高频电路原理与分析(全套ppt课件).ppt

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1、课程名称： 通信电子线路英文名称：Communication electronic circuit,教材名称及作者：西安电子科技大学出版社 曾兴雯主编高频电路原理与分析（第四版）,21世纪高等学校通信类规划教材,本课程的特点,课程的目的、要求 目的：了解通信电子信息产生、发射、接收的原理与方法；分析通信电子器件和通信电路的工作原理；掌握通信电子线路的基本组成和分析、计算方法；培养通信电子线路的识图、作图和简单设计能力；培养分析和解决通信电子线路中实际问题的能力,培养创新实践精神；了解通信电子线路的最新发展动态，为后续电子课程及电子专业打下基础。,要求：1）了解通信电子线路的特点，通信电子信息产

2、生、发射、接收的原理与方法；2）熟悉基本通信电子器件的功能特点和用途；3）掌握基本通信电子线路的电路结构、分析方法和基本设计方法；4）掌握基本通信电子线路实验技能和安装调试方法。,通过本课程的学习，应达到下列基本要求：(一)掌握以下定义、基本概念和基本原理：串联谐振、关联谐振、接入系数、频率特性、通频带、选择性、品质因数、松耦合双调谐、参差调谐、Y参数、截止频率、特征频率、谐振放大倍数、自给偏压、过压状态、欠压状态、临界状态、阻抗区配、槽路效率、正弦波振荡器、压电效应、晶体振荡、调幅、检波、抑制载波调幅、同步检波、调频、鉴频、限幅、频谱图、变容二极管、电抗管、锁相、捕获、锁定、跟踪、变频、混频

3、、干扰、噪声、输出功率和效率。(二)正确运用下列分析方法：折线近似分析法；幂级数分析法；处理实际问题时所用的估算法；,基本内容及学时分配,1. 通信电子线路序论（4） 1.1 无线通信系统概述 1.2 无线电信号,2. 高频电路基础（4） 2.1 高频电路中的元器件 2.2振荡回路 2.3 电子噪音,3 高频谐振放大器（8） 3.1高频小信号放大器 3.2 高频功率放大器的原理与特性 3.3 高频功放的高频效应 3.4 高频功率放大器的实际线路 3.5 高频功放、功率合成与射频模块放大器,4 正弦波振荡器（6） 4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC振荡器 4.3 振荡器频率的稳定度 4.4

4、LC振荡器的设计方法 4.5 石英晶体振荡器 4.6 振荡器中的几种现象,5 频谱的线性搬移电路（6） 5.1 非线性电路的分析方法 5.2 二极管电路 5.3 差分对电路 5.4其他频谱线性搬移电路,6 振幅调制、解调与混频（8） 6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调 6.3 混频 6.4 混频器的干扰,7 角度调制与解调（8） 7.1角度调制信号分析 7.2 调频器与调频方法 7.3 调频电路 7.4 鉴频器与鉴频方法 7.5 鉴频电路 7.6 调频收发信机及附属电路 7.7 调频多重广播,第一章 绪论,简介1-1无线通信系统概述1-2 信号、频谱与调制 1-2-1 通信系统中的基本信

5、号 1-2-2 调幅信号及其频谱 1-2-3 调角信号及其频谱 1-2-4 数码调制信号及其频谱 1-2-5 多路通信及已调波比较,简 介,现代通信与信息社会通信的任务:克服距离上的障碍,迅速而准确地传输信息。历史： 第一阶段：语言 第二阶段：文字、邮政 第三阶段：印刷术 第四阶段：电气通信（技术发展迅速） 第五阶段：信息时代（信源多样化，传输速率，存储量，信号处理复杂） 例：个人通信 第三代移动通信,1-1无线通信系统概述,一、概念通信：不失真地将信息(消息)从一方传送到另一方。 典型的通信系统:移动通信系统、卫星通信系统、 光纤通信系统、电话通信系统二、通信系统模式 特性：衰减特性、干扰情

6、况、频率特性、时变与非时变特性 等。 通信系统举例：短波数据/语音通信,无线调幅发射机框图,无线调幅接收机框图,数字彩电接收机框图,三、通信系统中的调制与解调,1调制与解调的作用（1）波长与天线的有效配合 ：保证天线天线的有效辐射或接收电磁波信号的条件，是天线尺寸与信号波长相比拟。故：信号频率范围较宽，或信号波长太长时，天线难以制作。（2）信号的多路传输 ：调制后，各路信号的载频(信号的中心频率)不同，可在同一信道中传输(无线信道或有线信道)。2实现调制与解调 理论基础：付氏变换中的频谱搬移特性(频域特性)，任何一个信号如乘上一个高频信号(正弦单频信号)，则可将此任意信号的频谱不失真地搬移到该

