射頻模擬電路PPT課件

1、 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 1第第1章章 選頻放大器選頻放大器要點(diǎn)要點(diǎn) 串并聯(lián)諧振回路的主要特性串并聯(lián)諧振回路的主要特性兩種諧振回路的阻抗互換及抽頭變換兩種諧振回路的阻抗互換及抽頭變換了解雙調(diào)諧耦合諧振回路了解雙調(diào)諧耦合諧振回路高頻小信號(hào)諧振放大器的基本要求晶體管高頻小信號(hào)的等效電路模型和參數(shù)調(diào)諧回路放大器及其級(jí)聯(lián)諧振功率放大器的原理諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的種類、電路構(gòu)成及匹配網(wǎng)絡(luò)第1頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 2第第1章章 選頻放大器選頻放大器簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 1、實(shí)際的通信系統(tǒng)均是有僅僅具有一定帶寬的頻譜資源的概念。2、諧振放大器：將低頻模擬電路中的阻性負(fù)載RL用諧振

2、回路代替！諧振放大器又稱：選頻放大器構(gòu)成：小信號(hào)諧振放大器：處理小信號(hào)，如接收機(jī)。諧振功率放大器：處理大信號(hào)，如手機(jī)基站，電視發(fā)射塔。選頻網(wǎng)絡(luò)* LC諧振回路最基本的選頻回路，收音機(jī)、 電視機(jī)上使用廣泛* 濾波器：LC、晶體、SAW、介質(zhì)、同軸、腔體 、第2頁(yè)/共65頁(yè)1-1 諧振電路的基本特性諧振電路的基本特性 主要內(nèi)容： 串并聯(lián)諧振回路（簡(jiǎn)單諧振回路）的主要特性 兩種諧振回路的阻抗互換及抽頭變換 了解雙調(diào)諧耦合諧振回路 作用： 選頻、濾波、作負(fù)載、移相網(wǎng)絡(luò)、相頻轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 3第3頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 41-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路

3、的基本特性 1、電路：由信號(hào)源、電容C、電感L構(gòu)成。2、適用情況：信號(hào)源內(nèi)阻Rs?。ê銐涸矗┮约柏?fù)載電阻RL不太大 的情況： 有載品質(zhì)因數(shù)QL不能夠太小 回路具有較好的選擇性！其中r：代表電感L的損耗電阻第4頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 51-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路的基本特性 1()ZrjLrjXC1XLC阻抗3、諧振條件：電抗其中：第5頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 61-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路的基本特性 ( (初相角為零初相角為零) )tVvSscossSvV SSVV11()()jSSsVVvII eZrjLrjLCC221()S

4、VIrLC模相角Xarctgr 回路電流 (復(fù)數(shù)) ：設(shè)設(shè)第6頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 71-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路的基本特性 X第7頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 81-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路的基本特性 若令LC10那么，當(dāng)0時(shí)，有0100CL此時(shí)回路電抗X=0，回路電流00()SSSVII VVr最大，電路諧振。因此：LC10稱為串聯(lián)諧振電路的諧振頻率第8頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 91-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路的基本特性 定義品質(zhì)因數(shù)：001LQr實(shí)際工程電路中，總是滿足rL 0 品質(zhì)因數(shù)反映了回

5、路中平均儲(chǔ)能與平均耗能之間的關(guān)系第9頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 101-1-1 串聯(lián)諧振電路的基本特性串聯(lián)諧振電路的基本特性 000SLSVVjLjQ Vr諧振時(shí)電感、電容兩端的電壓：電感L：電容C：諧振時(shí)電感線圈上的電壓大小和電容兩端的電壓大小均為信號(hào)源電壓的 倍。 0Q因此串聯(lián)諧振稱為電壓諧振電壓諧振00020011SCSSLVVjVjQ VjC rrLC 第10頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 111-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 1()1()rj Lj CZrjLC阻抗工程中總是滿足 rL 111()()LCZCrrjLjCCLL第11頁(yè)/共6

6、5頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 121-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 LCB111()PCrYjCGjBZLLPCrGL其中第12頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 131-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 并聯(lián)諧振回路的端電壓：11()()jsssPIIIVV eCrYGjCjCLLL221()sPIVGCLPBarctgG 第13頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 141-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 B第14頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 151-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 定義

