高频电路原理与分析(全套ppt课件).ppt

《高频电路原理与分析》第1章绪论 课程名称：课程名称： 通信电子线路通信电子线路英文名称：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教材名称及作者：西安电子科技大学出版社                  曾兴雯主编曾兴雯主编《《高频电路原理与分析高频电路原理与分析》》（第四版）（第四版） 21世纪高等学校通信类规划教材 《高频电路原理与分析》第1章绪论 本课程的特点课程的目的、要求课程的目的、要求 目的目的：：–了解通信电子信息产生、发射、接收的原理与方法；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；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；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分析和解决通信电子线路中实际问题的能力,培养创培养创新实践精神；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。

电子专业打下基础《高频电路原理与分析》第1章绪论 要求：要求：1）了解通信电子线路的特点，通信电子信息产生、发射、接收的原理与）了解通信电子线路的特点，通信电子信息产生、发射、接收的原理与方法；方法；2）熟悉基本通信电子器件的功能特点和用途；）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；）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：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、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；《高频电路原理与分析》第1章绪论 基本内容及学时分配基本内容及学时分配 1. 通信电子线路序论（通信电子线路序论（4））   1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述   1.2 无线电信号无线电信号2. 高频电路基础（高频电路基础（4））   2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件   2.2振荡回路振荡回路   2.3 电子噪音电子噪音3 高频谐振放大器（高频谐振放大器（8））   3.1高频小信号放大器高频小信号放大器   3.2 高频功率放大器的原理与特性高频功率放大器的原理与特性   3.3  高频功放的高频效应高频功放的高频效应   3.4  高频功率放大器的实际线路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高频功放、功率合成与射频模块放大器《高频电路原理与分析》第1章绪论 4  正弦波振荡器（正弦波振荡器（6））    4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理   4.2  LC振荡器振荡器   4.3  振荡器频率的稳定度振荡器频率的稳定度   4.4 LC振荡器的设计方法振荡器的设计方法   4.5  石英晶体振荡器石英晶体振荡器   4.6  振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象5 频谱的线性搬移电路（频谱的线性搬移电路（6））   5.1 非线性电路的分析方法非线性电路的分析方法   5.2 二极管电路二极管电路   5.3 差分对电路差分对电路   5.4其他频谱线性搬移电路其他频谱线性搬移电路 6 振幅调制、解调与混频（振幅调制、解调与混频（8））   6.1 振幅调制振幅调制   6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调   6.3 混频混频   6.4 混频器的干扰混频器的干扰7 角度调制与解调（角度调制与解调（8））   7.1角度调制信号分析角度调制信号分析   7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法   7.3 调频电路调频电路   7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法   7.5 鉴频电路鉴频电路   7.6 调频收发信机及附属电路调频收发信机及附属电路   7.7 调频多重广播调频多重广播《高频电路原理与分析》第1章绪论 第一章第一章  绪论绪论 简介简介§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号   §1-2-2 调幅信号及其频谱调幅信号及其频谱   §1-2-3 调角信号及其频谱调角信号及其频谱   §1-2-4 数码调制信号及其频谱数码调制信号及其频谱   §1-2-5 多路通信及已调波比较《高频电路原理与分析》第1章绪论 简简     介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《高频电路原理与分析》第1章绪论 §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、通信系统二、通信系统模式        特性：衰减特性、干扰情况、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《高频电路原理与分析》第1章绪论 无线调幅发射机框图无线调幅发射机框图《高频电路原理与分析》第1章绪论 无线调幅接收机框图无线调幅接收机框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 数字彩电接收机框图数字彩电接收机框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、通信系统中的调制与解调三、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： 《高频电路原理与分析》第1章绪论 调制方式分类 《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、通信系统的波段划分《高频电路原理与分析》第1章绪论 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　《高频电路原理与分析》第1章绪论 （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共同的基本特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 （3）传输距离     *与发射功率、效率，接收灵敏度有关；     *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共同的基本特性(续续)《高频电路原理与分析》第1章绪论 §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）《高频电路原理与分析》第1章绪论 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。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、信号的表示方法二、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： 《高频电路原理与分析》第1章绪论       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(ωt):   单谱《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 结论结论（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9~11次谐波即可较好地合成方波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《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、常用周期信号的波形与频谱三、常用周期信号的波形与频谱《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §1-2-2 调幅信号及其频谱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《高频电路原理与分析》第1章绪论 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         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）《高频电路原理与分析》第1章绪论 单频调幅波形频谱 《高频电路原理与分析》第1章绪论 （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《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．多频信号调幅复杂(多频)调制信号多频调制信号多频调制信号多频调幅信号的瞬时表达式：《高频电路原理与分析》第1章绪论  频带宽度: B=(fo +Fmax)-(fo - Fmax)=2Fmax 多频调幅波形频谱： 《高频电路原理与分析》第1章绪论 3．多路信号的频率分配（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《高频电路原理与分析》第1章绪论 此时：此时： AM的能量利用率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)《高频电路原理与分析》第1章绪论 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）《高频电路原理与分析》第1章绪论 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、解调电路比较复杂滤出DSB的下边带：滤出DSB的上边带：  SSB波形频谱：《高频电路原理与分析》第1章绪论 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=8MHzVSB波形频谱《高频电路原理与分析》第1章绪论 §1-2-3 调角信号及其频谱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《高频电路原理与分析》第1章绪论  1．瞬时频率与瞬时相位的关系        2.  FM和PM的时域表达式FM:最大频率偏移瞬时相位：瞬时频率：调频指数：《高频电路原理与分析》第1章绪论 PM:最大频率偏移瞬时相位：瞬时频率：调相指数：《高频电路原理与分析》第1章绪论 单音调制信号:   FM:        PM:多音调制信号:   FM:        PM:《高频电路原理与分析》第1章绪论 *mF与与mp的比较的比较《高频电路原理与分析》第1章绪论 调角信号表达式对比：调角信号表达式对比： 《高频电路原理与分析》第1章绪论 FM波形、频谱波形、频谱 《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、调角信号的频谱二、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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．． 调角信号的频谱调角信号的频谱贝塞尔函数曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论 贝塞尔函数系数《高频电路原理与分析》第1章绪论 贝塞尔函数简表可见：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 ：当边频分量的个数n>m +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：《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 注意：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fo±nF1、fo±nF2之外，增加交叉调制分量fo±pF1±qF2n、p、q=1，2，3...)    故故FM、、PM称为非线性调制称为非线性调制；2.AM的频谱(DSB、SSB、VSB相同）  中心频率分量fo和边频分量fo±F1、fo±F2之外，无其它频率分量  故调幅称为线性调制。

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《高频电路原理与分析》第1章绪论 §1-2-4 数码调制信号及其频谱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《高频电路原理与分析》第1章绪论 1.等幅ASK τ: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%):τ=T/2设：f =4KHz； 则：T=1/f =1/4[ms]  τ =T/2=1/8[ms]带宽：B=2×2π/τ×1/2π=2/τ=16KHzASK等幅信号频谱 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．调幅ASK‘1’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 =2×F1=0.8KHz            F1=0.8KHz   B =2×F1=1.6KHz    显然比等幅ASK节省带宽《高频电路原理与分析》第1章绪论  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：f1>f2    带宽 B =2/τ+(f1-f2)                        FSK信号 FSK信号频谱《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、相位键控(PSK)信号 带宽与等幅ASK相同 PSK信号(绝对调相)《高频电路原理与分析》第1章绪论 §1-2-5 多路通信及已调波比较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) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、已调信号比较二、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) 数码调制抗干扰性能优于模拟调制。

      *可整形；          *可进行纠错编码等《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 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  《高频电路原理与分析》第1章绪论 第第2章章  通信电路基础通信电路基础2.1 高频电路中的元器件及组件高频电路中的元器件及组件2.2 调谐回路与谐振滤波器调谐回路与谐振滤波器2.3  阻抗转换与阻抗匹配阻抗转换与阻抗匹配2.４电子噪声４电子噪声《高频电路原理与分析》第1章绪论  §2-1 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件§2-1-1   导线导线裸铜线、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)           50Ω、75Ω同轴电缆           300Ω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《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：直径=0.644mm的铜导线由导线表：直流电阻        =60.97Ω/km横截面积                =0.3257mm2《高频电路原理与分析》第1章绪论 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        =0.45Ω/m设：f =200MHz时：    =2208Ω/km即        =2.2Ω/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=0.106μh ,低频时可忽略； XL=2πfL，高频时，f 和等效L同时变大，不可忽略  《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-1-2  电感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=(ωL)/r           在一定范围内ω↑，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《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-1-3 电容电容实际电容阻抗特性.《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-1-4 电阻电阻电阻的高频等效电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 金属膜电阻的频率特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-1-5 传输线（高频范畴）传输线（高频范畴）1.传输线     长线：l≤λ   传输线分布参数电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 双线、同轴线特性阻抗2.特性阻抗 Zc  双线传输线:《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.终端开路、终端短路传输线(高频电路的分布元件)《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：λ/4传输线的特性和应用如发射、接收天线《高频电路原理与分析》第1章绪论 4.宽带传输线变压器结构示意图 平衡、不平衡转换《高频电路原理与分析》第1章绪论 4：1传输线变压器 9：1传输线变压器《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-2  调谐回路与谐振滤波器§2-2-1调谐回路调谐回路1.串联谐振回路（电流谐振）串联谐振回路的幅频特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.并联谐振回路（电压谐振）并联谐振回路的幅频特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 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C＝５０pF，（１）计算所需的线圈电感值；（２）若线圈的品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻及回路带宽；（３）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：《高频电路原理与分析》第1章绪论 解１）由得２）回路谐振电阻　　回路带宽３）要求带宽变宽，即回路电阻变小（并联电阻）《高频电路原理与分析》第1章绪论 3、部分接入的并联振荡回路、部分接入的并联振荡回路目的：目的：实现阻抗匹配；减小负载对谐振回路的影响实现阻抗匹配；减小负载对谐振回路的影响CLR'LCLRLR'LU1U2设设接入系数接入系数为：为：n=U2/U1，，则：则：RL'=n2RL信号源的阻抗匹配信号源的阻抗匹配  Rs = Ri负载的阻抗匹配负载的阻抗匹配  RL = R0阻抗匹配阻抗匹配CLrRLRsRiRo《高频电路原理与分析》第1章绪论 a、、自耦变压器部分接入电路自耦变压器部分接入电路 接入系数：接入系数：部分到全部部分到全部—增大增大全部到部分全部到部分—减小减小R'0信号源的匹配信号源的匹配: Rs=R0'L1N1N2L2MRSR0紧耦合紧耦合：：n=M/L2紧紧耦合：耦合：《高频电路原理与分析》第1章绪论 R接入系数接入系数:b、、电容抽头部分接入电路电容抽头部分接入电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 负载部分接入电路负载部分接入电路——实现阻抗变换实现阻抗变换接入系数：接入系数：接入系数：接入系数：《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：图示电路是一电容抽头的并联振荡回路，信号角例：图示电路是一电容抽头的并联振荡回路，信号角频率频率ω=10 106rad/s。

试计算谐振时试计算谐振时回路电感回路电感L和有和有载载QL值（设线圈值（设线圈Qo值为值为100）；并计算输出电压与）；并计算输出电压与回路电压的相位差回路电压的相位差解解：：由题意知由题意知《高频电路原理与分析》第1章绪论 1、单调谐回路中通频带和选择性问题、单调谐回路中通频带和选择性问题        单调谐回路中单调谐回路中Q值越高，谐振曲线越值越高，谐振曲线越尖锐，尖锐，通频带越窄，选择有用信号的能力通频带越窄，选择有用信号的能力越强越强——即选择性越好即选择性越好但在需要保证一但在需要保证一定通频带的条件下，又要选择性好，对于定通频带的条件下，又要选择性好，对于单调谐回路来说是难以胜任的单调谐回路来说是难以胜任的采用耦合采用耦合振荡回路就可以解决单调谐回路中通频带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和选择性的矛盾§2-2-2 双调谐回路双调谐回路《高频电路原理与分析》第1章绪论 三种形式的双调谐回路《高频电路原理与分析》第1章绪论 双调谐回路的谐振特性初、次回路参数相异时《高频电路原理与分析》第1章绪论 对于双调谐回路（双峰、谷点为0.707时）带宽 选择性：《高频电路原理与分析》第1章绪论 耦合系数耦合系数——反映两回路的相对耦合程度。

定义为耦合元件反映两回路的相对耦合程度定义为耦合元件电抗的绝对值与初、次级回路中同性质元件电抗值的几何平电抗的绝对值与初、次级回路中同性质元件电抗值的几何平均值之比均值之比耦合系数耦合系数k通常在通常在0～～1之间，之间，k<0.05称为弱耦合；称为弱耦合；              k>0.05称为强耦合；称为强耦合； k=1称为全耦合称为全耦合2、耦合谐振回路及特性分析、耦合谐振回路及特性分析a、、两个概念两个概念耦合因数耦合因数——表示耦合与表示耦合与Q共同对回路特性造成的影响共同对回路特性造成的影响《高频电路原理与分析》第1章绪论 b、、频率特性分析频率特性分析设：设：初级回路总阻抗为初级回路总阻抗为Z1，，次次级回路总阻抗为级回路总阻抗为Z2，，两回路之两回路之间的耦合阻抗为间的耦合阻抗为Zm，，则两回则两回路方程为：路方程为：L1L2C1r1C2r2+_I2EI1整理上式，得右式整理上式，得右式为了简化分析，只讨论为了简化分析，只讨论等振、等等振、等Q电路等振：等振：指初、次级回路谐振频率相等；指初、次级回路谐振频率相等；等等Q：：指初、次级回路指初、次级回路Q相等《高频电路原理与分析》第1章绪论 得到归一化幅频特性：得到归一化幅频特性：《高频电路原理与分析》第1章绪论 不同不同η值时的频率特性曲线：值时的频率特性曲线：η=1η>1η<11ξξ0  η =1，，称为临界耦合，称为临界耦合，             曲线为单峰。

曲线为单峰  η <1，，称为欠耦合称为欠耦合  η >1，，称为过耦合，称为过耦合，             曲线为双峰曲线为双峰 η =2.41时时《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-2-3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器等效电路及符号石英晶体的电抗特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-2-4  陶瓷滤波器陶瓷滤波器符号、等效电路及特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-2-5  声表面波滤波器声表面波滤波器结构示意     (a) 外形                                (b)  符号 声声表表面面波波传播方向传播方向RsUsRL选频特性：选频特性：当叉指换能器的几何参当叉指换能器的几何参数以及发端换能器的距离一定时，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它就具有选择某一频率信号输出的能力特点：特点：可满足多种频率特性、性能可满足多种频率特性、性能稳定、工作频率高、体积小、可靠稳定、工作频率高、体积小、可靠性高等《高频电路原理与分析》第1章绪论 彩电中放用声表面波滤波器的幅频特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 一千兆赫一千兆赫几百兆赫几百兆赫几十兆赫几十兆赫最高工作频率最高工作频率可达可达50%可达可达10%小于小于1%相对带宽相对带宽可小于可小于1.2可小于可小于4矩形系数矩形系数可满足多种频率特性、可满足多种频率特性、性能稳定、工作频率性能稳定、工作频率高高可靠性高、性能稳定、可靠性高、性能稳定、成本低、工作频率较成本低、工作频率较高高频率稳定、频率稳定、Q值值高、相对带宽高、相对带宽窄窄特点特点符号符号三端三端两端两端声表面滤波器声表面滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器晶体滤波器滤波器名称滤波器名称总结总结《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-3  阻抗转换与阻抗匹配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阻抗转换的作用 ：现阻抗匹配，负载获得最大输出功率：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：无损耗或损耗最小要求：无损耗或损耗最小《高频电路原理与分析》第1章绪论 §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《高频电路原理与分析》第1章绪论 2） L型网络阻抗变换（异性质阻抗变换网络）L-I型网络：负载电阻与Xp并联适合：RL＞Re的情形《高频电路原理与分析》第1章绪论 对输入阻抗：显然要求：RL＞Re《高频电路原理与分析》第1章绪论 L-II型网络：负载电阻与Xs串联适合：RL

《高频电路原理与分析》第1章绪论 噪声对信号的干扰 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-4-2 起伏噪声起伏噪声起伏噪声：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：起伏噪声的功率谱密度在0~107MHz频谱范围内均匀分布，且近似为常数N0［Ｗ］可用 N0来衡量起伏噪声的大小《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、 电阻及阻抗的热噪声1．电阻的热噪声《高频电路原理与分析》第1章绪论     噪声电压均方值=4KTRΔf     噪声电流均方值=4KTGΔf    功率谱密度No： WR（f）=4KTR式中：            K为波尔兹曼常数，1.38×10-23J/K            T为电阻的绝对温度           Δf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。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 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:《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、阻抗回路的热噪声二、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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 1）等效电阻与输出噪声功率谱密度计算《高频电路原理与分析》第1章绪论 2）输出噪声电压方差计算《高频电路原理与分析》第1章绪论 3）通过线性系统噪声带宽计算设|H(jω)|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(jω) 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：《高频电路原理与分析》第1章绪论 如1）LRC回路噪声传递 等效噪声噪声带宽  Bn=Δfn =1.57 B0.7 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2）RC回路的热噪声(请自行推导)《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-4-3 晶体管与场效应的噪声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rb'e、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    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μA级)，以减小散粒噪声《高频电路原理与分析》第1章绪论 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：10~1000Hz，随着工作f↓，1/f 噪声↑，为-3dB/10 倍频程的速度《高频电路原理与分析》第1章绪论 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. 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：10~1000Hz    结型场效应管：100~1000Hz       MOS效应管：100K~1MHz　  试验表明：效应管的噪声系数Nf≈1+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=49Ω(不是很大）Nf=1.4(1.46dB)（较好）《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-4-4 噪声系数噪声系数一、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: 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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 设：网络本身产生的噪声，在输出端等效为Pnn则：Pno= Pni·Kp + Pnn 对于理想网络：Pnn=0 ，Nf=1 对于实际网络：Pnn>0 ，Nf>1《高频电路原理与分析》第1章绪论          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，求电阻Ｒ线性网络的噪声系数NF。

噪声系数的计算方法《高频电路原理与分析》第1章绪论 负载开路法负载开路法解：应用负载开路法,设RL开路,则PnoⅠ=4kTRsPnoⅡ=4kTR  NF=1+PnoⅡ/PnoⅠ       =1+4kTR/4kTRs 《高频电路原理与分析》第1章绪论 负载短路法负载短路法如图，不考虑RL的噪声，求电阻Ｒ线性网络的噪声系数NF解：应用负载短路法,设RL短路,则PnoⅠ=4kTGsPnoⅡ=4kTGNF=1+PnoⅡ/PnoⅠ               =1+4kTG/4kTGs           =1+ Rs/R                《高频电路原理与分析》第1章绪论 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：Te=0 ，Nf=1对于实际网络：Te>0 ，Nf>1例：令 T=290k(17摄氏度） Nf=0.5dB, 即：Nf=1.12 ,Te=35k Nf=0.8dB, 即：Nf=1.21 ,Te=61k Nf= 3 dB, 即：Nf=2    ,Te=290k Nf= 7 dB, 即：Nf=5    ,Te=1160k《高频电路原理与分析》第1章绪论 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。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论 五、五、 接收机的灵敏度接收机的灵敏度 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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §2-4-5放大器的噪声系数放大器的噪声系数    晶体管共发射极放大器的噪声系数    晶体管噪声等效电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 令：信号源内阻ＲS>>rbb' ,f<>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：作用：放大信号幅度放大信号幅度要求：要求：不失真、不失真、 增益增益尽量大、不自激，选择尽量大、不自激，选择性好性好《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、电路及高频交流等效电路小信号高频放大器电路宽宽带带放放大大窄窄带带放放大大《高频电路原理与分析》第1章绪论 交流通路宽带宽带　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　窄带窄带《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：集成中放 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-1-2 晶体管高频等效电路晶体管高频等效电路1.物理模拟等效电路的模型：　　　　　混合π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）《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、晶体管混合π型等效电路 (1) 基极体电阻 rbb' : 5 ~ 100Ω rbb'  较小时，高增益和低噪声2)发射结等效电阻 rb'e : 500 ~ 2000Ω     rb'e  =βre = β·VT/Ie   发射结等效电阻  re = VT/Ie≈26mV/Ie(3)发射结电容 Cb'e  100 ~ 500pf(4)集电结电阻 rb'c   2 ~ 5MΩ (可忽略)(5)集电结电容 Cb’c  0.5 ~ 5pf  为内部反馈元件，严重影响放大器的性能指标。

6)受控电流源   gm vb'e  : 表征晶体管的放大作用   gm 称为晶体管的跨导     gm=1/re =β/rb'e    gm vb'e = βIb (7)集-射极电阻  rce : 10 ~ 100KΩ (可忽略)(8)集-射极电容  Cce : 2~ 10pf  (可忽略)《高频电路原理与分析》第1章绪论 混合π型等效电路的简化高频高频低频低频《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、晶体管网络参量等效电路 共发射极电路1．h参数等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 h参数等效电路2．Y参数等效电路e共发射极放大电路　共发射极放大电路　Y参数等效电路参数等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、Y参数与混合π型参数的关系(见教材P65)Y参数定义《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、晶体管高频特性的几个频率参数fβ  共射截止频率   fT   特征频率        fα 共基截止频率   fmax 最高振荡频率         fmax>fα≥  fT  > fβ  f工作<>fβ时：|β|=  fT  /f工作 （ fβ = fT /       ）   fT  =αo fα《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-1-3 小信号宽带放大器小信号宽带放大器            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、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：《高频电路原理与分析》第1章绪论 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）Ai<1, Av 较大；（2）Ri 小，R0 容性；（3） fH大，BAv 是共e放大器的2~8倍。

3.共集电极(共c)宽带放大器（1）Ai较大，Av <1 ；（2）Ri 大，R0 小(感性:f↑,等效R0 ↑)；Ri 比低频工作时↓，且R'LCo >reCb'e时，R'i<0（负阻）3） fH与共e放大器同一数量级《高频电路原理与分析》第1章绪论 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）R'L(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Ai2<1，但T1的Ai1较大，所以总Ai仍较大；《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 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说明《高频电路原理与分析》第1章绪论 幅频特性 ①无LC时：f ↑, XC↓ (负载加重）,Av↓，  原fH较小；②有LC时：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③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《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．集电极串并联补偿电路说明说明《高频电路原理与分析》第1章绪论 幅频特性 ①无LC时： 原fH较小；②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：∵f>fp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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §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：负载为谐振回路负载为谐振回路《高频电路原理与分析》第1章绪论 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谐振回路电阻路电阻《高频电路原理与分析》第1章绪论 最终等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 上式表明：共e放大器的输入、输出相互牵制。

  Cb'c→0(Yre→0)时：Yi≈Yie，Yo≈Yoe输入导纳输入导纳输出导纳输出导纳《高频电路原理与分析》第1章绪论             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Au0, 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Ｑ值Q0, 与Q0成反比        (4) Ａu0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Ｑ值Ｑe, 而Ｑe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《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、小信号双调谐放大器 电路和等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 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：  互感耦合互感耦合--工作频率高，调整困难；                              电容耦合电容耦合--简单、易调整，工作频率低；                  部分变压器耦合部分变压器耦合--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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 3. 多级双调谐放大器（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《高频电路原理与分析》第1章绪论 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=9/0.51≈18kHz（2）回路Q值   Q=fo/B0.7=465/18≈26《高频电路原理与分析》第1章绪论 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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 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+0.43×△f0.7       f03=f0-0.43×△f0.7B1=2△f0.7           Q1=Q                 B2=0.5×2△f0.7   Q2=2QB3=0.5×2△f0.7   Q3=2Q                 式中： fo 为放大器的中心频率;                                  2△f0.7 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《高频电路原理与分析》第1章绪论 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 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-1-5 场效应管高频放大器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 《高频电路原理与分析》第1章绪论  二、双栅效应管高频放大器    双栅管内部为共S-共G级形式《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-1-6 调谐放大器的稳定性调谐放大器的稳定性 一、原因一、原因共e放大电路，Y参数等效(1)经Cb'c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《高频电路原理与分析》第1章绪论 共e单调谐放大器增益低频工作时：φfe≈0,φLC=0          放大器倒相π，不会自激高频工作时：φfe≠0,φLC≠0，及φre，                   φfe   φLC   π     φre         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《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、稳定系数S定义：放大器信号源电压：定义：放大器信号源电压：　　　反馈电压：　　　反馈电压：稳定系数S：《高频电路原理与分析》第1章绪论 1、、S为正实数时，两者同相，满足自激振荡条件为正实数时，两者同相，满足自激振荡条件2、、|S|>1时，反馈量小，不会自激时，反馈量小，不会自激3、、|S|<1时，反馈量大时，反馈量大 ，放大器不稳定，可能自激，放大器不稳定，可能自激       单级放大电路一般取单级放大电路一般取|S|=5-10        |S|过大，会导致增益下降。