7、高频信号频谱的两侧。因此，该高频信号又称为载频信号。 高频信号(载频信号)电压或 电流的瞬时表达式：,调制方式分类,四、通信系统的波段划分,五、电波传输特性,直射传播（视距）绕射波（地波）反射波（天波）折射传播散射传播,（1） 通信容量 一个信道（有线或无线）可同时传送的独立已调信号的路数。 *与传输媒介有关（空间、电缆、光缆等） *与通信方式有关（AM,SSB,FM等)（2）信号失真度 通信系统中接收到的信号不同于原信号的程度。减小信号失真度的措施： *合理的收、发设备的整体设计； *优选单元电路； *精调各电路的工作状态。,六、通信系统共同的基本特性,（3）传输距离 *与发射功率、效率，接

8、收灵敏度有关； *与通信体制、方式有关； *与信道损耗，干扰和噪声的强度等有关。（4）抗干扰、抗噪声能力 *合理的通信体制； *优良的选频电路，调制和解调电路； *高质量和低噪声的元器件。,共同的基本特性(续),1-2 信号、频谱与调制,1-2-1 通信系统中的基本信号一、电信号 1.概念 ： 表示某种信息变化的电流（电压）信号，称为电信号。 基带信号（原始电信号） 已调信号（高频、中频） 另外：干扰、噪声也是信号（称干扰信号）。,2.分类(1)规则信号：（确定的时间函数）周期信号-离散频谱 周期性的时间函数 采用付氏级数的方法进行分析非周期信号-连续频谱 非周期性的时间函数 采用付氏变换的方

9、法进行分析(2)非规则信号：（非确定的时间函数）随机信号（例如：热噪声）（均匀频谱且趋于无穷大） 采用随机过程、概率和统计的方法进行分析。,二、信号的表示方法重点： 时域表达式(波形)，频域表达式(频谱) 两种表示方法的实质是一致的。 时域表达式和频域表达式的直接关系： 周期信号(离散谱） 付氏级数方法正变换：反变换：,非周期信号（连续谱） 付氏变换方法正变换：反变换：,例1：单频正弦信号 f(t)=Asin(t): 单谱,周期信号单、双边频谱,例2：对称方波的合成与分解,单边谱,双边谱,结论,（1）合成和分解的各次谐波的幅度，随谐波频率的上升而下降，故高次谐波项可以忽略。一般911次谐波即可

10、较好地合成方波。（2）信号的时域波形与频域特性的内在关系分析 *高次谐波分量:主要决定方波前后沿的陡度 *低次谐波分量:主要决定方波平顶的平缓度（3）推广：任何一个周期信号均可合成与分解。 例：电子乐器：管乐以方波为主，弦乐 以三角波为主 语音合成：清音，浊音（4）进一步推广： 对任意信号的时域波形与频谱间的对应关系，也有重要的借鉴作用。,三、常用周期信号的波形与频谱,1-2-2 调幅信号及其频谱,实现调幅： AM -普通调幅（带载波双边带） DSB-抑制载波双边带调幅 SSB-单边带调幅 VSB-残留边带调幅,一、普通调幅 AM 1单频信号调幅（1）时域表达式（波形） 令初始相位为零，要求

11、调制信号： 载波信号： 则已调信号： 调制度： （否则，将产生过调失真）,单频调幅波形频谱,（2）频域表达式（频谱） 包括载波分量，上边频（频率和）和下边频（频率差）；即：调幅过程是一个线性的频谱搬移过程，故称为线性调幅。（3）频带宽度 B 调制信号角频率： ；则调制频率为： 载波信号角频率： ；则载波信号频率为：频带宽度:(是设计通信广播系统的重要指标） B =( fo +F) - (fo - F) =2F,2多频信号调幅复杂(多频)调制信号,多频调制信号,多频调幅信号的瞬时表达式：,频带宽度: B=(fo +Fmax)-(fo - Fmax)=2Fmax多频调幅波形频谱：,3多路信号的频率

12、分配（频分多路）例：中短波调幅广播电路规定:Fmax=4.5KHz，则频带宽度 B =2Fmax=9KHz 多路信号频率分配,此时： AM的能量利用率,单频调幅时：最大,所以：载波频谱的幅度是边带频谱的幅度的2倍。 (令负载电阻为单位电阻),载波功率：,边带功率：,能量利用率：,当 时: 能量利用率为 11%左右。为了提高能量利用率，可采用DSB方式。,(百分之百调幅),二、抑制载波双边带调幅 DSB方式,乘法器平衡调幅,平衡调幅波形频谱,频带宽度:(与AM相同）,三、单边带调幅 SSB（一般用于通信电台）,为节省频带，可只传送一个携带全部信息的边带（上边带或下边带）。但调制、解调电路比较复杂

13、。,滤出DSB的下边带：,滤出DSB的上边带：,SSB波形频谱：,四、残留边带调幅 VSB,界于DSB与SSB之间，可节省带宽和提高能量利用率，且易于实现。( 注意低频段的信号强度问题。) 例：电视信号 Fmax=6MHz（图象），B=12MHz 采用 VSB方式：图象 7.5MHz +伴音=8MHz,VSB波形频谱,1-2-3 调角信号及其频谱,一、调频（FM）和调相（PM）信号 要求,调制信号：,载波信号：,则已调信号：FM,调制,PM,调制,均改变相角,，统称为调角,（瞬时频率）,（瞬时相位）,FM，PM,1瞬时频率,与瞬时相位,的关系,2. FM和PM的时域表达式,FM:,最大频率偏移

