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高频电子线路重点
第二章 选频网络
一 . 基本概念
所谓选频（滤波） ，就是 选出 需要的频率分量和 滤除不需要的频率分量。
电抗 (X)= 容抗（
1 )+感抗 (wL) 阻抗 =电阻 (R)+j 电抗( L
1 )
C
C
阻抗的模把阻抗看成虚数求模
二．串联谐振电路
1
1
1.谐振时，（电抗）
X
0 L
0 ，电容、电感消失了，相角等于
0，谐振频率：
，此时 |Z|最小
=R ，电流最大
C
LC
2.当 w w>w 0 时，电压超前电流，相角大于 0， X>0 阻抗 是感性； Q 0 L 1 3.回路的品质因素数 R CR （除 R ），增大回路电阻，品质因数下降，谐振时，电感和电容两端的电位 差大小等于外加电压的 Q 倍，相位相反 4.回路电流与谐振时回路电流之比 1 1 N ( )e j ( ) (幅频 )，品质因数越高 ，谐振时的电流越大，比值 j Q( ) 越大， 曲线越尖 ，选频作用越明显， 选择性越好 5.失谐△ w=w （再加电压的频率） -w 0（回路谐振频率） ，当 w 和 w 0 很相近时， 2 0.7 21 ， ξ =X/R=Q × 2△ w/w 0 是广义失谐，回路电流与谐振时回路电流之比 N ( ) 1 1 2 2 1 6.当外加电压不变， w=w 1=w 2 时，其值为 1/√ 2， w 2 -w 1 为通频带， w 2， w 1 为边界频率 /半功率点 ，广义失谐为± 1 L R 7. 2 ，品质因数越高，选择性越好，通频带越窄 0 7 Q 2 f 0 7 f 0 2 f 0.7 1 8.通频带绝对值 Q 通频带相对值 f 0 Q + V s – 9.相位特性 C arctan Q 0 arctan Q 越大，相位曲线在 w 0 处越陡峭 10.能量关系 电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量，消耗能量的只有损耗 电阻 。 回路总瞬时储能 w w L w C 1 CQ 2V sm 2 sin 2 t 1 C Q 2 V sm 2 cos 2 t 1 C Q 2 V sm 2 2 2 2 2 回路一个周期的损耗 w R 2π 1 V sm 1 2π 1 C QV sm 2 1 CQ 2 V sm 2 2 R 0 2 回路储能 w L w C 2 1 Q ， 所以Q 1 2π 表示回路或线圈中的损耗。 w R 2π 2 2π 每周期耗能 CQV sm 2 ，是指：回路中储存的 能量是不变的 ，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动 就能量关系而言，所谓“谐振” 势只 提供回路电阻所消耗的能量 ，以维持回路的等幅振荡，而且谐振回路中 电流最大 。 11. 电源内阻与负载电阻的影响 Q 0 Q L R S R L 1 R R 三 . 并联谐振回路 L 1 C 1.一般无特殊说明都考虑 wL>>R ， Z CR 1 L C 1 j C R j L L L I s 反之 w p =√［ 1/LC-(R/L) 2］ =1/√ RC ·√ 1-Q 2 C R 2.Y( 导纳 )＝ CR 1 CR 1 j C 电导 (G)= 电纳 (B)= C . 与串联不同 L L L L 3.谐振时 B C 1 0 ， p 1 回路谐振电阻 R p = L LC 4.品质因数 Q p P L 1 R p R p p C （乘 R p ） R P CR p L L CR =Q p w p L=Q p /w p C 5.当 w （看电纳） 电感和电容支路的电流等于外加电流的 Q 倍，相位相反 并联电阻减小品质因数下降通频带加宽，选择性变坏 6.信号源内阻和负载电阻的影响 R p 1 Q p 1 Q L R R Q p p L G p G s G L p L P L 1 p p R s R L 由此看出， 考虑信号源内阻及负载电阻后，品质因数下降，并联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。 四 . 串并联阻抗等效互换 1.并联→串联 R s R p X p 2 X s R p 2 X p Q=X s /R s R p 2 X p 2 R p 2 X p 2 2.串联→并联 R ≈ R Q 2 X =X Q=R /X s p s ps p 3.抽头式并联电路 为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的影响，信号源或负载电阻不是直接接入回路，而是经过一些简单的变换电路，将它们 部分接入 回路。 + L + + + R p V P 2 R L C P I s C R p R L V + C L R V P V L I s C L 1 - R L V L -- — - - — (a) — a) b) (b) — — C 1 + R L 1 2 R L P p + C L R L V C 2 R L V L p V L - - b) V a) — — 考虑接入后等效回路两端电阻和输出电压的变化 第三章 高频小信号放大器 一 . 基本概念 1.高频放大器与低频放大器主要区别： 工作频率范围、频带宽度，负载不同； 低频：工作频率低，频带宽，采用无调谐负载；高频：工作频率高，频带窄，采用选频网络 2.谐振放大器又称（调谐） /高频放大器：靠近谐振，增益大，远离谐振，衰减 3.高频小信号放大器的主要质量 指标 1）增益：（放大系数） V o P o A v V o A p P o A v A p （2— 3dB 20 log 10 log V i P i ， 0.5—（ -3dB ） V i P i 2）通频带 1 2 f 0 7 f 0 增益下降到 时所对应的频率范围为 Q 2 3）选择性 从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力 a ）矩形系数 K r 0 1 2 f 2 f 0.1 或K r0.01 2 f 0.01 （放大倍数下降到 0.1 或 0.01） 2 f 0.7 0. 7 K → 1，滤除干扰能力越强，选择性越好 A b ）抑制比 表示对某个干扰信号 f n 的抑制能力 d n A v 0 A v 0 4) 工作稳定性 A vn A vn 不稳定引起自激 5）噪声系数 f 二．晶体管高频小信号等效电路与参数 f n f 0 抑制比 1.形式等效电路（网络参数等效电路） h 参数系 输出电压、输入电流为自变量，输入电压、输出电流为参变量 z 参数系 输入、输出电流为自变量，输入、输出电压为参变量 y 参数系 （本章重点讨论） 输入、输出电压为自变量，输入、输出电流为参变量 输入导纳 y i I 1 （输出短路） 输出导纳 I 2 V 0 （输入短路） V 2 y o V 1 V 2 1 I 2 I 1 正向传输导纳 y f （输出短路） 反向传输导纳 y r （输入短路） V 1 V 2 0 V 2 V 1 0 ｙ fe 越大 , 表示晶体管的放大能力越强；ｙ re 越大 , 表示晶体管的内部反馈越强。 y re y fe y re y fe ? ? V 2 y fe Y i y ie Y L Y o y oe y Y A v ? y oe L y oe ies V 1 Y 缺点：虽分析方便，但没有考虑晶体管内部的物理过程，物理含义不明显，随频率变化参考书本 62 页例题 2.混合π等效电路 优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点： 分析电路不够方便。 3.混合π等效电路参数与形式等效电路 y 参数的转换 y =g +j ω C ie y =g +j ω C oe ie ie oe oe y fe =|y fe |∠φ fe y re =|y re |∠φ re 4.晶体管的 高频参数 1）截止频率 f β . 1 j f f 1 放大系数β下降到β 0 的 的频率 2 2）特征频率飞 f T f T f β 2 1 ，当β 0 当β下降至 1 时的频率 时 , f T0 f β。 >>1 3）最高振荡频率 f max 频率参数的关系 : f max f T f β 晶体管的功率增益为 1 时的工作频率 注意 :f ≥ f max 后， G p <1，晶体管已经不能得到功率放大。 三．单调谐回路谐振放大器 等效变换 1.电压增益 A v 0 p 1 p 2 y fe p 1 p 2 y fe y fe 谐振时 匹配时 G P G p 2 2 ( A vo )max p 1 g oe1 p 2 g ie 2 2 g o1 g i 2 2.功率增益 A Po P o ( A vo ) 2 g ie 2 P i g ie1 G p 1）如果设 LC 调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配 2 2 y fe 2 p 1 g oe1p 2 g ie2 那么最大功率增益为 A P0 max 4g ie1 g oe1 G p 0 2）如果 LC 调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配 p 12 g oe1 p 22 g ie2 引入扎入损耗 K 1 1 1 =回路无损耗时的输出功率（P ） / 回路有损耗 时的输出功率（P ’）= (1 (其中 ) 2 (1 Q L )2 Q L )2 A 那么最大功率增益为 A max y fe (1 max 此时的电压增益为 ( A ) max P0 4g ie1 g oe1 Q 0 P 0 vo Q 0 3.