过大，会导致增益下降4、、  Yre↑→S↓ 和Yfe↑→S↓下面从两个角度观察稳定系数下面从两个角度观察稳定系数S《高频电路原理与分析》第1章绪论 （1）反馈观点 已知：if << is 时,  电路稳定，              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：Yre↑→S↓ 和Yfe↑→S↓《高频电路原理与分析》第1章绪论 讨论：  S=1   临界自激条件;  S<1   正反馈强，易自激；  S>1   不易自激，但不一定稳定；  S>>1  正反馈弱，不自激，工作稳定        一般要求：S = 5～10 《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、稳定系数S与电压增益Av的关系  一般Av↑, S↓, 易自激  设：φfe=0, φre≈-π/2    即：Yfe=|Yfe|, Yre≈-jωCre  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《高频电路原理与分析》第1章绪论 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YNV'L(i'f),与YreVL(if)大小相等、方向相反，以抵消YreVL的作用,实现中和  即：-YNV'L=YreVL         或： -i'f = if，i'f+if=0调谐放大器中的中和 《高频电路原理与分析》第1章绪论 调谐放大器中的中和 说明：抽头为电感中间，说明：抽头为电感中间，即电感的中间为零电位，即电感的中间为零电位，则则两端两端a、、c的电位相反的电位相反，，故内部反馈电容和外部中故内部反馈电容和外部中和电容上的电流方向正好和电容上的电流方向正好相反，对其它电路而言，相反，对其它电路而言，看不到反馈电容的电流反看不到反馈电容的电流反馈了馈了《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．失配法由：             可见：通过加大YL(RL↓)，输出失配，使 Yi≈Yie.。

共e-共b放大电路是典型的失配法电路，共e的YL是共b的Yi大(Ri小)，产生失配使S↑,即工作稳定性提高，且fH↑《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-1-7 集成高频小信号放大实例集成高频小信号放大实例一、调频中放集成电路外接谐振回路外接谐振回路《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、汽车收音机中频电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、100MHz调谐放大电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3.2 高频功率放大器的原理和特性高频功率放大器的原理和特性§3-2-1概述概述               工作频率                          相对频带                        负载低频    几kHz                       例:20~20kHz                  电阻、变压器(宽带)  几MHz                           fH/fL=1000    高频     几百kHz                   例:fo=1MHz                        选频网络(窄带)  几千MHz                        B=4kHz                           (末级)               几万MHz                        fH/fL=1.008高频        几MHz                        fH/fL大                       高频变压器、(宽带) 几十MHz                                                          传输线变压器                                                                                    (中间级、次末级) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 共同要求：    1.信号输出功率高    2.效率η高    3.不失真          不同之处：     1.工作频率、相对频带、负载不同。

     2.电路形式不同(甲类→丙类、丁类)《高频电路原理与分析》第1章绪论 1、、使用高频功率放大器的目的使用高频功率放大器的目的         放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率2、、高频功率信号放大器使用中需要解决的三个问题高频功率信号放大器使用中需要解决的三个问题①①高效率输出高效率输出②②高功率输出高功率输出        高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高是输出功率大和效率高联想对比：联想对比：③③不失真不失真输出输出《高频电路原理与分析》第1章绪论 3、、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负                    载均为载均为谐振回路谐振回路不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同工作点不同；；                    晶体管动态范围不同。

晶体管动态范围不同谐振功率放大器波形图谐振功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图小信号谐振放大器波形图《高频电路原理与分析》第1章绪论 小信号谐振放大器波形图小信号谐振放大器波形图 观测：工作点，观测：工作点，                 输出不失真输出不失真《高频电路原理与分析》第1章绪论 谐振功率放大器波形图谐振功率放大器波形图观测：工作点，观测：工作点，                 输出严重失真输出严重失真《高频电路原理与分析》第1章绪论 4 4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处共同之处: :都要求输出功率大和效率高都要求输出功率大和效率高        功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率器的效率 谐振功率放大器谐振功率放大器通常用来放大通常用来放大窄带高频信号窄带高频信号( (信号的通信号的通带宽度只有其中心频率的带宽度只有其中心频率的1%1%或更小或更小) )，其工作状态通常选为，其工作状态通常选为丙类工作状态丙类工作状态( ( c c＜＜9090 ) )，，为了不失真的放大信号，它的为了不失真的放大信号，它的负载必须是负载必须是谐振回路谐振回路。

        非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或大器低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线宽带传输线为负载《高频电路原理与分析》第1章绪论 工作状态工作状态        功率放大器一般分为功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器谐振功率放大器通常工作于谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态丙类工作状态，属于，属于非线性电路非线性电路功率放大器的主要技术指标是功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率输出功率与效率《高频电路原理与分析》第1章绪论 5.高频功放在发射机中的位置高频功放在发射机中的位置《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-2-2  谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理1、、原理电路原理电路        晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。

流能量的过程中起开关控制作用 谐振回路谐振回路LC是晶体管的负载是晶体管的负载电路工作在丙类工作状态电路工作在丙类工作状态外部电路关系式：外部电路关系式：晶体管的内部特性：晶体管的内部特性：《高频电路原理与分析》第1章绪论 谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 故晶体管的转移特性曲线表达式：故晶体管的转移特性曲线表达式：故得：故得：必须强调指出：必须强调指出：集电极电流集电极电流i ic c虽然是脉冲状，但由于谐振回虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出        谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下图所示图所示导通角《高频电路原理与分析》第1章绪论 谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线导通开始点导通开始点放大区放大区截止区截止区《高频电路原理与分析》第1章绪论 高频高频功率功率放大放大器中器中各分各分电压电压与电与电流的流的关系关系《高频电路原理与分析》第1章绪论 高频高频功率功率放大放大器中器中各部各部分电分电压与压与电流电流的关的关系系三极管产生功三极管产生功耗的时段耗的时段输入端情况输入端情况输出端情况输出端情况《高频电路原理与分析》第1章绪论 LC回路能量转换过程回路能量转换过程       回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。

回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释 回路是由回路是由L、、C二个储能元件组成二个储能元件组成 当晶体管由截止转入导电时，由于当晶体管由截止转入导电时，由于回路中电感回路中电感L L的电流不能突变，因此，输的电流不能突变，因此，输出脉冲电流的大部分流过电容出脉冲电流的大部分流过电容C，，即使即使C充电充电电压的方向是下正上负充电电压的方向是下正上负这时直流电源时直流电源VCC给出的能量储存在电容给出的能量储存在电容C之中过了一段时间，当电容两端的电之中过了一段时间，当电容两端的电压增大到一定程度压增大到一定程度( (接近电源电压接近电源电压) )，晶，晶体管截止体管截止 由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起荡当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡《高频电路原理与分析》第1章绪论 2、、谐振功率放大器的功率关系和效率谐振功率放大器的功率关系和效率        功率放大器原理：利用输入到基极的信号来控制集电功率放大器原理：利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。

率输出去由前述所知：由前述所知：        有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率电极耗散功率P==直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；Po=交流输出信号功率；交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；集电极耗散功率；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：故集电极效率：故集电极效率：P== Po+ Pc《高频电路原理与分析》第1章绪论 由上式可以得出以下两点结论：由上式可以得出以下两点结论：1)   设法尽量设法尽量降低集电极耗散功率降低集电极耗散功率P Pc c，，则集电极效率则集电极效率 c c自自 然会提高这样，在给定然会提高这样，在给定P P= =时，晶体管的交流输出功时，晶体管的交流输出功 率率P Po o就会增大；就会增大； 如果维持晶体管的集电极耗散功率如果维持晶体管的集电极耗散功率P Pc c不超过规定值，那不超过规定值，那么提高集电极效率么提高集电极效率 c c，，将使交流输出功率将使交流输出功率P Po o大为增加大为增加谐振谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。

功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的        2) 由式                           可知《高频电路原理与分析》第1章绪论 如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率Pc 可见使可见使ic在在vc最低的时候才能通过，那么，集电极耗散最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小功率自然会大为减小晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率： 故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是集电极电流应该是脉冲状脉冲状导通角小于导通角小于180 ，处于丙类，处于丙类工作状态工作状态 谐振功率放大器工作在丙类工作状态时谐振功率放大器工作在丙类工作状态时 c＜＜90 ，，集集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……《高频电路原理与分析》第1章绪论 直流功率：直流功率：输出交流功率：输出交流功率：Vcm           回路两端的基频电压回路两端的基频电压             Icm1           基波电流基波电流Rp              回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗                        放大器的集电极效率：放大器的集电极效率：P==VCC Ic0由于由于LC谐振回谐振回路只对基波谐振，路只对基波谐振，故两端呈现基波故两端呈现基波电压，不存在高电压，不存在高次谐波电压及其次谐波电压及其功率成分功率成分《高频电路原理与分析》第1章绪论 集电极电压利用系数集电极电压利用系数波形系数，通角波形系数，通角 c的函数；的函数； c越小越小g1( c)越越大大 越大越大( (即即Vcm越大或越大或vmin越小越小) ) c越小效率越小效率 c越高。

因此，丙越高因此，丙类谐振功率放大器提高效率类谐振功率放大器提高效率 c的途径即为减小的途径即为减小 c角；使角；使LC回路谐振在信号的基频上，即回路谐振在信号的基频上，即ic的最大值应对应的最大值应对应vc的最小值的最小值 基极偏置为负值；半导通角基极偏置为负值；半导通角 c＜＜90 ，，即丙类工作状即丙类工作状态；负载为态；负载为LC谐振回路谐振回路故故谐振功率放大器的工作特点谐振功率放大器的工作特点：：式中：式中：《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-2-3 谐振功率放大器的折线近似分析法谐振功率放大器的折线近似分析法一、折线法一、折线法 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的流的直流分量直流分量Ic0和和基频分量基频分量Icm1        工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算折线法就是常用的一高频功率放大器进行分析和计算折线法就是常用的一种分析法种分析法        所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。

法《高频电路原理与分析》第1章绪论 折线化的前提要求：工作在低频区折线化的前提要求：工作在低频区低频区低频区:f:f工作工作<0.5f<0.5fββ ( (可忽略内部电抗可忽略内部电抗) )中频区中频区:0.5f:0.5fββ

《高频电路原理与分析》第1章绪论 若临界线的斜率为若临界线的斜率为gcr，，则临界线方程可写为则临界线方程可写为 iC=gcrvC        在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：和区，将放大区的工作状态分为三种： 由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关只受集电极电压的控制，而与基极电压无关则则 iC =gc(vB–VBZ)  (vB＞＞VBZ) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 3)3)临界工作状态：临界工作状态： 是欠压和过压状态的分界点，是欠压和过压状态的分界点， 集电极最大点电流集电极最大点电流正好落在临界线上正好落在临界线上2)2)过压工作状态：过压工作状态： 集电极最大点电流进入集电极最大点电流进入临界线之左临界线之左的饱和区，的饱和区， 交流输出电压较高且变化不大。

交流输出电压较高且变化不大1)1)欠压工作状态：欠压工作状态： 集电极最大点电流集电极最大点电流在临界线的右方在临界线的右方，， 交流输出电压较低且变化较大交流输出电压较低且变化较大《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、集电极余弦电流脉冲的分解三、集电极余弦电流脉冲的分解        当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉冲是流脉冲是尖顶余弦脉冲尖顶余弦脉冲这适用于这适用于欠压或临界状态欠压或临界状态尖顶余弦脉冲尖顶余弦脉冲晶体管的内部特性为：晶体管的内部特性为：它的外部电路关系式它的外部电路关系式当当 t=0时时，，ic= ic max ic=gc(vB–VBZ)vB= –VBB+Vbmcos tvC= VCC–Vcmcos t因此，因此，ic max= gcVbm(1–cos  c)《高频电路原理与分析》第1章绪论 若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数由傅里叶级数的求系数法得由傅里叶级数的求系数法得其中：其中：尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数《高频电路原理与分析》第1章绪论 尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数当当 c≈120 时，时，Icm1/icmax达到最大值。

在达到最大值在Ic max与与负载阻抗负载阻抗Rp为某定值的为某定值的情况下，输出功率将达情况下，输出功率将达到最大值这样看来，到最大值这样看来，取取 c=120 应该是最佳通应该是最佳通角了但此时放大器处角了但此时放大器处于于甲类工作状态而效率甲类工作状态而效率太低太低右图可见：右图可见：《高频电路原理与分析》第1章绪论 尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数由于：由于：－波形系数－波形系数由曲线可知：由曲线可知： 极端情况极端情况 c=0时，时，此时此时 =1，， c可达可达100%因此，为了兼顾功率与效率，因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取最佳通角取70 左右《高频电路原理与分析》第1章绪论 1. 谐振功率放大器的动态特性谐振功率放大器的动态特性 高频放大器的工作状态是由负载阻抗高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、、激励电压激励电压vb、、供电电压供电电压VCC、、VBB等等4个参量决定的个参量决定的        为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。

样的变化 集电极动态特性：集电极动态特性：在输入信号的激励下，在晶体管输出在输入信号的激励下，在晶体管输出特性上不同时刻集电极电压特性上不同时刻集电极电压υυcece与集电极电流与集电极电流i iC C的轨迹四、谐振功率放大器的动态特性与负载特性四、谐振功率放大器的动态特性与负载特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 当放大器工作于当放大器工作于谐振状态谐振状态时，它的外部电路关系式为时，它的外部电路关系式为vB= –VBB+Vbmcos t vC= VCC–Vcmcos t消去消去cos t可得，可得，vB= –VBB+Vbm另一方面，晶体管的折线化方程为另一方面，晶体管的折线化方程为 ic = gc(vB–VBZ)得出在得出在iC–vC坐标平面上的动态特性曲线坐标平面上的动态特性曲线( (负载线或工作路负载线或工作路) )方方程：程：= gd(vC– V0)《高频电路原理与分析》第1章绪论 图中示出动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义是：图中示出动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义是：        从负载方面看来，放大器相当于一个负电阻，亦即它相从负载方面看来，放大器相当于一个负电阻，亦即它相当于交流电能发生器，可以输出电能至负载。

当于交流电能发生器，可以输出电能至负载 用类似的方法，可得出在用类似的方法，可得出在iC–vB坐标平面的动态特性曲线坐标平面的动态特性曲线根据负载线和最大输出电压，决定三极管的工作状态：根据负载线和最大输出电压，决定三极管的工作状态：欠压状态：欠压状态：输出电压的最大点输出电压的最大点在输出特性在输出特性放大区放大区临界状态临界状态：：输出电压的最大点输出电压的最大点在输出特性在输出特性放大区和饱和区放大区和饱和区的临界点的临界点过压状态：过压状态：输出电压的最大点输出电压的最大点在输出特性在输出特性饱和区饱和区《高频电路原理与分析》第1章绪论 输出电压的最大点输出电压的最大点在输出特性在输出特性放大区和放大区和饱和区的临界点饱和区的临界点----则三极管处于则三极管处于临界临界状态状态   (即负载线与饱和线的交点即负载线与饱和线的交点)《高频电路原理与分析》第1章绪论 输出电压的最大点输出电压的最大点在输出在输出特性特性放大区放大区----欠压状态欠压状态欠压和临界状态：欠压和临界状态： iC是相同的余是相同的余弦脉冲；但临界状态弦脉冲；但临界状态UC1m大；大；《高频电路原理与分析》第1章绪论         输出电压的最输出电压的最大点大点B在输出特性在输出特性饱饱和区和区----过压状态过压状态过压状态：过压状态：iC中间凹陷；中间凹陷；UC1m较临界略有增大。

较临界略有增大《高频电路原理与分析》第1章绪论 动态负载动态负载RC：：动态特性曲线斜率的倒数动态特性曲线斜率的倒数《高频电路原理与分析》第1章绪论 2. 功率放大器的负载特性功率放大器的负载特性 在其他条件不变在其他条件不变( (VCC、、VBB、、vb为一定为一定) )，只变化，只变化放大器的负载电阻而引起放大器的负载电阻而引起的放大器输出电压、输出的放大器输出电压、输出功率、效率的变化特性称功率、效率的变化特性称为为负载特性负载特性电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 1) vc、、ic随负载变化的波形随负载变化的波形vc、、ic随负载变化的波形如图所示，随负载变化的波形如图所示，放大器的输入电压是一定的放大器的输入电压是一定的，其最大值为，其最大值为Vbemax，，在负载在负载电阻电阻RP由小至大变化时，负载线的斜率由大变小，如图由小至大变化时，负载线的斜率由大变小，如图中中123不同的负载，放大器的工作状态是不同的不同的负载，放大器的工作状态是不同的, ,所所得的得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。

的2) 欠压、过压、临界三种工作状态欠压、过压、临界三种工作状态①① 欠压状态欠压状态 B点以右的区域在欠压区至临界点点以右的区域在欠压区至临界点 的范围内，的范围内，电流脉冲的幅度会随负载电阻电流脉冲的幅度会随负载电阻RP的增大而的增大而缓慢减小缓慢减小；根据；根据Vc=RpIc1，放大器的交流输出电压在欠压，放大器的交流输出电压在欠压区内区内随负载电阻随负载电阻RP的增大的增大而增大，其输出功率、效率的而增大，其输出功率、效率的变化也将如此变化也将如此《高频电路原理与分析》第1章绪论 ②② 临界状态临界状态 负载线和负载线和vb max正好相交于临界线正好相交于临界线的拐点放大器工作在的拐点放大器工作在临界线状态时，输出功临界线状态时，输出功率大，管子损耗小，放率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大大器的效率也就较大③ ③ 过压状态过压状态 在过压区，在过压区，随着负载随着负载Rp的加大，输出的加大，输出电压沿负载线从小到大到电压沿负载线从小到大到临界点临界点C C，电流也一直增大；，电流也一直增大；经过经过C C点后，由于点后，由于VceVce减小，减小，输出电流输出电流icic不再增大不再增大, ,但谐但谐振电路的固有特性，谐振电压继续增大，而振电路的固有特性，谐振电压继续增大，而Vce减小减小,电流也将电流也将减小，直到到达谐振电压峰值减小，直到到达谐振电压峰值D点，此时电流也到达谷值。

这里点，此时电流也到达谷值这里由于基波电流减小，由于基波电流减小，放大器的输出功率和效率也要减小放大器的输出功率和效率也要减小电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 根据上述分析，可以画出谐振功率放大器的负载特性曲线根据上述分析，可以画出谐振功率放大器的负载特性曲线负载特性曲线负载特性曲线欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用但晶体管用但晶体管基极调幅基极调幅，需采用这种工作状态需采用这种工作状态《高频电路原理与分析》第1章绪论 过压状态的优点是：过压状态的优点是：当负载阻抗变化时，输出电压比较平当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态负载特性曲线负载特性曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论 临界状态的特点：输出功率最大，效率也较高临界状态的特点：输出功率最大，效率也较高，比最大效，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。

态为例        掌握负载特性意义：掌握负载特性意义：对分析集电极调幅电路、基极调对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的态和指标是很有帮助的负载特性曲线负载特性曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论 五、放大器工作状态及导通角的调整五、放大器工作状态及导通角的调整1. 导通角导通角 c的调整的调整如果：希望增大如果：希望增大 c，，但要但要保持保持Icm不变，则应在增不变，则应在增加加VBB的同时，适当减小的同时，适当减小激励激励Vb导通角导通角 c增大：增大：1 1）增大输入信号的幅度）增大输入信号的幅度２）偏置电压２）偏置电压V VBBBB右移右移当当 c c增大时：增大时：i ic c脉冲脉冲电流的振幅电流的振幅IcmIcm会加会加大，输出功率大，输出功率PoPo当然当然也会加大也会加大《高频电路原理与分析》第1章绪论 2. 欠压、临界、过压工作状态的调整欠压、临界、过压工作状态的调整 调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载方法：改变集电极负载Rp；；改变供电电压改变供电电压VCC；；改变偏压改变偏压VBB；改变激励；改变激励Vb。

1) 负载特性负载特性　　改变　　改变Rp，但，但Vb、、VCC、、VBB不变不变 当负载电阻当负载电阻Rp由小至大由小至大 变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压在临变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压在临 界状态时输出功率最大界状态时输出功率最大2) (2) 集电极调制特性集电极调制特性　　改变　　改变V VCCCC，但，但R Rp p、、V Vb b、、V VBBBB不变当集电极供电电压不变当集电极供电电压V VCCCC由小至由小至 大变化时，放大器的工作状态由大变化时，放大器的工作状态由过压过压经临界转入经临界转入欠压欠压《高频电路原理与分析》第1章绪论 VCC变化时对工作状态的影响变化时对工作状态的影响在欠压区内，输出电流的在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随振幅基本上不随VCC变化变化而变化，故输出功率基本而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出不变；而在过压区，输出电流的振幅将随电流的振幅将随VCC的减的减小而下降，故输出功率也小而下降，故输出功率也随之下降随之下降VCC减小减小《高频电路原理与分析》第1章绪论 在过压区中输出电压随在过压区中输出电压随VCC改变改变而变化的特性而变化的特性为集电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅为集电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变电路中是依靠改变VCC来实现调幅过程的。

改变来实现调幅过程的改变VCC时，其工作状态和电流、功率随之变化时，其工作状态和电流、功率随之变化( (如上图所示如上图所示) )线性部分线性部分《高频电路原理与分析》第1章绪论 (3) 基极调制特性基极调制特性　　　　VBB变化　但变化　但VCC、、Vbm、、Rp不变不变由由   vB= VBB+Vbmcos t             vB max= VBB+Vbm  当当VBB由小到大变化时，由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压经临放大器的工作状态由欠压经临界转入过压界转入过压增大增大《高频电路原理与分析》第1章绪论 VBB变化时电流、功率的变化变化时电流、功率的变化线性部分线性部分《高频电路原理与分析》第1章绪论 (4) 放大特性放大特性　　　　 Vbm 变化　但变化　但VCC、、 VBB 、、Rp不变不变由由   vB= VBB+Vbmcos t             vB max= VBB+Vbm  当当Vbm由小到大变化时，由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压经临放大器的工作状态由欠压经临界转入过压界转入过压增大增大《高频电路原理与分析》第1章绪论 Vbm变化时电流、功率的变化变化时电流、功率的变化线性放大线性放大《高频电路原理与分析》第1章绪论 六、谐振功率放大器的计算六、谐振功率放大器的计算谐振功率放大器的主要指标是功率和效率。

谐振功率放大器的主要指标是功率和效率以临界状态为例：以临界状态为例：1)  首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量ic max和和 c导通角导通角 c集电极电流脉冲幅值集电极电流脉冲幅值Icm《高频电路原理与分析》第1章绪论 2)  电流余弦脉冲的各谐波分量系数电流余弦脉冲的各谐波分量系数 0( c)、、 1( c)、、…、、       n( c)可查表求得，并求得个分量的实际值可查表求得，并求得个分量的实际值3)  谐振功率放大器的功率和效率谐振功率放大器的功率和效率直流功率：直流功率： P==Ic0  VCC交流输出功率：交流输出功率：集电极效率：集电极效率：《高频电路原理与分析》第1章绪论 4) 根据根据可求得最佳负载电阻：可求得最佳负载电阻：(1)(1)在临界工作时，在临界工作时， 接近于接近于1 1，作为工作估算，可设定，作为工作估算，可设定 =1=12)  “最佳最佳”的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的效率较高，输出功率较大大器的效率较高，输出功率较大。

3)(3)可以证明，放大器所要求的最佳负载是随导通角可以证明，放大器所要求的最佳负载是随导通角 c改变改变而变化的而变化的 c小，小，Rp大要提高放大器的效率，就要求放大要提高放大器的效率，就要求放大器具有大的最佳负载电阻值大器具有大的最佳负载电阻值4)(4)在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配匹配网络和终端负载网络和终端负载( (如天线等如天线等) )相匹配相匹配《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3.3  晶体管功率放大器的高频效应晶体管功率放大器的高频效应一、概述一、概述   折线法分析：引入误差折线法分析：引入误差      由于晶体管的由于晶体管的高频特性及大信号的注入效应高频特性及大信号的注入效应而引入的高而引入的高频误差将更大，严重时，使放大器无法工作频误差将更大，严重时，使放大器无法工作     1、晶体管基区少数载流子的晶体管基区少数载流子的渡越时间渡越时间 2 2、晶体管的、晶体管的体电阻体电阻( (特别是特别是rbb 的影响的影响) ) 3 3、、饱和压降及引线电感饱和压降及引线电感等因素的影响等因素的影响 4 4、工作在、工作在大信号大信号，即大注入条件下引起的基极电流和饱，即大注入条件下引起的基极电流和饱和压降增加的影响。