14、,瞬时相位：,瞬时频率：,调频指数：,PM:,最大频率偏移,瞬时相位：,瞬时频率：,调相指数：,单音调制信号: FM: PM:,多音调制信号: FM: PM:,*mF与mp的比较,调角信号表达式对比：,FM波形、频谱,二、调角信号的频谱,1 调角信号的分解 FM与PM的表达式类似； 单频调制: 令 ,调角信号的已调信号：,即：已调信号中含有载频分量 和无穷多对边频分量,2 调角信号的频谱,贝塞尔函数曲线,贝塞尔函数系数,贝塞尔函数简表可见：,（1）载频分量和边频分量的振幅VJn(m)与m的取值有关；（2）随着边频次数 n,Jn(m) (即边频分量的振幅）。（3）对于所有的 m ：当边频分量的个

15、数nm +1时，均有Jn(m)0.1(功率0.01)，即边频分量的振幅已经很小，忽略小于0.01的边频分量功率，不会对调角信号的已调信号(信息量)产生太大的影响。,定义调角信号的频带宽度：,1. 一般情况下 的平均值 (固定值)则FM的抗干扰性能优于PM；2. 因为 , 所以FM、PM的抗干扰性能优于AM。调频信号的频谱,注意：多频调制时（以2频F1、F2调制为例）1.FM、PM的频谱 除中心频率分量fo和边频分量fonF1、fonF2之外，增加交叉调制分量fopF1qF2。（n、p、q=1，2，3.) 故FM、PM称为非线性调制；2.AM的频谱(DSB、SSB、VSB相同）中心频率分量fo和

16、边频分量foF1、foF2之外，无其它频率分量。故调幅称为线性调制。（即FM、PM通过展宽频谱来提高抗干扰性能。）,1-2-4 数码调制信号及其频谱,数码信号:以下均采用单极不归零0、1交替的数码调制信号。 一、振幅键控(ASK)信号及其频谱,1.等幅ASK:脉冲宽度；T: 0、1交替码脉冲重复周期；对0、1交替码(占空比为50%):=T/2设：f =4KHz；则：T=1/f =1/4ms =T/2=1/8ms带宽：B=22/1/2=2/=16KHzASK等幅信号频谱,2调幅ASK1信号调幅（单频F1调幅）；0信号不调幅，即带宽 B=2F1例：F1=0.4KHz B =2F1=0.8KHz F

17、1=0.8KHz B =2F1=1.6KHz 显然比等幅ASK节省带宽,二、频率键控(FSK)信号及其频谱 1载频信号f1 0载频信号f2 令：f1f2 带宽 B =2/+(f1-f2) FSK信号,FSK信号频谱,三、相位键控(PSK)信号带宽与等幅ASK相同PSK信号(绝对调相),1-2-5 多路通信及已调波比较,一、多路通信 频分多路通信（ FDMA）,时分多路通信 （TDMA）,码分多路通信 CDMA (CDMA/DS),二、已调信号比较,1抗干扰性能比较(1)一般情况 的平均值 (固定值），则FM的抗干扰性能优于PM；(2) 因为 、 ，所以FM、PM的抗干扰性能优于 ；(3) 数码

18、调制抗干扰性能优于模拟调制。 *可整形； *可进行纠错编码等。,2频带宽度比较 因为 、 ，所以FM、PM的频带宽度大于AM。 数字脉冲调制频带宽度与脉冲宽度成反比，且ASK、PSK优于FSK。,3设备的功率利用率 因为FM、PM为等幅调制，调制前后载波幅度和平均功率相同，而AM等调幅波调制前后载波幅度和平均功率随调制信号变化。所以FM、PM波的设备的功率利用率优于调幅波。对于AM波 令： 为AM已调波功率，Pc 为载波功率（与 、 相同） =1时： 的最大值=4倍Pc 的平均值=1.5倍Pc 则：(1)若发射机的额定发射功率相同， 则： (2)若要求 = 则：AM需要较大额定发射功率,第2章

19、 通信电路基础,2.1 高频电路中的元器件及组件2.2 调谐回路与谐振滤波器2.3 阻抗转换与阻抗匹配2.电子噪声,2-1 高频电路中的元件、器件和组件,2-1-1 导线,裸铜线、镀银（金）线、漆包线、塑包线(单多)、纱包线(单多股)、导线组。馈线：(已属传输线范畴) 50、75同轴电缆 300扁平电缆,一、导线的高频趋肤效应 导线电阻的大小与导线的横截面积成正比。 导线趋肤效应示意图,例：直径=0.644mm的铜导线由导线表：直流电阻 =60.97/km横截面积 =0.3257mm2,设：f =10MHz时：铜导线的趋肤深度为0.0216mm。等效环截面积 =0.0422mm2则： 即 =0

