电路中的电感电路中的电感电路中的电感 （m）（n）（o）（p）各种电感线圈和互感线圈电感线圈中的分布电容与串联电阻 高频电感线圈的等效电路 空心线圈的频率响应 1.4.3 RF电路中的电容电路中的电容 高频电容电等效电路 引线电容的频率响应 谐振回路可以完成选频、移相、频率谐振回路可以完成选频、移相、频率相位及频相位及频率率幅度转换、阻抗变换等功能幅度转换、阻抗变换等功能 。1.5 简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路简单串、并联谐

13、振回路与双调谐耦合谐振回路LC谐振回路的电路结构 1.串联谐振电路的基本特性阻抗阻抗阻抗阻抗电抗电抗电抗电抗1.5.1 简单串并联谐振回路的基本特性简单串并联谐振回路的基本特性(初初初初相相相相角角角角为为为为零零零零)模模相角相角回路电流回路电流回路电流回路电流 (复数复数复数复数)：X X0 0 串联谐振电路的谐振频率串联谐振电路的谐振频率 回路呈容性回路呈容性串联谐振时的电流：串联谐振时的电流：串联谐振时的电流：串联谐振时的电流：谐振时回路电流最大，且与外加电压同相。谐振时回路电流最大，且与外加电压同相。谐振时谐振时回路电抗回路电抗X X0 0阻抗阻抗Z=rZ=r最小最小 为纯阻为纯阻在

14、其他频率上，回路电抗在其他频率上，回路电抗X0X0。回路呈感性回路呈感性x_ 工程实际中，总是满足工程实际中，总是满足定义品质因数定义品质因数电感线圈上的电压在谐振时为信号源电压的电感线圈上的电压在谐振时为信号源电压的Q0倍。倍。谐振时，线圈谐振时，线圈L L上的电压：上的电压：电容电容C C上的电压：上的电压：电容上的电压同样为信号源电容上的电压同样为信号源电压的电压的Q0倍，仅相位与电感倍，仅相位与电感上的电压相反，因此串联谐振称为电压谐振。上的电压相反，因此串联谐振称为电压谐振。归一化抑制比归一化抑制比归一化抑制比归一化抑制比 (复数复数复数复数)：广义失谐:2 2并联谐振回路的基本特性

15、并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性阻抗阻抗工程中总是满足工程中总是满足工程中总是满足工程中总是满足 并联谐振回路的谐振电阻并联谐振回路的谐振电阻 并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率谐振时，回路阻抗谐振时，回路阻抗 纯阻性，损耗纯阻性，损耗r r愈小，愈小，愈大愈大 ,。谐振时的端电压谐振时的端电压谐振时的端电压谐振时的端电压 最大最大B_并联振荡回路的阻抗只在谐振时才是纯电阻，并联振荡回路的阻抗只在谐振时才是纯电阻，并达到最大值。并达到最大值。失诣时，并联振荡回路的等效阻抗失诣时，并联振荡回路的等效阻抗Z Z

16、包括电阻包括电阻和电抗。和电抗。回路等效阻抗中的电抗是容性回路等效阻抗中的电抗是容性回路等效阻抗中的电抗是感性回路等效阻抗中的电抗是感性这是由于，并联回路的合成总阻抗的性质总是由这是由于，并联回路的合成总阻抗的性质总是由两个支路个阻抗较小的那个支路的阻抗性质决定两个支路个阻抗较小的那个支路的阻抗性质决定的。的。流过电容的电流流过电容的电流 并联谐振回路的品质因数并联谐振回路的品质因数 流过电感流过电感线圈的电流线圈的电流并联谐振并联谐振电流谐振电流谐振广义失谐广义失谐广义失谐广义失谐 串联谐振回路与并联谐振回路具有相同的归一化表串联谐振回路与并联谐振回路具有相同的归一化表达式。达式。归一化归一