和压降增加的影响 上述的这些影响都会使放大器的功率增益、最大输上述的这些影响都会使放大器的功率增益、最大输出功率及效率的急骤下降出功率及效率的急骤下降《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、基区渡越时间的影响二、基区渡越时间的影响        在高频小信号工作时，渡越角是以在高频小信号工作时，渡越角是以扩散电容的形式来表扩散电容的形式来表示基区渡越时间示基区渡越时间的影响的，由于信号的幅度小结电容可等效的影响的，由于信号的幅度小结电容可等效成线性的而在大信号高频工作时，必须考虑其非线性特性成线性的而在大信号高频工作时，必须考虑其非线性特性     通过实验，可以用示波器通过实验，可以用示波器观察功率放大器放大管各极观察功率放大器放大管各极电流波形随工作频率变化而电流波形随工作频率变化而变化的情况变化的情况高频情况下功放管各电极电流波形高频情况下功放管各电极电流波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 在工作频率很高，在工作频率很高， 渡越角在渡越角在0=10 ~20 时，功放管时，功放管各电极电流的变化情况：各电极电流的变化情况：(1)(1)发射极电流发射极电流iE    随着工作频率提高，存贮在基区中的非平衡少数载流随着工作频率提高，存贮在基区中的非平衡少数载流子子, ,由于输入信号由于输入信号vb迅速迅速向负极性变化而返回发射极向负极性变化而返回发射极，因，因而而ie出现反向脉冲，管子的导通角加大，工作频率越高出现反向脉冲，管子的导通角加大，工作频率越高, ,ie反向脉冲的宽度就越大，幅值也越南高，导通角也越扩反向脉冲的宽度就越大，幅值也越南高，导通角也越扩展。

展2) 集电极电流集电极电流iC       iC 的峰值滞后于的峰值滞后于iE 的峰的峰值，二者差一渡越角值，二者差一渡越角0，，iC的导通角也由低频时的的导通角也由低频时的 c增大到：增大到： c+20高频情况下功放管各电极电流波形高频情况下功放管各电极电流波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 (3) 基极电流基极电流iB  由于由于iE出现反向脉冲，根据出现反向脉冲，根据iB= iE– iC，所以，所以iB也出现反向电也出现反向电流脉冲，反向电流的出现，使其流脉冲，反向电流的出现，使其基波分量基波分量Ib1大大增加，大大增加，Ib1的增加的增加将提高了对激励功率的要求将提高了对激励功率的要求 上述分析表明：上述分析表明：ic的导通角加大，将使功率管的效率大的导通角加大，将使功率管的效率大大降低；大降低；Ib1的加大将使激励功率增加，这会使放大器的功的加大将使激励功率增加，这会使放大器的功率增益降低，这种现象将随工作频率升高而加剧率增益降低，这种现象将随工作频率升高而加剧高频情况下功放管高频情况下功放管 各电极电流波形各电极电流波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、晶体管基极体电阻三、晶体管基极体电阻rbb 的影响的影响 当频率增高时，已经证明基极电流的基波振值当频率增高时，已经证明基极电流的基波振值Ib1是迅速是迅速增加的，这表明增加的，这表明b –e间呈现的间呈现的交流阻抗显著减小交流阻抗显著减小，因此，因此rbb 的的影响便相对增加，要求的激励功率将更大，这会使功率增益影响便相对增加，要求的激励功率将更大，这会使功率增益进一步减小。

进一步减小四、饱和压降四、饱和压降Vces       大信号注入时，功率管的饱和压降将增大，在高频工作时，大信号注入时，功率管的饱和压降将增大，在高频工作时，集电极体电阻也要提高，致使饱和压降进一步增加集电极体电阻也要提高，致使饱和压降进一步增加例如例如: : 当当f=30MHz时，实测某管的时，实测某管的Vces=1.5V，， 当当f=200MHz时，时，Vces则可大到则可大到3.5V      Vces的增加，会使功率放大器的输出功率、效率、功率的增加，会使功率放大器的输出功率、效率、功率增益均减少增益均减少《高频电路原理与分析》第1章绪论 五、引线电感的影响五、引线电感的影响        在更高频率工作时，要考虑管子各电极引线电感的影响，在更高频率工作时，要考虑管子各电极引线电感的影响，其中以发射极的引线电感影响最严重，因为它能使输出输入其中以发射极的引线电感影响最严重，因为它能使输出输入电路之间产生寄生耦合电路之间产生寄生耦合        一般长度为一般长度为10mm的引线，其电感约为的引线，其电感约为10–3 H，，在工在工作频率为作频率为300MHz时，感抗值约为时，感抗值约为1.9 ，若通过，若通过1A高频电流高频电流，则会在此感抗上产生约，则会在此感抗上产生约1.9V的负反馈电压。

这种负反馈的负反馈电压这种负反馈当然会使输出功率及功率增益下降，并使激励增加当然会使输出功率及功率增益下降，并使激励增加《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3.4  高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成一、直流馈电电路一、直流馈电电路二、输出回路和级间耦合回路二、输出回路和级间耦合回路集电极馈电电路集电极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路级间耦合网络级间耦合网络输出匹配网络输出匹配网络《高频电路原理与分析》第1章绪论 1. 1. 集电极馈电电路集电极馈电电路        根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种为串联馈电和并联馈电两种一、直流馈电电路一、直流馈电电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 (1)  串馈电路串馈电路 指直流电源指直流电源VCC、负载回路、负载回路( (匹配网络匹配网络) )、功、功 率管三者首尾相接的一种直流馈电电路率管三者首尾相接的一种直流馈电电路C1、、LC为低通为低通 滤波电路，滤波电路，A点为高频地电位，既阻止电源点为高频地电位，既阻止电源VCC中的高频中的高频 成分影响放大器的工作，又避免高频信号在成分影响放大器的工作，又避免高频信号在LC负载回路负载回路 以外不必要的损耗。

以外不必要的损耗C1、、LC的选取原则为的选取原则为 1/  LC ＜＜回路阻抗回路阻抗 1/10                                   LC＞＞1/   c   10《高频电路原理与分析》第1章绪论 (2) 并馈电路并馈电路 指直流电源指直流电源VCC、、负载回路负载回路( (匹配网络匹配网络) )、功、功 率管三者为并联连接的一种馈电电路如图率管三者为并联连接的一种馈电电路如图LC为高频扼为高频扼 流圈，流圈，C1为高频旁路电容，为高频旁路电容，C2为隔直流通高频电容，为隔直流通高频电容， LC、、C1、、C2的选取原则与串馈电路基本相同的选取原则与串馈电路基本相同《高频电路原理与分析》第1章绪论  (3) 串并馈直流供电路的优缺点串并馈直流供电路的优缺点 在并馈电路中，信号回路两端均处于直流地电在并馈电路中，信号回路两端均处于直流地电位，即零电位对高频而言，回路的一端又直接接位，即零电位对高频而言，回路的一端又直接接地，因此回路安装比较方便，调谐电容地，因此回路安装比较方便，调谐电容C上无高压，上无高压，安全可靠；缺点是在并馈电路中，安全可靠；缺点是在并馈电路中，LC处于高处于高频高电位上，它对地的分布电容较大，将会直接影频高电位上，它对地的分布电容较大，将会直接影响回路谐振频率的稳定性；串联电路的特点正好与响回路谐振频率的稳定性；串联电路的特点正好与并馈电路相反。

并馈电路相反《高频电路原理与分析》第1章绪论 (a)  串串联联馈馈电电电电路路UCCLcCcLCVT(b)    并并联联馈馈电电电电路路UCCLcCc1Cc2LCVT直流通路直流通路UCCLcLVT直流通路直流通路UCCLcVT分布电容影分布电容影响小；但响小；但LC处于直处于直流高电位上，流高电位上，网络元件安网络元件安装不方便装不方便LC处于直流地处于直流地电位上，网络元电位上，网络元件安装方便；但件安装方便；但分布参数直接影分布参数直接影响网络的调协响网络的调协××交流通路交流通路LcCc1LCVT《高频电路原理与分析》第1章绪论 2. 基极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路也分串馈和并馈两种基极馈电电路也分串馈和并馈两种 基极偏置电压基极偏置电压VBB可以单独由稳压电源供给，也可以由集可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源电极电源VCC分压供给在功放级输出功率大于分压供给在功放级输出功率大于1W时，基极时，基极偏置常采用自给偏置电路偏置常采用自给偏置电路a)  串串联联馈馈电电电电路路UBBCcVT(b)  并并联联馈馈电电电电路路UBBCc1Cc2VTLcCc2Cc1LcRbVT自给偏压电路自给偏压电路优点：能自动维持放大器的稳定性。

优点：能自动维持放大器的稳定性有利有利于稳定输出电压，但对于要求具有线性放于稳定输出电压，但对于要求具有线性放大特性的放大器来说则不利大特性的放大器来说则不利uBE=UBB+Uimcosωt《高频电路原理与分析》第1章绪论 1. 级间耦合网络级间耦合网络        多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的态变化而变化的        这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的工作状这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的工作状态发生变化此时，若前级原来工作在欠压状态，则由于态发生变化此时，若前级原来工作在欠压状态，则由于负载的变化，其输出电压将不稳定负载的变化，其输出电压将不稳定        对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次要问题二、输出回路和级间耦合回路二、输出回路和级间耦合回路《高频电路原理与分析》第1章绪论 对于中间级应采取如下措施：对于中间级应采取如下措施：1) 1) 使中间级放大器工作于使中间级放大器工作于过压状态过压状态，使它近似为一个，使它近似为一个恒恒 压源。

压源2)   降低级间耦合回路的效率降低级间耦合回路的效率回路效率降低后，其本身回路效率降低后，其本身 的损耗加大这样下级输入阻抗的变化相对于回路本的损耗加大这样下级输入阻抗的变化相对于回路本 身的损耗而言就不显得重要了中间级耦合回路的效身的损耗而言就不显得重要了中间级耦合回路的效 率一般为率一般为 k k=0.1-0.5=0.1-0.5，，平均在平均在0.30.3上下也就是说，中上下也就是说，中 间级的输出功率应为后一级所需激励功率的间级的输出功率应为后一级所需激励功率的3-103-10倍 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2. 输出匹配网络输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载间的网络，这种匹配网络有载间的网络，这种匹配网络有L型、型、 型、型、T型网络型网络及由它们及由它们组成的多级网络，也有用双调谐耦合回路的组成的多级网络，也有用双调谐耦合回路的       输出匹配网络的主要功能与要求是输出匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波和高效率匹配、滤波和高效率。

高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的电路条件高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，将负载阻抗下，改变负载回路的可调元件，将负载阻抗Z ZL L转换成放大管转换成放大管所要求的最佳负载阻抗所要求的最佳负载阻抗R Rp p，，使管子送出的功率使管子送出的功率P P0 0能尽可能多能尽可能多的馈至负载这就叫做达到了匹配状态，或简称匹配的馈至负载这就叫做达到了匹配状态，或简称匹配《高频电路原理与分析》第1章绪论 下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，不下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，不足之处是电路的品质因数足之处是电路的品质因数Q值很低值很低( (通常通常Q＜＜10) )，，因此电路的滤因此电路的滤波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用T型或型或 型型网络网络作匹配之用作匹配之用《高频电路原理与分析》第1章绪论 下图是下图是两种两种 形网络形网络是其中的形式之一是其中的形式之一( (也可以用也可以用T型网型网络络) )图中R2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R1代表由代表由R2折合到左端折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。

的等效电阻，故接线用虚线表示《高频电路原理与分析》第1章绪论 最常见的输出回路是最常见的输出回路是复合输出回路复合输出回路，如图所示如图所示图中，介于电子器件与天线回图中，介于电子器件与天线回路之间的路之间的L1C1回路就叫做回路就叫做中介中介回路回路；；RACA分别代表天线的辐分别代表天线的辐射电阻与等效电容；射电阻与等效电容；Ln、、cn为为天线回路的调谐元件，它们的天线回路的调谐元件，它们的作用作用是使天线回路处于串联谐是使天线回路处于串联谐振状态，以获得最大的天线回振状态，以获得最大的天线回路电流路电流iA，，亦即使天线辐射功亦即使天线辐射功率达到最大率达到最大复合输出回路复合输出回路( (为了简化为了简化电路，省略了直流电源及电路，省略了直流电源及辅助元件辅助元件L 、、C 、、C 等等) )这种电路是将天线这种电路是将天线( (负载负载) )回路通过互感或其他形式与集电回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合极调谐回路相耦合《高频电路原理与分析》第1章绪论 可以看到：两种输出网络，从晶体管集电极向右方看去，可以看到：两种输出网络，从晶体管集电极向右方看去，都应等效为一个并联谐振回路，如图所示。

都应等效为一个并联谐振回路，如图所示等效电路等效电路由耦合电路的理论可知，当天线回路调由耦合电路的理论可知，当天线回路调谐到串联谐振状态时，它反映到谐到串联谐振状态时，它反映到L L1 1C C1 1中中介回路的等效电阻为介回路的等效电阻为因而等效回路的谐振阻抗为因而等效回路的谐振阻抗为《高频电路原理与分析》第1章绪论 改变改变M( (晶体管电路由于元件小，实现可变晶体管电路由于元件小，实现可变M M是较困难的，是较困难的，这时里为了便于说明问题，因而仍采用了改变这时里为了便于说明问题，因而仍采用了改变M的讲法的讲法) )，，就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回路的就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回路的等效阻抗，以达到阻抗匹配的目的等效阻抗，以达到阻抗匹配的目的 耦合越紧，即互感耦合越紧，即互感M越大，则反映等效电阻越大，回越大，则反映等效电阻越大，回路的等效阻抗也就下降越多路的等效阻抗也就下降越多《高频电路原理与分析》第1章绪论 为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载R RA A上就希望上就希望 反射电阻反射电阻r r >>>>回路损耗电阻回路损耗电阻r r1 1 衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表。

这比值叫做效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表这比值叫做中介回路的传输效率中介回路的传输效率 k，，简称简称中介回路效率中介回路效率《高频电路原理与分析》第1章绪论 从回路传输效率高的观点来看，应使从回路传输效率高的观点来看，应使Q QL L尽可能地小尽可能地小但从要求回路滤波作用良好来考虑，则但从要求回路滤波作用良好来考虑，则Q QL L值又应该足够大值又应该足够大从兼顾这两方面出发，从兼顾这两方面出发，Q QL L值一般不应小于值一般不应小于1010在功率很大在功率很大的放大器中，的放大器中，Q QL L也有低到也有低到1010以下的故有故有: :《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3.5 丁类（D类）高频功率放大器一、一、 概述概述 甲、乙、丙类甲、乙、丙类 放大器的比较放大器的比较《高频电路原理与分析》第1章绪论 甲到乙到丙类是通过不断减小导通角甲到乙到丙类是通过不断减小导通角φφ，通过减少，通过减少ic的流通时间的流通时间( (P Pc c↓)↓)，使，使ηη↑↑∵ ∵ φφ太小时太小时, ,ηη虽高虽高, ,但但Icm↓,↓,P Po o反而下降。

反而下降  为提高为提高I Icmcm，必须，必须加大激励电压加大激励电压( (太大会击穿管子太大会击穿管子) )∴∴丁丁(D)(D)类，戊类，戊(E)(E)类采用固定类采用固定φ=90φ=90o o(Icm(Icm固定固定) )，而尽量减小，而尽量减小PcPc的方法，提高的方法，提高η,η,即：管子工作于开关状态即：管子工作于开关状态导通时进入饱和区：导通时进入饱和区：       v vc c= =V Vcesces, , ic=ices截止时进入截止区：截止时进入截止区：       v vc c= =V Vcccc, , ic=0     使使Pc=Pc=V Vc cI Ic c大大减小大大减小, ,使使η↑,η↑,理想时理想时ηη接近接近100%100%《高频电路原理与分析》第1章绪论 丁类放大器的丁类放大器的iC与与vcece《高频电路原理与分析》第1章绪论 电压开关型丁类放大器电压开关型丁类放大器二、电压开关型电路二、电压开关型电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论     V VT T1 1和和V VT T2 2轮流导通、截止轮流导通、截止L L、、C C、、R R串联串联( (电流电流) )谐振，谐谐振，谐振于基波频率振于基波频率( (选频选频) )。

工作波形工作波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 V VT1T1导通：导通：A A点电位点电位= =V Vcc-cc-V Vcesces  V VT2T2导通：导通：A A点电位点电位= =V Vcesces  v vA A（方波）经付氏级数分解，选出基波（方波）经付氏级数分解，选出基波V V1 1基波电压峰值：基波电压峰值：V Vo o=V=V1 1=(2/π)(V=(2/π)(Vcccc-2V-2Vcesces  ) )基波电流峰值：基波电流峰值：I I1 1=V=Vo o/R=(2/πR)(V/R=(2/πR)(Vcccc-2V-2Vcesces  ) )平均分量：平均分量：( (直流直流) )I Icoco=I=I1 1/π=(2/π/π=(2/π2 2R)(VR)(Vcccc-2V-2Vcesces  ) )《高频电路原理与分析》第1章绪论 则输出功率：则输出功率：Po=(V1I1)/2=(2/π2R)(Vcc-2Vces  )2直流供电功率：直流供电功率：Pdc=VccIco=(2Vcc /π2R)(Vcc-2Vces)　集电极效率：集电极效率：ηc=Po/Pdc=1-(2Vces/Vcc)当当Vces很小时，很小时，ηc接近接近100%注意：注意：   选用开关时间短的器件，以提高选用开关时间短的器件，以提高ηηc c。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 另外：另外：(1)(1)电流开关型电路：电流开关型电路：ηηc c更高更高    ηηc c= =P Po o/ /P Pdcdc=1-(=1-(V Vcesces/ /V Vcccc) )(2)(2)戊戊( (E E) )类：类：    单管开关工作，开关时间下降，只有器件的电流变为零时管单管开关工作，开关时间下降，只有器件的电流变为零时管子才能导通或截止，减少了开关转换期间的器件功耗子才能导通或截止，减少了开关转换期间的器件功耗第六节结束《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3.6 高频功放、功率合成与射频模块放大器高频功放、功率合成与射频模块放大器§3-6-1 宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器一、 概述   窄带：负载为调谐回路或选频网络  宽带：负载为高频变压器： fH可达几十MHz        负载为传输线变压器： fH可达千MHz,   fH/fL可达1000应用情况：    1.为易于集成化，中间级、末前级采用宽带高频功放末级发射时再采用窄带调谐功放    2.要求大功率输出时，单管或推挽双管难以满足，直接晶体管并联使用困难且不稳定。

      为此，采用功率合成和功率分配技术《高频电路原理与分析》第1章绪论 1）低频变压器的特性与不足）低频变压器的特性与不足《高频电路原理与分析》第1章绪论 为使变压器工作于高频并展宽频带需采取的措施：为使变压器工作于高频并展宽频带需采取的措施：–尽量减小线圈的漏感与分布电容；尽量减小线圈的漏感与分布电容；•采取使用铁氧体磁心，匝数少，匝间距大采取使用铁氧体磁心，匝数少，匝间距大–减小磁心的功率损耗；减小磁心的功率损耗；•采用高频铁氧体磁心采用高频铁氧体磁心–为展宽低频相应，初级线圈电感大为展宽低频相应，初级线圈电感大•采用高导磁率磁心，加大环形磁心截面积采用高导磁率磁心，加大环形磁心截面积《高频电路原理与分析》第1章绪论 2）传输线变压器解决普通变压器不能满足工作频率高、频带宽的矛盾解决普通变压器不能满足工作频率高、频带宽的矛盾1.1.传输线变压器结构传输线变压器结构 用两根平行线绕在用两根平行线绕在高导磁率的高导磁率的磁环磁环上《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.2.传输线变压器电路表示形式传输线变压器电路表示形式 低频端采用变压器的工作模式，高频端采用传输低频端采用变压器的工作模式，高频端采用传输线模式，利用分布电容传输高频信号。

线模式，利用分布电容传输高频信号《高频电路原理与分析》第1章绪论 •1:4 1:4 传输线变压器传输线变压器《高频电路原理与分析》第1章绪论 •1:4 1:4 传输线变压器电路表示形式传输线变压器电路表示形式《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、 功率合成与分配技术1.框图   《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.平衡、不平衡转换电路  1:1《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.功率分配网络  (1:4传输线变压器组成的功率分配网络)同相功率分配: 由C端馈入信号，A,B两端输出信号(功率相等、方向相同)； D端为平衡端，网络平衡时无输出反相功率分配：由D端馈入信号；A,B两端输出信号(功率相等、方向相反)； C端为平衡端，网络平衡时无输出  (同相、反相是指电流或电压的相位，功率是无相位的)《高频电路原理与分析》第1章绪论 (1)同相功率二分配功率二分配 负载电阻 Ra=Rb有：Ic=2It          Ia=It -Id               Ib=It +Id              Id Rd=IaRa+ Ib Rb则：It=1/2(Ia+ Ib)               Id=1/2(Ia- Ib) 当Ra= Rb 时,Id =0,Ia=Ib =It=Ic/2  Ra、Rb两负载上的功率相等   Pa=Pb=I2aRa=(Ic/2)2Ra=(Ic/2)2Rb《高频电路原理与分析》第1章绪论 (2)功率匹配功率匹配  Rc=Ra/2=Rb/2当Ra=Rb时:  信号源内阻 Rc=总负载阻抗RL(RAB)=(RaRb)/(Ra+Rb)=Ra/2=Rb/2则：《高频电路原理与分析》第1章绪论 (3)两负载隔离两负载隔离 Rd=2Ra=2Rb=4Rc若：Ra>Rb 则：Id>0则：VAB=IdRd=2V=IaRa-IbRb≠0在Vs、Rc、Rb回路中:可见：Ib没有变化，原因是Ia减少的部分转为 Id≠0。

即两负载支路完全隔离《高频电路原理与分析》第1章绪论 4.功率合成网络(网络形式和参数取值完全相同)信号由A、B两端输入相同功率(等值同相电流)，负载Rc上获得A、B两端输入功率之和电路对称平衡，即符合Rc=Ra/2=Rb/2=Rd/4条件时，Id=0且A,B两端相互隔离，即一路损坏时，另一路仍可正常工作《高频电路原理与分析》第1章绪论 5.功率合成小结 《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、 功率合成与分配实例1.二分配器电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.电视公用天线原理框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.反相功率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §3-6-2 晶体管倍频器晶体管倍频器一、框图一、框图 二、电路(丙类工作) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、负载回路的滤波作用   1.提高输出回路Q值；   2.输出并吸收回路；     3.提高输出回路选择性；   4.采用推挽倍频电路      可消除偶次谐波或奇次谐波分量《高频电路原理与分析》第1章绪论 本章小结：一、谐振功率放大器的特点一、谐振功率放大器的特点二、谐振功率放大器的工作原理二、谐振功率放大器的工作原理1.1.谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2.2.谐振功率放大器的功率关系和效率谐振功率放大器的功率关系和效率《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、谐振功率放大器的折线近似分析法三、谐振功率放大器的折线近似分析法1.折线化的适用范围和分析步骤折线化的适用范围和分析步骤2.集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解•三种工作状态：欠压、临界、过压状态三种工作状态：欠压、临界、过压状态•RP、、Vcc、、Vbm、、VBB变化谐振放大器工作状态的切换变化谐振放大器工作状态的切换临界线方程临界线方程 iC=gcrvCiC =gc(vB–VBZ)  (vB＞＞VBZ) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、晶体管功率放大器的高频效应四、晶体管功率放大器的高频效应•基区渡越时间、基区渡越时间、r rbbbb’’、、VcesVces、引线电感影、引线电感影响响五、高频功率放大器的电路组成五、高频功率放大器的电路组成六、六、丁类（丁类（丁类（丁类（D D D D类）高频功率放大器类）高频功率放大器类）高频功率放大器类）高频功率放大器 七、宽带高频功率放大器七、宽带高频功率放大器七、宽带高频功率放大器七、宽带高频功率放大器《高频电路原理与分析》第1章绪论 第4章 正弦波振荡器 4.1  反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.2  LC 振振 荡荡 器器4.3  频率稳定度频率稳定度4.5  LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑4.5  石英晶体振荡器石英晶体振荡器 4.6  振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象《高频电路原理与分析》第1章绪论 § 4.1  反馈振荡器的原理自激振荡器： 将直流电能——转换为—→交变振荡能量交变振荡能量    1.按波形分类：按波形分类：      (1)简谐波振荡器：产生波形近似为正弦波简谐波振荡器：产生波形近似为正弦波                          高频：高频：LC振荡器振荡器(较稳定较稳定)                                      石英晶体振荡器石英晶体振荡器(最稳定最稳定)                          低频：低频：RC振荡器振荡器(稳定性差稳定性差)      (2)张弛振荡器：产生非正弦波张弛振荡器：产生非正弦波   2.研究方法：正反馈方法研究方法：正反馈方法(多采用多采用)      负阻方法负阻方法(简介简介)重点：正弦波振荡器工作原理；正弦波振荡器工作原理；            起振条件、平衡条件、稳定条件；起振条件、平衡条件、稳定条件；            电路的判别原则。

