高頻電子線路教案(完整)

1、高頻電子線路課程教案一、講授題目：本課程的研究對象二、教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生知道本課程的研究對象，方法及目標(biāo)三、教學(xué)重點難點教學(xué)重點：接收設(shè)備的組成及原理教學(xué)難點：接收設(shè)備的組成及原理四、教學(xué)過程 高頻電子線路是電子信息、通信等電子類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它的研究對象是通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的各種高頻功能電路的功能、原理和基本組成。*消息 （NEWS，MESSAGE）： - 關(guān)于人或事物情況的報道。 - 通信過程中傳輸?shù)木唧w對象：文字，語音，圖象，數(shù)據(jù)等。*信息 （INFORMATION）： - 有用的消息*信號 （SIGNAL）： - 信息的具體存載體。*輸入變換器- 將輸入信息變換為電信號

2、。*發(fā)送設(shè)備- 將輸入電信號變換為適合于傳輸?shù)碾娦盘枴?傳輸信道- 信號傳輸?shù)耐ǖ馈?- 有線信道：平行線、同軸電纜或光纜，也可以是傳輸無線電波。 - 無線信道：自由空間或某種介質(zhì)。*接收設(shè)備- 將輸入電信號變換為適合于變換的電信號。*輸出變換器- 將接收設(shè)備輸出的電信號變換成原來的信息，如聲音、文字、圖像等。 輸 入變換器發(fā) 送設(shè) 備傳 輸信 道接 收設(shè) 備輸 出變換器 通信系統(tǒng)方框圖通信系統(tǒng)分類：1） 按通信業(yè)務(wù)分類*單媒體通信系統(tǒng)：如電話，傳真等*多媒體通信系統(tǒng)：如電視，可視電話，會議電話等*實時通信系統(tǒng)：如電話，電視等*非實時通信系統(tǒng)：如電報，傳真，數(shù)據(jù)通信等*單向傳輸系統(tǒng)：如廣播，電

3、視等*交互傳輸系統(tǒng)：如電話，點播電視等*窄帶通信系統(tǒng)：如電話，電報，低速數(shù)據(jù)等*寬帶通信系統(tǒng)：如點播電視，會議電視，高速數(shù)據(jù)等2） 按傳輸媒體分類a)有線傳輸介質(zhì)： *雙絞線（屏蔽雙絞線，非屏蔽雙絞線） 損耗大，幾千比特/秒 幾百兆比特/秒 *同軸電纜損耗小，價高，抗干擾能力強，幾百兆比特/秒 *光纖 損耗小，價高，抗干擾能力強，帶寬大，體積小，重量輕，幾千兆比特/秒。實例：光纖 在幾千米距離內(nèi)，數(shù)據(jù)率 = 2 GHZ / S同軸電纜 在1千米距離內(nèi)，數(shù)據(jù)率 = 幾百MHZ / S雙絞線 在1千米距離內(nèi)，數(shù)據(jù)率 = 幾MHZ / Sb)無線傳輸信道:自由空間或某種介質(zhì)。無線電接收設(shè)備的組成與原

4、理 無線電接收過程正好和發(fā)送過程相反，它的基本任務(wù)是將通過天空傳來的電磁波接收下來，并從中取出需要接收的信息信號。下圖是一個最簡單的接收機的方框圖，它由接收天線、選頻電路、檢波器和輸出變換器(耳機)四部分組成。 選 頻電 路檢波器 最簡單的接收機方框圖直接放大式接收機的方框圖如下圖所示。選 頻電 路檢波器低頻電壓放大器低頻功率放大器高頻放大器 直接放大式接收機方框圖 直接放大式接收機的特點是靈敏度較高，輸出功率也較大，特別適用于固定頻率的接收。但是，在用于多個電臺接收時，其調(diào)諧比較復(fù)雜。再則，高頻小信號放大器的整個接收頻帶內(nèi)，頻率高端的放大倍數(shù)比低端要低。因此，對不同的電臺其接收效果也就不同。

5、為了克服這樣的缺點，現(xiàn)在的接收機幾乎都采用超外差式線路。下圖所示是超外差式接收機的方框圖。超外差式接收機的中頻放大器的中心頻率是固定不變的，而且接收機的主要放大倍數(shù)由中頻放大器承擔(dān)，所以，整機增益在接收頻率范圍內(nèi)，高端和低端的差別就會很小。對于調(diào)諧來說，僅對混頻器的選頻輸入回路和本機振蕩器進行同步調(diào)諧，這是容易實現(xiàn)的。 混頻器檢波器低頻電壓放大器低頻功率放大器中 頻放大器本機振蕩器 超外差式接收機的方框圖超外差接收機由于有固定頻率的中頻放大器，它不僅可以實現(xiàn)較高的放大倍數(shù)，而且選擇性也很容易得到滿足?？梢酝瑫r兼顧高靈敏度與高選擇性，這是非常重要的。本課程講授的各功能電路，大多屬于非線性電子線路

6、。非線性電子線路的分析方法與線性電子線路的分析方法是不相同的。因而，在學(xué)習(xí)本課程的各功能電路時，要根據(jù)不同電路的功能和特點，掌握各個功能電路的實現(xiàn)方法和基本原理；要根據(jù)輸入信號的大小和器件的工作狀態(tài)的不同選用不同的近似分析法，系統(tǒng)地了解非線性電子線路的分析方法。高頻電子線路的理論與實踐必須緊密聯(lián)系，要學(xué)會用理論去指導(dǎo)實驗和分析實驗現(xiàn)象，從而得出合理的結(jié)論，這對我們以后的工作會有很大幫助。無線信道及傳播方式表列出了無線電波的頻段劃分、主要傳播方式和用途等。表中列出的頻段、傳播方式和用途的劃分是相對而言的，相鄰頻段間無絕對的分界線。表 無線電波的頻段、傳播方式和用途頻帶波長名稱主要傳播方式典型應(yīng)用