17、化归一化后，归一化后，归一化后，归一化后，的值在的值在的值在的值在 (谐振点谐振点谐振点谐振点)时取最大值时取最大值时取最大值时取最大值1 1 1 1。回路的品质因数愈高，曲线愈尖锐，对外加电回路的品质因数愈高，曲线愈尖锐，对外加电回路的品质因数愈高，曲线愈尖锐，对外加电回路的品质因数愈高，曲线愈尖锐，对外加电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。回路回路回路回路QQ的大小可说明回路选择性的好坏。的大小可说明回路选择性的好坏。的大小可说明回路选择性的好坏。的大小可说明回路选

18、择性的好坏。结论：结论：结论：结论：3.3.3.3.信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响串联型谐振回路有载品质因数串联型谐振回路有载品质因数串联型谐振回路有载品质因数串联型谐振回路有载品质因数 并联型谐振回路有载品质因数并联型谐振回路有载品质因数并联型谐振回路有载品质因数并联型谐振回路有载品质因数 4 4品质因数的物理意义品质因数的物理意义品质因数的物理意义品质因数的物理意义 品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。品质因数实际上描绘的是系统储能与

19、耗能之间的关系。品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗电容上的瞬时电压：电容上的瞬时电压：电容上的瞬时电压：电容上的瞬时电压：电容中储能（谐振时）电容中储能（谐振时）电容中储能（谐振时）电容中储能（谐振时）电感中储能（谐振时）电感中储能（谐振时）谐振时，电容上的储能和电感中的储能的最大值谐振时，电容上的储能和电感中的储能的最大值相等，仅在相位上相差相等，仅在相位上相差 。任何时刻，总的储能为常数。任何时刻，总的储能为常数。电阻上消耗的功率：电阻上消耗的功率：一个周期中的耗能：一个周期中的耗能：一个周期中的

20、耗能：一个周期中的耗能：谐振回路的品质因数是系统中的总储能与一个谐振回路的品质因数是系统中的总储能与一个周期中的耗能之比乘以周期中的耗能之比乘以 。5 5 5 5串并联谐振回路的通频带与选择性串并联谐振回路的通频带与选择性串并联谐振回路的通频带与选择性串并联谐振回路的通频带与选择性三分贝通频带三分贝通频带三分贝通频带三分贝通频带(半功率点通半功率点通半功率点通半功率点通频带频带频带频带)：即：即：即：即 下降到下降到下降到下降到0.7070.7070.7070.707或或或或 时的通频带。时的通频带。时的通频带。时的通频带。谐振回路一般用于窄带系统谐振回路一般用于窄带系统谐振回路一般用于窄带系

21、统谐振回路一般用于窄带系统绝对频移绝对频移绝对频移绝对频移：令令令令 谐振回路的通频带与谐振回路的通频带与谐振回路的通频带与谐振回路的通频带与QQL L成反比成反比成反比成反比，QQL L 愈大，通频带愈大，通频带愈大，通频带愈大，通频带愈窄。愈窄。愈窄。愈窄。通频带通频带矩形系数：矩形系数：矩形系数：矩形系数：总是大于总是大于总是大于总是大于1 1 1 1，理想矩形的，理想矩形的，理想矩形的，理想矩形的 。愈接近愈接近愈接近愈接近1 1 1 1，选择性愈好。，选择性愈好。，选择性愈好。，选择性愈好。简简简简单单单单串串串串并并并并联联联联回回回回路路路路的的的的选选选选择择择择性性性性很很很

22、很不不不不好好好好，它它它它的的的的矩矩矩矩形形形形系系系系数数数数远大远大远大远大1 1 1 1。例例例例.如图如图如图如图1-76(b)1-76(b)所示并联谐振回路所示并联谐振回路所示并联谐振回路所示并联谐振回路,设回路空载设回路空载设回路空载设回路空载品质因数品质因数品质因数品质因数QQ0 0=90=90,谐振回路的谐振频率为谐振回路的谐振频率为谐振回路的谐振频率为谐振回路的谐振频率为:0 0=465KHz=465KHz,C=200PFC=200PF,信号源电流振幅值信号源电流振幅值信号源电流振幅值信号源电流振幅值I IS S=0.1mA=0.1mA。求求求求:(1):(1):(1):