电路的判别原则《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、问题的引入        调谐放大器和自激振荡器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 自激振荡器条件： 1.有正反馈电路，满足：相位条件： 与 同相幅度条件：足够大2.有选频电路，以产生正弦或余弦信号；3.有非线性部件，将直流电能转为交流信号能量反馈振荡器模型反馈振荡器模型《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、振荡器的平衡条件反馈振荡器模型反馈振荡器模型《高频电路原理与分析》第1章绪论   (4 ─ 1)  (4 ─ 2)   (4 ─ 3) (4 ─ 4)  (4 ─ 5)  (4 ─ 6)由 得 其中 《高频电路原理与分析》第1章绪论        自激振荡的条件就是环路增益为1, 即 (4 ─ 7) 通常又称为振荡器的平衡条件         由式(4 ─ 5)还可知形成增幅振荡 形成减幅振荡(4 ─ 8)《高频电路原理与分析》第1章绪论 § 4.1.2平衡条件平衡条件           振荡器的平衡条件即为也可以表示为(4 ─ 9a) (4 ─ 9b) 式(4 ─ 9a)和(4 ─ 9b)分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。

        现以单调谐谐振放大器为例来看K(jω)与F(jω)的意义  若                         由式(4 ─ 2)可得《高频电路原理与分析》第1章绪论 (4 ─ 10)    式中, ZL为放大器的负载阻抗(4 ─ 11) Yf(jω)为晶体管的正向转移导纳 (4 ─ 12) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             与F(jω)反号的反馈系数F′(jω)(4 ─ 13) 这样, 振荡条件可写为 (4 ─ 15) 振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为 (4 ─ 15a) (4 ─ 15b) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4.1.3  起振条件起振条件             为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为增幅振荡, 因而由式(4 ─ 8)可知称为自激振荡的起振条件, 也可写为 (4 ─ 16a) (4 ─ 16b) 式(4 ─ 16a)和(4 ─ 16b)分别称为起振的振幅条件和相位条件, 其中起振的相位条件即为正反馈条件 《高频电路原理与分析》第1章绪论    图 4 ─ 2 振幅条件的图解表示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 § 4.1.5 稳定条件稳定条件        振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。

        振幅稳定条件为(4 ─ 17) 由于反馈网络为线性网络, 即反馈系数大小F不随输入信号改变, 故振幅稳定条件又可写为  (4 ─ 18) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 1．幅度稳定条件 A点:软激励状态(初始静态工作点在放大区)    两曲线交点A，为平衡稳定点B点:硬激励状态(静态工作点靠近截止区)  两曲线交点B，为平衡不稳定点 《高频电路原理与分析》第1章绪论 幅度稳定条件为：且相差越大越好即：振幅稳定是利用放大器的非线性，使Av与振幅的变化成反比内稳幅：内稳幅：      加大放大器的非线性，和自给偏压效应外稳幅：外稳幅：      放大器为线性时，另插入非线性环节《高频电路原理与分析》第1章绪论             一个正弦信号的相位φ和它的频率ω之间的关系 (4 ─ 19a) (4 ─ 19b)  相位稳定条件为 (4 ─ 20) 2．相位稳定条件(频率稳定性)       当相位平衡条件φa+φf=2nπ被破坏时，振荡器本身应能重新建立起相位稳定点     某原因(温度、电压等)引起：           Vf超前Vs      △△φ，使周期缩短，使周期缩短(f↑)           Vf滞后Vs     -△△φ，使周期加大，使周期加大(f↓)    LC回路(稳频机构)可抵消引入的相位变化：              f↑，，(容性容性)产生产生-△△φLC              f↓，，(感性感性)产生产生+△△φLC《高频电路原理与分析》第1章绪论 设:系统原工作频率f01对应φLC(A点点)，，  某原因引起△△φ,使f↑(f01→f02)，，这时LC回路产生产生-△△φLC；若：；若：△△φ-△△φLC=0，系统在，系统在f02(B点点)达达到新的相位平衡。

到新的相位平衡即：即：  ①①若扰动保持，系统稳定在若扰动保持，系统稳定在f02(B点点)，频率稳定度下降；，频率稳定度下降；注意：①①相频曲线负斜率越大，f02偏离f01越小，频率稳定频率稳定度越高提高回路度越高提高回路Q值可加大值可加大负斜率，石英晶体Q值极高，故值极高，故频率稳定性好；频率稳定性好；           ②②使固有使固有φLC→0，即，即原f01接近f0(负斜率，且越大越好)②②若扰动消除，返回若扰动消除，返回f01(A点点)则相位稳定条件为：则相位稳定条件为：《高频电路原理与分析》第1章绪论 § 4.1.6 偏置电路对振荡性能的影响偏置电路对振荡性能的影响    1)自给偏压效应《高频电路原理与分析》第1章绪论 图中:则:初始工作点VBEQ较高,在放大区: VBEQ=VBB-IB0Rb-IE0Re     接通后:β高,ic大,Av高,软自激状态   正反馈使vs(vf)↑→IB0,IE0↑→                                             工作点左移工作点左移(甲甲→甲乙甲乙→丙丙)→VBE0    在VBE0处，达到平衡条件AvFv=1,vs(vf)s(vf)不变不变,IB0、IE0为为常数，VBE0不变。

不变可通过测可通过测IE0，判断是否起振，判断是否起振)《高频电路原理与分析》第1章绪论 2）自给偏压电路引起的间歇振荡    原因：(1)丙类工作时，管子正半周φ角导通，向回路提回路提供能量，供能量，若CbRb,CeRe时间常数过大，导通时间↓，回路得不，回路得不到足够的能量补充；到足够的能量补充；               (2) 回路回路Q值低，能量损耗大值低，能量损耗大若：提供的能量若：提供的能量=回路能量损耗回路能量损耗,电路可维持振荡电路可维持振荡否则：电路产生间歇(衰减)振荡甚至停振因此要求R,C,Q的选取应满足：《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4.1.7  振荡线路举例振荡线路举例——互感耦合振荡器互感耦合振荡器     反馈网络由L和L1间的互感M担任, 因而称为互感耦合式的反馈振荡器, 或称为变压器耦合振荡器 共基组态 《高频电路原理与分析》第1章绪论 共射组态 《高频电路原理与分析》第1章绪论 起振与平衡条件的参数表示:   图 (d)等效电路已知:设:振荡器的负载阻抗为Zc有:《高频电路原理与分析》第1章绪论  a.判断Uf和Ui是否同相 b.判断是否为正反馈                                         ①相位条件：相位条件： ②起振条件：起振条件：③振荡频率：振荡频率：《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-2     LC正弦波振荡器三端式振荡器的组成                            变压器耦合振荡器          三点式LC正弦波振荡器工作频率                 几百kHz~几MHz     几MHz~几百MHz        频率稳定度                          10e-2                       10e-3~10e-4§4-2-1 三点式振荡器的组成原则   三点式振荡器的一般形式(如图)振荡器的三极分别与回路的三点相连接，故称三点式振荡器。

《高频电路原理与分析》第1章绪论            根据谐振回路的性质, 谐振时回路应呈纯电阻性, 因而有(4 ─ 21) 一般情况下, 回路Q值很高, 因此回路电流远大于晶体管的基极电流 İb  、集电极电流 İ c以及发射极电流 İe, 故由上图有 (4 ─ 22a) (4 ─ 22b)  因此X1、 X2应为同性质的电抗元件 《高频电路原理与分析》第1章绪论             三端式振荡器有两种基本电路, 如图所示 图 (a)中X1和X2为容性, X3为感性, 满足三端式振荡器的组成原则, 反馈网络是由电容元件完成的, 称为电容反馈振荡器, 也称为考必兹(Colpitts)振荡器 两种基本的三端式振荡器(a) 电容反馈振荡器;        (b) 电感反馈振荡器 《高频电路原理与分析》第1章绪论            一些常见振荡器的高频电路, 判断它们是由哪种基本线路演变而来的 几种常见振荡器的高频电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论  §4-2-2  电容反馈振荡器电容反馈振荡器（考毕滋电路）              图a是一电容反馈振荡器的实际电路, 图(b)是其交流等效电路。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 电容反馈振荡器电路(a) 实际电路; (b) 交流等效电路; (c) 高频等效电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 电路的振荡频率为 (4─ 23)  (4 ─ 25) C为回路的总电容        由图(c)可知, 当不考虑gie的影响时, 反馈系数F(jω)的大小为(4 ─ 25) (4 ─ 26) （忽略Cie、Coe对C1、C2的影响）《高频电路原理与分析》第1章绪论         将gie折算到放大器输出端, 有(4 ─27) 因此, 放大器总的负载电导gL为则由振荡器的振幅起振条件YfRLF′>1, 可以得到 (4 ─ 28) (4 ─ 29) 《高频电路原理与分析》第1章绪论      可见:Fv不可过大或太小    工程上 Fv=C1/C2=1/2~1/8优点：①①波形好；波形好；②②频率稳定度高；频率稳定度高；③③工作频率高工作频率高缺点：频率不易调整，改变缺点：频率不易调整，改变C1、 C2时会改变改变Fv ,改进方法之一 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-2-3 电感反馈振荡器电感反馈振荡器（哈特莱电路）              下图是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 电感反馈振荡器电路(a) 实际电路; (b) 交流等效电路; (c) 高频等效电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论              同电容反馈振荡器的分析一样, 振荡器的振荡频率     可以用回路的谐振频率近似表示, 即 式中的L为回路的总电感, 由图有(4 ─ 30) (4 ─ 31) 由相位平衡条件分析, 振荡器的振荡频率表达式为 (4 ─ 32) 《高频电路原理与分析》第1章绪论         工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响, 反馈系数的大小为 (4 ─ 33)  由起振条件分析, 同样可得起振时的gm应满足 (4 ─ 35) 《高频电路原理与分析》第1章绪论  Fv的取值：   过小：反馈量小，不易起振；   过大：Ri经N2影响回路Q值及频率稳定度，严重时不起振工程上一般：Fv=N2/N1=1/3~1/8谐振频率：优点：       易起振，易调整(调C基本上不影响Fv)缺点：      ①①波形差；波形差；     ②②工作频率低：工作频率低：   f↑,L1和和L2的匝数的匝数↓，，L2不能不能<1匝，匝，一般一般  f工作工作<几十几十MHz。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-2-4两种改进型电容反馈振荡器两种改进型电容反馈振荡器    1. 克拉泼振荡器克拉泼振荡器   下 图是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路 克拉泼振荡器电路(a) 实际电路;  (b) 交流等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论           由上图可知, 回路的总电容为 (4 ─ 35)  (4 ─ 36)  (4 ─ 37)  (4 ─ 38) (4 ─ 39) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 C=C1串C2串C3，  C3<

因C3可比克拉泼电路取值大，故频率覆盖系数较大， fH/fL=1.6~1.8，且：易调整，频率稳定度高，实际应用较多 《高频电路原理与分析》第1章绪论  §4-2-5   场效应管振荡器场效应管振荡器          场效应管功耗低，且Ri大，对振荡回路影响小波形好、频率稳定，基极自给偏压可自动稳频《高频电路原理与分析》第1章绪论 由场效应管构成的振荡器电路(a)互感耦合场效应管振荡器; (b) 电感反馈场效应管振荡器;               (b)                       (c) 电容反馈场效应管振荡器 《高频电路原理与分析》第1章绪论  §4-2-6 压控振荡器压控振荡器            压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性度 压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的变化量, 用S表示, 即(4 ─ 52)         图示出了一压控振荡器的频率-控制电压特性, 一般情况下, 这一特性是非线性的, 非线性程度与变容管变容指数及电路形式有关 《高频电路原理与分析》第1章绪论 压控振荡器线路 压控振荡器的频率与控制电压关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论  §4-2-7  E1658单片集成振荡器单片集成振荡器 《高频电路原理与分析》第1章绪论  E1658内部原理图及构成的振荡器 《高频电路原理与分析》第1章绪论              E1658单片集成振荡器的振荡频率是由10脚和12脚之间的外接振荡电路的L、C值决定, 并与两脚之间的输入电容Ci有关, 其表达式为《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-3    LC波振荡器的频率稳定度波振荡器的频率稳定度一、频率稳定度概述       长期：一天~几个月，标准设备的频率稳定度指标；       短期：几小时~一天，通信机、仪器的频率稳定度指标。

长期、短期为元器件老化引起)         瞬时：ms~s，瞬时无规则变化 (温度、电源、元器件参数变化引起)      设：标称频率fo,实际工作频率f      可定义：             绝对频率准确度：△△f=f-fo            相对频率准确度：△△f/fo=(f-fo)/fo          (加时间限定后为频率稳定度)《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：工作频率 fo=1MHz,  一天内最大偏差fomax=1.0006MHz，则频率稳定度为：            △△f/fo=(1.0006-1)/1=6×1e-4/日一般：LC振荡器：1e-2~1e-5/日         晶体振荡器：1e-4~1e-11/日                     常温：1e-4~1e-7/日                     恒温：1e-8~1e-11/日(其它措施)　　            中波台：2×1e-5/日                电视台：5×1e-7/日       一般信号源：1e-4~1e-5/日   高精度信号源：1e-7~1e-8/日           宇宙通信：1e-11/日《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、频率不稳定的分析(频率变化直接与相位变化相关)相位平衡条件：φa+φf=2nπ     ∵∵ φa=φfe+φLC     ∴∴ φfe+φLC+φf=2nπ即：即：φfe、、φLC、、φf的的变化均可使频率发生变化。

①①由于固有的由于固有的 φfe≠0, φf≠0,  即：即： φLC=-( φfe+ φf)≠0  则实际工作为则实际工作为  f01 ；； ②②变化后变化后    +△△φ(f↑) -△△φ(f↓)  LC回路回路    -△△φLC     +△△φLC     在在 f02处重新达到相位平衡；处重新达到相位平衡；③③Q↑，， f01、、 f02更接近更接近 f0《高频电路原理与分析》第1章绪论 1.回路参数变化的影响回路参数变化的影响  △△ωo/ωo=-1/2(△△L/L+△△C/C)  (负号表示L、C增加时，△ωo下降)2.温度变化的影响①引起L、C变化(L,△C);②工作点偏移(△φfe)；3.Q值的变化  负载和参数变化，工作点偏移；4.电源不稳定   工作点偏移《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、提高频率稳定度的措施1.恒温、电磁屏蔽、高稳定电源、射随缓冲、减小机械振动；2.提高LC回路的标准性     振荡回路的标准性是指回路元件和电容的标准性温度是影响的主要因素:温度的改变,导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸将发生变化,而且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的导磁率也将变化,从而使电感、电容值改变。

     L、C的稳定性，以提高Q值，安装的结构工艺(紧固、短引线(镀银))，减小对LC回路的影响(部分接入等)；3.减小φfe：选：选f工作工作<

  8. 减少电源、负载等的影响             电源电压的波动,会使晶体管的工作点、电流发生变化,从而改变晶体管的参数,降低频率稳定度为了减小其影响,振荡器电源应采取必要的稳压措施负载电阻并联在回路的两端,这会降低回路的品质因数,从而使振荡器的频率稳定度下降 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-4 正弦波振荡器的设计考虑一、选择振荡电路         振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择在短波范围,电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用在中、短波收音机中,常用变压器反馈振荡器做本地振荡器《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、选择振荡管            从稳频的角度出发,应选择β大，fT>(2~10)fo 较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小通常选择fT >(3～10)f1max同时希望电流放大系数β大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合 三、偏置电路的确定       静态应靠近截止区,以利于进入平衡状态时,管子处于截止状态(输出阻抗大),对网络影响小一般：IcQ=1~4mA四、振荡回路参数的确定          L/C=10e-5~10e-6； 三点式:Fv=0.4~0.1。

从稳频出发,振荡回路中电容C应尽可能大,但C过大,不利于波段工作;电感L也应尽可能大,但L大后,体积大,分布电容大,L过小,回路的品质因数过小,因此应合理地选择回路的C、L在短波范围,C一般取几十至几百皮法,L一般取0.1至几十微亨 《高频电路原理与分析》第1章绪论 五、直流馈电线路的选择            为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作点应设置性放大区;从稳频出发,稳定状态应在截止区,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数QL将降低所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自偏压  六、振荡回路元件选择        从稳频出发,振荡回路中电容C应尽可能大,但C过大,不利于波段工作;电感L也应尽可能大,但L大后,体积大,分布电容大,L过小,回路的品质因数过小,因此应合理地选择回路的C、L在短波范围,C一般取几十至几百皮法,L一般取0.1至几十微亨 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-5 石英晶体振荡器与RC振荡器§4-5-1 石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英是矿物质硅石的一种, 化学成分是ＳiＯ2, 形状是呈角锥形的六棱结晶体  石英晶体具有压电效应。

石英晶体谐振器与一般的谐振回路相比具有优良的特性,具体表现为:            (1)石英晶体谐振器具有很高的标准性             (2)石英晶体谐振器与有源器件的接入系数p很小,一般为10-3~10-5            (3) 石英晶体谐振器具有非常高的Q值       Q值：LC   几十~200          晶体    105~106《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、石英谐振器      1.电抗特性           2.等效电路      3.石英谐振器在电路中的应用  (1)电感元件的作用：fo在fs与fp之间     (2)短路元件的作用：fo=fs(串连谐振)《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、石英晶体振荡电路1．并联型晶体振荡电路       石英谐振器等效为电感元件(1)电容三点式（皮尔斯振荡电路）皮尔斯振荡电路）图中C1、L回路的谐振频率为f，要求：f1>fo  即:C1L回路对f0严重失谐，等效为电容《高频电路原理与分析》第1章绪论        皮尔斯电路是最常用的振荡电路之一。

 由图可以看出, 皮尔斯电路类似于克拉泼电路, 但由于石英晶振中Ｃq极小, Ｑq极高, 所以皮尔斯电路具有以下一些特点：       （１） 振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱晶体管ｃ、ｂ端, ｃ、ｅ端和ｅ、ｂ端的接入系数分别是:《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论          以上三个接入系数一般均小于１０-3～１０-4, 所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小, 提高了回路的标准性  （２） 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性         振荡频率 《高频电路原理与分析》第1章绪论           其中ＣL是和晶振两端并联的外电路各电容的等效值, 即根据产品要求的负载电容        在实用时, 一般需加入微调电容, 用以微调回路的谐振频率, 保证电路工作在晶振外壳上所注明的标称频率ｆN上       （３） 由于振荡频率ｆ0一般调谐在标称频率ｆN上, 位于晶振的感性区内, 电抗曲线陡峭, 稳频性能极好       （４） 由于晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ=          都很高, 所以晶振的谐振电阻也很高, 一般可达1010Ω以上。

这样即使外电路接入系数很小, 此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大, 使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的要求 《高频电路原理与分析》第1章绪论         例  图(ａ)是一个数字频率计晶振电路, 试分析其工作情况          解:  先画出V1管高频交流等效电路,  如图(ｂ)所示, 0.01μF电容较大, 作为高频旁路电路, V2管作射随器由高频交流等效电路可以看到, V1管的c、 e极之间有一个ＬＣ回路, 其谐振频率为: 所以在晶振工作频率５MHz处, 此ＬＣ回路等效为一个电容可见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为３pF～１０pF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的标称频率５MHz上 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 (2)电感三点式（密勒振荡电路） 要求：f120MHz 时采用，频率稳定度好，七次泛音以上较少应用。

实际工作中，并电感使晶体工作于泛音的fs《高频电路原理与分析》第1章绪论 ˜分析：设晶体的基频为1MHZ，为了获得五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振频率在3～5MHz之间对于五次泛音频率，LC呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡而对于基频和三次泛音，LC呈感性，电路不符合三点式组成原则，不能振荡3、泛音晶体振荡器基本原理：利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现有串联型和并联型两种一种并联型泛音晶体振荡器举例：《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、晶体振荡电路举例1. 1MHz场效应管密勒电路    电感元件  《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.串联型晶体振荡器《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.CMOS微功耗晶体振荡器 电感元件 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-5-2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器    以RC选频网络为负载的振荡器,几Hz~几百KHz(LC、晶振难以实现)1、RC串并联网络的频率特性图中电压传输系数为：①幅频特性：②相频特性：R1=R2=R   C1= C2=C 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2、基本、基本RC桥式振荡器桥式振荡器(1) 相位条件(2) 振幅条件(3) 振荡频率根据AuFu＞1，而谐振时Fu=1/3，则与反相同相，处）。

则与满足相位条件在与同相，振幅起振条件：Au ＞3振幅平衡条件：Au =3《高频电路原理与分析》第1章绪论 外稳幅原理：通过非线性器件Rf2自动调整反馈强弱3、文氏电桥振荡器由图根据起振条件有：因而可得：振幅起振条件：振幅平衡条件：可见，要求Rf2在起振过程中要由＞2Rf1→= 2Rf1即要求Rf2具有负温度系数随着时间进行，电路温度上升，则Rf2将减小，并最终达到平衡状态《高频电路原理与分析》第1章绪论  §4-5-3   石英晶体谐振器的使用与高稳定度晶体振荡器一、使用石英晶体谐振器时应注意以下几点 (1)石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际使用时也必须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频率 (2)石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内3)在并联型晶体振荡器中,石英晶体起等效电感的作用,若作为容抗,则在石英晶片失效时,石英谐振器的支架电容还存在,线路仍可能满足振荡条件而振荡,石英晶体谐振器失去了稳频作用4)晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、 高稳定晶体振荡器            影响晶体振荡器频率稳定度的因素仍然是温度、电源电压和负载变化,其中最主要的还是温度的影响。

      AT切片的频率温度特性《高频电路原理与分析》第1章绪论             下图是一种恒温晶体振荡器的组成框图它由两大部分组成:晶体振荡器和恒温控制电路 恒温晶体振荡器的组成 《高频电路原理与分析》第1章绪论    温度补偿晶振的原理线路《高频电路原理与分析》第1章绪论  §4-6   振荡器中的几种现象§4-6-1 间歇振荡            LC振荡器在建立振荡的过程中,有两个互有联系的暂态过程,一个是回路上高频振荡的建立过程;另一个是偏压的建立过程回路有储能作用,要建立稳定的振荡器需要有一定的时间 间歇振荡时Ub与Eb的波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-6-2  频率拖曳现象变压器反馈振荡器(a)实际电路; (b)耦合回路的等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论  由图可以看出以下几点:(1)ωII始终大于ωI,且有ωII>ω01,ωI<ω01;(2)当ω02远低于ω01时,ω02对ωI影响较大;当ω02远大于ω01时,ω02对ωII影响较大阻抗ZL的幅角φL的频率特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 ωI、ωII与ω02的关系曲线及拖曳  《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-6-3 振荡器的频率占据现象             在一般LC振荡器中,若从外部引入一频率为fs的信号,当fs接近振荡器原来的振荡频率f1时,会发生占据现象,表现为当fs接近f1时,振荡器受外加信号影响,振荡频率向接近fs的频率变化,而当fs进一步接近原来f1时,振荡频率甚至等于外加信号频率fs,产生强迫同步。

  占据现象《高频电路原理与分析》第1章绪论 说明占据过程的瞬时电压矢量图         (a)fs小于f1;(b)占据时的矢量 《高频电路原理与分析》第1章绪论        由图(b)可知,因由上式三个矢量构成的平行四边形关系,可得(4─57) 通常回路失谐不大(失谐很大时振幅条件也将不能满足)时,φL不大,因此有下列近似关系:再考虑并联回路 (4─58) 《高频电路原理与分析》第1章绪论  当ES不大时,可以用Ub代替U′b,式(5─57)可写为(4─59) (4─60)          可能得到的最大占据频带2Δf出现在sinφ的最大值1处,因此可得相对占据频带 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-6-4 寄生振荡            在高频放大器或振荡器中,由于某种原因,会产生不需要的振荡信号,这种振荡称为寄生振荡如第3章介绍的小信号放大器稳定性时所说的自激,即属于寄生振荡             产生寄生振荡的形式和原因是各种各样的,有单级和多级振荡,有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频或超高频振荡《高频电路原理与分析》第1章绪论 低频寄生振荡的等效电路和波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 电源去耦举例《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-6-5 压控振荡器（压控振荡器（VCO））       以电压变化控制频率(相位)变化的振荡器，用于直接FM、PLL、AFC等。