7、3 30kHz100 10 km甚低頻地波遠距離導(dǎo)航；聲納；電報；電話30 300kHz10 1 km低頻（長波）地波導(dǎo)航系統(tǒng)；航標(biāo)信號；電報；通信0.3 3MHz1000 100 m中頻（中波）地波或天波調(diào)幅廣播；艦船無線通信；測向；遇險和呼救3 30MHz100 10 m高頻（短波）天波或地波調(diào)幅廣播；短波通信；飛機與船通信；岸與船通信30 300MHz10 1 m甚高頻（超短波）直線傳播電視廣播；調(diào)頻廣播；航空通信；導(dǎo)航設(shè)備0.3 3GHz100 10 cm特高頻（分米波）直線傳播電視廣播；雷達；遙控遙測；導(dǎo)航；衛(wèi)星通信；移動通信；3 30GHz10 1 cm超高頻（厘米波）直線傳播衛(wèi)星

8、通信；空間通信；微波接力；機載雷達；氣象雷達30 300GHz10 1 mm極高頻（毫米波）直線傳播雷達著陸系統(tǒng)；射電天文 無線電波的主要傳播方式圖高頻電子線路課程教案一、講授題目：高頻電路基礎(chǔ)知識二、教學(xué)目標(biāo)掌握諧振回路，理解高頻小信號放大器的主要技術(shù)指標(biāo)三、教學(xué)重點難點教學(xué)重點：諧振回路教學(xué)難點：諧振回路四、教學(xué)過程*高頻：被放大信號的頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。由于頻率高，放大器的晶體管的極間電容的作用不能忽略。*小信號：放大器輸入信號小，可以認為放大器的晶體管(或場效應(yīng)管)是在線性范圍內(nèi)工作，這樣就可以將晶體管(或場效應(yīng)管)看成為線性元件，分析電路時可將其等效為二端口網(wǎng)絡(luò)。*放大器：功能

9、是實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大。高頻小信號放大器的分類 圖 高頻小信號放大器的通頻帶1）高頻：幾百千赫至幾百兆赫（105108Hz）小信號：.（2）相對帶寬：（3）窄帶放大器：高頻小信號放大器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）電壓增益與功率增益(2)通頻帶* 相對帶寬：* 窄帶放大器：（3）)矩形系數(shù)輸入信噪功率比輸出信噪功率比（4）噪聲系數(shù) 高頻電路的基礎(chǔ)知識濾波器(選頻回路)的分類及功能 濾波器的理想幅頻特性LC串并聯(lián)諧振回路的特性一個實際的電感元件可以用一個理想無損耗的電感L和一個串聯(lián)的損耗電阻rO來等效，也可以用一個理想無損耗的電感L和一個并聯(lián)電導(dǎo)g。來等效。如圖所示。 有損電感的等效關(guān)系電

10、容元件的高頻特性對于電容元件，由于在高頻電路所討論的頻率范圍內(nèi)，損耗很小，因而就認為是理想元件，不考慮其損耗的影響。LC串聯(lián)諧振回路圖 LC串聯(lián)諧振回路 圖 LCr串聯(lián)諧振回路由圖A，從信號源向右看其電抗特性如圖B所示。由圖可知，圖A LCr串聯(lián)諧振回路圖B 串聯(lián)諧振回路電抗與頻率的關(guān)系由得回路諧振頻率為 或 定義回路空載品質(zhì)因數(shù)為： 定義回路有載品質(zhì)因數(shù)為：當(dāng)在 LC串聯(lián)諧振回路加入激勵電壓U時，流過電路的電流I可表示為 當(dāng)（諧振）時，流過的電流最大，稱為諧振電流。歸一化電流： 圖 相對幅頻特性與相頻特性當(dāng)（諧振）時，回路電感和電容上的電壓可表示為這兩個電壓大小相同，方向相反。高頻電子線路課

11、程教案一、講授題目：并聯(lián)諧振二、教學(xué)目標(biāo)掌握并聯(lián)諧振三、教學(xué)重點難點教學(xué)重點：諧振回路參數(shù)計算，等效變換教學(xué)難點：諧振回路參數(shù)計算，等效變換四、教學(xué)過程LC并聯(lián)諧振回路一個LC并聯(lián)電路，由于電感L有損耗，可等效為如圖(a)所示的電路。并聯(lián)回路的導(dǎo)納為 (a) (b)圖 LC并聯(lián)諧振回路式中，回路諧振頻率為令 當(dāng)回路諧振頻率和有載品質(zhì)因數(shù)為則并聯(lián)諧振回路的阻抗的模及相角為 可以看出，當(dāng)時，回路諧振，回路等效為純電阻，其阻值最大為R。在回路加電流源I激勵時，輸出電壓時，。并聯(lián)諧振回路的輸出電壓相對幅頻特性和相頻特性為 圖 并聯(lián)回路的阻抗特性串并聯(lián)阻抗的等效互換下圖是一個串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的等效互換

12、圖。設(shè)串聯(lián)電路是由X1，與r1組成，等效后的并聯(lián)電路是由X2與R2組成。所謂“等效”是指在工作頻率w相同的條件下，AB兩端的阻抗相等。也就是 等效互換電路 根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q的定義，式中，Q2為并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)?？梢姷刃ЩQ結(jié)果Q不變，即Q1=Q2=Q ，可得這個結(jié)果表明，串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為等效并聯(lián)電路后，R2為串聯(lián)電路r1的Q2倍，而x2與串聯(lián)電路x1相同，保持不變。高頻電子線路課程教案一、講授題目：晶體管高頻小信號諧振放大器二、教學(xué)目標(biāo)：掌握高頻小信號放大器三、教學(xué)重點難點教學(xué)重點：體管高頻小信號等效電路教學(xué)難點：單調(diào)諧回路諧振放大器四、教學(xué)過程晶體管y參數(shù)等效電路 晶體管y等效電路圖根據(jù)二端口