20、.45/m设：f =200MHz时： =2208/km即 =2.2/m改进： 镀银线，空心导线，波导管(内外壁镀银),二、直导线的电感例：直径0.644mm 长10cm，电感量=0.106h ,低频时可忽略； XL=2fL，高频时，f 和等效L同时变大，不可忽略。,2-1-2 电感,电感线圈的分布电容和阻抗特性曲线,重要：电感线圈的品质因数 QL=(L)/r 在一定范围内，r 也，品质因数QL近似常数。易于测量及电路分析计算。 L或r, 可提高QL值 例：中波接收天线：采用多股纱包线 短波接收天线：采用镀银线,2-1-3 电容实际电容阻抗特性.,2-1-4 电阻电阻的高频等效电路,金属膜电阻的

21、频率特性,2-1-5 传输线（高频范畴）1.传输线 长线：l 传输线分布参数电路,双线、同轴线特性阻抗,2.特性阻抗 Zc 双线传输线:,3.终端开路、终端短路传输线(高频电路的分布元件),例：/4传输线的特性和应用。,如发射、接收天线,4.宽带传输线变压器结构示意图,平衡、不平衡转换,4：1传输线变压器,9：1传输线变压器,2-2 调谐回路与谐振滤波器,2-2-1调谐回路1.串联谐振回路（电流谐振）,串联谐振回路的幅频特性,2.并联谐振回路（电压谐振）,并联谐振回路的幅频特性,例2-1 放大器以并联谐振回路为负载，信号中心频率，回路电容CpF，（）计算所需的线圈电感值；（）若线圈的品质因数为

22、Q=100，试计算回路谐振电阻及回路带宽；（）若放大器所需带宽为 ，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求？,对于单调谐回路 （串联、并联）带宽：,选择性：,解）由,得,）回路谐振电阻回路带宽,）要求带宽变宽，即回路电阻变小（并联电阻）,3、部分接入的并联振荡回路,目的：实现阻抗匹配；减小负载对谐振回路的影响,设接入系数为：n=U2/U1，则：RL=n2RL,a、自耦变压器部分接入电路,接入系数：,部分到全部增大,全部到部分减小,信号源的匹配: Rs=R0,紧耦合：,接入系数:,b、电容抽头部分接入电路,负载部分接入电路实现阻抗变换,接入系数：,接入系数：,例：图示电路是一电容抽头

23、的并联振荡回路，信号角频率=10106rad/s。试计算谐振时回路电感L和有载QL值（设线圈Qo值为100）；并计算输出电压与回路电压的相位差。,解：由题意知,1、单调谐回路中通频带和选择性问题,单调谐回路中Q值越高，谐振曲线越尖锐，通频带越窄，选择有用信号的能力越强即选择性越好。但在需要保证一定通频带的条件下，又要选择性好，对于单调谐回路来说是难以胜任的。采用耦合振荡回路就可以解决单调谐回路中通频带和选择性的矛盾。,2-2-2 双调谐回路,三种形式的双调谐回路,双调谐回路的谐振特性,初、次回路参数相异时,对于双调谐回路（双峰、谷点为0.707时）带宽,选择性：,2、耦合谐振回路及特性分析,a

24、、两个概念,耦合因数表示耦合与Q共同对回路特性造成的影响。,b、频率特性分析,设：初级回路总阻抗为Z1，次级回路总阻抗为Z2，两回路之间的耦合阻抗为Zm，则两回路方程为：,整理上式，得右式为了简化分析，只讨论等振、等Q电路。等振：指初、次级回路谐振频率相等；等Q：指初、次级回路Q相等。,得到归一化幅频特性：,不同值时的频率特性曲线：, =1，称为临界耦合， 曲线为单峰。, 1，称为欠耦合, 1，称为过耦合， 曲线为双峰。 =2.41时,2-2-3 石英晶体振荡器,等效电路及符号,石英晶体的电抗特性,2-2-4 陶瓷滤波器,符号、等效电路及特性,2-2-5 声表面波滤波器,结构示意,(a) 外形

25、 (b) 符号,选频特性：当叉指换能器的几何参数以及发端换能器的距离一定时，它就具有选择某一频率信号输出的能力。特点：可满足多种频率特性、性能稳定、工作频率高、体积小、可靠性高等。,彩电中放用声表面波滤波器的幅频特性,总结,2-3 阻抗转换与阻抗匹配,2-3-1 振荡回路的阻抗变换,实现阻抗变换，减小负载对回路的影响具体方法：部分接入谐振回路 变压器耦合,阻抗转换的作用 ：现阻抗匹配，负载获得最大输出功率阻抗匹配（复共轭匹配）：电阻匹配、电抗匹配要求：无损耗或损耗最小,2-3-2 LC网络阻抗变换,分类：L型、T型、II型1）串-并联阻抗变换,2） L型网络阻抗变换（异性质阻抗变换网络）,L-