一、变容二极管压控振荡器工作原理    1）变容二极管特性        可见：Cj(小)串C4(很大),约等于Cj        则: C总=Cj+(C1串C2串C3)=Cj+C'《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：电视甚高频段VHF        fmin=52.5MHz (1频道的fo)        fmax=219MHz (12频道的fo)        令：C'=0        Kf2=fmax2/fmin2=Cjmax/Cjmin=17.4       显然Cj难以实现为此：分为两段       VHF-L (1~5频道)  Kf2=2.81       VHF-H (6~12频道) Kf2=1.64 二、应用实例       1.电视接收机VHF本振        2.FM立体声解码集成电路中的VCO       3.集成运放VCO《高频电路原理与分析》第1章绪论 §4-6-6 负阻振荡器负阻振荡器一、概述       1.特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.原理                       串联型        并联型起振条件：  r>rL            R>Re平衡条件：         -1/RC+1/Re+jωoC+1/jωoL=0-r+rL+jωoL+1/jωoC=0谐振频率：谐振频率：                   r=rL      和     R=Re   时：            《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、用负阻观点讨论LC反馈振荡器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 第5章 频谱的线性搬移电路频谱的线性搬移电路5.1 非线性电路的分析方法非线性电路的分析方法5.2 二极管电路二极管电路5.3 差分对电路差分对电路5.4其他频谱线性搬移电路其他频谱线性搬移电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 §5-1 非线性电路的分析方法§5-1-1概述概述一、通信系统中的信号变换           通信系统中非线性电路的共同特点：可产生新的频率分量。

 (即：可对信号进行频率变换，负载往往是一个选频回路)例如：                      原频率                 新的频率分量倍频器             fo                       2fo  ，3fo ，…… 调幅器             fo ，F                 fo ，fo± F(AM)，                                                  fo± F(DSB)调频器             fo ，F                 fo ，fo± nF 变频器             fo ，fL               fL-fo 或fL+fo (fi)检波器    (AM)    fo ，fo  ± F              F                (DSB)   fo  ± F                      F鉴频器         fo ，fo  ± nF                    F《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、频率变换的实现1．倍频    令：v1= v2=Vcosωot    则：v3= KV2cos2ωot           = (KV2)/2(1+ cos2ωot)    故：经带通滤波器（f'o =2fo, B越小越好)              v= (KV2)/2cos2ωot  《高频电路原理与分析》第1章绪论 故：经带通滤波器（fo ,B =2F)           vDSB=v3单边带信号:  经带通滤波器（fo ,B =F)上边频（带）    下边频（带）  2．平衡调幅(抑制载波)令：《高频电路原理与分析》第1章绪论 故：经带通滤波器（fo,B =2F)3．普通调幅令：则：《高频电路原理与分析》第1章绪论 故：经低通滤波器（fH =F,B =F)  4．同步检波(频率相等)   令：则：《高频电路原理与分析》第1章绪论   故：    经带通滤波器（fo =fo +fL ,B =2F)              v上混频=V'(1+mcosΩt)cos(ωo+ωL)t    经带通滤波器（fo =fo -fL ,B =2F)              v下混频=V'(1+mcosΩt)cos(ωo-ωL)t               V'=(K/2)Vc VL 5．混频令：则：《高频电路原理与分析》第1章绪论 §5-1-2 非线性电路分析方法概述非线性电路分析方法概述　线性电路中：信号幅度较小，各元器件参量均近似为常量，可采用等效电路分析计算电路指标。

　非线性电路中：信号幅度较大，各元器件参数均呈非线性，参量不再为常量，可采用以下四种方法分析计算:一、幂级数分析法一、幂级数分析法二、时变参量分析法（用于调幅、混频等）二、时变参量分析法（用于调幅、混频等）三、折线分析法三、折线分析法(高频功放、大信号调幅和检波等高频功放、大信号调幅和检波等)四、开关函数分析法四、开关函数分析法  　《高频电路原理与分析》第1章绪论 利用指数函数的幂级数展开式一、幂级数分析法一、幂级数分析法    用于小信号检波、小信号调幅等方面    小信号运用时，某些非线性器件的传输特性可用幂级数近似　　例：二极管（非线性器件）　　　　二极管电路及特性《高频电路原理与分析》第1章绪论  (1)在UQ 处展为幂级数（泰勒级数）(2) UQ点处，工作点在曲线上的非线性部分，若输入信号足够小，也可近似为线性即：ic≈Ico+gm△vb'e       　　 gm反映vb'e→ic的转移情况 　 即：线性是非线性的一个特例《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.非线性分析 取前四项(其他高次项幅度很小,可忽略)设:外加单频信号 v=Vo+Vcosωt《高频电路原理与分析》第1章绪论 外加两个频率ω1、ω2信号分量时: 增加 (ω1±ω2)、(2ω1±ω2)、(ω1±2ω2)等组合谐波频率分量。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.参数α的求取（某些器件可查表）    先通过实验测取曲线的部分数据(足够的)，再联立方程求各项系数例：参数α的求取　讨论：　 (1)展开项越多(取点多)，方程与曲线越接近     (2)可通过改变工作点或输入信号幅度，来调整α（曲线）讨论：     (1)输出含有基波分量(输入信号)、非线性作用产生的高次谐波和组合频率分量可实现倍频、混频、小信号调幅等    (2)高次谐波的振幅与高次幂的α有关    (3)直流分量与输入信号的振幅平方成正比故：小信号检波称为平方率检波    (4) 乘法器作用下，组合分量成对出现《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、时变参量分析法（用于调幅、混频等）二、时变参量分析法（用于调幅、混频等）             两输入信号幅度相差很大时  例如：晶体管混频器            大信号：100~200mv            小信号：几mv原理：        大信号作为器件的附加偏置，使器件的参量受大信号控制周期性变化（成为时变参量）        小信号瞬时在各点近似为线性故称为：时变参量的线性电路。

时变参量的线性电路   时变参量的信号变化　       输入：v=VQ+vL(大）+vS（小）                      =VQ+VLcosωLt+VScosωst                      =VQ'(t)+VScosωst     时变VQ: 因为vS很小，幂级数展开时可忽略二次幂以上各项《高频电路原理与分析》第1章绪论 输出：  i=f(v) =f(VQ')+f'(VQ')vs =f(VQ+VLcosωLt)+f'(VQ+VLcosωLt)VLcosωSt        在可变点VQ'处：(付氏级数展开）集电极电流         f(VQ')=Io+I1cosωLt+I2cos2ωLt+...斜率         f(VQ')=go+g1cosωLt+g2cos2ωLt+...(均为ωL的周期函数) 代入：     i≈(Io+I1cosωLt+I2cos2ωLt+...)+(go+g1cosωLt+g2cos2ωLt+...)VscosωSt含有乘积项：g1cosωLtVscosωSt            即实现乘法器功能《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、折线分析法三、折线分析法(高频功放、大信号调幅和检波等高频功放、大信号调幅和检波等)对于晶体二极管、三极管，当vs>0.5V(较大)时，采用幂级数法，误差增加，要求级数项数多。

折线分析法：(1)以一条或多条直线近似　(2)仅对大信号工作适用（小信号时失真大）非线形特性的折线化折线方程：(两条直线)  VD：导通电压（截止、开启、阀压）  g ：跨导（直线BC的斜率）《高频电路原理与分析》第1章绪论 讨论：（1）波形关系    导通角   工作点    φ=90o         VD 处         乙类线性运用    φ<90o          VD 之左      丙类运用    180o>φ>90o     VD 之右      甲乙类运用例：丙类运用情况  ∵φ<90o  　　  ∴输出i的波形是余弦脉冲（失真）           （不是余弦半波/不失真，乙类为余弦半波）         φ<90o 的输入、输出信号波形丙类运用 φ<90o时：令：跨导为g，输入 v=Vcosω1t+VQ求导：φ 导通角             Im 脉冲振幅             In 各次谐波电流（n=0,1,...)《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 ① 导通角φ  由图6-14：   VD-VQ=Vcosφ则：cosφ=(VD-VQ)/V故：  φ=arccos [(VD-VQ)/V]② 脉冲振幅 Im     Im=g[V-(VD-VQ)]=g[V-Vcosφ]=gV[1-cosφ]③各次谐波电流 In  (n=0,1,...)    Io =Im αo(φ)    直流    I1 = Imα1(φ)   基波     ...     In =Imαn(φ)   n次谐波 αn(φ)和α1(φ)/αo(φ)曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论  讨论：① 次数n↑,   谐波振幅↓；② 不同次分量在不同φ处，    取值不同例：φ=90o时，α1=0.5,α2=0.2,α3= 0        φ在100~140度间，α1最大        φ≈60度 ，α2最大（2倍频）        φ≈40度 ，α3最大（3倍频）《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、开关函数分析法四、开关函数分析法   （高电平调幅、大信号鉴相等） 两信号幅度均很大或一个很大       对晶体管：信号幅度>0.7V~几V，晶体管工作于开关状态。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 单向开关函数的傅里叶级数展开式为：《高频电路原理与分析》第1章绪论  S(t)：0,1交替，幅度很大频率为ω1 的方波（或幅度很大的正弦波）     S(t)的付氏级数展开：       S(t)=1/2+(2/π)cosω1t-(2/3π)cos3ω1t+...       S(t-T/2)=1/2-(2/π)cosω1t+(2/3π)cos3ω1t-... S(t)=1时  v=v1 S(t)=0时  v=0   则：v(t)=v1(t)S(t)=v1(t)[1/2+(2/π)cosω1t-(2/3π)cos3ω1t+...]含有乘积项：(2/π)v1(t)cosω1t                    即实现乘法器功能《高频电路原理与分析》第1章绪论 例：(1)开关型平衡调幅         调制信号：v1(t)=VΩcosΩt     载频信号：S(t)          相乘后，式中含有：　　v1(t)2/πcosωot =VΩ/π[cos(ωo+Ω)t+cos(ωo-Ω)t]　　　经带通滤波器（fo,B=2F)滤出2)调幅信号的同步检波 　　v1(t)为已调幅信号          s(t)为本地载波信号          相乘后，经低通滤波器(fH=fmax,B=fmax)滤出调制信号。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 双向开关函数K2(ω1t)K2(ω1t)=K1(ω1t)-K1(ω1t-π)                          =《高频电路原理与分析》第1章绪论 输入信号：本地信号：二极管伏安特性折线近似，工作在饱和和截止两个状态，二极管可用开关等效：5.2 二极管电路5.2.1 单二极管电路  1、电路结构                                        2、分析《高频电路原理与分析》第1章绪论 二极管上的电压：二极管的伏安特性：这里，主要受       控制故有：《高频电路原理与分析》第1章绪论 这里，开关函数为单向开关函数：故有：代入输入信号《高频电路原理与分析》第1章绪论 电流中的频率成分有：     （1）输入信号和控制信号的频率     （2）控制信号频率        的偶次谐波分量     （3）输入信号频率与控制信号频率的组合频率分量结论：    1）可以是频率变换（n=0时）   2）其他频率成分过多《高频电路原理与分析》第1章绪论 5.2.2  二极管平衡电路  1、电路结构等效电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 2、分析      二极管处于大信号工作，为开关工作状态。

两管的电压为：显然，两个管的导通、截止时间相同，即开关函数相同次级电流：《高频电路原理与分析》第1章绪论 结论：    1）可以是频率变换   2）控制信号频率的基波分量和偶次谐波成分被抵消,频率成分 大大减少.电流中的频率成分有：     （1）输入信号频率     （2）控制信号频率的奇次谐波分量与输入信号频率的组合频率分量《高频电路原理与分析》第1章绪论 3、改进型平衡电路 —桥式电路 特点：四个二极管同时导通或截止故AB要么短路、要么开路   《高频电路原理与分析》第1章绪论 5.2.3 二极管环行电路 1、电路结构等效电路：在 大信号 U2处于正半周时，D1、D2导通，为一组平衡式电路在 大信号 U2处于负半周时，D3、D4导通，为另一组平衡式电路故称为双平衡电路  《高频电路原理与分析》第1章绪论 在 大信号 U2处于正半周时，D1、D2导通，为一组平衡式电路在 大信号 U2处于负半周时，D3、D4导通，为另一组平衡式电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 2、工作原理分析负载上的电流： 则总电流：这里 ：（双向开关函数 ）《高频电路原理与分析》第1章绪论 双向开关函数电流中的频率成分只有控制信号频率的奇次谐波分量与输入信号频率的组合频率分量。

抵消了输入信号的 频率分量《高频电路原理与分析》第1章绪论 §5-3 模拟乘法器的分析 2．传输特性方程 v= Kv1v23．理想乘法器（1）v的瞬时值∝v1v2 ； （2）v1，v2的波形、幅度、极性、频率均任意；（3）v1=v2=0时 ，v=0 4.输入信号极性限制   二象限乘法器：两输入信号中，一个为单极性，另一个极性任意    四象限乘法器：两输入信号均极性任意 一、概述一、概述1．模拟乘法器符号《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、变跨导式乘法器的基本原理二、变跨导式乘法器的基本原理1．简单差动对管乘法电路（二象限）．简单差动对管乘法电路（二象限）    传输特性为非线性；只有输入信号很小时，才不失真单差动模拟乘法电路 经分析推导：室温下VT≈26mv 讨论：（1）若V1<

3)v1幅值较大时可将th(v1/2VT)用付氏级数展开：    含有v1v2项（高次项可滤除）《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．双差动模拟乘法电路（四象限/吉尔伯特乘法器）双差动模拟乘法电路讨论：(1)是四象限乘法器  　　 v1=v2=0时，v ≈0(2)vo仍与VT有关（受温度影响）；(3)v1、v2较小时（<26mv)  有: (4)应用广泛：同步解调、调幅、混频、鉴相等高频非线性电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 3.线性动态范围扩展原理(1)加负反馈电阻Re　　　双差动模拟乘法电路　　　　vo=-α2RcIo(v2/Re)th(v1/2VT)　　　 v2的线性动态范围扩展 (2)v1、v2先畸变(预失真)为：     　再进行双差动模拟乘法 则：vo∝v1v2 (理想/v1、v2的线性动态范围扩展)《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、单片通用集成化模拟乘法器三、单片通用集成化模拟乘法器　　 　 T1~T6和T17、T18为预失真电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、专用模拟乘法器四、专用模拟乘法器（如上图）（如上图）　(1)v1、v2较小时（<26mv)    有 vo≈Kv1v2(2)v1、v2 一大一小时，     采用幂级数展开，含有v1v2 项(3)v1、v2 很大时（>几伏)    采用开关函数分析法，含有v1v2 项 《高频电路原理与分析》第1章绪论 5.4 其他频谱线性搬移电路5.4 .1 晶体三极管频谱线性搬移电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 5.4 .2 场效应管频谱线性搬移电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 第六章第六章  振幅调制、振幅调制、 解调与混频解调与混频　　6.1 振幅调制振幅调制　　6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调　　6.3 混频混频　　6.4 混频器的干扰混频器的干扰《高频电路原理与分析》第1章绪论 　 §６-1　 振幅调制§6-1-1 振幅调制概述振幅调制概述     调制与解调电路是通信、广播、测量等系统中的基本电路之一，为频率变换电路(非线性电路)。

调制的其他应用如：直流放大器《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-1-2调幅的方法与电路调幅的方法与电路 一、乘法器调幅 为四象限乘法器实际典型值：实际典型值：vc(60mv)、vΩ (300mv)、输出载波抑制、输出载波抑制可达可达60dB《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、开关型调幅电路 要求：Vc>>VΩ   即：即：vc等效为开关函数S(t)1．双二极管平衡调幅电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 设：二极管导通电阻为RD，等效负载为2RL对于D1、D2：vc是共模信号，在RL上相消，vΩ是差模信号，vΩS(t)在RL上相加《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．二极管环型调幅电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 i5=i1-i4   i6=i2-i3i=i5+i6=i1-i4+(i2-i3)=(i1-i2)-(i4-i3)(i1-i2)同上，《高频电路原理与分析》第1章绪论 3．二极管桥型调幅电路 无变压器，较实用 四个二极管同时导通和截止(上述方法均要求参数完全对称）《高频电路原理与分析》第1章绪论 4．开关型调幅电路实例        对于D1、D2：vc仍是共模信号，vΩ仍是差模信号，负载上得到的电流同(1)。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、晶体管调幅电路基极(发射极)调幅：   vΩ控制控制基极(发射极)电压集电极(漏极)调幅：   vΩ控制控制集电极(漏极)电压由选频网络选出vo(已调信号)1.基极调幅电路(发射极调幅电路)《高频电路原理与分析》第1章绪论 vbe=VBB+vΩ+vc =VBB+VΩcosΩt+VccosωotvΩ、、vc幅度不同时：幅度不同时：(1)vΩ、、vc均较小均较小   采用幂级数法分析，产生调幅波采用幂级数法分析，产生调幅波 (因非线性失真大，很因非线性失真大，很少使用少使用)(2)vΩ较小较小(几几mv~几十几十mv)     vc较大较大(几百几百mv)   采用时变参量法分析采用时变参量法分析 (3)vΩ小小(几几mv)     vc大大(0.5~1v)   采用开关函数法分析采用开关函数法分析        调幅系数调幅系数m<<1,线性范围小线性范围小4)vΩ、、vc均较大均较大(常用常用)   工作于工作于(甲乙类甲乙类)欠压状态欠压状态φ工作工作=90~120度度过压工作时，vce变化小《高频电路原理与分析》第1章绪论 基极调幅特点：(1)所需vΩ功率小，用于小功率发射机；(2)m不可太大，否则易包络失真；(3)集电极效率低(欠压工作） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.集电极调幅电路   vΩ使集电极(电源)电压VΩ发生变化，实现调幅。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论 《高频电路原理与分析》第1章绪论 可见：  在欠压区，输出的基波电压的幅度不随Vcc的变化而变化  故：过压工作，可实现调幅集电极调幅特点：(1)因过压工作，η高高(与与m无关无关)，，用于大功率调幅发射机2)要求vΩ提供较大的驱动功率3)m较大时，调幅波非线性失真《高频电路原理与分析》第1章绪论 3．多重调幅原理(改善线性度)   实际工作中，基极、集电极调幅均有非线性失真例：集电极调幅∵∵VBB、、Vcc不变不变∴∴当当Vcemin随随Vcc(Ωt)减小时减小时,Ic1下降过快，呈非线性关系，调制特性曲下降过快，呈非线性关系，调制特性曲线向下弯曲线向下弯曲解决方法：解决方法：   Vcc减小时，减小时，Vbemax相应减小；相应减小；   Vcc增大时，增大时，Vbemax相应增大相应增大即：即：Vbemax与与Vcc(Ωt) 按相同的调制规律变化按相同的调制规律变化(双重调幅)1)采用自给偏压电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 VBB=-Ib0Rb在过压区：  VΩ↓,Vcc(Ωt)↓,Ib0↑,Vbemax=(VBB+Vc)↓  VΩ↑,Vcc(Ωt)↑,Ib0↓,Vbemax=(VBB+Vc)↑(2)采用双重调幅电路 ①①集电极集电极—基极基极双重调幅  集电极调幅时，部分集电极调幅时，部分vΩ调基极偏压，使：调基极偏压，使：   Vcc(Ωt)↓时，时，VBB(Ωt)同时同时↓；；   Vcc(Ωt)↑时，时，VBB(Ωt)同时同时↑。

②②集电极集电极—集电极集电极双重调幅  对相邻的末前级和末级，采用相同的vΩ同时进行集电极集电极调幅即：末级Vcc(Ωt)↓时时,VBB(Ωt)(末前级Vcc)↓末级Vcc(Ωt)↑时时,VBB(Ωt)(末前级Vcc)↑《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-1-3 单边带调制单边带调制 一、特点:  1.压缩频带； 2.节省功率； 3.受传播条件(衰落和相移)的影响小； 4.设备复杂二、单边带产生方法 (一）滤波法  难点：接近理想的带通滤波器难以实现解决：1.频率由低到高,多级相乘和滤波  2.采用VSB《高频电路原理与分析》第1章绪论 （二）相移法 难点：多频工作时,调制信号的宽带相移难以实现《高频电路原理与分析》第1章绪论 §６-２  调幅信号的解调调幅信号的解调  § 6-2-1 调幅解调的方法             振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法由于AM信号的包络与调制信号成线性关系,因此包络检波只适用于AM波其原理框图如图6―30所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―30  包络检波的原理框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―31 同步解调器的框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论               同步检波又可以分为乘积型(图6―32(a))和叠加型(图6―32(b))两类。

它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调 图6―32 同步检波器 《高频电路原理与分析》第1章绪论  §6-2-2  二极管峰值包络检波器            1．原理电路及工作原理            图6―33(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成          式中,ωc为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频ωIΩ为调制频率在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为《高频电路原理与分析》第1章绪论            图6―33 二极管峰值包络检波器(a)原理电路 (b)二极管导通  (c)二极管截止 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―34 加入等幅波时检波器的工作过程 《高频电路原理与分析》第1章绪论             从这个过程可以得出下列几点:            (1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的交替重复过程            (2)由于RC时常数远大于输入电压载波周期,放电慢,使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值,即Uo≈Um)。

               (3)二极管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―35 检波器稳态时的电流电压波形 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―37 输入为AM信号时检波器的输出波形图《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―37  输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形 《高频电路原理与分析》第1章绪论          图6―38   包络检波器的输出电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2．性能分析             1) 传输系数Kd             检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量若输入载波电压振幅为Um,输出直流电压为Uo,则Kd定义为(6―43a) (6―43b)《高频电路原理与分析》第1章绪论             由于输入大信号,检波器工作在大信号状态,二极管的伏安特性可用折线近似在考虑输入为等幅波,采用理想的高频滤波,并以通过原点的折线表示二极管特性(忽略二极管的导通电压VP),则由图6―35有:(6―44)(6―45)          式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,θ为电流通角,iD是周期性余弦脉冲,其平均分量I0为《高频电路原理与分析》第1章绪论    式中,α0(θ)、α1(θ)为电流分解系数。

              由式(6―43(a))和图6―35可得基频分量为 (6―47)(6―47)(6―48) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             由此可见,检波系数Kd是检波器电流iD的通角θ的函数,求出θ后,就可得Kd            由式(6―47)Uo=I0R,有 (6―49)等式两边各除以cosθ,可得(6―50)         当gDR很大时,如gDR≥50时,tanθ≈θ-θ3/3,代入式(7-50),有(6―51) 《高频电路原理与分析》第1章绪论       图6―39   Kd～gDR关系曲线图 图6―40 滤波电路对Kd的影响 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2) 输入电阻Ri             检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci,如图6―41所示输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值,即(6―52)          输入电阻是前级的负载,它直接并入输入回路,影响着回路的有效Q值及回路阻抗由式(6―47),有(6―53) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―41 检波器的输入阻抗 《高频电路原理与分析》第1章绪论               当gDR≥50时,θ很小,sinθ≈θ-θ3/7,      cosθ≈1-θ2/2,代入上式,可得《高频电路原理与分析》第1章绪论             3．检波器的失真            1)惰性失真            在二极管截止期间,电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。

 图6―42   惰性失真的波形  《高频电路原理与分析》第1章绪论             为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度,即(6―55)        如果输入信号为单音调制的AM波,在t1时刻其包络的变化速度为(6―57) 《高频电路原理与分析》第1章绪论              二极管停止导通的瞬间,电容两端电压uC近似为输入电压包络值,即uC=Um(1+mcosΩt)从t1时刻开始通过R放电的速度为将式(6―57)和式(6―57)代入式(6―55),可得《高频电路原理与分析》第1章绪论             实际上,不同的t1,U(t)和Cu的下降速度不同,为避免产生惰性失真,必须保证A值最大时,仍有Amax≤1故令da／dt1=0,得代入式(6―58),得出不失真条件如下:(6―59) (6―70)(6―71) 《高频电路原理与分析》第1章绪论         图6―43 底部切削失真 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2) 底部切削失真            底部切削失真又称为负峰切削失真。

产生这种失真后,输出电压的波形如图6―43(c)所示这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的              因为Cg较大,在音频一周内,其两端的直流电压基本不变,其大小约为载波振幅值UC,可以把它看作一直流电源它在电阻R和Rg上产生分压在电阻R上的压降为  (6―72) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             调幅波的最小幅度为UC(1-m),由图6―43可以看出,要避免底部切削失真,应满足 (6―73) (6―74) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―44  减小底部切削失真的电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论    4．实际电路及元件选择图6―45  检波器的实际电路《高频电路原理与分析》第1章绪论             根据上面诸问题的分析,检波器设计及元件参数选择的原则如下:            (1)回路有载QL值要大,           (2)                             为载波周期             (3)            (4)           (5)  《高频电路原理与分析》第1章绪论             5. 二极管并联检波器            除上面讨论的串联检波器外,峰值包络检波器还有并联检波器、推挽检波器、倍压检波器、视频检波器等。