13、網(wǎng)絡(luò)理論， 其中，稱為輸出短路時的輸入導(dǎo)納；稱為輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納；稱為輸出短路時的正向傳輸導(dǎo)納；稱為輸入短路時的輸出導(dǎo)納。對于共發(fā)射極組態(tài)，其中y參數(shù)用、表示。對于共基極組態(tài)，其y參數(shù)用、表示。對于共集電極組態(tài)，其y參數(shù)用、表示?；旌系刃щ娐废聢D所示是晶體管混合等效電路。放大器的等效電路及其簡化 單調(diào)諧回路諧振放大器 單級調(diào)諧放大器高頻等效電路圖 單調(diào)諧放大器簡化等效電路圖由三極管的內(nèi)部特性，有 由外部負載特性，有 得 放大器的輸入導(dǎo)納為 得放大器的輸出導(dǎo)納為 設(shè)T1和T2是同型號的晶體管，電感線圈的電感量為L，在工作頻率時的空載品質(zhì)因數(shù)為Q0，則空載諧振電導(dǎo)。由于，故可用和并聯(lián)表示，

14、用和并聯(lián)表示。根據(jù)接入系數(shù)的定義，。由簡化等效電路可以很方便地對放大器的技術(shù)指標(biāo)進行分析。放大器的技術(shù)指標(biāo)1電壓增益根據(jù)定義， 式中，；從等效關(guān)系可知則 放大器諧振時，對應(yīng)的諧振頻率，則 可見，諧振時的電壓增益與晶體管的正向傳輸導(dǎo)納成正比，與回路兩端總電導(dǎo)成反比，負號表示放大器的輸入與輸出電壓相位差高頻電子線路課程教案一、講授題目：小信號諧振放大器的穩(wěn)定性二、教學(xué)目標(biāo): 了解晶體管高頻小信號諧振放大器的穩(wěn)定性三、教學(xué)重點難點不穩(wěn)定的原因及提高穩(wěn)定性的措施四、教學(xué)過程諧振放大器存在不穩(wěn)定的原因 在實際運用中，晶體管存在著反向傳輸導(dǎo)納yre,放大器的輸出電壓可通過晶體管的yre反向作用到輸入端，引

15、起輸入電流的變化，這種反饋作用將可能引起放大器產(chǎn)生自激等不良后果。由圖可見，放大器的輸入導(dǎo)納。其中，。YF是頻率的函數(shù)。在某些頻率上，gF有可能為負值?；芈返目傠妼?dǎo)將可能減小，甚至為零，QL將 趨于無限大，放大器處于自激振蕩狀態(tài)。圖 等效輸入電路放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益圖 調(diào)諧放大器等效電路提高諧振放大器穩(wěn)定性的措施 使晶體管yre的反饋作用消除的過程稱為單向化。單向化的目的就是提高放大器的穩(wěn)定性。單向化的方法有中和法和失配法。(一)中和法 所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個附加的外部反饋電路，以抵消晶體管內(nèi)部yre的反饋作用。下圖所示是有中和電路的放大器。 具有中和電路的放

16、大器(二)失配法失配法的實質(zhì)是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)定的要求。可以選用合適的接入系數(shù)p1、p2或在諧振回路兩端并聯(lián)阻尼電阻來實現(xiàn)降低電壓增益。在實際運用中，較多的是采用共射一共基級聯(lián)放大器，其等效電路如圖所示。 共射-共基級聯(lián)放大器高頻電子線路課程教案一、講授題目：高頻功率放大器二、教學(xué)目標(biāo)理解晶體管高頻功率放大器的功能、分類和主要技術(shù)指標(biāo)三、教學(xué)重點難點1、基本電路及其特點 2、高頻功率放大器的工作原理四、教學(xué)過程一、 高頻功率放大器的功能無線電通信的任務(wù)是傳送信息。為了有效地實現(xiàn)遠距離傳輸，通常是用要傳送的信息對較高頻率的載頻信號進行調(diào)頻或調(diào)幅，經(jīng)過高頻功率放大達到較大功率，再

17、通過天線輻射出去。高頻功率放大器的特點是放大信號頻率高，要求輸出功率高和效率高。高頻功率放大器的功能是用小功率的高頻輸入信號去控制高頻功率放大器，將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換為大功率的高頻能量輸出，其輸出信號與輸入信號的頻譜相同，如圖1所示。圖1 高頻功率放大器的頻譜表示二、高頻功率放大器的分類高頻功率放大器可分為窄帶功率放大器和寬帶功率放大器兩類。窄帶功率放大器一般都具有窄帶選頻網(wǎng)絡(luò)，難于做到瞬時調(diào)諧。寬帶高頻功率放大器采用了具有寬頻帶特性的傳輸線變壓器作為負載，不需要調(diào)諧，適用于頻率相對變化范圍大。為了提高效率，窄帶高頻功率放大器工作狀態(tài)多選用在丙類或丁類，甚至戊類放大；寬帶高頻功率放大器只能

18、選用甲類和乙類推挽放大工作狀態(tài)。三、高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)高頻功率放大器的主要指標(biāo)是高頻輸出功率、效率、功率增益和諧波抑制度等。圖2是丙類高頻功率放大器的原理電路圖。圖2(a)所示是一般中間級原理電路，其負載是下一級的輸入阻抗經(jīng)變壓器二次側(cè)折合到一次側(cè)，與Lc諧振回路組成的等效負載。 圖2(b)所示是最簡單的輸出級原理電路，其負載是天線，而天線的等效阻抗可看成為天線電容c。和電阻r。串聯(lián)組成。從原理圖可以看出，無論是中間級還是輸出級，其負載均可等效為并聯(lián)諧振回路。因而，在分析討論丙類高頻功率放大器時，通常是用圖3所示的原理電路。圖2 丙類高頻功率放大器原理圖 圖3 高頻功率放大器原理圖從