通频带与选择性 2 f 0.7 f 0 （通频带） Q L K r 0 1 >>1） 选择性无论 Q 值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远，选择性差（ 4.级间耦合看书 76 页例题 四．多级单调谐回路谐振放大器 n 1.放大器的总增益 A v A v 1 A v 2 A vn A v1 2.m 级放大器的通频带 1 f 0 1 2 f 0.72 m 1 2 m 1 2 f 0.7 单级 Q L 五． 谐振放大器的稳定性 1 Q L ) 2 Q 0 | y fe | Q L ) (1 Q 02 g o1 g i 2 2g 2 1.稳定系数 S （其中 g 2 =g 1g 2）如果 S ＝ 1，放大器 可能产生自激 振荡；如果 S >>1 ，放大器 不会产生 y fe C re 2 y fe 自激。 S 越大， 放大器离开自激状态就越远，工作就 越稳定。 一般要求 S=5~10，A v 0 S 0 C re 2.单向化 什么 是单向化：讨论如何消除 y re （反向传输导纳）的反馈，变“双向元件”为“单向元件”的过程。 为什么 单向化：由于晶体管内存在 y re 的反馈，所以它是一个“双向元件” 。作为放大器工作时， y re 的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。 如何 单向化： 1） 失配法 信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。 注意： 失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。 2） 中和法（不做讨论） 六．放大器中的噪声 1.内部噪声的来源于特点 由元器件 内部带电粒子 的无规则运动 产生，大多为 白噪声 （在整个频域内，功率谱密度均匀分布的噪声；亦即：所有不同频率点上能量相等的随机噪声） 2.电阻热噪声 噪声电压的均方值 v n 2 4kTR f n 噪声电流的均方值 i n 2 4kTG f n 功率谱密度 S( f ) 4kTR { 其中 k 1.38 10 23 J / K ,波尔兹曼常数 T 为绝对温度（ =摄氏温度 +273），单位为 K R(或Ｇ )为 f n 内的电阻（或电导）值，单位为Ω} 3.晶体管噪声 1）热噪声：主要存在于 (基区体电阻）内 2）散粒噪声（主要来源） 3）分配噪声 4）闪烁噪声（ 1/f 噪声） 4.场效应管的噪声（比晶体管低得多） 白噪声 1）热噪声：由漏、源之间的等效电阻产生；由沟道内电子不规则运动产生。 2）散粒噪声：由栅、源之间ＰＮ结的泄漏电流引起。 3）闪烁噪声 七．噪声系数的表示和计算 1.信噪比 有用信号功率 P s 与噪声功率 P n 的比值→ P S / P N =S/N=SNR=信号功率 / 噪声功率 2.噪声系数： F n 反映了信号经过放大后，信噪比变坏的程度 F n P si / P ni F n ( dB ) 输入信噪比与输出信噪比的比值 分贝 F n ( dB) 10lg F n F n 10 10 P so / P no 输出噪声 P n o P P P n i A p P 放大器自身的噪声经放大 n0I n0II n0II 输入端的噪声经放 放大器自身的噪声 P n0II 后在输出端呈现的功率 大后在输出端呈现 F n 1 经放大后在输出端 P n0I 的功率 呈现的功率 输入端的噪声经过放大 3.噪声温度 T =(F -1)T 后在输出端呈现的功率 i n 4.灵敏度 当系统的输出信噪比给定时，有效输入信号功率P ’ 称为系统灵敏度，与之相对应得输入电压称为最小可检测信号 si P ’=F (kT △ f )（ P ’ /P ’ ）===lg P ’=lgF +lg(kT △ f )+lg （ P ’ /P ’ ） 书上 116 页例题 sin n so no si n n so no 5.等效噪声宽度 6.减小噪声系数的措施 选用低噪声元、器件；正确选择晶体管放大级的直流工作点；选择合适的信号源内阻 R s ；选择合适的工作宽度；选用合适的放大电路；降低主要器件的工作温度 第五章 高频功率放大器 一．基本概念 1. 谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较相同 : 要求输出功率大，效率高 不同 1：工作频率与相对频宽不同不同 2：负载不同 低频功放，采用无调谐负载； 高频 功放，一般采用 选频网络 作为 负载 ；新型宽带功放采用传输线作为负载。 