这里讨论并联检波器 《高频电路原理与分析》第1章绪论   图6―47 并联检波器及波形(a)原理电路 (b)波形 (c)实际电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             根据能量守恒原理,实际加到并联型检波器中的高频功率,一部分消耗在R上,一部分转换为输出平均功率,即当Uav≈UC时(UC为载波振幅)有(6―75) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             7．小信号检波器           小信号检波是指输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波这时,二极管的伏安特性可用二次幂级数近似,即            一般小信号检波时Kd很小,可以忽略平均电压负反馈效应,认为(6―77)(6―77)        将它代入上式,可求得iD的平均分量和高频基波分量振幅为《高频电路原理与分析》第1章绪论            若用ΔIav=Iav-a0表示在输入电压作用下产生的平均电流增量,则(6―78) 相应的Kd和Ri为(6―79) (6―70)《高频电路原理与分析》第1章绪论             若输入信号为单音调制的AM波,因Ω<<ωc,可用包络函数U(t)代替以上各式中的Um(6―71) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―47  小信号检波 《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-2-3 同步检波             1．乘积型            设输入信号为DSB信号,即us=UscosΩtcosωct,本地恢复载波ur=Urcos(ωrt+φ),这两个信号相乘(6―72)         经低通滤波器的输出,且考虑ωr-ωc=Δωc在低通滤波器频带内,有(6―73) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             由上式可以看出,当恢复载波与发射载波同频同相时,即ωr=ωc,φ=0,则                     uo=UocosΩt                               (6―74)            无失真地将调制信号恢复出来。

若恢复载波与发射载频有一定的频差,即ωr=ωc+Δωc                  uo=UocosΔωctcosΩt                  (6―75)            引起振幅失真若有一定的相差,则                        uo=UocosφcosΩt                   (6―77)《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―48  几种乘积型解调器实际线路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 叠加型            叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利用包络检波器将调制信号恢复出来对DSB信号而言,只要加入的恢复载波电压在数值上满足一定的关系,就可得到一个不失真的AM波图6―49就是一叠加型同步检波器原理电路            设单频调制的单边带信号(上边带)为       us=Uscos(ωc+Ω)t=UscosΩtcosωct-UssinΩtsinωct《高频电路原理与分析》第1章绪论     恢复载波             ur=Urcosωrt=Urcosωct           us+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct-UssinΩtsinωct                =Um(t)cos［ωct+φ(t)］                           (6―77)     式中 (6―78) (6―79) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 (6―80)   式中,m=Us/Ur。

当m<<1,即Ur>>Us时,上式可近似为(6―81) (6―82)《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―49  叠加型同步检波器原理电路《高频电路原理与分析》第1章绪论        图6―50 平衡同步检波电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             采用图6―50所示的同步检波电路,可以减小解调器输出电压的非线性失真它由两个检波器构成平衡电路,上检波器输出如式(6―82),下检波器的输出                    uo2=KdUr(1-mcosΩt)                           (6―83)     则总的输出                 uo=uo1-uo2=2KdUrmcosΩt                     (6―84)《高频电路原理与分析》第1章绪论 § 6-3  混频混频 § 6-3-1 混频的概述 §6-3-2 §6-3-2 晶体管混频晶体管混频§6-3-3 §6-3-3 场效应管混频场效应管混频§6-3-4 §6-3-4 集成混频电路集成混频电路§6-3-5 §6-3-5 晶体管平衡混频器晶体管平衡混频器§6-3-6 §6-3-6 参量混频参量混频《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-3-1 混频的概述             1．混频器的功能            混频器是频谱线性搬移电路,是一个六端网络。

它有两个输入电压,输入信号us和本地振荡信号uL,其工作频率分别为fc和fL输出信号为uI,称为中频信号,其频率是fc和fL的差频或和频,称为中频fI,fI=fL±fc(同时也可采用谐波的差频或和频) 混频与变频混频与变频    变频:本振与混频合为一个管    混频:混频独立为一个管《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―51   混频器的功能示意图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6―52  三种频谱线性搬移功能       (a)调制(b)解调(c)混频 《高频电路原理与分析》第1章绪论          2．混频器的工作原理        设输入到        混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为                     us=UscosΩtcosωct                         uL=ULcosωLt         这两个信号的乘积为(6―85)    (6―86) 《高频电路原理与分析》第1章绪论         图6-53  混频器的组成框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论            本振为单一频率信号,其频谱为            FL(ω)=π［δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)］            输入信号为己调波,其频谱为Fs(ω),则(6―87) 《高频电路原理与分析》第1章绪论       图6-54 混频过程中的频谱变换(a)本振频谱 (b)信号频谱 (c)输出频谱 《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、 混频器的分析方法1.vs(ωo)、vL(ωL)幅度均较小  采用幂级数法：      v = Vo +V1cosω1t +V2cosω2t     代入幂级数展开式，取前四项，得《高频电路原理与分析》第1章绪论 含有：含有： 2.vs(ωo)小、小、vL(ωL)大大   采用时变参量法，采用时变参量法，(6-34式式)含有：含有：3.乘法混频器乘法混频器《高频电路原理与分析》第1章绪论 3．混频器的主要性能指标            1) 变频增益            变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电压振幅Us之比,即(6―88)         同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信号功率Ps之比,即(6―89)《高频电路原理与分析》第1章绪论          2) 噪声系数        混频器的噪声系数NF定义为 通常用分贝数表示变频增益,有(6―90) (6―91) 输入信噪比(信号频率)   输出信噪比(中频频率) (6―92) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             3) 失真与干扰            变频器的失真有频率失真和非线性失真。

除此之外,还会产生各种非线性干扰,如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰所以,对混频器不仅要求频率特性好,而且还要求变频器工作在非线性不太严重的区域,使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰《高频电路原理与分析》第1章绪论             4)变频压缩(抑制)          在混频器中,输出与输入信号幅度应成线性关系实际上,由于非线性器件的限制,当输入信号增加到一定程度时,中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系,如图6―55所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论      图8-55  混频器输入、输出电平的关系曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论             5) 选择性            混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号(反映为中频,即fI=fL-fc),而不应该有其它不需要的干扰信号但在混频器的输出中,由于各种原因,总会混杂很多与中频频率接近的干扰信号 《高频电路原理与分析》第1章绪论 4、 对混频器的主要要求    1．信号失真小：仅对信号载频进行变换，保持原AM波的包络变化，和原FM波的频率变化    2．噪声系数小：因混频器处于系统前端；   3．混频增益大：可提高灵敏度和系统信躁比；   4．选择性好：抑制组合频率和干扰。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-3-2 晶体管混频晶体管混频一、基本电路 (a)电压串连方式；    (b)电流并联方式带通滤波器(选频网络) 中心频率：中心频率：ωi=ωL-ωo        保证输出保证输出vi(ωi)的通带，与输入的通带，与输入vs(ωo)的通带相同的通带相同 《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、混频原理采用时变参量分析法输入信号 vs(t) 几mv，在不同工作点(跨导)处，瞬时为线性放大本振信号 vL(t) 50~200mv，改变工作点的周期性函数《高频电路原理与分析》第1章绪论 讨论：《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、晶体管混频器主要参数 《高频电路原理与分析》第1章绪论 工作状态选择 例：小于10MHz工作时，为使Apc大、Nf小，综合选择：Ie=0.2~1mA ,  VL=50~250mV《高频电路原理与分析》第1章绪论 gC～UL的关系《高频电路原理与分析》第1章绪论 gC～Eb的关系《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、实例1.电视机混频电路 (1)回路并接1.2K,降低Q值,η=2(强耦合),以保证8MHz的全电视信号通过。

2)Ie=2mA，略大(可提高Apc)，前有高放级，Nf影响较小《高频电路原理与分析》第1章绪论 2.广播接收机变频电路 中波AM收音机的变频电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 FM收音机变频电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-3-3 场效应管混频场效应管混频  双极性晶体管：含有许多高次方项，易产生组合频率干扰和失真  场效应管的平方律特性：  可避免出现高次项，且v2项的系数为常数，可减少组合频率干扰和失真 《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、混频原理 (结型场效应管)《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、混频电路 (a)结型 (b)双栅MOS型《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、场效应管混频特点1.iD中无高次项，组合频率干扰小；  动态范围大(vs可较大)；输入、输出阻抗大2.混频增益较低，收音机、电视机较少应用 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-3-4 集成混频电路集成混频电路一、简单差动对管混频 为二象限乘法器混频 当vs较小时，ic中有Kv1v2项，经LC回路，可选出下中频项下中频项  ωi=ωL-ωo 《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、双差动模拟乘法混频电路          四象限乘法器 优点：抑制中频干扰能力强；           寄生频道、组合信号少；            互调和交调失真小；            噪声低。

           且：vL1  缺点：动态范围小(vs:几mv)；        噪声较大、组合频率干扰大；        本振信号易向外辐射；        工作频率低(几百MHz)晶体二级管混频器：   可克服上述缺点  缺点：增益<1《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、二极管平衡混频器结构与分析方法同平衡调幅 中频输出《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、二极管环行混频器滤波后：《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、其它混频电路两管参数对称时：奇次项相互抵消，可减少干扰 差动平衡混频器《高频电路原理与分析》第1章绪论  　　图中输入变压器是用磁环绕制的平衡—不平衡宽带变压器,加负载电阻200Ω以后,其带宽可达0．5～30MHzXCC型乘法器负载电阻单边为300Ω,带宽为0～30MHz,因此,该电路为宽带混频器。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6-105  用模拟乘法器构成混频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6-106  场效应管混频器的实际线路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-3-6 参量混频参量混频非线性元器件：1.非线性电阻(有损，有噪声)：  利用器件(晶体管、场效应管)的非线性电阻特性，将：  直流能量→交流交流能量(<几百MHz)2.非线性电抗：(1)电容(无损，低噪声)    交流交流能量→交流交流能量(GMHz)(2)电感(损耗，噪声高于电容)   交流交流能量→交流交流能量(低于电容) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 一、非线性电容的能量转换原理线性电容(非线性电容的特例):   v与q之间在一定条件下为线性关系，C为常数(标称值）非线性电容(变容二极管):q=f(v)   f( )为非线性函数关系,即C值不是常数设：非线性电容无损，单值非线性在C上加两不同频率信号：　因为q与v间为非线性关系，则：vc不再是q的波形，即vc产生失真，出现新的频率分量   fm,n=mf1+nf2   (m,n 为含零正整数)(理想C不消耗能量，也不产生能量，只是将信号支路交流交流能量→负载支路交流交流能量)《高频电路原理与分析》第1章绪论 参量电路的一般模型图中：f1, f2为信号支路频率，vs1,vs2提供能量，            正Pi>0； (f1 ±f2),(2f1 ±f2)...为负载支路频率，负载电阻消耗能量，负Po<0 。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 故有：《高频电路原理与分析》第1章绪论 因为f1,f2恒为正值，则上式要求：         为“门雷-罗威关系式”，表明理想无损非线性电容器，在各组合频率分量之间平均功率分配关系         可说明参量电路，在实现各种功能时能量的转换过程《高频电路原理与分析》第1章绪论 二、参量倍频电路模型和实际电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 仅有两条支路：激励vs(f1)    m=1, f2=0  负载R(nf1)   m=n, f2=0门雷-罗威关系为：  因P1, f1为正，nPn必为负        即：f1输入信号能量，经理想非线性电容(变容二极管) ,全部转换为负载nf1输出信号能量        理想转换效率为100%，实际为70%~80%，但仍高于丙类倍频(3~4次倍频时10%~30%)等电路        故高次倍频均采用参量倍频例：并联型参量倍频电路(图11-19)转换效率为71%《高频电路原理与分析》第1章绪论 三、参量混频《高频电路原理与分析》第1章绪论 门-罗关系为： PL(振荡源/泵源)为正，提供能量Ps(信号源)，Pi(中频负载)为负，消耗能量。

因为：所以：   下混频：fifo ，则：效率>1《高频电路原理与分析》第1章绪论 四、参量放大器(下混频的另一应用) 负载RL接在fo支路上，RL的能量由vs和vp(vL)提供，fi支路为空闲支路(反向混频所必需的支路) fp=2fo时，fo支路与fi支路合并，称为简并式参量放大器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 §６-４ 混频器的干扰主要干扰有:     1、信号与本振的自身组合干扰      2、外来干扰与本振的组合干扰           1）中频干扰           2）镜像干扰           3）组合副波道干扰      3、交叉调制干扰(交调干扰)       4、互调干扰      5、包络失真和阻塞干扰       6、倒易混频《高频电路原理与分析》第1章绪论 §6-4-1组合频率干扰组合频率干扰      1.组合频率干扰在中频附近（通带内）时难以消除；   2.输入vs之外，存在邻波道信号vm，可产生寄生  频道干扰和交叉调制失真；  3.vs幅度较大时，易产生寄生调幅(包络失真)一、组合频率干扰      vs 与vs的不同谐波的一些组合频率分量，若在中频附近的信号通带内，无法滤除，产生组合频率干扰。

     例如:  晶体三极管ic中的组合频率分量                              fp,q=|±pfL±q fo| 《高频电路原理与分析》第1章绪论 例1:接收vs的2fo=931kHz , 中频中频 fi=465kHz             则 本振vL的fL=1396kHz若：fp,q=2fo-fL=1862-1396=466kHz  466kHz在中频附近通带内，无法滤除          因检波器的非线性作用产生：  466-465=1kHz(差拍信号干扰/哨声)   克服方法：克服方法：     减小器件非线性；     采用平方律器件；     重新选择中频例2:fo=930kHz ,fi=465kHz ,       则 fL=1395kHz  fL-fo=1395-930=465kHz(有用有用fi)            2fo-fL=1860-1395=465kHz(无用无用fi/中频干扰中频干扰)《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-4-2  外来干扰与本振的组合干扰              这种干扰是指外来干扰电压与本振电压由于混频器 的 非 线 性 而 形 成 的 假 中 频 。

设 干 扰 电 压 为uJ(t)=UJcosωJt,频率为fJ接收机在接收有用信号时,某些无关电台也可能被同时收到,表现为串台,还可能夹杂着哨叫声,在这种情况下,混频器的输入、输出和本振的示意图见图6-109《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6-109   外来干扰的示意图 《高频电路原理与分析》第1章绪论    如果干扰频率fJ满足式(6―104),即         就能形成干扰式中,fL由所接收的信号频率决定,用fL=fc+fI代入上式,可得(6―107) 《高频电路原理与分析》第1章绪论     1.中频干扰             当干扰频率等于或接近于接收机中频时,如果接收机前端电路的选择性不够好,干扰电压一旦漏到混频器的输入端,混频器对这种干扰相当于一级(中频)放大器,放大器的跨导为gm(t)中的gm0,从而将干扰放大,并顺利地通过其后各级电路,就会在输出端形成干扰 《高频电路原理与分析》第1章绪论    图6―70  抑制中频干扰的措施(a)提高选择性 (b)加中频陷波电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 2．镜像干扰            设混频器中fL>fc,当外来干扰频率fJ=fL+fI时,uJ与uL共同作用在混频器输入端,也会产生差频fJ-fL=fI,从而在接收机输出端听到干扰电台的声音。

fJ、fL及fI的关系如图6-71所示 图6-71  镜像干扰的频率关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论 例1:fo=1070kHz, fi=465kHz , fL=1535kHz , fM=1000kHz       fL-fo=1535-1070=465kHz(有用有用fi)       2fo-fL=2000-1535=465kHz(无用无用fi/中频干扰中频干扰')      计算计算:p=1,q=2             fM=(pfL+fi)/q =(1535+465)/2=1000kHz例2:fo=660kHz ,fi=465kHz ,fL=1125kHz       p=0,q=1: fM=465kHz(中频干扰中频干扰')     p=1,q=1: fM=1590kHz=fo+2fi=fL+fi   (镜像中频干扰镜像中频干扰') 《高频电路原理与分析》第1章绪论     3．组合副波道干扰（组组合合副副波波道道干干扰扰是指外来干扰电压v M 与本振电压v L，在混频非线性作用下形成的假中频 ）            这里,只观察p=q时的部分干扰在这种情况下,式(6―107)变为(6―108) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6-72  副波道干扰的频率分布 《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-4-3  交叉调制干扰(交调干扰)            它是有用信号vs、干扰信号v M和本振信号v L通过混频器组合后形成的。

    设：vM之外，存在干扰台vM      则：vbe=vL+vs+vM     若是vM调幅信号，将产生许多交叉调制信号，当某交叉调制信号的中心频率为fi时，则vM信号(干扰)和vs信号被同时放大和解调     由非线性器件的i=f(t)展开成泰勒级数,其四阶项为a4u4设u=uJ+us+uL,这里               uJ=UJ(1+mJcosΩJt)cosωJt               us=Uscosωct               uL=ULcosωLt  《高频电路原理与分析》第1章绪论         图10.―73  交调干扰的频率变换 《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-4-4  互调干扰              若vs之外，存在干扰台vM1、vM2，则产生类似交叉调制失真的互相调制失真       由四次方项a4u4可分解出u2J1uJ2uL项,其中有           U2J1(1+cos2ωJ1t)UJ2ULcosωJ2tcosωLt                      fJ1-fJ2=fc-fJ1                                (6―109) 《高频电路原理与分析》第1章绪论         图6-74 互调干扰的示意图 《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-4-5  包络失真和阻塞干扰  vs过大时：      (1)包络失真：幂级数中的高次方项起作用。

由于混频器的“非线性”,输出包络与输入包络不成正比当输入信号为一振幅调制信号时(如AM信号),混频器输出包络中出现新的频率分量       (2)大信号阻塞：由于输入或混频产生的信号幅度过大，使晶体管进入饱和或截止(限幅)，从而产生新的频率成分《高频电路原理与分析》第1章绪论  § 6-4-6 倒易混频            在混频器中还存在一种称之为倒易混频的干扰其表现为当有强干扰信号进入混频器时,混频器输出端的噪声加大,信噪比降低 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图6-75  倒易混频的产生过程 《高频电路原理与分析》第1章绪论 § 6-4-7  邻道干扰邻道干扰    邻道干扰是指与有用信号频率的频差很近的其它通信信号邻道干扰是指与有用信号频率的频差很近的其它通信信号在发送时，由于滤波电路的不理想，也送出了不该送出的落在发送时，由于滤波电路的不理想，也送出了不该送出的落于有用频带内的信号分量于有用频带内的信号分量§6-4-8 减小干扰和失真的措施   1. vs较小；   2. 提高混频前各级(天线回路,高放)的选频能力；   3. 采用具有乘法、平方律特性的器件；   4. 采用乘法器、平衡混频电路；   5. 合理选择fi 。

《高频电路原理与分析》第1章绪论 第第7章章  频率调制与解调频率调制与解调 7.1  调频信号分析调频信号分析 7.2  调频器与调频方法调频器与调频方法7.3  调频电路调频电路《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.1  调频信号分析调频信号分析     7.1.1 调频信号的参数与波形            设调制信号为单一频率信号uΩ(t)=UΩcosΩt,未调载波电压为uC=UCcosωct,则根据频率调制的定义,调频信号的瞬时角频率为(7―1) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             它是在ωc的基础上,增加了与uΩ(t)成正比的频率偏移式中kf为比例常数调频信号的瞬时相位φ(t)是瞬时角频率ω(t)对时间的积分,即             式中,φ0为信号的起始角频率为了分析方便,不妨设φ0=0,则式（7―2）变为（7―2） （7―3） 《高频电路原理与分析》第1章绪论  式中，               为调频指数FM波的表示式为(7―4) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―1  调频波波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―2  调频波Δfm、mf与F的关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论   7.1.2  调频波的频谱            1．调频波的展开式            因为式（7―4）中的               是周期为2π/Ω的周期性时间函数,可以将它展开为傅氏级数,其基波角频率为Ω,即（7―5）        式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数,它可以用无穷级数进行计算:（7―6） 《高频电路原理与分析》第1章绪论     它随mf变化的曲线如图7―3所示,并具有以下特性:                    Jn(mf)=J-n(mf),            n为偶数                    Jn(mf)=-J-n(mf),           n为奇数     因而,调频波的级数展开式为（7―7） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―3  第一类贝塞尔函数曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论          2．调频波的频谱结构和特点        将上式进一步展开,有 uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t       -J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t  +J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t  -J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］                                   （7―8） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―4 单频调制时FM波的振幅谱（a）Ω为常数;（b）Δωm为常数 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―5  调频信号的矢量表示 《高频电路原理与分析》第1章绪论            图7―6   |Ｊn(mf)|≥0.01时的n/mf曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.1.3  调频波的信号带宽            通常采用的准则是,信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波1%以上的边频分量,即                        |Jn(mf)| ≥0.01            由图可见,当mf很大时,n/mf趋近于1。

因此当mf1时,应将n=mf的边频包括在频带内,此时带宽为                 Bs=2nF=2mfF=2Δfm                   （7―9）     当mf很小时,如mf<0.5,为窄频带调频,此时                           Bs=2F                                （7―10）《高频电路原理与分析》第1章绪论        对于一般情况,带宽为                 Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F)                 （7―11）       更准确的调频波带宽计算公式为 （7―12）         当调制信号不是单一频率时,由于调频是非线性过程,其频谱要复杂得多比如有F1、F2两个调制频率,则根据式(7-7)可写出《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.1.4 调频波的功率  调频信号uFM(t)在电阻RL上消耗的平均功率为        由于余弦项的正交性,总和的均方值等于各项均方值的总和,由式（7―7）可得 （7―13） （7―14） （7―15） 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.1.5 调频波与调相波的比较            1．调相波            调相波是其瞬时相位以未调载波相位φc为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。

如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ0=0,则其瞬时相位为           φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)                  =ωct+ΔφmcosΩt=ωct+mpcosΩt  （7―16）     从而得到调相信号为                 uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)           （7―17） 《高频电路原理与分析》第1章绪论     调相波的瞬时频率为（7―18） 图7―8  调相波Δfm、mp与F的关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论            图7―7 调相波波形《高频电路原理与分析》第1章绪论             至于PM波的频谱及带宽,其分析方法与FM相同调相信号带宽为                           Bs=2(mp+1)F                      (7―19)      图7―9  调频与调相的关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2．调频波与调相波的比较             调频波与调相波的比较见表7―1。

              在本节结束前,要强调几点:           （1）角度调制是非线性调制,在单频调制时会出现（ωc±nΩ）分量,在多频调制时还会出现交叉调制（ωc±nΩ1±kΩ2+…）分量          （2）调频的频谱结构与mf密切相关mf大,频带宽            （3）与AM制相比,角调方式的设备利用率高,因其平均功率与最大功率一样 《高频电路原理与分析》第1章绪论 表7―1  调频波与调相波的比较表 《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.2  调频器与调频方法调频器与调频方法 7.2.1  调频器  对于图7―10的调频特性的要求如下:（1）调制特性线性要好 （2）调制灵敏度要高 （3）载波性能要好 《高频电路原理与分析》第1章绪论       图7―10 调频特性曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.2.2  调频方法             1．直接调频法            这种方法一般是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率,使振荡频率f(t)按调制电压的规律变化若被控制的是LC振荡器,则只需控制振荡回路的某个元件(L或C),使其参数随调制电压变化,就可达到直接调频的目的。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2．间接调频法            实现间接调频的关键是如何进行相位调制通常,实现相位调制的方法有如下三种:            (1）矢量合成法这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号对于单音调相信号           uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)                =Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct             当mp≤π/12时,上式近似为            uPM≈Ucosωct-UmpcosΩtsinωct          （7―20）《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―11  矢量合成法调 《高频电路原理与分析》第1章绪论             (2）可变移相法可变移相            法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现调相            (3）可变延时法将载波信号通过一可控延时网络,延时时间τ受调制信号控制,即                            τ=kduΩ(t)     则输出信号为             u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］     由此可知,输出信号已变成调相信号了。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论              3.扩大调频器线性频偏的方法             对于直接调频电路,调制特性的非线性随最大相对频偏Δfm/fc的增大而增大当最大相对频偏Δfm/fc限定时,对于特定的fc,Δfm也就被限定了,其值与调制频率的大小无关  《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.3 调频电路调频电路   7.3.1 直接调频电路             1.变容二极管直接调频电路             1) 变容二极管调频原理            其结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系:（7―21） 《高频电路原理与分析》第1章绪论        图7―12  变容管的Cj～u曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论         静态工作点为EQ时,变容二极管结电容为（7―22）    设在变容二极管上加的调制信号电压为   uΩ(t)=UΩcosΩt,则（7―23） 《高频电路原理与分析》第1章绪论    将式（7―23）代入式（7―21）,得(7―24) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2)  变容二极管直接调频性能分析         （1）Cj为回路总电容。