19、原理圖可以看出，丙類高頻功率放大器的特點是： 為了提高效率，晶體管發(fā)射結(jié)為負偏置，由VBB來保證。 負載為諧振回路，除了確保從電流脈沖波中取出基波分量，獲得正弦電壓波形外，還能實現(xiàn)放大器的阻抗匹配。丙類高頻功率放大器一、 工作原理丙類高頻功率放大器的發(fā)射結(jié)在VBB的作用下處于負偏壓狀態(tài)，當(dāng)無輸入信號電壓時，晶體管T處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流ic = 0。當(dāng)輸入信號電壓為時，基極與發(fā)射極之間的電壓，由輸入特性可得基極電流為脈沖形狀?？捎酶道锶~級數(shù)展開為 式中，為基極電流的直流分量；為基極電流的基波電流振幅；分別為基極電流的二次至n次諧波電流振幅。同理由正向傳輸特性可得集電極電流為脈沖狀，也可用傅里

20、葉級數(shù)展開為 式中，為集電極電流的直流分量；為集電極電流的基波電流振幅；分別為集電極電流的二次至n次諧波電流振幅。當(dāng)集電極回路調(diào)諧于高頻輸入信號頻率w時，由于回路的選擇性，對集電極電流的基波分量來說，回路等效為純電阻Rp；對各次諧波來說，回路失諧，呈現(xiàn)很小的阻抗，回路兩端可近似認為短路；而直流分量只能通過回路電感支路，其直流電阻很小，也可近似認為短路。這樣，脈沖形狀的集電極電流ic流經(jīng)諧振回路時，只有基波電流才產(chǎn)生電壓降，即回路兩端只有基波電壓。因而輸出的高頻電壓信號的波形沒有失真?；芈穬啥说幕妷赫穹鵘cm為 高頻電子線路課程教案一、講授題目：丙類(C類)高頻功率放大器的工作原理二、教學(xué)目

21、標(biāo)理解晶體管高頻功率放大器的工作原理三、教學(xué)重點難點集電極余弦電流脈沖的分解四、教學(xué)過程下圖是丙類高頻功率放大器各級電壓和電流的波形圖。 各級電壓和電流波形丙類(C類)高頻功率放大器的折線分析法由于丙類高頻功率放大器工作在大信號非線性狀態(tài)，所以，晶體管的小信號等效電路的分析方法是不適用的。雖然采用靜態(tài)特性曲線經(jīng)過理想化成為折線來進行近似分析會存在一定的誤差，但是，用它對高頻功率放大器進行定性分析是一種較為簡便的方法。1、晶體管特性曲線的理想化及其解析式靜態(tài)特性曲線及其理想化輸入特性曲線的理想化圖(a)所示的虛線表示的直線就是理想化的輸入特性曲線。其數(shù)學(xué)表示式為 式中，gb為理想化輸入特性的斜率

22、，即 正向傳輸特性曲線的理想化理想化晶體管的電流放大系數(shù)b被認為是常數(shù)，因而將輸入特性的iB 乘以 b 就可得到理想化正向傳輸特性。正向傳輸特性的斜率為 gc 稱為理想化晶體管的跨導(dǎo)。它表示晶體管工作于放大區(qū)時，單位基極電壓變化產(chǎn)生的集電極電流變化。正向傳輸特性的數(shù)學(xué)表示式為 輸出特性曲線的理想化圖 (b)所示的輸出特性曲線要分別對飽和區(qū)和放大區(qū)采取不同的簡化方法。在飽和區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。這樣，理想化特性曲線對不同的uBE值，應(yīng)重合為一條通過原點的斜線。該斜線稱為飽和臨界線，其斜率用gcr表示。它表示晶體管工作于飽和區(qū)時，單位集電極電壓變化引

23、起集電極電流的變化的關(guān)系?？杀硎緸?式中，。在放大區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關(guān)。那么，各條特性曲線均為平行于uCE 軸的水平線。又因 b=iCiB為常數(shù)，故各平行線對等差的iB 來說，間隔應(yīng)該是均勻相等的。2、集電極余弦電流脈沖的分解余弦電流脈沖的表示式 余弦電流脈沖是由脈沖高度ICM 和通角 qC 來決定的。只要知道這兩個值，脈沖形狀便可完全確定。在已知條件下，通過理想化正向傳輸特性求出集電極電流脈沖，可用下圖來說明。 丙類狀態(tài)下集電極電流波形圖設(shè)激勵信號為，則。而晶體管理想化正向傳輸特性可表示為將uBE代人式中，可得 當(dāng)時，代入上式中可得 上式表明，已知VBB,UBZ和U

24、bm可確定高頻功率放大器的半通角C，有時也稱為通角。通常用C = 180。表示甲類放大；C = 90。表示乙類放大；qC < 90。表示丙類放大。但是，必須注意的是高頻功率放大器的實際全通角為2C . 當(dāng)時，可得 得集電極余弦電流脈沖的表示式為 余弦電流脈沖的分解系數(shù) 周期性的電流脈沖可以用傅里葉級數(shù)分解為直流分量、基波分量及高次諧波分量，即iC可寫成為式中 稱為余弦電流脈沖分解系數(shù)。0(C )為直流分量分解系數(shù)；1(C )為基波分量分解系數(shù)；(C )為n次諧波分量分解系數(shù)。這些分解系數(shù)在使用中，通常不需要通過積分關(guān)系求出各個分量，可以由下圖或本章附錄中查得。 圖中給出了00、11、22

