高頻電子線路教案(完整)

《高頻電子線路》課程教案一、講授題目:本課程的研究對象二、教學目標使學生知道本課程的研究對象，方法及目標三、教學重點難點教學重點：接收設備的組成及原理教學難點:接收設備的組成及原理四、教學過程高頻電子線路是電子信息、通信等電子類專業(yè)的一門技術基礎課，它的研究對象是通信系統(tǒng)中的發(fā)送設備和接收設備的各種高頻功能電路的功能、原理和基本組成.*消息（NEWS，MESSAGE）:——關于人或事物情況的報道。——通信過程中傳輸的具體對象：文字,語音,圖象，數據等。＊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.＊發(fā)送設備-—將輸入電信號變換為適合于傳輸的電信號.＊傳輸信道--信號傳輸的通道。--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.＊接收設備-—將輸入電信號變換為適合于變換的電信號.*輸出變換器—-將接收設備輸出的電信號變換成原來的信息，如聲音、文字、圖像等。輸輸入變換器發(fā)送設備傳輸信道接收設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，數據通信等＊單向傳輸系統(tǒng)：如廣播,電視等＊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，低速數據等＊寬帶通信系統(tǒng)：如點播電視，會議電視，高速數據等2）按傳輸媒體分類a）有線傳輸介質：＊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，數據率=2GHZ/S同軸電纜在1千米距離內,數據率=幾百MHZ/S雙絞線在1千米距離內，數據率=幾MHZ/Sb）無線傳輸信道：自由空間或某種介質.無線電接收設備的組成與原理無線電接收過程正好和發(fā)送過程相反，它的基本任務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,其調諧比較復雜。再則，高頻小信號放大器的整個接收頻帶內，頻率高端的放大倍數比低端要低。因此，對不同的電臺其接收效果也就不同。為了克服這樣的缺點,現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由中頻放大器承擔，所以，整機增益在接收頻率范圍內,高端和低端的差別就會很小。對于調諧來說,僅對混頻器的選頻輸入回路和本機振蕩器進行同步調諧，這是容易實現的。混頻器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，它不僅可以實現較高的放大倍數，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。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,在學習本課程的各功能電路時,要根據不同電路的功能和特點，掌握各個功能電路的實現方法和基本原理；要根據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，要學會用理論去指導實驗和分析實驗現象，從而得出合理的結論，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用3～30kHz100~10km甚低頻地波遠距離導航；聲納；電報；電話30~300kHz10～1km低頻（長波)地波導航系統(tǒng)；航標信號；電報；通信0。3～3MHz1000～100m中頻（中波）地波或天波調幅廣播;艦船無線通信；測向；遇險和呼救3~30MHz100~10m高頻（短波）天波或地波調幅廣播；短波通信；飛機與船通信;岸與船通信30～300MHz10~1m甚高頻（超短波)直線傳播電視廣播;調頻廣播；航空通信;導航設備0。3～3GHz100～10cm特高頻（分米波）直線傳播電視廣播;雷達；遙控遙測;導航;衛(wèi)星通信;移動通信；3~30GHz10~1cm超高頻(厘米波）直線傳播衛(wèi)星通信；空間通信；微波接力；機載雷達；氣象雷達30～300GHz10~1mm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：高頻電路基礎知識二、教學目標掌握諧振回路,理解高頻小信號放大器的主要技術指標三、教學重點難點教學重點:諧振回路教學難點：諧振回路四、教學過程＊高頻：被放大信號的頻率在數百千赫至數百兆赫。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（或場效應管）是在線性范圍內工作，這樣就可以將晶體管(或場效應管)看成為線性元件，分析電路時可將其等效為二端口網絡。＊放大器：功能是實現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（105~108Hz）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指標（1)電壓增益與功率增益(2)通頻帶＊相對帶寬:＊窄帶放大器:(3)）矩形系數輸入信噪功率比輸出信噪功率比輸入信噪功率比輸出信噪功率比高頻電路的基礎知識濾波器(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g。來等效。如圖所示。