图7―13为一变容二极管直接调频电路,Cj作为回路总电容接入回路图7-13（b）是图7―13（a）振荡回路的简化高频电路            由此可知,若变容管上加uΩ(t),就会使得Cj随时间变化（时变电容）,如图7―14(a)所示,此时振荡频率为（7―25）《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―13 变容管作为回路总电容全部接入回路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―14  变容管线性调频原理《高频电路原理与分析》第1章绪论      振荡频率随时间变化的曲线如图7―14(b)所示                 在上式中,若γ=2,则得（7―26）一般情况下,γ≠2,这时,式（7―25）可以展开成幂级数《高频电路原理与分析》第1章绪论       忽略高次项,上式可近似为(7―27) 二次谐波失真系数可用下式求出: (7―28) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             调频灵敏度可以通过调制特性或式（7―27）求出根据调频灵敏度的定义,有（7―29） 《高频电路原理与分析》第1章绪论            （2）Cj作为回路部分电容接入回路。

在实际应用中,通常γ≠2,Cj作为回路总电容将会使调频特性出现非线性,输出信号的频率稳定度也将下降因此,通常利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总电容C与电压u之间的特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―15 Cj与固定电容串、并联后的特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―16  变容二极管直接调频电路举例  （a）实际电路;（b）等效电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             将图7―16（b）的振荡回路简化为图7―17,这就是变容管部分接入回路的情况这样,回路的总电容为（7―30） 图7―17  部分接入的振荡回路 《高频电路原理与分析》第1章绪论   振荡频率为 式中 《高频电路原理与分析》第1章绪论 从式（7―32）可以看出,当Cj部分接入时,其最大频偏为（7―33） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―18  加在变容管上的电压《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 晶体振荡器直接调频电路            变容二极管（对LC振荡器）直接调频电路的中心频率稳定度较差为得到高稳定度调频信号,须采取稳频措施,如增加自动频率微调电路或锁相环路（第8章讨论）。

还有一种稳频的简单方法是直接对晶体振荡器调频《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―19变容管等效电容随高频电压振幅和偏压的变化    (a）Ｃj随U1变化曲线;（b）Cj随EＱ变化曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论              图7―20（a）为变容二极管对晶体振荡器直接调频电路,图（b）为其交流等效电路由图可知,此电路为并联型晶振皮尔斯电路,其稳定度高于密勒电路其中,变容二极管相当于晶体振荡器中的微调电容,它与C1、C2的串联等效电容作为石英谐振器的负载电容CL此电路的振荡频率为（7―34） 《高频电路原理与分析》第1章绪论    图7―20 晶体振荡器直接调频电路（a）实际电路;（b）交流等效电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             3. 张弛振荡器直接调频电路            图7―21是一种调频三角波产生器的方框图调制信号控制恒流源发生器,当调制信号为零时,恒流源输出电流为I;当有调制电压时,输出电流为I+ΔI(t),ΔI(t)与调制信号成正比 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―21  三角波调频方框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―22 电压比较器的迟滞特性和输入、输出波形 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―23  三角波变为正弦波变换特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论             电压比较器输出的是调频方波电压。

如要得到正弦调频信号,可在其输出端加波形变换电路或滤波器图7-23便是由三角波变为正弦波的变换器特性它是一个非线性网络,其传输特性为《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.3.2  间接调频电路             图8―24是一个变容二极管调相电路它将受调制信号控制的变容管作为振荡回路的一个元件Lc1、Lc2为高频扼流圈,分别防止高频信号进入直流电源及调制信号源中             高Q并联振荡电路的电压、电流间相移为（7―35） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―24 单回路变容管调相器 《高频电路原理与分析》第1章绪论             当Δφ＜π/6时,tanφ≈φ,上式简化为            设输入调制信号为UΩcosΩt,其瞬时频偏(此处为回路谐振频率的偏移)为（7―36） 当Δφ＜π/6时,tanφ≈φ,上式简化为（7―37） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―25  三级回路级联的移相器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.4  鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法     7.4.1 鉴频器            角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。

调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）,调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器（PD）《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―26  鉴频器及鉴频特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论             对鉴频器的另外一个要求,就是鉴频跨导要大所谓鉴频跨导ＳD,就是鉴频特性在载频处的斜率,它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压鉴频跨导又叫鉴频灵敏度,用公式表示为（7―38） 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.4.2 鉴频方法            1.振幅鉴频法            调频波振幅恒定,故无法直接用包络检波器解调鉴于二极管峰值包络检波器线路简单、性能好,能否把包络检波器用于调频解调器中呢？显然,若能将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM―AM波,就可以通过包络检波器解调此调频信号用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器其工作原理如图7―27所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 (a)振幅鉴频器框图；(b)变换电路特性             图7―27 振幅鉴频器原理 《高频电路原理与分析》第1章绪论           1）直接时域微分法          设调制信号为uΩ=f(t),调频波为（7―39） （7―40） 对此式直接微分可得  《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―28   微分鉴频原理《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―29  微分鉴频电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2）斜率鉴频法            双离谐鉴频器的输出是取两个带通响应之差,即该鉴频器的传输特性或鉴频特性,如图7-33中的实线所示。

其中虚线为两回路的谐振曲线从图看出,它可获得较好的线性响应,失真较小,灵敏度也高于单回路鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―30 单回路斜率鉴频器《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―31 双离谐平衡鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―32 图7―31各点波形《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―33  双离谐鉴频器的鉴频特性《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 相位鉴频法            相位鉴频法的原理框图如图7―34所示图中的变换电路具有线性的频率—相位转换特性，它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM―PM波  图7―34   相位鉴频法的原理框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论             相位鉴频法的关键是相位检波器相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差，完成相位差—电压变换作用的部件或电路设输入鉴相器的两个信号分别为(7―41) (7―42)        同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压uo是瞬时相位差的函数，即(7―43)《高频电路原理与分析》第1章绪论             1) 乘积型相位鉴频法            利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频法或积分(Quadrature)鉴频法。

在乘积型相位鉴频器中，线性相移网络通常是单谐振回路(或耦合回路)，而相位检波器为乘积型鉴相器，如图7―35所示      图7―35  乘积型相位鉴频法 《高频电路原理与分析》第1章绪论             设乘法器的乘积因子为K，则经过相乘器和低通滤波器后的输出电压为             2) 叠加型相位鉴频法             利用叠加型鉴相器实现鉴频的方法称为叠加型相位鉴频法对于叠加型鉴相器，就是先将u1和u2(式(7―41)和(7―42))相加，把两者的相位差的变化转换为合成信号的振幅变化，然后用包络检波器检出其振幅变化，从而达到鉴相的目的 (7―44) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―36  平衡式叠加型相位鉴频器框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论             3. 直接脉冲计数式鉴频法             调频信号的信息寄托在已调波的频率上从某种意义上讲，信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―37   直接脉冲计数式鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.5   鉴频电路鉴频电路   7.5.1  叠加型相位鉴频电路             1.互感耦合相位鉴频器            互 感 耦 合 相 位 鉴 频 器 又 称 福 斯 特 ―西 利(Foster―Seeley)鉴频器，图7-38是其典型电路。

相移网络为耦合回路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―38  互感耦合相位鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论             1) 频率—相位变换            频率—相位变换是由图7―39(a)所示的互感耦合回路完成的由图7―39(b)的等效电路可知，初级回路电感L1中的电流为(7―45) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―39  互感耦合回路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             考虑初、次级回路均为高Q回路，r1也可忽略这样，上式可近似为初级电流在次级回路产生的感应电动势为(7―46)(7―47) 感应电动势         在次级回路形成的电流         为《高频电路原理与分析》第1章绪论 (7―48) (7―49) ξ=2QΔf/f0,则上式变为(7―50) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―40  频率—相位变换电路的相频特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2) 相位—幅度变换             根据图中规定的         与         的极性，图7―38电路可简化为图7―41。

这样，在两个检波二极管上的高频电压分别为(7―51)  《高频电路原理与分析》第1章绪论       图9―41  图9―38的简化电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论             合成矢量的幅度随  与   间的相位差而变化(FM―PM ― AM信号)，如图9―42所示           ①f=f0=fc时，          与        的振幅相等，即UD1=UD2;           ②f>f0=fc时，UD1>UD2，随着f的增加，两者差值将加大；           ③f

两个回路相互屏蔽图中Cm为两回路间的耦合电容，其值很小，一般只有几个皮法至十几个皮法            耦合回路部分单独示于图7―45(b)，其等效电路示于图7―45(c)根据耦合电路理论可求出此电路的耦合系数为(7―53) 《高频电路原理与分析》第1章绪论    设次级回路的并联阻抗Z2为        由于Cm很小，满足1/(ωCm)>>p2Z2, p=1/2分析可得,AB间的电压为 (7―54) (7―55) 由此可得 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―45  电容耦合相位鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.5.2 比例鉴频器            1.电路            比例鉴频器是一种类似于叠加型相位鉴频器，而又具有自限幅(软限幅)能力的鉴频器，其基本电路如图7―46(a)所示它与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于：             (1)两个二极管顺接；             (2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10μF数量级时间常数(R1+R2)C很大，约0.1～0.25s，远大于低频信号的周期             (3)接地点和输出点改变。

《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 工作原理            图7―46(b)是图(a)的简化等效电路，电压、电流如图所示由电路理论可得             i1(R1+RL)-i2RL=uc1                                                          (7―56)             i2(R2+RL)-i1RL=uc2                                       (7―57)             uo=(i2-i1)RL                                                   (7―58)     当R1=R2=R时，可得(7―59) (7―60) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             当f=fc时，UD1=UD2, i1=i2,但以相反方向流过负载RL,所以输出电压为零；            当f>fc时，UD1>UD2, i1>i2,输出电压为负；             当f

《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―46  比例鉴频器电路及特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论             自动频率控制系统中要特别注意当然，通过改变两个二极管连接的方向或耦合线圈的绕向(同名端)，可以使鉴频特性反向另一方面，输出电压也可由下式导出：(7―61)《高频电路原理与分析》第1章绪论              3.自限幅原理             (1)回路的无载Q0值要足够高，以便当检波器输入电阻Ri随输入电压幅度变化时，能引起回路Qe明显的变化              (2)要保证时常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰的几个周期比例鉴频器存在着过抑制与阻塞现象 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―47  减小过抑制及阻塞的措施 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.5.3  正交鉴频器             1.正交鉴频原理             正交鉴频器实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。

《高频电路原理与分析》第1章绪论              2.集成正交鉴频器             图7―48是某电视机伴音集成电路，它包括限幅中放(V1 ,V2;V4、V5;V7、Ｖ8为三级差分对放大器，V3、V6和V9为三个射极跟随器)、内部稳压(VD1～VD5、V10)和鉴频电路三部分             移相网络如图7―49(a)所示，其传输函数为(7―62) 《高频电路原理与分析》第1章绪论            图7―48  集成正交鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论  其中，  可见，u1与u2(实际上是ur与us)之间的相位差为相频特性曲线见图7―49(b)若设 (7―64) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             当Δf/f0<<1时，上式可写为(7―65) 可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比        在上面电路中，调整L、C和C1均可改变回路谐振频率，只要满足 (7―66) 《高频电路原理与分析》第1章绪论            图7―49    移相网络机器相频特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.5.4  其它鉴频电路             1.差分峰值斜率鉴频器            差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴频器。

图7―50(a)是一个在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP ,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器    《高频电路原理与分析》第1章绪论             图7―50   差分峰值斜率鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论             移相网络接在集成电路的⑨、10脚之间设从⑨脚向右看的移相电路的谐振频率为f01，从10脚向左看的移相电路的谐振频率为f02，则 (7―67) (7―68) 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2.晶体鉴频器             晶体鉴频器的原理电路如图7―51所示电容C与晶体串联后接到调频信号源VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2为两个二极管包络检波器为了保证电路平衡，通常VD1与VD2性能相同，R1=R2,C1=C2《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―51  晶体鉴频器原理电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论                图7―52  电容—晶体分压器(a)电抗曲线；(b)电容、晶体两端电压变化曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―53  晶体鉴频器的鉴频特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.5.5  限幅电路             振幅限幅器的性能可由图7―54(b)所示的限幅特性曲线表示。

图中，Up表示限幅器进入限幅状态的最小输入信号电压，称为门限电压对限幅器的要求主要是在限幅区内要有平坦的限幅特性，门限电压要尽量小 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―54  限幅器及其特性曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.6   调频收发信机及特殊电路调频收发信机及特殊电路     7.6.1  调频发射机              图7―55是一种调频发射机的框图其载频fc=88～108MHz,输入调制信号频率为50Hz～15kHz，最大频偏为75kHz由图可知，调频方式为间接调频由高稳定度晶体振荡器产生fc1=200kHz的初始载波信号送入调相器，由经预加重和积分的调制信号对其调相调相输出的最大频偏为25Hz，调制指数mf<0.5《高频电路原理与分析》第1章绪论       图7―55  调频发射机框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.6.2  调频接收机             图7―56为广播调频接收机典型方框图为了获得较好的接收机灵敏度和选择性，除限幅级、鉴频器及几个附加电路外，其主要方框均与AM超外差接收机相同调频广播基本参数与发射机相同。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论          图7―56  调频接收机方框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论   7.6.3 特殊电路             1.预加重及去加重电路             理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈矩形，在整个调制频率范围内，所有噪声都一样大调频制的噪声频谱(电压谱)呈三角形，见图7―57(b)，随着调制频率的增高，噪声也增大调制频率范围愈宽，输出的噪声也愈大 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―57 调频解调器的输出噪声频谱           (a)功率谱；(b)电压谱 《高频电路原理与分析》第1章绪论             由于调频噪声频谱呈三角形，或者说与ω成线性关系，使我们联想到将信号作相应的处理，即要求预加重网络的特性为                                 H(jω)=jω 《高频电路原理与分析》第1章绪论         图7―58  预加重网络及其特性           (a)预加重网络；(b)频率响应 《高频电路原理与分析》第1章绪论              去加重网络及其频响曲线如图7―59所示。

从图看出，当ω<ω2时，预加重和去加重网络总的频率传递函数近似为一常数，这正是使信号不失真所需要的条件图7―59   去加重网络及其特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论             采用预、去加重网络后，对信号不会产生变化，但对信噪比却得到较大的改善，如图7―60所示图7―60预、去加重网络对信噪比的改善 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 静噪电路            由于在调频接收中存在门限效应，因此在系统设计时要尽可能地降低门限值为了获得较高的输出信噪比，在鉴频器的输入端的输入信噪比要在门限值之上但在调频通信和调频广播中，经常会遇到无信号或弱信号的情况，这时输入信噪比就低于门限值，输出端的噪声就会急剧增加 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―61  静噪电路举例 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―62  静噪电路接入方式 《高频电路原理与分析》第1章绪论 7.7   调频多重广播调频多重广播    7.7.1调频立体声广播             1.调频立体声广播方式            图7―63示出了调频立体声广播的系统图。

左声道信号(L)和右声道信号(R)经各自的预加重在矩阵电路中形成和信号(L+R)和差信号(L-R)和信号(L+R)照原样成为主信道信号，差信号(L-R)经平衡调制器对副载波进行抑制载波的调幅，成为副信道信号《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―63  调频立体声广播发射机的系统图 《高频电路原理与分析》第1章绪论            2. 调频立体声接收机           调频立体声接收机的框图如图7―64所示，在鉴频器之前与单声道调频接收机的组成相同 图7―64   调频立体声接收机的框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―65  立体声解调器工作方式   (a)开关方式；(b)矩阵方式 《高频电路原理与分析》第1章绪论    7.7.2  电视伴音的多重广播             电视伴音的多重广播就是电视伴音的立体声广播图7―66为某电视伴音多重广播的发射机框图和信号被作为主信道信号发送，差信号经限幅器、IDC电路和低通滤波器后作为副信道信号对行扫描频率fH的二倍频信号(副载波)进行调频，并与主信道信号合成后送到伴音发射机 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―66  电视伴音多重广播的发射机框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论              在接收端，电视机中的伴音处理电路框图如图7―67所示。

对图像中放的输出进行检波，取出伴音中频，对它放大后进行鉴频，得到复合伴音信号它含有主信道信号、副信道信号和控制信号对此复合信号进行处理和转换即可得到立体声伴音的输出《高频电路原理与分析》第1章绪论 图7―67  电视伴音处理电路框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 第第8章章  反馈控制电路反馈控制电路 8.1  自动增益控制电路自动增益控制电路8.2  自动频率控制电路自动频率控制电路8.3  锁相环的基本原理锁相环的基本原理8.4  频率合成器频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 8.1  自动增益控制电路自动增益控制电路图8―1 反馈控制系统的组成 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―2  具有AGC电路的接收机组成框图《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.1.1 工作原理            设输入信号振幅为Ui,输出信号振幅为Uo,可控增益放大器增益为Kv(uc),它是控制电压uc的函数,则有(8―1) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―3  自动增益控制电路框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论     8.1.2自动增益控制电路             根据输入信号的类型、特点以及对控制的要求,AGC电路主要有以下几种类型。

             1．简单AGC电路             在简单AGC电路里,参考电平Ur＝0这样,只要输入信号振幅Ui增加,AGC的作用就会使增益Kv减小,从而使输出信号振幅Uo减小图8―4为简单AGC的特性曲线(8―2)《高频电路原理与分析》第1章绪论             mi为AGC电路限定的输入信号振幅最大值与最小值之比（输入动态范围）,即(8―3) (8―4) 则有 《高频电路原理与分析》第1章绪论             图8―4   简单AGC特性曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―5 延迟AGC特性曲线 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2．延迟AGC电路            在延迟AGC电路里有一个起控门限,即比较器参考电压Ur,它对应的输入信号振幅Uimin,如图8―5所示 图8―6  延迟AGC电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论              3．前置AGC、后置AGC与基带AGC            前置AGC是指AGC处于解调以前,由高频（或中频）信号中提取检测信号,通过检波和直流放大,控制高频（或中频）放大器的增益。

             后置AGC是从解调后提取检测信号来控制高频（或中频）放大器的增益            基带AGC是整个AGC电路均在解调后的基带进行处理  《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.1.3  AGC的性能指标              1．动态范围             AGC电路是利用电压误差信号去消除输出信号振幅与要求输出信号振幅之间电压误差的自动控制电路              2．响应时间             AGC电路是通过对可控增益放大器增益的控制来实现对输出信号振幅变化的限制,而增益变化又取决于输入信号振幅的变化,所以要求AGC电路的反应既要能跟得上输入信号振幅的变化速度,又不会出现反调制现象,这就是响应时间特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论 8.2  自动频率控制电路自动频率控制电路     8.2.1 工作原理            自动频率控制（AFC）电路由频率比较器、低通滤波器和可控频率器件三部分组成,如图8―7所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―7 自动频率控制电路的组成《高频电路原理与分析》第1章绪论              可控频率器件通常是压控振荡器（VCO）,其输出振荡角频率可写成(8―5) 《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.2.2 主要性能指标            对于AFC电路,其主要的性能指标是暂态和稳态响应以及跟踪特性。

            1．暂态和稳态特性            由图8―7可得AFC电路的闭环传递函数由此可得到输出信号角频率的拉氏变换(8―6) (8―7) 《高频电路原理与分析》第1章绪论              2．跟踪特性             由图8―7可求得AFC电路的误差传递函数T（s）,它是误差角频率Ωe（s）与参考角频率Ωr（s）之比,其表达式为从而可得AFC电路中误差角频率ω的时域稳定误差值(8―8) (8―9) 《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.2.3 应用             1．自动频率微调电路（简称AFC电路）              图8―8是一个调频通信机的AFC系统的方框图这里是以固定中频fI作为鉴频器的中心频率,亦作为AFC系统的标准频率 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―8  调频通信机的AFC系统方框图《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―9  AFT原理方框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论 8.3锁相环的基本原理锁相环的基本原理   8.3.1 工作原理             锁相环是一个相位负反馈控制系统。

它由鉴相器(Phase Detector,缩写为PD)、环路滤波器(Loop Filter,缩写 为 LF)和 电 压 控 制 振 荡 器 (Voltage  Controlled Oscillator,缩写为VCO)三个基本部件组成,如图8―10所示《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―10  锁相环的基本构成《高频电路原理与分析》第1章绪论    设参考信号为(8―10)       若参考信号是未调载波时,则θr(t)=θr=常数设输出信号为(8―11) 两信号之间的瞬时相差为（8―12）由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差为(8―13) 《高频电路原理与分析》第1章绪论               锁定后两信号之间的相位差表现为一固定的稳态值即（8―14）          此时,输出信号的频率已偏离了原来的自由振荡频率 ω0(控 制 电 压 uc(t)=0时 的 频 率 ),其 偏 移 量 由 式(8―13)和(8―14)得到为   (8―15) 这时输出信号的工作频率已变为(8―16)《高频电路原理与分析》第1章绪论     8.3.2 1.鉴相器            鉴相器（PD）又称为相位比较器,它是用来比较两个输入信号之间的相位差θe(t)。

鉴相器输出的误差信号ud(t)是相差θe(t)的函数,即基本环路方程图8―11  正弦鉴相器模型《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―12  线性鉴相器的频域数学模型《高频电路原理与分析》第1章绪论             若以压控振荡器的载波相位ω0t作为参考,将输出信号uo(t)与参考信号ur                            uo(t)=Uocos［ω0t+θ2(t)］                                 (8―18) ur(t)=Ursin［ωrt+θr(t)］=Ursin［ω0t+θ1(t)］(8―19)     式中，θ2(t)=θ0(t),        θ1(t)=(ωr-ω0)t+θr(t)=Δω0t+θr(t)              (8―20)将uo(t)与ur(t)相乘,滤除2ω0分量,可得ud(t)=Udsin［θ1(t)-θ2(t)］=Udsinθe(t)           (8―21)《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―13  正弦鉴相器的鉴相特性《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―14  环路滤波器的模型  (a)时域模型;(b)频域模型 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2.环路滤波器            环路滤波器(LF)是一个线性低通滤波器,用来滤除误差电压ud(t)中的高频分量和噪声,更重要的是它对环路参数调整起到决定性的作用。

             1)　RC积分滤波器            这是最简单的低通滤波器,电路如图8―15(a)所示,其传递函数为(8―22) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―15 RC积分滤波器的组成与频率特性            (a)组成;(b)频率特性《高频电路原理与分析》第1章绪论             2)无源比例积分滤波器            无源比例积分滤波器如图8―16(a)所示与RC积分滤波器相比,它附加了一个与电容C串联的电阻R2,这样就增加了一个可调参数它的传递函数为(8―23) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―16 无源比例积分滤波器      (a)组成;  (b)频率特性《高频电路原理与分析》第1章绪论              3) 有源比例积分滤波器            有源比例积分滤波器由运算放大器组成,电路如图8-17(a)所示当运算放大器开环电压增益A为有限值时,它的传递函数为(8―24) 式中，τ′1=(R1+AR1+R2)C;τ2=R2C若A很高,则(8―25) 《高频电路原理与分析》第1章绪论              3. 压控振荡器             压控振荡器(VCO)是一个电压-频率变换器,在环路中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压uc(t)线性地变化,即             式中，ωv(t)是VCO的瞬时角频率,Kd是线性特性斜率,表示单位控制电压,可使VCO角频率变化的数值。

因此 又 称 为 VCO的 控 制 灵 敏 度 或 增 益 系 数 ,单 位 为［rad/V·s］在锁相环路中,VCO的输出对鉴相器起作用的不是瞬时角频率而是它的瞬时相位,即 （8―26） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 （8―27） （8―28）         将此式与式(8―18)比较,可知以ω0t为参考的输出瞬时相位为 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―17  有源比例积分滤波器       (a)电路;  (b)频率特性《高频电路原理与分析》第1章绪论             由此可见,VCO在锁相环中起了一次积分作用,因此也称它为环路中的固有积分环节式(8―28)就是压控振荡器相位控制特性的数学模型,若对式(8―28)进行拉氏变换,可得到在复频域的表示式为（8―29） （8―30） VCO的传递函数为 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―18   VCO的复频域模型 《高频电路原理与分析》第1章绪论             4. 环路相位模型和基本方程             复时域分析时可用一个传输算子F(p)来表示,其中p(≡d/dt)是微分算子。

由图8―19,我们可以得出锁相环路的基本方程(8―31) (8―32) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―19   锁相环路的相位模型 《高频电路原理与分析》第1章绪论    将式(8―32)代入式(8―31)得（8―33）          设环路输入一个频率ωr和相位θr均为常数的信号,即       式中，ω0是控制电压uc(t)=0时VCO的固有振荡频率;θr是参考输入信号的初相位令 （8―34） 则 《高频电路原理与分析》第1章绪论             将式(8―34)代入式(8―33)可得固定频率输入时的环路基本方程:（8―35）         右边第二项是闭环后VCO受控制电压uc(t)作用引起振荡频率ωv相对于固有振荡频率ω0的频差(ωv-ω0),称为控制频差由式(8―35)可见,在闭环之后的任何时刻存在如下关系:                         瞬时频差=固有频差-控制频差 （8―36） 《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.3.3  锁相环工作过程的定性分析             1.锁定状态             当在环路的作用下,调整控制频差等于固有频差时,瞬时相差θe(t)趋向于一个固定值,并一直保持下去,即满足（8―37） 锁定时的环路方程为（8―38） （8―39） 从中解得稳态相差《高频电路原理与分析》第1章绪论              锁定正是在由稳态相差θe(∞)产生的直流控制电压作用下,强制使VCO的振荡角频率ωv相对于ω0偏移了Δω0而与参考角频率ωr相等的结果。