25、、3a 和g1 = Ic1mIc0m 與C的關(guān)系曲線。本章附錄給出了不同C值所對應(yīng)的00、11、22和g1的數(shù)據(jù)值。 余弦脈沖分解系數(shù)與的C 關(guān)系高頻電子線路課程教案一、講授題目：高頻功率放大器特性二、教學(xué)目標(biāo)理解晶體管高頻功率放大器的工作原理三、教學(xué)重點難點1、功率放大器的功率與效率2、高頻功率放大器的負載特性及動態(tài)特性四、教學(xué)過程功率與效率可知，丙類高頻功率放大器的uBE和uCE為 而集電極電流iC是脈沖狀的周期函數(shù)，可分解為傅里葉級數(shù)。故丙類高頻功率放大器的直流電源VCC供給的輸入直流功率為 因為諧振回路諧振于基波頻率，并呈純電阻Rp,對其他諧波的阻抗很小，且為容性；所以，只有基波電流與

26、基波電壓才能產(chǎn)生輸出功率。高頻一周的平均輸出功率P。: 直流電源提供輸入功率與高頻輸出功率之差是晶體管集電極損耗功率，即 高頻功率放大器的集電極效率為 式中，稱為集電極電壓利用系數(shù)；稱為波形系數(shù)。從上面各式，并參照脈沖分解系數(shù)與圖C關(guān)系圖，可看出：(1) 在電壓利用系數(shù)的理想條件下，甲類放大器的通角為180°，故甲類放大器的理想效率；乙類放大器的通角為為90°，故乙類放大器的理想效率；丙類放大器的通角小于90°，故丙類放大器的理想效率，而越小，越高。(2)諧振高頻功率放大器在諧振電阻Rp一定的條件下，=120。時，輸出功率最大，但是，集電極理想效率只有66；而=1

27、。15。時，效率最高，輸出功率卻很小。故在實際運用中，為了兼顧高的輸出功率和高的集電極效率，通常取=60。80。的丙類工作狀態(tài)。丙類高頻功率放大器的動態(tài)特性在高頻功率放大器的電路和輸入、輸出條件確定后，也就是在晶體管、電源電壓VCC和VBB輸入信號振幅Ubm和輸出信號振幅Ucm(或Rp)一定的條件下，ic=f( uBE , uCE )的關(guān)系稱為放大器的動態(tài)特性。當(dāng)放大器工作于諧振狀態(tài)時，高頻功率放大器的外部電路關(guān)系式為由上二式可得 動態(tài)特性應(yīng)同時滿足外部電路和內(nèi)部電路關(guān)系式，而內(nèi)部關(guān)系式是由晶體管折線化的正向傳輸特性所決定。對于導(dǎo)通段，即可得 顯然，上式是一個直線方程。斜率為，在軸上的截距為若

28、已知高頻功率放大器晶體管的理想化輸出特性和外部電壓VCC、VBB、Ubm和Ucm的值，如何求出動態(tài)特性和電流、電壓波形呢?通?？梢圆捎媒鼐喾ê吞摂M電流法。 *截距法。 用截距法求動態(tài)特性*虛擬電流法。 虛擬電流法求動態(tài)特性功率放大器通常是按晶體管集電極電流通角p。不同劃分為甲類、乙類和丙類放大器。諧振功率放大器的工作狀態(tài)是指處于丙類或乙類放大時，在輸入信號激勵的一周內(nèi)，是否進入晶體管特性曲線的飽和區(qū)來劃分，它分為欠壓、臨界和過壓三種狀態(tài)，用動態(tài)特性能較容易區(qū)分這三種工作狀態(tài)。下圖給出了丙類諧振高頻功率放大器的三種不同工作狀態(tài)(欠壓、臨界和過壓)的電壓和電流波形。丙類高頻功率放大器的三種工作狀態(tài)

29、丙類高頻功率放大器的負載特性負載特性是指在晶體管及VCC、VBB、Ubm一定時，改變回路諧振電阻Rp，高頻功率放大器的工作狀態(tài)、電流、電壓、功率和效率隨Rp變化的關(guān)系。晶體管一定，是指理想化特性一定，即gC、UbZ不變。采用虛擬電流法可求出不同Rp值對應(yīng)的動態(tài)特性，可清楚地分析負載特性。動態(tài)特性的斜率gd 與Rp 的關(guān)系是 丙類高頻功率放大器的負載特性各級電壓變化對工作狀態(tài)的影響1、改變集電極電源電壓對工作狀態(tài)的影響 改變VCC 對電流和功率的影響2、改變Ubm對工作狀態(tài)的影響 改變Ubm 對工作狀態(tài)的影響 改變Ubm 對電流和功率的影響3、改變VBB對工作狀態(tài)的影響 改變VBB 對工作狀態(tài)的

30、影響高頻電子線路課程教案一、講授題目：丙類功率放大電路二、教學(xué)目標(biāo)熟悉功率放大器的饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)三、教學(xué)重點難點1、饋電電路組成原則2、匹配網(wǎng)絡(luò)原理四、教學(xué)過程丙類高頻功率放大器是由輸入回路、晶體管和輸出回路組成。輸入、輸出回路在功率放大器中的作用是，(1)提供放大器所需的正常偏置；(2)實現(xiàn)濾波(調(diào)諧于基波頻率)；(3)保證阻抗匹配。也可認為輸入、輸出回路它是由直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。一、直流饋電電路晶體管高頻功率放大器的直流饋電電路分為集電極饋電電路和基極饋電電路兩類。 (一) 集電極饋電電路集電極直流饋電有串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種形式。晶體管、負載回路和直流電源組成串聯(lián)連接形