23、(1)谐振电阻谐振电阻谐振电阻谐振电阻R RP P;若信号源内阻若信号源内阻若信号源内阻若信号源内阻R RS S=150K=150K,负负负负载电阻载电阻载电阻载电阻R RL L不接不接不接不接,有载品质因数有载品质因数有载品质因数有载品质因数QQL L等于多少？通频等于多少？通频等于多少？通频等于多少？通频带带带带220.7070.707等于多少？等于多少？等于多少？等于多少？(2)(2)(2)(2)若信号源内阻若信号源内阻若信号源内阻若信号源内阻R RS S=150K=150K,负载电阻负载电阻负载电阻负载电阻R RL L=150K=150K,有载品质因数有载品质因数有载品质因数有载品质因

24、数QQL L等于多少？通频带等于多少？通频带等于多少？通频带等于多少？通频带220.7070.707等于多少？等于多少？等于多少？等于多少？解解解解.(1).(1).(1).(1)(2).1.5.6 1.5.6 1.5.6 1.5.6 串并联阻抗等效互换和回路抽头时阻抗变串并联阻抗等效互换和回路抽头时阻抗变串并联阻抗等效互换和回路抽头时阻抗变串并联阻抗等效互换和回路抽头时阻抗变比折合关系比折合关系比折合关系比折合关系1 1 1 1 串并联阻抗等效互换串并联阻抗等效互换串并联阻抗等效互换串并联阻抗等效互换串联形式的有载品质因数：串联形式的有载品质因数：串联形式的有载品质因数：串联形式的有载品质因

25、数：并联形式的有载品质因数：并联形式的有载品质因数：并联形式的有载品质因数：并联形式的有载品质因数：串并联互换前后的品质因数不会发生变化。串并联互换前后的品质因数不会发生变化。串并联互换前后的品质因数不会发生变化。串并联互换前后的品质因数不会发生变化。结论结论结论结论：串联电路转换成等效并联电路后，电抗：串联电路转换成等效并联电路后，电抗：串联电路转换成等效并联电路后，电抗：串联电路转换成等效并联电路后，电抗X X X X2 2 2 2的的的的性质与性质与性质与性质与X X X X1 1 1 1相同，在相同，在相同，在相同，在Q Q Q QL L L L较高的情况下，其电抗较高的情况下，其电抗

26、较高的情况下，其电抗较高的情况下，其电抗X X X X基本不基本不基本不基本不变，而并联电路的电阻变，而并联电路的电阻变，而并联电路的电阻变，而并联电路的电阻R R R R2 2 2 2比串联电路的电阻比串联电路的电阻比串联电路的电阻比串联电路的电阻R R R R1 1 1 1大大大大 倍。倍。倍。倍。串联形式电路中的电阻愈大，则损耗愈大；并联形串联形式电路中的电阻愈大，则损耗愈大；并联形串联形式电路中的电阻愈大，则损耗愈大；并联形串联形式电路中的电阻愈大，则损耗愈大；并联形式电路中的电阻愈小，则分流愈大，损耗也愈大，式电路中的电阻愈小，则分流愈大，损耗也愈大，式电路中的电阻愈小，则分流愈大，

27、损耗也愈大，式电路中的电阻愈小，则分流愈大，损耗也愈大，反之亦然，所以二种电路是完全等效的。反之亦然，所以二种电路是完全等效的。反之亦然，所以二种电路是完全等效的。反之亦然，所以二种电路是完全等效的。2 2 2 2回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系回路抽头时阻抗的变比关系采用部分接人的办法，采用部分接人的办法，采用部分接人的办法，采用部分接人的办法，可降低信号源内阻及负可降低信号源内阻及负可降低信号源内阻及负可降低信号源内阻及负载电阻对谐振回路的影载电阻对谐振回路的影载电阻对谐振回路的影载电阻对谐振回路的影响，提高回路的有载品响，提高回路的有载品响，提高回