即（8―40） 《高频电路原理与分析》第1章绪论               2. 跟踪过程             当Δωv大得足以补偿固有频差Δω0时,环路维持锁定,因而有            如果继续增大Δω0,使｜Δω0｜＞K0UdF(j0),则环路失锁(ωv≠ωr)因此,我们把环路能够继续维持锁定状态的最大固有频差定义为环路的同步带:故 （8―41） 《高频电路原理与分析》第1章绪论             3.失锁状态            失锁状态就是瞬时频差(ωr-ωv)总不为零的状态这时,鉴相器输出电压ud(t)为一上下不对称的稳定差拍波,其平均分量为一恒定的直流这一恒定的直流电压通过环路滤波器的作用使VCO的平均频率ωv偏离ω0向ωr靠拢,这就是环路的频率牵引效应 《高频电路原理与分析》第1章绪论             4. 捕获过程            开机时,鉴相器输入端两信号之间存在着起始频差(即固有频差)Δω0,其相位差Δω0t因此,鉴相器输出的是一个角频率等于频差Δω0的差拍信号,即（8―42） 《高频电路原理与分析》第1章绪论             若Δω0很大,ud(t)差拍信号的拍频很高,易受环路滤波器抑制,这样加到VCO输入端的控制电压uc(t)很小,控制频差建立不起来,ud(t)仍是一个上下接近对称的稳定差拍波,环路不能入锁。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―20  频率捕获锁定示意图《高频电路原理与分析》第1章绪论             环路能否发生捕获是与固有频差的Δω0大小有关只有当|Δω0|小到某一频率范围时,环路才能捕获入锁,这一范围称为环路的捕获带Δωp它定义为在失锁状态下能使环路经频率牵引,最终锁定的最大固有频差|Δω0|max,即（8―43） 《高频电路原理与分析》第1章绪论     8.3.4 锁相环路的线性分析            锁相环路线性分析的前提是环路同步,线性分析实际上是鉴相器的线性化虽然压控振荡器也可能是非线性的,但只要恰当地设计与使用就可以做到控制特性线性化鉴相器在具有三角波和锯齿波鉴相特性时具有较大的线性范围而对于正弦型鉴相特性,当    ｜θe｜≤π／6时,可把原点附近的特性曲线视为斜率为Kd的直线,如图8―21所示因此,式(8―21)可写成 (8―44) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―21 正弦鉴相器线性化特性曲线   图8―22 线性化鉴相器的模型《高频电路原理与分析》第1章绪论              用Kdθe(t)取代基本方程式(8―35)中的     Udsinθe(t)可得到环路的线性基本方程（8―45） (8―46) 或         式中，K=K0Kd称为环路增益。

K的量纲为频率式(8―46)相应的锁相环线性相位模型如图8―23所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―23   锁相环的线性相位模型(时域)《高频电路原理与分析》第1章绪论             对式(8―46)两边取拉氏变换,就可以得到相应的复频域中的线性相位模型,如图8―24所示 图8―24   锁相环的线性相位模型(复频域)《高频电路原理与分析》第1章绪论             环路的相位传递函数有三种,用于研究环路不同的响应函数           （1）开环传递函数研究开环(θe(t)=θ1(t))时,由输入相位θ1(t)所引起的输出相位θ2(t)的响应,为开环 （8―47）       （2）闭环传递函数研究闭环时,由θ1(t)引起输出相位θ2(t)的响应,为（8―48） 《高频电路原理与分析》第1章绪论          （3）误差传递函数研究闭环时,由θ1(t)所引起的误差响应θe(t),为（8―49）         Ho(s)、H(s)、He(s)是研究锁相环路同步性能最常用的三个传递函数,三者之间存在如下关系:（8―50） （8―51） 《高频电路原理与分析》第1章绪论             表8―1列出了采用无源比例积分滤波器和理想积分滤波器(即A很高时的有源比例积分滤波器)的环路传递函数。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论         表8―1 《高频电路原理与分析》第1章绪论 表8―2 《高频电路原理与分析》第1章绪论             1．跟踪特性            锁相环的一个重要特点是对输入信号相位的跟踪能力衡量跟踪性能好坏的指标是跟踪相位误差,即相位误差函数θe(t)的暂态响应和稳态响应其中暂态响应用来描述跟踪速度的快慢及跟踪过程中相位误差波动的大小稳态响应是当t→∞时的相位误差值,表征了系统的跟踪精度《高频电路原理与分析》第1章绪论             在给定锁相环路之后,根据式(8―49)可以计算出复频域中相位误差函数θe(s),对其进行拉氏反变换,就可以得到时域误差函数θe(t)            下面我们分析理想二阶环对于频率阶跃信号的暂态误差响应            当输入参考信号的频率在t=0时有一阶跃变化,即 （8―52） 其对应的输入相位（8―53） （8―54） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 则 （8―55）     进行拉氏反变换,得            当ξ＞1时, 当ξ=1时, 当0＜ξ＜1时, (8―56c)     (8―56b) （8―56a） 《高频电路原理与分析》第1章绪论              式(8―56)相应的响应曲线如图8―25所示。

由图可见:              (1)暂态过程的性质由ξ决定当ξ＜1时,暂态过程是衰减振荡,环路处于欠阻尼状态;当ξ＞1时,暂态过程按指数衰减,尽管可能有过冲,但不会在稳态值附近多次摆动,环路处于过阻尼状态;当ξ=1时,环路处于临界阻尼状态,其暂态过程没有振荡  《高频电路原理与分析》第1章绪论            (2)当ξ＜1时,暂态过程的振荡频率为        （1-ξ2)1/2ωn若ξ=0,则振荡频率等于ωn所以ωn作为无阻尼自由振荡角频率的物理意义很明确            (3)由图可见,二阶环的暂态过程有过冲现象,过冲量的大小与ξ值有关ξ越小,过冲量越大,环路相对稳定性越差            (4)暂态过程是逐步衰减的,至于衰减到多少才认为暂态过程结束,完全取决于如何选择暂态结束的标准 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―25 理想二阶环对输入频率阶跃的相位误差响应曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―25 理想二阶环对输入频率阶跃的相位误差响应曲线《高频电路原理与分析》第1章绪论             (4)暂态过程是逐步衰减的,至于衰减到多少才认为暂态过程结束,完全取决于如何选择暂态结束的标准。

            稳态相位误差是用来描述环路最终能否跟踪输入信号的相位变化及跟踪精度与环路参数之间的关系求解稳态相差θe(∞)的方法有两种:           (1)由前面求出的θe(t),令t→∞即可求出 (2)利用拉氏变换的终值定理,直接从θe(s)求出（8―57） 《高频电路原理与分析》第1章绪论  表  8―3 《高频电路原理与分析》第1章绪论            由此可见           (1)同环路对不同输入的跟踪能力不同,输入变化越快,跟踪性能越差,θe(∞)=∞意味着环路不能跟踪            (2)同一输入,采用不同环路滤波器的环路的跟踪性能不同可见环路滤波器对改善环路跟踪性能的作用            (3)同是二阶环,对同一信号的跟踪能力与环路的“型”有关(即环内理想积分因子1/s的个数)              (4)理想二阶环(二阶Ⅱ型)跟踪频率斜升信号的稳态相位误差与扫瞄速率R成正比 《高频电路原理与分析》第1章绪论            图8-26   闭环幅频特性《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 频率响应            频率响应是决定锁相环对信号和噪声过滤性能好坏的重要特性,由此可以判断环路的稳定性,并进行校正。

            采用RC积分滤波器,其传递函数如式(8―29)所示,则闭环传递函数为 (8―58) 相应的幅频特性为(8―59) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             阻尼系数ξ取不同值时画出的幅频特性曲线如图8―26所示,可见具有低通滤波特性环路带宽BW0.7可令式(8―59)等于0.707后求得(8―60)         调节阻尼系数ξ和自然谐振角频率ωn可以改变带宽,调节ξ还可以改变曲线的形状当ξ=0.707时,曲线最平坦,相应的带宽为 (8―61) 《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.3.5 锁相环路的应用           由以上的讨论已知,锁相环路具有以下几个重要特性:              (1)环路锁定后,没有剩余频差压控振荡器的输出频率严格等于输入信号的频率      (2)跟踪特性环路锁定后,当输入信号频率ωi稍有变化时,VCO的频率立即发生相应的变化,最终使VCO输入频率ωr=ωi 《高频电路原理与分析》第1章绪论             (3)滤波特性锁相环通过环路滤波器的作用,具有窄带滤波特性,能够将混进输入信号中的噪声和杂散干扰滤除。

             (4)易于集成化组成环路的基本部件都易于采用模拟集成电路环路实现数字化后,更易于采用数字集成电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论    下面介绍锁相环的几种应用             1.锁相环路的调频与解调             用锁相环调频,能够得到中心频率高度稳定的调频信号,图8―27是这种方法的方框图 图8―27  锁相环路调频器方框图《高频电路原理与分析》第1章绪论             调制跟踪锁相环本身就是一个调频解调器它利用锁相环路良好的调制跟踪特性,使锁相环路跟踪输入调频信号瞬时相位的变化,从而使VCO控制端获得解调输出锁相环鉴频器的组成如图8―28所示    图8―28   锁相鉴频器 《高频电路原理与分析》第1章绪论             设输入的调频信号为            其调制信号为uΩ(t)=UΩcosΩt,mf为调频指数同时假设环路处于线性跟踪状态,且输入载频ωi等于VCO自由振荡频率ω0,则可得到调频波的瞬时相位为            现以VCO控制电压uc(t)作为解调输出,那么可先求出 环 路 的 输 出 相 位 θ2(t),再 根 据 VCO控 制 特 性θ2(t)=K0uc(t)/p,不难求得解调输出信号uc(t)。

 （8―62） （8―63） 《高频电路原理与分析》第1章绪论   设锁相环路的闭环频率响应为H(jΩ),则输出相位为(8―64)  因而解调输出电压为(8―65) 《高频电路原理与分析》第1章绪论      式中,                                                               ,    Δωm为调频信号的最大频偏对于设计良好的调制跟踪锁相环,在调制频率范围内｜H(jΩ)｜≈1,相移∠H(jΩ)也很小因此,uc(t)确是良好的调频解调输出各种通用锁相环集成电路都可以构成调频解调器图8―29为用NE562集成锁相环构成的调频解调器 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―29   NE562调频解调器《高频电路原理与分析》第1章绪论             2. 同步检波器            如果锁相环路的输入电压是调幅波,只有幅度变化而无相位变化,则由于锁相环路只能跟踪输入信号的相位变化,所以环路输出得不到原调制信号,而只能得到等幅波用锁相环对调幅信号进行解调,实际上是利用锁相环路提供一个稳定度高的载波信号电压,与调频波在非线性器件中乘积检波,输出的就是原调制信号。

AM信号频谱中,除包含调制信号的边带外,还含有较强的载波分量,使用载波跟踪环可将载波分量提取出来,再经90°移相,可用作同步检波器的相干载波这种同步检波器如图8―30所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―30  AM信号同步检波器 《高频电路原理与分析》第1章绪论          设输入信号为 (8―66)        输入信号中载波分量为Uicosωit,用载波跟踪环提取后输出为uo(t)=Uocos(ωit+θ0),经90°移相后,得到相干载波《高频电路原理与分析》第1章绪论             将ur(t)与ui(t)相乘,滤除2ωi分量,得到的输出信号就是恢复出来的调制信号        锁相环路除了以上的应用外,还可广泛地应用于电视机彩色副载波提取,调频立体声解码、电机转速控制、微波频率源、锁相接收机、移相器、位同步、以及各种调制方式的调制器和解调器、频率合成器等 《高频电路原理与分析》第1章绪论 8.4   频率合成器频率合成器   8.4.1 频率合成器及其技术指标             1．频率范围              频率范围是指频率合成器输出的最低频率fomin和最高 频 率 fomax之 间 的 变 化 范 围 ,也 可 用 覆 盖 系 数k=fomax/fomin表示（k又称之为波段系数）。

如果覆盖系数k>2~3时,整个频段可以划分为几个分波段在频率合成器中,分波段的覆盖系数一般取决于压控振荡器的特性 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2．频率间隔（频率分辨率）            频率合成器的输出是不连续的两个相邻频率之间的最小间隔,就是频率间隔频率间隔又称为频率分辨率不同用途的频率合成器,对频率间隔的要求是不相同的对短波单边带通信来说,现在多取频率间隔为100Hz,有的甚至取10Hz、1Hz乃至0.1Hz对超短波通信来说,频率间隔多取50kHz、25kHz等在一些测量仪器中,其频率间隔可达兆赫兹量级《高频电路原理与分析》第1章绪论             3．频率转换时间            频率转换时间是指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率,并达到稳定所需要的时间它与采用的频率合成方法有密切的关系            4．准确度与频率稳定度            频率准确度是指频率合成器工作频率偏离规定频率的数值,即频率误差而频率稳定度是指在规定的时间间隔内,频率合成器频率偏离规定频率相对变化的大小 《高频电路原理与分析》第1章绪论             5．频谱纯度            影响频率合成器频谱纯度的因素主要有两个,一是相位噪声,二是寄生干扰。

相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示,在频谱上呈现为主谱两边的连续噪声,如图8-31所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―31   频率合成器的频谱 《高频电路原理与分析》第1章绪论     8.4.2  频率合成器的类型            频率合成器可分为直接式频率合成器,间接式（或锁相）频率合成器和直接式数字频率合成器            1．直接式频率合成器（DS）            直接式频率合成器是最先出现的一种合成器类型的频率信号源这种频率合成器原理简单,易于实现其合成方法大致可分为两种基本类型:一种是所谓非相关合成方法;另一种称为相关合成方法 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2．间接式频率合成器（IS）            间接式频率合成器又称为锁相频率合成器锁相频率合成器是目前应用最广的频率合成器,也是本节主要介绍的内容            直接式频率合成器中所固有的那些缺点,如体积大、成本高、输出端出现寄生频率等,在锁相频率合成器中就大大减少了基本的锁相频率合成器如图8―32所示当锁相环锁定后,相位检波器两输入端的频率是相同的,即(8―67) 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―32   基本锁相频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论        VCO输出频率fo经N分频得到(8―68) 所以输出频率是参考频率fr的整数倍,即(8―69) 《高频电路原理与分析》第1章绪论             转换时间取决于锁相环的非线性性能,精确的表达式目前还难以导出,工程上常用的经验公式为             转换时间大约等于25个参考频率的周期。

分辨率与转换时间成反比例如fr=10Hz,则fs=2.5s,这显然难以满足系统的要求 (8―70）《高频电路原理与分析》第1章绪论              固定分频器的工作频率明显高于可变分频比,超高速器件的上限频率可达千兆赫兹以上若在可变分频器之前串接一固定分频器的前置分频器,则可大大提高VCO的工作频率,如图8―33所示前置分频器的分频比为M,则可得（8 ― 71）《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―33    有前置分频器的锁相频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论          图8―34    下变锁相频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论       混频后用低通滤波器取出差频分量,分频器输出频率为（8―72） （8―73） 因此 《高频电路原理与分析》第1章绪论             3．直接数字式频率合成器（DDS）            直接数字式频率合成器是近年来发展非常迅速的一种器件,它采用全数字技术,具有分辨率高、频率转换时间短、相位噪声低等特点,并具有很强的调制功能和其它功能            当最低有效位为1加到相位累加器时,产生最低的频率,在时钟fc的作用下,经过了N位累加器的2N个状态,输出频率为fc/2N。

加任意的M值到累加器,则DDS的输出频率为（8―74） 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―35 DDS的组成框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论           DDS有如下特点:        （1）频率转换时间短,可达毫微秒级,这主要取决于累加器中数字电路的门延迟时间;        （2）分辨率高,可达到毫赫兹级,这取决于累加器的字长N和参考时钟fc        （3）频率变换时相位连续;        （4）有非常小的相位噪声        （5）输出频带宽,一般其输出频率约为fc的40％以内;（6）具有很强的调制功能   《高频电路原理与分析》第1章绪论   在PLL频率合成器中,设计时要考虑的因素有:（1）频率分辨率及频率步长;（2）建立时间;（3）调谐范围（带宽）;（4）相位噪声和杂散（谱纯度）;（5）成本、复杂度和功能 《高频电路原理与分析》第1章绪论   在DDS频率合成器中,设计时要考虑的因素有:（1）时钟频率（带宽）;（2）杂散（谱纯度）;（3）成本、复杂度和功能 《高频电路原理与分析》第1章绪论             DDS的杂散主要是由DAC的误差和离散抽样值的量化近视引起的,改善DDS杂散的方法有:          （1）增加DAC的位数,DAC的位数增加一位,杂散电平降低6dB;          （2）增加有效相位数,每增加一位,杂散电平降低8dB;          （3）设计性能良好的滤波器。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论              DDS和PLL这两种频率合成方式不同,各有其独有的特点,不能相互代替,但可以相互补充将这两种技术相结合,可以达到单一技术难以达到的结果图8―36是DDS驱动PLL频率合成器,这种频率合成器由DDS产生分辨率高的低频信号,将DDS的输出送入一倍频—混频PLL,其输出频率为（8―75）《高频电路原理与分析》第1章绪论              其输出频率范围是DDS输出频率的N倍,因而输出带宽,分辨率高,可达1　Hz以下这种频率合成器取决于DDS的分辨率和PLL的倍频次数其转换时间快,是由于PLL是固定的倍频环,环路带宽可以较大,因而建立时间就快,可达微秒级;N不大时,相位噪声和杂散都可以较低 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―36   DDS驱动PLL频率合成器《高频电路原理与分析》第1章绪论             图8―37是AD公司生产的DDS芯片AD7008,其时钟频率有20MHz和50MHz两种,相位累加器长度N=32它不仅可以用于频率合成,而且具有很强的调制功能,可以完成各种数字和模拟调制功能,如AM、PM、FM、ASK、PSK、FSK、MSK、QPSK、QAM等调制方式。

《高频电路原理与分析》第1章绪论         图8―37  AD7008框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论    8.4.3 锁相频率合成器            1．单环锁相频率合成器            基本的单环锁相频率合成器的构成如图8―32所示环中的÷N分频器采用可编程的程序分频器,合成器输出频率为            式中fr为参考频率,通常是用高稳定度的晶体振荡器产生,经过固定分频比的参考分频之后获得的这种合成器的分辨率为fr （8―76）《高频电路原理与分析》第1章绪论             设鉴相器的增益为Kd,环路滤波器的传递函数为     F（s）,压控振荡器的增益系数为K0,则可得单环锁相频率合成器的线性相位模型,如图8―38所示图中,(8―77) (8―78)《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―38  单环频率合成器线性相位模型《高频电路原理与分析》第1章绪论             由输出相位θ2（s）和输入相位θ1（s）可得闭环传递函数是(8―79)        式中K′=KdK0/N因为相位是频率的时间积分,故同样的传递函数也可说明输入频率（即参考频率）fr（s）和输出频率fv（s）之间的关系。

       误差传递函数（8―80） 《高频电路原理与分析》第1章绪论              将式（8―79）和式（8―80）与式（8―48）和式（8―49）相比较,单环锁相频率合成器的传递函数与线性锁相环的传递函数有如下关系:(8―81) 《高频电路原理与分析》第1章绪论              图 8―39（ a） 是 通 用 型 单 片 集 成 锁 相 环L562（NE562）和国产T216可编程除10分频器构成的单环锁相环频率合成器,它可完成10以内的锁相倍频,即可得到1～10倍的输入信号频率输出,图8―39（b）为L562的内部结构图《高频电路原理与分析》第1章绪论                     图8―39 L562的内部结构（a）L562频率合成器；（b）L562内部框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2．变模分频锁相频率合成器            在基本的单环锁相频率合成器中,VCO的输出频率是直接加到可编程分频器上的目前可编程分频器还不能工作到很高的频率上,这就限制了这种合成器的应用加前置分频器后固然能提高合成器的工作频率,但这是以降低频率分辨率为代价的。

            图8―40为采用双模分频器的锁相频率合成器的组成框图  《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―40   双模分频锁相频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论             模分频器有两个分频模数,当模式控制为高电平时分频模数为V＋1,当模式控制为低电平时分频模式为V双模分频器的输出同时驱动两个可编程分频器,它们分别预置在N1和N2,并进行减法计数在一个完整的周期中,输入的周期数为  假若V＝10,则 (8―82) (8―83)《高频电路原理与分析》第1章绪论     8.4.4   集成锁相环频率合成器            集成锁相频率合成器是一种专用锁相电路它是发展很快、采用新工艺多的专用集成电路它将参考分频器、参考振荡器、数字鉴相器、各种逻辑控制电路等部件集成在一个或几个单元中,以构成集成频率合成器的电路系统 《高频电路原理与分析》第1章绪论             1．MC145146－1            MC145146－1是一块20脚陶瓷或塑料封装的,由四位总线输入、锁存器选通和地址线编程的大规模单片集成锁相双模频率合成器,图8―41给出了它的方框图。

 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―41 MC145146－1方框 《高频电路原理与分析》第1章绪论 表8―4  MC145146-1地址码与锁存器的选通关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论             ST（12端）:数据选通控制端,当ST是高电平时,可以输入D0~D3输入端的信息,ST是低电平时,则锁存这些信息             PDout（5端）:鉴相器的三态单端输出当频率fv＞fr或fv相位超前时,PDout输出负脉冲;当相位滞后时,输出正脉冲;当fv＝fr且同相位时,输出端为高阻抗状态                         LD（13端）:锁定检测器信号输出端当环路锁定时（fv与fr同频同相）,输出高电平,失锁时输出低电平 《高频电路原理与分析》第1章绪论             ΦV、ΦR(16、17端):鉴相器的双端输出可以在外部组合成环路误差信号,与单端输出PDout作用相同,可按需要选用              图8―42是一个微机控制的UHF移动信道的频率合成器,工作频率为450MHz  《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―42  采用MC145146－1的UHF移动无线频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论              图8―43给出了一个800MHz蜂窝状无线电系统用的666个信道、微机控制的移动无线频率合成器。

接收机第一中频是45MHz,第二中频是11.7MHz,具有双工功能,收发频差45MHz参考频率fr＝7.5kHz,参考分频 比 R＝ 1480 环 路 总 分 频 比 NT＝ 32*N＋ A＝27501~28188,N=859~880,A=0~31,锁相环VCO输出频率fv＝NTfr＝206.2575~211.410MHz            MC145145-1与MC145146-1结构类似,不同点在于MC145145-1是单模锁相频率合成器,其可编程÷N计数器为14位,则N=3～16388  《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―43  采用MC145146－1的800MHz移动无线频率合成器 《高频电路原理与分析》第1章绪论             2．MC145151－1            MC145151－1是一块由14位并行码输入编程的的单模CMOS、LSI单片集成锁相频率合成器,其组成方框图如图8―44所示 《高频电路原理与分析》第1章绪论       图8―44  MCA145151－1方框图 《高频电路原理与分析》第1章绪论             MC145151－1是28脚陶瓷或塑料封装型电路,现将各引出端的作用说明如下:             OSCin、OSCout（26、27端）:参考振荡器的输入和输出端。

            RA0、RA1、RA2（5、6、7端）:参考地址输入端            fin（1端）:÷N计数器的输入端            fv（10端）:÷N计数器的输出端             N0~N13（11～20及22～25端）:÷N计数器的预置端            T／R（21端）:收／发控制端    《高频电路原理与分析》第1章绪论 PDout（4端）:PDA三态输出端ΦR、ΦV（8、9端）:PDB两个输出端LD（28端）:锁定检测输出端 图8―45是一个采用MC145151－1的单环本振电路图8―46为一个采用MC145151－1组成的UHF陆地移动电台频率合成器  《高频电路原理与分析》第1章绪论 表8―5  MC145151-1参考地址码与参考分频比的关系 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―45  采用MC145151－1的5～5.5MHz本振电路 《高频电路原理与分析》第1章绪论 图8―46  采用MC145151－1组成的UHF陆地移动电台频率合成器《高频电路原理与分析》第1章绪论             与MC145151-1对应的是MC145152-1,它是一块由16位并行码编程的双模CMOS、LSI单片锁相频率合成器,除程序分频器外与MC145151-1基本相同。

MC145151-1是单模工作的,而MC145152-1是双模工作的。