26、I型网络：负载电阻与Xp并联,适合：RLRe的情形,对输入阻抗：,显然要求：RLRe,L-II型网络：负载电阻与Xs串联,适合：RLRe的情形,具体的 LC网络阻抗变换,三种匹配网络,） T型和II型网络阻抗变换,a） II型网络阻抗变换,分为两部分考虑：左右分别为Q1,Q2；分别对Re，RL匹配，而左右两部分合在一起时，又是谐振的，且左右的阻抗相等,b）T型网络阻抗变换,2-3-3 变压器阻抗变换,2-4电子噪声,2-4-1 概述,噪声（干扰）分类： 外部干扰 ： 天电干扰 （宇宙射线、大气./脉冲型干扰） 工业干扰 （电火花、开关./脉冲型干扰） 无线电波 （正弦型干扰） 内部噪声与干扰：

27、 电源干扰(本身、外部干扰的通路) 调制的量化噪声(模/数变换时产生) 电阻、晶体管的热噪声(起伏噪声、随机噪声、白噪声)克服方法： 屏蔽、电路系统的良好设计、及元器件的性能。,噪声对信号的干扰,2-4-2 起伏噪声,起伏噪声：随机噪声（长时间统计满足正态分布），故又称白色噪声(类似白光的频谱) 起因：由导体内自由电子等的无规则热运动造成。实质为 s持续时间的脉冲电流。现象：极短时间内：为正、负值的无规则起伏电流。长时间统计（实际工作情况）：各方向运动的概率相同，电流均值为零，但均方值(功率)不为零。因此，可通过噪声电流、噪声电压或噪声电动势的均方值（功率）来衡量噪声的大小。实验表明：起伏噪声

28、的功率谱密度在0107MHz频谱范围内均匀分布，且近似为常数N0。可用 N0来衡量起伏噪声的大小。,一、 电阻及阻抗的热噪声1电阻的热噪声,噪声电压均方值=4KTRf 噪声电流均方值=4KTGf 功率谱密度No： WR（f）=4KTR式中： K为波尔兹曼常数，1.3810-23J/K T为电阻的绝对温度 f为电路带宽或等效噪声带宽2阻抗的热噪声 纯电抗（无损耗电抗）不会产生热噪声。,噪声电压方差:,噪声功率与噪声功率谱密度,电阻热噪声功率谱密度: Sn(f)=4kTR,所以,电阻的噪声电压方差:,噪声通过线性网络的传输:,二、阻抗回路的热噪声,输入噪声功率谱密度,输出噪声功率谱密度,1）等效电

29、阻与输出噪声功率谱密度计算,2）输出噪声电压方差计算,3）通过线性系统噪声带宽计算,设|H(j)|的最大值为H0, 则可定义一等效噪声带宽Bn令：,线性系统 其电压传输函数为H(j)。 设输入一电阻热噪声,均方电压谱为SUi=4kTR, 输出均方电压谱为SUo, 则输出均方电压U2n2为,则等效噪声带宽Bn为：,如1）LRC回路噪声传递,等效噪声噪声带宽 Bn=fn =1.57 B0.7,2）RC回路的热噪声,(请自行推导),2-4-3 晶体管与场效应的噪声,一、晶体管噪声 1.热噪声 由接线电阻和rbe、rbb等产生，rbb较大，影响最大。故低噪声晶体管要求rbb较小。2.散粒（散弹）噪声

30、因为载流子是随机地通过PN结，则到达集电极的载流子数目（ic) 在平均值上下起伏，其分布类似热噪声。 散粒噪声大小ic工作 低噪声放大器的前级应小 电流工作（几十A级)，以减小散粒噪声。,3.分配噪声: 非白噪声，随f工作而，称为有色噪声。即：随着工作f，射级注入基区的少数载流子，在基区的停留时间(渡越时间),分配噪声,ic的变化加大。 分配噪声显著增加的频率为： 工作 后，分配噪声以 6dB/10倍频程的速度增长。4. 1/f 噪声(闪烁噪声） 低频段：101000Hz，随着工作f，1/f 噪声，为-3dB/10 倍频程的速度。,二、场效应的噪声1. 沟道热噪声 与正向转移跨导gm成正比。2

31、. 栅极感应噪声 与f工作、Cgs成正比; 与gm成反比。3. 栅极散粒噪声 结型场效应管栅级漏电流。 MOS效应管可忽略。4. 1/f 噪声(闪烁噪声） 双极晶体管：101000Hz 结型场效应管：1001000Hz MOS效应管：100K1MHz 试验表明：效应管的噪声系数Nf1+1/(Rsgm), 即:(1) 适用于Rs大的高阻信号源(恒压源)； (2) gm可以很大。例：东芝2SK147 效应管gm=50ms(ID=8mA)时， 若 Rs=49(不是很大）Nf=1.4(1.46dB)（较好）,2-4-4 噪声系数,一、信号噪声比（信噪比）,例：甲网络输出信噪比,乙网络输出信噪比,显然:

32、 甲网络输出信噪比，优于乙网络的输出信噪比 ，但不能断定甲网络系统的噪声性能一定优于乙网络。系统的噪声性能需由噪声系数度量。,二、噪声系数1噪声系数的基本定义,2含网络功率增益Kp的Nf 表示式,设：网络本身产生的噪声，在输出端等效为Pnn则：Pno= PniKp + Pnn,对于理想网络：Pnn=0 ，Nf=1 对于实际网络：Pnn0 ，Nf1,放大电路输入端的信噪比与输出端的信噪比与放大电路的输入电阻Ri和放大电路的输出电阻Ro的大小无关, 为了计算和测量方便,噪声系数可在合适的条件下进行,方法如下:1）匹配法: 假设放大电路的输入和输出都匹配;2）负载开路法; 如图，不考虑RL的噪声，求

33、电阻线性网络的噪声系数NF。,噪声系数的计算方法,负载开路法,解：应用负载开路法,设RL开路,则Pno=4kTRsPno=4kTR NF=1+Pno/Pno =1+4kTR/4kTRs,负载短路法,如图，不考虑RL的噪声，求电阻线性网络的噪声系数NF。解：应用负载短路法,设RL短路,则Pno=4kTGsPno=4kTGNF=1+Pno/Pno =1+4kTG/4kTGs =1+ Rs/R,三、 噪声温度Te 噪声温度是用来表征放大电路内部噪声的一种形式。噪声温度的概念是,把放大电路的内部噪声看作是由信号源内阻Rs在温度为Ti时所产生的噪声。Te=T(Nf-1)=290K(Nf-1)对于理想网络

34、：Te=0 ，Nf=1对于实际网络：Te0 ，Nf1例：令 T=290k(17摄氏度）Nf=0.5dB, 即：Nf=1.12 ,Te=35kNf=0.8dB, 即：Nf=1.21 ,Te=61kNf= 3 dB, 即：Nf=2 ,Te=290kNf= 7 dB, 即：Nf=5 ,Te=1160k,四、 多级放大器的噪声系数,或：,可见：因为Ap的乘积很大，所以多级放大器的噪声主要取决于系统 的第一、二级。,五、 接收机的灵敏度,在规定的输出信噪比时，接收机所需的最小输入信号电压，定义为接收机的灵敏度。,2-4-5放大器的噪声系数 晶体管共发射极放大器的噪声系数 晶体管噪声等效电路,令：信号源内

35、阻Srbb ,ffT,最佳信号源内阻sopt,最佳集电极电流Icopt,2-4-6 线性系统低噪声设计的考虑,一、低噪声放大器的设计考虑 1选择低噪声、高增益的前级放大电路； 2选择低噪声的元器件； 3正确选择晶体管放大器的直流工作点(Icopt)； 4选择合适的信号源内阻(sopt)； 5降低噪声温度； 6用窄带滤波器滤除大幅度的脉冲干扰。,二、 接收机低噪声设计考虑1 减少接收天线的馈线长度；2 提高天线增益。,2.5 非线性失真,2.5.1 非线性失真产生的机理 1、增益压缩 2、谐波失真 3、阻塞失真 4、交调 5、互调,第3章 高频谐振放大器,3.1 高频小信号放大器3.2 高频功率

36、放大器的原理和特性 3.3 晶体管高频功率放大器的高频效应 3.4 高频功率放大器的实际线路 3.5 丁类（D类）高频功率放大器3.6高频功放、功率合成与射频模块放大器,3.1 高频小信号放大器,3-1-1高频小信号放大器基础一、宽、窄带小信号 高频放大器综述 宽带放大器:相对频带 fH /fL 1 窄带放大器:(fo很大时) 相对频带 fH /fL 1,小信号高频放大器是线性放大器，甲类工作。,作用：放大信号幅度要求：不失真、 增益尽量大、不自激，选择性好,二、电路及高频交流等效电路小信号高频放大器电路,宽带放大,窄带放大,交流通路,宽带窄带,例：集成中放,3-1-2 晶体管高频等效电路,1

37、.物理模拟等效电路的模型：混合型（晶体管内部情况描述）2. 四端网络参量等效电路：h参数、Y参数、z参数、S参数等效电路（用于放大器电路设计）3. 高频交流等效电路：电路的交流通路等效（用于电路分析）,一、晶体管混合型等效电路,(1) 基极体电阻 rbb : 5 100 rbb 较小时，高增益和低噪声。(2)发射结等效电阻 rbe : 500 2000 rbe =re = VT/Ie 发射结等效电阻 re = VT/Ie26mV/Ie(3)发射结电容 Cbe 100 500pf(4)集电结电阻 rbc 2 5M (可忽略)(5)集电结电容 Cbc 0.5 5pf 为内部反馈元件，严重影响放大器