28、路的有载品响，提高回路的有载品质因数，阻抗匹配。质因数，阻抗匹配。质因数，阻抗匹配。质因数，阻抗匹配。接入系数ab端看进去的阻抗db端看进去的阻抗1）电感抽头改变阻抗变比关系接入系数接入系数接入系数接入系数电感线圈电感线圈电感线圈电感线圈L L L L1 1 1 1的匝数的匝数的匝数的匝数N N N N1 1 1 1电感线圈的总电感电感线圈的总电感电感线圈的总电感电感线圈的总电感 (忽略回路互感的影响忽略回路互感的影响忽略回路互感的影响忽略回路互感的影响)并联电容为并联电容为并联电容为并联电容为C C C C电感线圈电感线圈电感线圈电感线圈L L L L2 2 2 2的匝数的匝数的匝数的匝数N

29、 N N N2 2 2 2令令令令变换前后的谐振频率不变变换前后的谐振频率不变变换前后的谐振频率不变变换前后的谐振频率不变 串并互换，设串并互换，设串并互换，设串并互换，设 由由由由低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高 倍。倍。倍。倍。反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至 倍。倍。倍。倍。2 2）电容分压阻抗变比关系）电容分压阻抗变比关系感性感性感性感性3

30、3）电流源、电压源的变比折合）电流源、电压源的变比折合能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒【例例例例1-31-31-31-3】如图如图如图如图1-851-851-851-85所示电容分压式并联谐振回路，所示电容分压式并联谐振回路，所示电容分压式并联谐振回路，所示电容分压式并联谐振回路，已知已知已知已知L L=200=200 HH，C C1 1=140pF=140pF，C C2 2=1400pF=1400pF，R RS S=5k=5k ，Q Q0 0=100=100。求信号源分别接在。求信号源分别接在。求信号源分别接在。求信号源分别接在A A点和点和点和点和B B点时的点时的点时的点时的3 3 3

31、3dBdB通通通通频带频带频带频带2 2 f f0.7070.707。解：解：解：解：接入系数为：接入系数为：接入系数为：接入系数为：所以：所以：所以：所以：（1 1 1 1）信号源接在）信号源接在）信号源接在）信号源接在A A点（如图点（如图点（如图点（如图1-791-791-791-79（b b b b）所示），）所示），）所示），）所示），R RS S直接与直接与直接与直接与R RP P并联，并联，并联，并联，R RS S的影响最严重，这样有：的影响最严重，这样有：的影响最严重，这样有：的影响最严重，这样有：（2 2 2 2）信号源接在）信号源接在）信号源接在）信号源接在B B B B点

32、（如图点（如图点（如图点（如图1-791-791-791-79（a a a a）所示），）所示），）所示），）所示），和和和和 折合到折合到折合到折合到A A A A点成为点成为点成为点成为 、，有关系式：，有关系式：，有关系式：，有关系式：第第2 2章射频电子系统中的放大器设计章射频电子系统中的放大器设计 q2.1 2.1 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器q2.2 2.2 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器 q2.3 2.3 高效率高频功率放大器高效率高频功率放大器高效率高频功率放大器高效率高频功率放大器

33、q2.4 2.4 线性功率放大器线性功率放大器线性功率放大器线性功率放大器 q2.5 2.5 低噪声放大器低噪声放大器低噪声放大器低噪声放大器 2.1 2.1 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器2.1.1 2.1.1 高频小信号放大器的基本要求高频小信号放大器的基本要求高频小信号放大器是放大器最基本的一大类。高频小信号放大器是放大器最基本的一大类。频率范围：几百千赫到几千兆赫频率范围：几百千赫到几千兆赫(凡是用集总参凡是用集总参数分析的电路都包括在内数分析的电路都包括在内)。小信号：相对而言，信号电平处在放大器的小信号：相对而言，信号电平处在放大器的“线性线性”范围内部可认为是范围内部可