有損電感的等效關系電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，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ALCr串聯(lián)諧振回路圖B串聯(lián)諧振回路電抗與頻率的關系由得回路諧振頻率為或定義回路空載品質因數為：定義回路有載品質因數為：當在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(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（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》課程教案一、講授題目：并聯(lián)諧振二、教學目標掌握并聯(lián)諧振三、教學重點難點教學重點：諧振回路參數計算,等效變換教學難點:諧振回路參數計算，等效變換四、教學過程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)回路的導納為(a）(b）圖LC并聯(lián)諧振回路式中，回路諧振頻率為令當回路諧振頻率和有載品質因數為則并聯(lián)諧振回路的阻抗的模及相角為可以看出，當時,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)電路的等效互換圖。設串聯(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品質因數Q的定義，式中，Q2為并聯(lián)回路的品質因數。可見等效互換結果Q不變,即Q1=Q2=Q,可得這個結果表明,串聯(lián)電路轉換為等效并聯(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、教學目標：掌握高頻小信號放大器三、教學重點難點教學重點:體管高頻小信號等效電路教學難點:單調諧回路諧振放大器四、教學過程晶體管y參數等效電路晶體管y等效電路圖根據二端口網絡理論，其中,稱為輸出短路時的輸入導納;稱為輸入短路時的反向傳輸導納；稱為輸出短路時的正向傳輸導納；稱為輸入短路時的輸出導納.對于共發(fā)射極組態(tài)，,其中y參數用、、、表示.對于共基極組態(tài)，,其y參數用、、、表示。對于共集電極組態(tài),，其y參數用、、、表示.混合等效電路下圖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諧回路諧振放大器單級調諧放大器高頻等效電路圖單調諧放大器簡化等效電路圖由三極管的內部特性,有由外部負載特性，有得放大器的輸入導納為得放大器的輸出導納為設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因數為Q0，則空載諧振電導。由于，故可用和并聯(lián)表示，用和并聯(lián)表示.根據接入系數的定義,。由簡化等效電路可以很方便地對放大器的技術指標進行分析。放大器的技術指標1．電壓增益根據定義，，式中,；從等效關系可知則放大器諧振時，，對應的諧振頻率,則可見，諧振時的電壓增益與晶體管的正向傳輸導納成正比，與回路兩端總電導成反比，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、教學目標:了解晶體管高頻小信號諧振放大器的穩(wěn)定性三、教學重點難點不穩(wěn)定的原因及提高穩(wěn)定性的措施四、教學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,引起輸入電流的變化，這種反饋作用將可能引起放大器產生自激等不良后果。由圖可見,放大器的輸入導納。其中,.YF是頻率的函數.在某些頻率上，gF有可能為負值。回路的總電導將可能減小，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)定系數及穩(wěn)定增益圖調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。具有中和電路的放大器（二）失配法失配法的實質是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)定的要求?？梢赃x用合適的接入系數p1、p2或在諧振回路兩端并聯(lián)阻尼電阻來實現降低電壓增益。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、教學目標理解晶體管高頻功率放大器的功能、分類和主要技術指標三、教學重點難點1、基本電路及其特點2、高頻功率放大器的工作原理四、教學過程高頻功率放大器的功能無線電通信的任務是傳送信息.為了有效地實現遠距離傳輸，通常是用要傳送的信息對較高頻率的載頻信號進行調頻或調幅,經過高頻功率放大達到較大功率，再通過天線輻射出去。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絡,難于做到瞬時調諧。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指標高頻功率放大器的主要指標是高頻輸出功率、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變壓器二次側折合到一次側，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，還能實現放大器的阻抗匹配.丙類高頻功率放大器工作原理丙類高頻功率放大器的發(fā)射結在VBB的作用下處于負偏壓狀態(tài),當無輸入信號電壓時,晶體管T處于截止狀態(tài)，集電極電流ic=0.當輸入信號電壓為時，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，也可用傅里葉級數展開為式中,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。當集電極回路調諧于高頻輸入信號頻率時，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流經諧振回路時,只有基波電流才產生電壓降,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、教學目標理解晶體管高頻功率放大器的工作原理三、教學重點難點集電極余弦電流脈沖的分解四、教學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.