7、并聯(lián)諧振回路的諧振電阻 CrLGRPP1定義并聯(lián)諧振回路的諧振頻率LCP1此時(shí)10BCLPPRCrLZ，并聯(lián)諧振回路阻抗為純電阻，并且其模的值達(dá)到最大。第15頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 161-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 定義并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù) rLQPPrLP21PPPPPPPPPPPPCRCCRRLCQCRGL注意，這些等式成立的條件是：結(jié)合 可以得到并聯(lián)諧振品質(zhì)因數(shù)的幾個(gè)變形：CrLGRPP1第16頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 171-1-2 并聯(lián)諧振回路的基本特性并聯(lián)諧振回路的基本特性 SPSPILVIGCr并聯(lián)諧振時(shí)的端電壓 諧振時(shí)

8、流過(guò)電容和電感的電流 1/CPPPSPSPLIVjCIjQ IjCCr21PPCPsPsPPVLIIjQ IrjLjLCr 諧振時(shí)流過(guò)電感線圈和電容上的電流大小均為信號(hào)源電壓的 倍。因此并聯(lián)諧振稱為電流諧振電流諧振電容C：電感L：PQ第17頁(yè)/共65頁(yè)1-1-3 品質(zhì)因數(shù)的物理意義品質(zhì)因數(shù)的物理意義 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 18品質(zhì)因數(shù)實(shí)際上描繪的是系統(tǒng)儲(chǔ)能與耗能之間的關(guān)系。tIim0sinLC10設(shè)其中第18頁(yè)/共65頁(yè)1-1-3 品質(zhì)因數(shù)的物理意義品質(zhì)因數(shù)的物理意義 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 19m0000I1sin-costCmVItdttCC電容兩端的電壓電容上存儲(chǔ)的能量22222m

9、CC0m0220I111WCCcosLI cos22C2Vtt電感上存儲(chǔ)的能量222011sin22LmWLiLIt系統(tǒng)存儲(chǔ)的總能量212LCmWWWLI第19頁(yè)/共65頁(yè)1-1-3 品質(zhì)因數(shù)的物理意義品質(zhì)因數(shù)的物理意義 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 20電阻消耗的平均功率221()22mRmIPrI r20001/2=2/2RRRRmPWP TPfI r一個(gè)周期中電阻消耗的能量第20頁(yè)/共65頁(yè)1-1-3 品質(zhì)因數(shù)的物理意義品質(zhì)因數(shù)的物理意義 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 212002011121222/2mRmLILWQWrI r02Q系統(tǒng)儲(chǔ)能每個(gè)周期的系統(tǒng)耗能系統(tǒng)儲(chǔ)能與周期耗能的比因此品質(zhì)因素0

10、01LLLCQrrrLC進(jìn)一步將 代入品質(zhì)因素的表達(dá)式，得01LC第21頁(yè)/共65頁(yè)1-1-3 品質(zhì)因數(shù)的物理意義品質(zhì)因數(shù)的物理意義 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 22 定義特性阻抗 CL那么 品質(zhì)因素 特征阻抗反映了系統(tǒng)存儲(chǔ)能量的能力，而電阻r則反映了系統(tǒng)消耗能量的能力 在線圈損耗相同的條件下，Q正比于特性阻抗 為了保證高Q值，諧振回路必須保證足夠的電感量 為了保證電路穩(wěn)定，諧振回路電容不能太小0Qr第22頁(yè)/共65頁(yè)1-1-4 歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失諧 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 23為了更好的描述簡(jiǎn)單諧振電路的頻率特性，定義參數(shù)：歸一化抑制比 在串聯(lián)諧振回路中，歸一化抑制比

11、定義為任意頻率下的回路電流與諧振時(shí)回路電流的比值 在并聯(lián)諧振回路中，歸一化抑制比定義為任意頻率下的回路端電壓與諧振時(shí)回路端電壓的比值第23頁(yè)/共65頁(yè)1-1-4歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失諧串聯(lián)諧振歸一化抑制比 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 240000200000001()1()1111()1()11()SSVrjLIrCIVrrjLCLjjQrLCLCjQ 第24頁(yè)/共65頁(yè)1-1-4 歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失諧并聯(lián)諧振歸一化抑制比 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 251/()1/()11111()1()11()SPPSPPPPPPPPPIGjCGVLVIGGjCLL