34、认为是“小小”信号。信号。“线性线性”：指非线性项在这里起的作用很小，可以：指非线性项在这里起的作用很小，可以忽略。忽略。高频小信号放大器的分类：高频小信号放大器的分类：高频小信号放大器的分类：高频小信号放大器的分类：所用器件不同：晶体管、场效应管、集成电路放大所用器件不同：晶体管、场效应管、集成电路放大所用器件不同：晶体管、场效应管、集成电路放大所用器件不同：晶体管、场效应管、集成电路放大器。器。器。器。通过频谱的宽窄：窄带、宽带放大器。通过频谱的宽窄：窄带、宽带放大器。通过频谱的宽窄：窄带、宽带放大器。通过频谱的宽窄：窄带、宽带放大器。电路形式：单级、级联放大器。电路形式：单级、级联放大器

35、。电路形式：单级、级联放大器。电路形式：单级、级联放大器。负载性质：谐振、非谐振放大器。负载性质：谐振、非谐振放大器。负载性质：谐振、非谐振放大器。负载性质：谐振、非谐振放大器。谐振放大器谐振放大器谐振放大器谐振放大器q用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放大器的负载。大器的负载。大器的负载。大器的负载。q谐振回路的谐振频率谐振回路的谐振频率谐振回路的谐振频率谐振回路的谐振频率(考虑晶体管影响后考虑晶体管影响后考虑晶体管影响后考虑晶体管影响后)位于位于位于位于输入信号的中心

36、频率。输入信号的中心频率。输入信号的中心频率。输入信号的中心频率。q信号带宽与谐振回路的通频带基本一致。信号带宽与谐振回路的通频带基本一致。信号带宽与谐振回路的通频带基本一致。信号带宽与谐振回路的通频带基本一致。q放大器对信号有极大的增益，信号带宽外，增放大器对信号有极大的增益，信号带宽外，增放大器对信号有极大的增益，信号带宽外，增放大器对信号有极大的增益，信号带宽外，增益迅速减小。益迅速减小。益迅速减小。益迅速减小。q谐振放大器具有很好的选频能力。谐振放大器具有很好的选频能力。谐振放大器具有很好的选频能力。谐振放大器具有很好的选频能力。性能指标性能指标 ：电压增益电压增益电压增益电压增益A

37、AV V：放大器的输出信号电压：放大器的输出信号电压：放大器的输出信号电压：放大器的输出信号电压(负载上的电负载上的电负载上的电负载上的电压压压压)与输入信号电压之比与输入信号电压之比与输入信号电压之比与输入信号电压之比 。1 1增益增益2 2 2 2通频带与选择性通频带与选择性通频带与选择性通频带与选择性与谐振回路相同，决定于与谐振回路相同，决定于与谐振回路相同，决定于与谐振回路相同，决定于回路的形式和回路的等效回路的形式和回路的等效回路的形式和回路的等效回路的形式和回路的等效品质因数品质因数品质因数品质因数Q Q Q QL L L L。放大器的总。放大器的总。放大器的总。放大器的总通频带，

38、随着级数的增加通频带，随着级数的增加通频带，随着级数的增加通频带，随着级数的增加而变窄。并且，通频带愈而变窄。并且，通频带愈而变窄。并且，通频带愈而变窄。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。宽，放大器的增益愈小。宽，放大器的增益愈小。宽，放大器的增益愈小。功率增益功率增益功率增益功率增益A AP P：负载上输出信号功率与输入信号功率：负载上输出信号功率与输入信号功率：负载上输出信号功率与输入信号功率：负载上输出信号功率与输入信号功率之比之比之比之比 。3 3噪声系数噪声系数：定义为放大器输入信噪比与输出信：定义为放大器输入信噪比与输出信：定义为放大器输入信噪比与输出信：定义为放大器输入信噪比与