31、式稱為串聯(lián)饋電；晶體管、負載回路和直流電源組成并聯(lián)連接形式稱為并聯(lián)饋電。圖 (a)是串聯(lián)饋電電路。圖 (b)是并聯(lián)饋電電路。 集電極電路的兩種饋電形式(二)基極饋電電路 基極饋電電路的組成也有串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種形式，如圖所示。 基極電路的兩種饋電形式下圖是諧振功率放大器的自給反向偏置電路。圖(a)所示利用基極電流的直流分量，IBO在基極電阻Rb上的壓降產(chǎn)生自給負偏壓。圖所示利用發(fā)射極電流的直流分量IEO在Re上的壓降產(chǎn)生自給負偏壓。其優(yōu)點是利用發(fā)射極電流直流分量的負反饋作用，有利于工作狀態(tài)的穩(wěn)定。在功率放大器輸出功率大于1 w時，通常采用自給反向偏置電路。 自給反向偏置電路二、匹配網(wǎng)絡(luò)在發(fā)

32、射機中，為了獲得大的高頻輸出功率，通?？刹捎枚嗉壐哳l功率放大的方式。根據(jù)丙類功率放大器在發(fā)射機中所處位置的不同，常將丙類功率放大器所采用的匹配網(wǎng)絡(luò)分為輸入、輸出和級問耦合三種電路。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)用于信號源與丙類功率放大器之間；輸出匹配網(wǎng)絡(luò)用于輸出級與天線負載之間；級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)用于丙類功率放大器的推動級與輸出級之間。這三種匹配網(wǎng)絡(luò)都可以采用由L和C組成的L形、p 形或T形這樣的基本網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)在電路中的作用是實現(xiàn)濾波與阻抗匹配。(一)輸入匹配網(wǎng)絡(luò) 由于高頻功率晶體管的輸入阻抗實數(shù)部分的數(shù)值一般很小，通常只有幾歐，而信號源的內(nèi)阻比晶體管輸入電阻要高。為了使信號源的功率有效地加到高頻功率晶體管的

33、發(fā)射結(jié)上，可采用輸入匹配網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)低輸入電阻與高信號源內(nèi)阻的匹配。下圖所示是常用的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)圖(二)級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò) 下圖所示是常用的級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)。 級間耦合匹配網(wǎng)絡(luò)(三) 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)下圖所示是常用的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻電子線路課程教案一、講授題目：振幅調(diào)制電路二、教學(xué)目標(biāo)掌握普通調(diào)幅波的調(diào)制方法，頻譜分析三、教學(xué)重點難點1、普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式及其頻譜2、調(diào)幅波的功率關(guān)系四、教學(xué)過程調(diào)制是通信系統(tǒng)中的重要的環(huán)節(jié)。通信系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)遠距離地不失真地傳送信息。所需傳送的信息通過換能器轉(zhuǎn)換成電信號，此電信號是占有一定頻譜寬度的低頻信號，通常稱為基帶信號。

34、直接將基帶信號進行傳輸，要實現(xiàn)多路遠距離傳輸是困難的。通常是將基帶信號加載到高頻信號上去，用高頻信號作為運載工具，這樣就能較好地實現(xiàn)多路有選擇性的遠距離通信。將需傳送的基帶信號加載到高頻信號上去的過程稱為調(diào)制。一、 普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式及其頻譜若載波信號電壓為，調(diào)制信號為，根據(jù)定義，普通調(diào)幅波的振幅為 設(shè)調(diào)制信號電壓為 其中，和F分別為調(diào)制信號的角頻率（單位為rad/s）和頻率（單位為Hz），通常滿足。根據(jù)調(diào)幅波的定義 式(54)就是單頻調(diào)制時普通調(diào)幅波的表示式。式中Um(t)稱為包絡(luò)函數(shù)。它是由調(diào)幅波各高頻周期峰值連成的一條曲線，而ma=kaUWmUcm。其中，ka為比例系數(shù)，ma稱為調(diào)幅

35、指數(shù)(調(diào)幅度)。普通調(diào)幅波的波形如圖51所示。從圖中可以看到，已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號一樣，稱之為不失真調(diào)制。從調(diào)幅波的波形上看出包絡(luò)的最大值Ummax和最小值Ummin為故可得 由上式可看出，不失真調(diào)制時ma 1，若ma > 1，則已調(diào)波包絡(luò)形狀與調(diào)制信號不一樣，產(chǎn)生嚴重失真，這種情況稱為過量調(diào)幅，必須盡力避免，其波形如圖所示。 調(diào)幅波波形 過量調(diào)幅波形圖為了說明調(diào)制的特征，還常用頻域表示法，即采用頻譜圖?？梢岳萌枪綄⑵湔归_為 這表明單頻信號調(diào)制的調(diào)幅波由三個頻率分量組成，即載波分量c、上邊頻分量 c + 和下邊頻分量c - ，其頻譜如圖所示。顯然，載波分量并不包含信息，調(diào)制信

36、號的信息只包含在上、下邊頻分量內(nèi)，邊頻的振幅反映了調(diào)制信號振幅的大小，邊頻的頻率雖屬于高頻的范疇，但反映了調(diào)制信號頻率與載波的關(guān)系。實際上，調(diào)斛信號是含有多個頻率比較復(fù)雜的信號。如調(diào)幅廣播所傳送的語言信號頻率約為50 Hz35 kHz，經(jīng)調(diào)制后，各個語言頻率產(chǎn)生各自的上邊頻和下邊頻，疊加后形成了所謂上邊頻帶和下邊頻帶，如圖所示。因為上、下邊頻振幅相等且成對出現(xiàn)，所以上、下邊頻帶的頻譜分布相對載波是對稱的，其數(shù)學(xué)表示式可寫為 因為多頻調(diào)制時各個低頻分量的振幅并不相等，因而調(diào)幅指數(shù)mi也不相同，所以就整個調(diào)幅波來說，常引用平均調(diào)幅指數(shù)的概念。大量實驗表明，未經(jīng)加工處理的語言信號的平均調(diào)制系數(shù)為02