12、LCjCjCrLrCCLjQ 第25頁(yè)/共65頁(yè)1-1-4 歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失諧 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 26)(ppPQ011PIVjIV)(000 Q串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的歸一化抑制比具有相同的形式，為了進(jìn)一步定義廣義失諧系數(shù)串聯(lián)諧振廣義失諧系數(shù)并聯(lián)諧振廣義失諧系數(shù)21|1|jearctg 第26頁(yè)/共65頁(yè)00.81歸一化頻率(/0)歸一化抑制比(|)歸一化抑制比幅頻特性 Q = 5Q = 10Q = 151-1-4 歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失諧 歸一化抑制比的意義（幅頻） 適用于任何一種簡(jiǎn)單

13、的諧振回路 只與頻率和品質(zhì)因素有關(guān)，其最大值始終為1 曲線的銳度只與Q值相關(guān)，Q值越大，曲線越尖銳 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 27第27頁(yè)/共65頁(yè)00.511.52-2-1.5-1-0.500.511.52歸一化頻率(/0)歸一化抑制比()歸一化抑制比相頻特性 Q = 5Q = 10Q = 151-1-4 歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失諧 歸一化抑制比的意義（相頻） 任何一種簡(jiǎn)單諧振回路相頻特性一樣 諧振時(shí)回路的電流（電壓）相移為零 相頻特性的陡度與Q值有關(guān)，Q值越大，曲線越陡 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 28第28頁(yè)/共65頁(yè)1-1-4 歸一化抑制比與廣義失諧歸一化抑制比與廣義失

14、諧 廣義失諧 廣義失諧與相對(duì)頻率偏移成正比 相頻特性的陡度與Q值有關(guān)，Q值越大，曲線越陡 廣義失諧實(shí)際上就是回路阻抗虛部跟實(shí)部的比 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 290000000000000022()1/()1/()PPPPPPfQQQQfLLCXrrrCCLBGGG 實(shí)際工作中工作頻率總是接近諧振頻率的，實(shí)際工作中工作頻率總是接近諧振頻率的，因此因此第29頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 301-1-4 諧振電路的通頻帶與選擇性諧振電路的通頻帶與選擇性00.81歸 一 化 頻 率 (/0)歸一化抑制比(|)諧 振 回 路 通 頻 帶

15、 0.7072f0.52f0.7070.51.0 定義諧振回路的3dB帶寬為 定義諧振回路的定義諧振回路的6dB帶帶寬為寬為0.7072 f0.52 f第30頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 311-1-4 諧振電路的通頻帶與選擇性諧振電路的通頻帶與選擇性20.7070011|221 ()fQf00.70702ffQ 根據(jù)3dB帶寬的定義，有 從而從而3dB帶寬帶寬 因此因此3 dB帶寬與諧振回路品質(zhì)因素成反帶寬與諧振回路品質(zhì)因素成反比，品質(zhì)因素越高，比，品質(zhì)因素越高，3dB帶寬越窄帶寬越窄第31頁(yè)/共65頁(yè)10000.81歸一化頻率(/0)歸一化抑制比(|)諧振回路矩

16、形系數(shù) 0.7070.12f0.7072f0.1 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 321-1-4 諧振電路的通頻帶與選擇性諧振電路的通頻帶與選擇性 諧振回路的選擇性是指選擇有用信號(hào)排除干擾信號(hào)的能力 定義定義矩形系數(shù)矩形系數(shù)0722rfKf0.010.010.70722rfKf第32頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 331-1-4 諧振電路的通頻帶與選擇性諧振電路的通頻帶與選擇性 矩形系數(shù)是描述諧振回路（濾波器）選頻能力的一個(gè)重要概念，Kr1 矩形系數(shù)Kr越接近于1，選頻能力越好 對(duì)于簡(jiǎn)單回路，矩形系數(shù)與Q值無(wú)關(guān)200.1200.1001|0.1210121 ()ffQfQf

17、 07010129.952rffQKffQ 是一個(gè)常數(shù)是一個(gè)常數(shù)第33頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 341-1-5 有載品質(zhì)因素有載品質(zhì)因素QL 串聯(lián)型諧振回路有載品質(zhì)因數(shù) 0000LSLSLSLLQRRrLrRRrrrQQRRr第34頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 351-1-5 有載品質(zhì)因素有載品質(zhì)因素QL 并聯(lián)型諧振回路有載品質(zhì)因數(shù) 1()1()()LPPSLPPSLPPPPPPSLQL GGGGGGGLGGQQGGG第35頁(yè)/共65頁(yè)00.81歸 一 化 頻 率 (/0)歸一化抑制比(|