38、的性能指标。(6)受控电流源 gm vbe : 表征晶体管的放大作用。 gm 称为晶体管的跨导 gm=1/re =/rbe gm vbe = Ib (7)集-射极电阻 rce : 10 100K (可忽略)(8)集-射极电容 Cce : 2 10pf (可忽略),混合型等效电路的简化,高频,低频,二、晶体管网络参量等效电路,共发射极电路1h参数等效电路,h参数等效电路,2Y参数等效电路,e,共发射极放大电路Y参数等效电路,三、Y参数与混合型参数的关系(见教材P65),Y参数定义,四、晶体管高频特性的几个频率参数,f 共射截止频率 fT 特征频率 f共基截止频率 fmax 最高振荡频率 fmax

39、f fT ff工作f时：|= fT/f工作 （ f = fT/ ） fT=o f,五、 场效应晶体管等效电路,优点：(1)iD与VGS是平方率关系，频率变换方便；(2)线性区域宽，动态范围大；(3)噪声系数低；(4)输入阻抗高 (高频时与f的平方成反比下降，但仍大大高于双极型晶体管)。缺点：功率增益通常低于双极型晶体管。,3-1-3 小信号宽带放大器 调制信号带宽较大时(如:全电视信号为8MHz),窄带调谐放大器不易制作，采用： (1) 多级宽放与集中带通滤波方法。 (2) 多级宽放与调谐放大器组合方法。分析方法：高频交流等效电路、传递函数等。有关参量：增益、幅频特性、相频特性、 上限截止频率

40、、输入阻抗、输出阻抗一、共e、共b、共c宽带放大器设：Ai为电流增益, Av为电压增益 ，Ri为输入电阻, R0 为输出电阻，fH 为上限截止频率，BAv 为增益带宽乘积(B与Av成反比)高频工作时的特点：,1.共发(共e)宽带放大器（1）Ai ，Av 均较大；（2）Ri ，R0 均适中(容性:f ,等效R0);（3）为提高fH 射极加电流串联负反馈电阻，虽工作稳定，但Av，且fH 仍较低。2.共基(共b)宽带放大器（1）AireCbe时，Ri0（负阻）。（3）fH与共e放大器同一数量级。,二、级联组合放大器,利用各种电路的特点，及负反馈等方法，以提高放大器的性能。1.共e-共b级联宽带放大电

41、路 通过加大负载强度，以降低增益的代价来提高fH。 共e（T1）-共b(T2)放大器电路 （1）T2的Ri 小 T1的负载重， 则：Av, fH； （2）RL(UL)与Ri (US)被T2隔离，工作稳定； （3）T1因负载重而Av1，但T2有Av2，所以总Av仍较大； （4）T2的Ai21，但T1的Ai1较大，所以总Ai仍较大；,2负反馈宽带放大电路 通过负反馈，以降低增益的代价来提高fH，和工作的稳定性。,三、电感串并联补偿宽带放大电路 通过电感串并联补偿的方法，提高fH（上限截止频率）。1集电极并联补偿电路,说明,幅频特性,无LC时：f , XC (负载加重）,Av， 原fH较小；有LC时

42、：f 到LC与C总的并联谐振频率fp时，等效负载阻抗值加大，放大器负载减轻，Av。 且RC较大时，Q较小，曲线平坦。当 新fH=1.73倍原fH时： 最平幅频条件 :,最平时延条件 : k=0.322兼顾两条件取 : k=0.36,2集电极串并联补偿电路,说明,幅频特性,无LC时： 原fH较小；有LC时： fp处：LC与C2并联谐振，等效负载阻抗值加大，放大器负载减轻，Av。 fS处：ffp时，LC与C2回路容性。 等效电容与L串联谐振，LC与C2回路(容性)上的阻抗最大，Av。且RC，R 较大时，Q 较小，曲线平坦。,3-1-4 小信号调谐放大器,一、概述 1小信号调谐放大器为窄带(选频)放

43、大器，线性(甲类)工作。 2种类: *（单级）单调谐、双调谐放大器； *（多级）调谐放大器，每级同频工作，总通频带下降； *（多级）参差调谐放大器，每级工作频率不同，总通频带提高。特点：负载为谐振回路,二、小信号单调谐放大器 1单管共e调谐放大电路及等效电路,谐振回路电阻,最终等效电路,2定量分析 回路谐振频率 回路通频带(即放大器通频带) 回路的有载 放大器选择性 放大器电压增益,上式表明：共e放大器的输入、输出相互牵制。 Cbc0(Yre0)时：YiYie，YoYoe,输入导纳,输出导纳,由上述公式可知, 电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数有关： (1) 为了增大A

44、u0, 应选取|yfe|大, goe小的晶体管。 (2) 为了增大Au0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放大器, 则要求其gie小。 (3) 回路谐振电导g0越小, Au0越大。而g0取决于回路空载值Q0, 与Q0成反比。 (4) u0与接入系数p1、p2有关, 但不是单调递增或单调递减关系。由于p1和p2还会影响回路有载值e, 而e又将影响通频带,所以p1与p2的选择应全面考虑, 选取最佳值。,三、小信号双调谐放大器 电路和等效电路,优点： 1. 通频带B0.7大于单调谐放大器； 2. 选择性K0.1优于单调谐放大器。 要求：两回路参数完全对称三种耦合方式： 互感耦合-工作频率高，调整