39、输出信噪比之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪噪比之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪噪比之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪噪比之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪声愈小愈好。声愈小愈好。声愈小愈好。声愈小愈好。4 4 4 4工作稳定工作稳定工作稳定工作稳定：工作稳定性是指放大器的工作状态：工作稳定性是指放大器的工作状态：工作稳定性是指放大器的工作状态：工作稳定性是指放大器的工作状态(直流院置直流院置直流院置直流院置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可、晶体管参数、电路元件参数等发生可、晶体管参数、电路元件参数等发生可、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要

40、特性的稳定程度。一般能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。一般能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。一般能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。一般的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激以致使放大思完全不能工作。大器自激以致使放大思完全不能工作。大器自激以致使放大思完全不能

41、工作。大器自激以致使放大思完全不能工作。2.1.2 2.1.2 高频晶体管小信号等效电路模型与参数高频晶体管小信号等效电路模型与参数网网网网络络络络参参参参数数数数模模模模型型型型实实实实质质质质上上上上是是是是将将将将晶晶晶晶体体体体管管管管看看看看成成成成是是是是四四四四端端端端网网网网络络络络，用用用用网网网网络络络络参参参参数数数数等等等等效效效效晶晶晶晶体体体体管管管管特特特特性性性性，晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的内内内内部部部部物物物物理理理理过程不予考虑。过程不予考虑。过程不予考虑。过程不予考虑。1.1.1.1.高频晶体管网络参数模型高频晶体管网络参数模型高频晶体管网络参数模

42、型高频晶体管网络参数模型输出短路时的输入导纳输出短路时的输入导纳输出短路时的输入导纳输出短路时的输入导纳 输入短路时的反向传输导纳输入短路时的反向传输导纳输入短路时的反向传输导纳输入短路时的反向传输导纳 输出短路时的正向传输导纳输出短路时的正向传输导纳输出短路时的正向传输导纳输出短路时的正向传输导纳 输入短路时的输出导纳输入短路时的输出导纳输入短路时的输出导纳输入短路时的输出导纳 2.2.2.2.高频晶体管的物理模型高频晶体管的物理模型高频晶体管的物理模型高频晶体管的物理模型混合混合混合混合型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路 3 3 3 3晶体管混合晶体管混合晶体管混合晶体管混合型电路参

43、数与网络参数之间的型电路参数与网络参数之间的型电路参数与网络参数之间的型电路参数与网络参数之间的转换转换转换转换 与频率有关与频率有关与频率有关与频率有关1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数晶体管的高频参数晶体管的高频参数 共射组态时共射组态时共射组态时共射组态时 ，电，电，电，电流放大倍数流放大倍数流放大倍数流放大倍数晶体管共射组态的截止频率晶体管共射组态的截止频率晶体管共射组态的截止频率晶体管共射组态的截止频率,是是是是 下降到下降到下降到下降到 时对应的频率。时对应的频率。时对应的频率。时对应的频率。特性频率特性频率特性频率特性频率 ：下降到下

44、降到下降到下降到l l l l所对应的频率。所对应的频率。所对应的频率。所对应的频率。最高振荡频率最高振荡频率最高振荡频率最高振荡频率 :晶体管功率增益晶体管功率增益晶体管功率增益晶体管功率增益 时的工时的工时的工时的工作频率作频率作频率作频率 表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。实际工作频率应等于最高振荡频率的实际工作频率应等于最高振荡频率的实际工作频率应等于最高振荡频率的实际工作频率应等于最高振荡频率的1/31/31/31/31/41/41/41/4。1.2.4 1.2.4

45、1.2.4 1.2.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器1.1.1.1.放大器的输入导纳放大器的输入导纳放大器的输入导纳放大器的输入导纳集电级集电级集电级集电级C C C C向右看进去的回路总导纳向右看进去的回路总导纳向右看进去的回路总导纳向右看进去的回路总导纳 放大器的输入导纳：放大器的输入导纳：放大器的输入导纳：放大器的输入导纳：放放放放大大大大器器器器的的的的输输输输入入入入导导导导纳纳纳纳不不不不但但但但与与与与 有有有有关关关关，还还还还与与与与输输输输出出出出参参参参数数