18、)諧 振 回 路 通 頻 帶 QL = 5Q0 = 100.7072f0.7072f0.7071-1-5 有載品質(zhì)因素有載品質(zhì)因素QL 有載品質(zhì)因素 有載品質(zhì)因素QL總是小于空載品質(zhì)因素Q0 由于QL1，那么 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 402121LRRQ21211LXXQ221(1)LRQR2121(1)LXXQ21121(1)LXXXQ22211(1)LLRQRQ R第40頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 411-1-6 串并聯(lián)阻抗互換串并聯(lián)阻抗互換 LCRPISLCrIS222221()pPPLLLLLLCRQ rrrrrCr第41頁(yè)/共65頁(yè)1-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回

19、路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系采用部分接入一方面可降低信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載電阻對(duì)諧振回路的影響，提高回路的有載品質(zhì)因素；另一方面也可進(jìn)行阻抗匹配。 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 42第42頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 431-1-7 電感抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系電感抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系忽略電感L1與L2之間的互感，那么總的電感量L= L1 +L2圖(a)可以看成一個(gè)由L、r、C 組成的串聯(lián)諧振電路，從而諧振頻率01LC第43頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 441-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系于是0010LC010201()0LLC010110LC其中11LCCL串聯(lián)諧振

20、電路(a)可以用并聯(lián)諧振電路(b)來(lái)等效電路(b)的諧振頻率0P第44頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 451-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系諧振時(shí)從端口ab看進(jìn)去的阻抗21111112221()()()abPpabPLLLLZRLC rLCrCrLLLLZQ rrrLCr諧振時(shí)從端口db看進(jìn)去的阻抗dbPLZRCr第45頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 461-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系定義接入系數(shù)1LpL從而諧振時(shí)2abdbZp Z由低抽頭(Zab)向高抽頭(Zdb)轉(zhuǎn)換時(shí)，等效阻抗提高 倍。反之，由高抽頭向低抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，等效

21、阻抗降低至 倍。 21p2p第46頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 471-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系112NpNN2abPZp R21NpN2inPZp R第47頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 481-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系1212CCCCC01LCdbPLZRCr220121()PPLPLL CrrRRrQRLC L第48頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 491-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系C2abZaLbC2abZaLb諧振時(shí)22212022121()abLdbCLCZQ rrZC

22、rC rCC因此接入系數(shù)112CpCC第49頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 501-1-7回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系aCRPPbLaCRPbLRSR S21SSRRP第50頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 511-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系aCRPPbLaCRPbLVS，vs1SSVVp222SSppVVRp R第51頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 521-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系aCRPPbISLaCRPbLIS，SSIpI 22SpSpIRI p R第52頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子

23、科技大學(xué) 531-1-7 回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系回路抽頭時(shí)阻抗的變比關(guān)系aCRPPbISLaCRPbLIS，SSIpI 22SpSpIRI p R第53頁(yè)/共65頁(yè)1-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路雙調(diào)諧耦合諧振回路 簡(jiǎn)單調(diào)諧回路元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，選頻能力差 使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的簡(jiǎn)單諧振回路通過(guò)一定形式的耦合，可以有效提高選頻能力，這種回路稱為耦合諧振回路 兩個(gè)簡(jiǎn)單調(diào)諧回路的耦合諧振回路稱為雙調(diào)諧耦合諧振回路 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 54第54頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 551-1-8雙調(diào)諧耦合諧振回路雙調(diào)諧耦合諧振回路雙調(diào)諧耦合諧振回路的兩種基本形式互感耦合

24、靠M，M變化回路諧振頻率也變化互容耦合靠CM，一般CM C1 ， CM C2 ， 因此CM對(duì)回路諧振頻率影響較小根據(jù)耦合程度可分為：強(qiáng)、臨界、弱三種種耦合第55頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 561-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路雙調(diào)諧耦合諧振回路定義耦合系數(shù)121122XkX X其中12X表示耦合元件電抗11X表示與耦合元件同性質(zhì)的初級(jí)回路中的總電抗22X表示與耦合元件同性質(zhì)的次級(jí)回路中的總電抗第56頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 571-1-8 雙調(diào)諧耦合諧振回路雙調(diào)諧耦合諧振回路互感耦合：12MkL L若12LLL則MkL互容耦合：12()()MMMCkCCCC若12CCC則MCkC且MCC第57頁(yè)/共65頁(yè) 電子科技大學(xué)電子科技大