不同 3：工作状态不同 低频功放，工作于甲类（ 360 度）、甲乙类或乙类（ 180 度）（限于推挽电路）状态； 高频 功放，一般 工作于丙类 （ <180 度）（某些特殊情况下可工作于乙类） 。 二．工作原理 输出功率 = P o C 直流电源提供的直流功 率 P = P o P o P C P = P o P C P (直流电源供给的直流功 率 ) P o (交流输出信号功率 ) P C (集电极耗散功耗 ) 三．晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 1. 为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，关键在于求出电流的直流分量 I c0 与基频分量 I cm1 I C i C max 0 ( c ) I cmn i C max n ( c ) g 1 I cm1 1 ( c ) ( c ) 0 ( c ) 2.动态特性——一直线 I c 0 3. 负载特性 V cm I cm1 R p 结论： 欠压：恒流， V cm变化， P o较小，ηc低， P c较大过压：恒压， I cm1变化， P o较小，ηc可达最高临界： P o最大，ηc较高（最佳工作状态） 4.Vcc 对工作状态的影响 5.V bm或 V BB对工作状态的影响 第六章 正弦波振荡器 一．基本概念 振荡器：不需要激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用振荡器通常工作于 丙类，是 非线性 的 二． LCR 回路中的瞬变现象 回路的衰减系数 回路的固有角频率 2 02 (R 2 L ) C 三．基本工作原理 一套振荡回路；一个能量来源；一个控制设备四．由正反馈的观点决定振荡的条件 五．振荡器的稳定与平衡条件 1.起振——平衡 2.平衡状态的稳定条件1）振幅 振幅稳定条件 A 0 : V om V om V omQ z 2）相位 六．反馈型LC 振荡器线路 1.互感耦合振荡器（调集、调基、调射） 2. 电感反馈式三端振荡器(哈特莱振荡器) 3.电容反馈式三端振荡器(考毕兹振荡器) 4. LC 三端式振荡器相位平衡条件的判断准则：射同集反书 264 页例题 七．振荡器的频率稳定问题 1.绝对准确度：f ff 0相对准确度： f f f 0 f0 f 0 2.频率稳定度可分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种 3.方均根值法：指定时间间隔内，测得各频率准确度与其平均值的偏差的方均根值来表征 n 1 n n i 1 2 f f f f i 八．石英晶体振荡器（作为电感用） 九．负阻振荡器 负阻振荡器是把一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振回路相接，以产生等幅振荡 第七章振幅调制与解调 一．基本概念 1.调制：在传送信号的乙方（发送端）将所要传送的信号（ f 低）“附加”在高频振荡上，再由天线发射出去 2.解调：（反调制）也叫做检波 3.调制的原因 从切实可行的天线出发；便于不同电台相同频段基带信号的同时接收；可实现的回路带宽 二．检波 三．调幅波的性质 1. 调幅波的数学表示式 载波信号 v 0 V 0 cos 0 t 调制信号 v V cos t 调幅信号 v AM V m (t ) cos 0t ，其中 V m (t ) V 0 k a V cos t V m (t) V 0 (1 k a V cos t) V 0 (1 m a cos k a V V 0 t) ，其中 m a 为调幅指数， m a V 0 2.调幅波中的功率关系 2 1 V 02 1 1 m a V 0 1 2 1 2 载波功率 P oT 2 P oT 调幅波的平均输出总功率P AM P oT P DSB (1 上（下）边频功率PP m a m a )P oT 2 R SB1 2 R 4 2 结论： 载波 本身并不包含信号，但它的 功率 却占整个调幅波功率的 绝大部分 唯有它的 上、下边带分量 才实际地 反映调制信号的频谱结构 ，而载波分量 仅是起到 频谱搬移 的作用，不反映调制信 号的变化规律 四．平方律调幅 1.工作原理 2.平衡调幅器 五．斩波调幅 实现的两种电路 1)斩波调幅器 v 1 0, v 1 cos t S 1( t ) { 0 cos 0 0t 0, v v v 1 2)环形调幅器 六．单边带信号的产生滤波器法 相移法 修正的移相滤波法七．高电平调幅 1.集电极调幅 2.基极调幅 八．包络检波 1.工作原理 2. 质量指标 1) 电压传输系数 ( 检波效率 ) K d cos 3 3 R d R 2) 等效输入电阻 R id V im 3) 失真I im ①惰性失真 (对角线切割失真 )——时间常数 RC 太大 ②负峰切割失真 (底边切割失真 )