46、数数及及及及 、有关。有关。有关。有关。当当当当 时，时，时，时，此时晶体管成为单向器件。，此时晶体管成为单向器件。，此时晶体管成为单向器件。，此时晶体管成为单向器件。2 2 2 2电压增益电压增益电压增益电压增益A A A AV V V V 谐振回路两端向右看进去的总导纳谐振回路两端向右看进去的总导纳谐振回路两端向右看进去的总导纳谐振回路两端向右看进去的总导纳令放大器的调谐回路的谐振频率放大器的调谐回路的谐振频率放大器的调谐回路的谐振频率放大器的调谐回路的谐振频率工作频率对工作频率对工作频率对工作频率对f f0 0的失谐的失谐的失谐的失谐回路的有载品质因数回路的有载品质因数回路的有载品质因数

47、回路的有载品质因数广义失谐(谐振)说明，高频小信号单调谐谐振放大器的归一化抑说明，高频小信号单调谐谐振放大器的归一化抑说明，高频小信号单调谐谐振放大器的归一化抑说明，高频小信号单调谐谐振放大器的归一化抑制比的表达式与简单谐振回路表达式完全一样，制比的表达式与简单谐振回路表达式完全一样，制比的表达式与简单谐振回路表达式完全一样，制比的表达式与简单谐振回路表达式完全一样，因此它们的因此它们的因此它们的因此它们的3dB3dB3dB3dB带宽和矩形系数完全一样。带宽和矩形系数完全一样。带宽和矩形系数完全一样。带宽和矩形系数完全一样。归一化归一化归一化归一化 放大器的电压增益大小与哪些因素有关？放大器的

48、电压增益大小与哪些因素有关？令令令令 ，求得极值点，求得极值点，求得极值点，求得极值点放放放放大大大大器器器器的的的的最最最最大大大大电电电电压压压压增增增增益益益益仅仅仅仅决决决决定定定定于于于于晶晶晶晶体体体体管管管管参参参参数数数数 ，以以以以及及及及谐谐谐谐振振振振回回回回路路路路的的的的性性性性质质质质 ，即即即即 的的的的比比比比值值值值。越越越越大大大大越越越越好好好好，也也也也就就就就是是是是说说说说谐谐谐谐振振振振回回回回路路路路的的的的空空空空载载载载品品品品质因数越高，质因数越高，质因数越高，质因数越高，越大。越大。越大。越大。3 3 3 3功率增益功率增益功率增益功率增

49、益A A A AP P P P输入功率输入功率输入功率输入功率输入电压的有效值输入电压的有效值输入电压的有效值输入电压的有效值输出功率输出功率输出功率输出功率谐振时谐振时谐振时谐振时令令令令结论：结论：结论：结论：(2)(2)(2)(2)失配损耗失配损耗失配损耗失配损耗 ，表征的是负载与晶体管的，表征的是负载与晶体管的，表征的是负载与晶体管的，表征的是负载与晶体管的失配程度，它的最大值为失配程度，它的最大值为失配程度，它的最大值为失配程度，它的最大值为1 1 1 1。时，时，时，时，均小均小均小均小于于于于1 1 1 1。匹配情况(1)(1)(1)(1)谐振时，谐振时，谐振时，谐振时，(3)(

50、3)(3)(3)插插插插入入入入损损损损耗耗耗耗 ，它它它它表表表表征征征征回回回回路路路路固固固固有有有有损损损损耗耗耗耗使使使使功功功功率增益率增益率增益率增益A A A AP P P P降低的比例。降低的比例。降低的比例。降低的比例。(4(4(4(4)谐振状态时的最大增益谐振状态时的最大增益谐振状态时的最大增益谐振状态时的最大增益仅与晶体管本身的参数有关仅与晶体管本身的参数有关仅与晶体管本身的参数有关仅与晶体管本身的参数有关(5)(5)(5)(5)表明失谐状态的程度对功率增益的影响。表明失谐状态的程度对功率增益的影响。表明失谐状态的程度对功率增益的影响。表明失谐状态的程度对功率增益的影响