37、03。 由調(diào)幅波的頻譜圖可以看出，調(diào)制過程實質(zhì)上是一種線性頻譜搬移過程。經(jīng)過調(diào)制后，調(diào)制信號的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下邊頻帶。 單音調(diào)制的調(diào)幅波頻譜圖 多音調(diào)制的調(diào)幅波 二、 普通調(diào)幅波的功率關(guān)系為了分清調(diào)幅坡中各頻率分量的功率關(guān)系，通常將調(diào)幅波電壓加在電阻R兩端，電阻R上消耗的各頻率分量對應(yīng)的功率可表示為(1)載波功率 (2)每個邊頻功率 (3)調(diào)制一周內(nèi)的平均總功率 上式表明，調(diào)幅波的輸出功率隨著m。增大而增大，當(dāng)m。=1時，POT =2 Poav /3 ,而 Pwc + W + Pwc - W = Poav /3 ，這說明當(dāng)m。=1時，包含信息的上、下邊頻功率之和只占總輸出

38、功率的13，而不含信息的載波功率卻占了總輸出功率的23。從能量觀點看，這是一種很大的浪費。而實際調(diào)幅波的平均調(diào)幅指數(shù)為03，其能量的浪費就更大。這是普通調(diào)幅制本身固有的缺點。目前這種調(diào)制只應(yīng)用于中、短波無線電廣播系統(tǒng)中，而其他通信系統(tǒng)采用另外的調(diào)制方式。三。抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號和單邊帶調(diào)幅信號因為載波本身并不包含信息，而且還占有較大的功率，為了減小不必要的功率浪費，可以只發(fā)射上、下邊頻，而不發(fā)射載波，稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號，用DSB表示。這種信號的數(shù)學(xué)表示式為 單頻調(diào)制的雙邊帶信號波形如圖所示。因為雙邊帶信號不包含載波，它的全部功率都為邊帶占有，所以發(fā)送的全部功率都載有信息，功率有效

39、利用率高于AM制。因為兩個邊帶的任何一個邊帶已經(jīng)包含調(diào)制信號的全部信息，所以可以進一步把其中的一個邊帶抑制掉，而只發(fā)射一個邊帶，這就是單邊帶調(diào)幅波，用SSB表示。其數(shù)學(xué)表示式為 從上兩式看出，單邊帶調(diào)幅波的頻譜寬度只有兩邊帶的一半，其頻帶利用率高，在通信系統(tǒng)中是一種常用的調(diào)制方式。對于單頻調(diào)制的單邊帶信號，它仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的，它含有傳送信息的特征。雙邊帶調(diào)幅信號的波形四。振幅調(diào)制電路的功能 振幅調(diào)制電路的功能是將輸人的調(diào)制信號和載波信號通過電變換成高頻調(diào)幅信號輸出。當(dāng)輸入調(diào)制信號，載波信號時，普通調(diào)幅波調(diào)輻電路的輸出電壓是，雙邊帶調(diào)幅波調(diào)幅電路的輸出電壓是，而單邊帶調(diào)幅波調(diào)

40、幅電路的輸出電壓是或。普通調(diào)幅波調(diào)幅電路輸出頻譜為、，雙邊帶調(diào)幅電路輸出頻譜為，單邊帶調(diào)幅電路輸出頻譜為或。振幅調(diào)制電路的功能也可用輸入、輸出信號的頻譜關(guān)系來表示。圖所示是三種調(diào)幅電路的輸入、輸出信號的頻譜關(guān)系。 三種調(diào)幅電路的頻率變換關(guān)系五、振幅調(diào)制電路的分類及要求在調(diào)幅無線電發(fā)射機中，按實現(xiàn)調(diào)幅級電平的高低可分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路。 低電平調(diào)幅是先在低功率電平級進行振幅調(diào)制，然后再經(jīng)過高頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。由于低電平調(diào)幅電路的功率較小，對調(diào)幅電路來說，輸出功率和效率不是主要指標(biāo)，重點是提高調(diào)制的線性，減少不需要的頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。 高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)

41、生滿足發(fā)射機輸出功率要求的已調(diào)波。它是利用丙類高頻功率放大器在改變VCC?；騐BB。時具有調(diào)幅特性這一特點來實現(xiàn)。它的優(yōu)點是整機效率高。設(shè)計時必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。通常高電平調(diào)幅只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。六。 振幅調(diào)制電路的基本組成原理從振幅調(diào)制電路的功能可以看出，在輸入載波頻率和調(diào)制信號頻率時，要實現(xiàn)普通調(diào)幅波調(diào)幅或雙邊帶調(diào)幅波調(diào)幅，必須通過調(diào)幅電路產(chǎn)生新的頻率分量。因此，調(diào)幅電路的主要器件應(yīng)是非線性器件，其特性必須含有載波信號和調(diào)制信號的乘積項。集成模擬乘法器和具有平方律特性的二極管等都能完成調(diào)幅功能。集成模擬乘法器能實現(xiàn)載波信號和調(diào)制信號兩電壓相乘。二極管是利用兩輸入信號相加

42、即，經(jīng)二極管特性的平方項產(chǎn)生和的乘積項實現(xiàn)調(diào)幅。一般來說，振幅調(diào)制電路是由輸入回路、非線性器件和帶通濾波器三部分組成。輸入回路的作用是將載波信號和調(diào)制信號直接耦合或相加后直接加到非線性器件上。非線性器件(乘法器、二極管、三極管)的作用是實現(xiàn)產(chǎn)生新的頻率。帶通濾波器的作用是取出調(diào)幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率成分。高頻電子線路課程教案一、講授題目：低電平調(diào)幅電路二、教學(xué)目標(biāo) 掌握各種低電平調(diào)幅電路三、教學(xué)重點難點 1、二極管調(diào)幅電路原理四、教學(xué)過程一、 單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路所謂開關(guān)狀態(tài)，是指二極管在兩個不同頻率電壓作用下進行頻率變換時，其中一個電壓振幅足夠大，另一電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通