45、困难； 电容耦合-简单、易调整，工作频率低； 部分变压器耦合-工作稳定、易调整，工作频率低。双调谐与单调谐性能比较： 单调谐放大器：通频带：B0.7=fo/Q 选择性：K0.1=9.96 电容耦合双调谐放大器：临界耦合 强耦合（谷点为0.7时） 通频带:B0.7=1.414fo/Q B0.7=3.1fo/Q 选择性:K0.1=3.16 K0.1=1.44,四、多级小信号高频放大器 1多级宽频带放大器 总增益Av(N)为N级放大器增益的乘积； 总通频带 B0.7 下降。,2多级单调谐放大器（各级同频工作） 总增益提高； 总通频带 B0.7下降； 总选择性 K0.1 变好。,3. 多级双调谐放大器

46、（各级同频工作） 总增益提高； 总通频带 B0.7下降 总选择性 K0.1变好。,例：广播收音机有三级中放(回路)，fo=465kHz，要求通过B0.7为9kHz的调幅信号，求每级中放的B0.7和回路Q值。解：三级放大：B的压缩系数为0.51（1）每级中放的B0.7=9/0.5118kHz（2）回路Q值 Q=fo/B0.7=465/1826,五、参差调谐放大器 1双参差调谐放大器,通过f1和f2的不同取值，可形成单峰或双峰的总特性。 带宽、增益与双调谐接近，选择性K0.1劣于双调谐回路。,2三参差调谐放大器,三参差调谐放大器回路的参量选择：f01=f0 f02=f0+0.43f0.7 f03=

47、f0-0.43f0.7B1=2f0.7 Q1=Q B2=0.52f0.7Q2=2QB3=0.52f0.7 Q3=2Q 式中： fo为放大器的中心频率; 2f0.7 为放大器的总带宽(总幅频特性); Q 为放大器的等效品质因数,3.组合差调谐放大器例1：单调谐+双调谐,例2：集总滤波+宽放+调谐,3-1-5 场效应管高频放大器 一、结型场效应管高频放大器,两管组成共S-共G级联放大器。与共e-共b级联放大器相同，除放大量大、工作稳定、高频特性好等特点外，还有噪声低、动态范围大、线性好等独特性能。,二、双栅效应管高频放大器 双栅管内部为共S-共G级形式。,3-1-6 调谐放大器的稳定性,一、原因,

48、共e放大电路，Y参数等效(1)经Cbc反馈的电流if (YreVL)，与输入信号幅度相同、方向相同时，电路产生自激；,(2)不满足幅度、相位条件时，虽不产生自激，但破坏输入回路的谐振特性。,共e单调谐放大器增益,低频工作时：fe0,LC=0 放大器倒相，不会自激。高频工作时：fe0,LC0，及re， fe LC re Ube(ib) iC Uec Uce YreUce(if)if：反馈电流，引起不稳定，可能产生自激。 在c-b 间外加中和电容，引入负反馈(与if相位相反)，以破坏自激条件。,二、稳定系数S,定义：放大器信号源电压：反馈电压：,稳定系数S：,1、S为正实数时，两者同相，满足自激振

49、荡条件2、|S|1时，反馈量小，不会自激3、|S|1时，反馈量大 ，放大器不稳定，可能自激 单级放大电路一般取|S|=5-10 |S|过大，会导致增益下降。4、YreS 和YfeS,下面从两个角度观察稳定系数S,（1）反馈观点 已知：if = is 时, 不稳定且可能自激。 则： 反馈系数=if/is 越大越好。（2）导纳参数观点 已知：Yi中含有正反馈分量（if），则: Ys+Yi=0 时，为临界自激条件。这时，正反馈的能量抵消了回路损耗的能量，即电纳部分相互抵消。 带入Yi的公式，化简后为：,即：YreS 和YfeS,讨论： S=1 临界自激条件; S1 不易自激，但不一定稳定； S1 正

50、反馈弱，不自激，工作稳定。 一般要求：S = 510,三、稳定系数S与电压增益Av的关系 一般Av, S, 易自激。 设：fe=0, re-/2 即：Yfe=|Yfe|, Yre-jCre 则：,（1）S, Avo；（2）为提高Avo应选|Yfe|大和|Yre|小的管子。 （以上为Yre内部反馈引起的放大器不稳定。另外，有电磁耦合、电源串扰等的影响，可通过电路设计和结构工艺解决。）,四、提高放大器的稳定性的措施（1）选|Yre|小和|Yfe|大;(|Yfe|不能过大)（2）降低工作频率（提高fT)；（3）消除Yre的正反馈作用,成为单向器件。1中和法 在输入回路中加入另一个反馈分量YNVL(i