43、或截止將完全受大振幅電壓的控制，可近似認為二極管處于一種理想的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)二極管D在兩個大小不同的信號作用下，如圖所示。u1(t)是一個小信號，u2(t)是一個振幅足夠大的信號。二極管D主要受到信號u2(t)的控制，工作在開關(guān)狀態(tài)。設(shè) 在u2(t)的正半周，二極管導(dǎo)通，通過負載RL的電流為 二極管開關(guān)狀態(tài)原理電路其中，rd為二極管的導(dǎo)通電阻。在u2(t) 的負半周，二極管截止，通過負載的電流為零。因此，電流i可用下式表示： 若將二極管的開關(guān)作用以開關(guān)函數(shù)式來表示，可得 開關(guān)的控制信號及開關(guān)函數(shù)則電流可表示 因為u2(t)是周期性信號，所以開關(guān)函數(shù)也是周期性函數(shù)，其周期與u2(t)的周期相同。圖

44、表示控制信號u2(t)的作用下開關(guān)函數(shù)的波形。它是振幅為1的矩形脈沖序列。因為K是周期性函數(shù)，故可將其展開為傅里葉級數(shù)，用K(2t)表示。 顯然，開關(guān)函數(shù)的傅里葉展開式中只含直流分量、基波和奇次諧波分量?？傻每梢钥闯?，電流i中包含以下頻譜成分： u1 和u2的頻率成分。 u1 和u2的和頻和差頻。 u1 的頻率和u2的各奇次諧波頻率的和頻和差頻。 u2的偶次諧波頻率。 直流成分。負載上得到的輸出電壓將只包含c、c±三個頻率成分。這正是一個普通調(diào)幅波。因此，上述電路是單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路，只能實現(xiàn)普通調(diào)幅波的調(diào)幅。二、 二極管平衡調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅電路如圖所示。設(shè)圖中的變壓器為

45、理想變壓器，其中，Tr2的一、二次繞組匝數(shù)比為1：2，Tr3的一、二次繞組匝數(shù)比為2：1。在Tr2一次側(cè)輸入調(diào)制電壓。在Tr1輸入載波電壓。在Ucm足夠大的條件下，二極管D1、D2均工作于受uc(t)控制的開關(guān)狀態(tài)，其導(dǎo)通電阻為rd。 設(shè)流過二極管D1的電流為i1，流過二極管D2的電流為i2，它們的流向如圖所示。在開關(guān)工作狀態(tài)，uc(t)為大信號，對D1來說，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負半周截止。對D2來說，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負半周截止。它們的開關(guān)函數(shù)都是K(wc,t)。因此，電流i1和i2應(yīng)為 二極管平衡調(diào)幅電路 根據(jù)變壓器Tr3的同名端及假設(shè)的二次側(cè)電流i的流向，由于i1和i2流過 T

46、r3一次側(cè)的方向相反，所以，電流i為 由上式可見，i中包含、等頻率分量。三、 二極管環(huán)形調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器與平衡調(diào)制器的差別是多接了兩只二極管D3和D4，它們的極性分別與D1和D2的極性相反，這樣，當(dāng)D1和D2導(dǎo)通時，D3和D4是截止的；反之，當(dāng)D1和D2截止時，D3和D4是導(dǎo)通的。因此，接人D3和D4不會影響D1和D的工作。于是，環(huán)形調(diào)制器可看成由兩個平衡調(diào)制器組成。其中，一個平衡調(diào)制器中的晶體二極管D1和D2僅在uc(t)的正半周導(dǎo)通，其開關(guān)函數(shù)為K(ct) ，流過輸出負載電阻RL的電流為 另一個平衡調(diào)制器電路中的晶體二極管僅在的負半周內(nèi)導(dǎo)通，其開關(guān)函數(shù)為，流過輸出負載RL的電流為（其電流

47、方向如圖所示） 式中,因此,流過RL的總電流為 由上式可見，與平衡調(diào)制器比較，進一步抵消了W分量，而且各分量的振幅加倍。通過帶通濾波器可取出頻率為的電流在RL上建立的雙邊帶調(diào)幅電壓。高頻電子線路課程教案一、講授題目：高電平調(diào)幅電路二、教學(xué)目標(biāo)理解高電平調(diào)幅電路工作原理三、教學(xué)重點難點集電極調(diào)幅，基極調(diào)幅的原理四、教學(xué)過程集電極調(diào)幅電路如圖所示是集電極調(diào)幅原理電路。低頻調(diào)制信號 與丙類放大器的直流電源VCT，相串聯(lián)，因此放大器的有效集電極電源電壓VCC等于兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號變化而變化。圖中的電容器C是高頻旁路電容，它的作用是避免高頻電流通過調(diào)制變壓器Tr3的二次繞組以及VCT電源，因此它對高頻相當(dāng)于短路，而對調(diào)制信號頻率應(yīng)相當(dāng)于開路。圖 集電極調(diào)幅電路對于丙類高頻功率放大器，當(dāng)基極偏置VBB、激勵高頻信號電壓振幅Ubm和集電極回路阻抗RP不變，只改變集電極有效電源電壓時，集電極電流脈沖在欠壓區(qū)可認為不變。而在過壓區(qū)，集電極電流脈沖幅度將隨集電極有效電源電壓VCC變化而變化。因此，集電極調(diào)幅必須工作于過壓區(qū)。設(shè)基極激勵信號電壓為，則基極瞬時電壓為，又設(shè)集電極調(diào)制信號