其數學表示式為式中,gb為理想化輸入特性的斜率，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被認為是常數,因而將輸入特性的iB乘以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.它表示晶體管工作于放大區(qū)時,單位基極電壓變化產生的集電極電流變化。正向傳輸特性的數學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。這樣，理想化特性曲線對不同的uBE值，應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起集電極電流的變化的關系.可表示為式中，。在放大區(qū),根據理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關.那么，各條特性曲線均為平行于uCE軸的水平線。又因=△iC／△iB為常數,故各平行線對等差的△iB來說，間隔應該是均勻相等的。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C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，可得當時，，代入上式中可得上式表明,已知VBB,UBZ和Ubm可確定高頻功率放大器的半通角θC，有時也稱為通角.通常用θC=180.表示甲類放大;θC=90。表示乙類放大；θC〈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2θC.當時，，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周期性的電流脈沖可以用傅里葉級數分解為直流分量、基波分量及高次諧波分量,即iC可寫成為式中α稱為余弦電流脈沖分解系數.α0（θC)為直流分量分解系數;α1（θC）為基波分量分解系數;αψ（θC）為n次諧波分量分解系數。這些分解系數在使用中，通常不需要通過積分關系求出各個分量，可以由下圖或本章附錄中查得。圖中給出了α0、α1、α2、α3和g1=Ic1m／Ic0m與θC的關系曲線.本章附錄給出了不同θC值所對應的α0、α1、α2和g1的數據值。余弦脈沖分解系數與的θC關系《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、教學目標理解晶體管高頻功率放大器的工作原理三、教學重點難點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，可分解為傅里葉級數。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，只有基波電流與基波電壓才能產生輸出功率.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；稱為波形系數。從上面各式，并參照脈沖分解系數與圖θC關系圖，可看出：（1)在電壓利用系數的理想條件下，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?！?5.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）的關系稱為放大器的動態(tài)特性。當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系式為由上二式可得動態(tài)特性應同時滿足外部電路和內部電路關系式,而內部關系式是由晶體管折線化的正向傳輸特性所決定。對于導通段，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，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)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、教學目標熟悉功率放大器的饋電電路和匹配網絡三、教學重點難點1、饋電電路組成原則2、匹配網絡原理四、教學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）實現濾波（調諧于基波頻率)；（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絡兩部分組成.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1w時，通常采用自給反向偏置電路。自給反向偏置電路二、匹配網絡在發(fā)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絡分為輸入、輸出和級問耦合三種電路。輸入匹配網絡用于信號源與丙類功率放大器之間；輸出匹配網絡用于輸出級與天線負載之間；級間耦合匹配網絡用于丙類功率放大器的推動級與輸出級之間。這三種匹配網絡都可以采用由L和C組成的L形、形或T形這樣的基本網絡。匹配網絡在電路中的作用是實現濾波與阻抗匹配。（一)輸入匹配網絡由于高頻功率晶體管的輸入阻抗實數部分的數值一般很小，通常只有幾歐，而信號源的內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發(fā)射結上，可采用輸入匹配網絡來實現低輸入電阻與高信號源內阻的匹配.下圖所示是常用的輸入匹配網絡。輸入匹配網絡圖（二)級間耦合匹配網絡下圖所示是常用的級間耦合匹配網絡。級間耦合匹配網絡（三)輸出匹配網絡下圖所示是常用的輸出匹配網絡。輸出匹配網絡《高頻電子線路》課程教案一、講授題目：振幅調制電路二、教學目標掌握普通調幅波的調制方法，頻譜分析三、教學重點難點1、普通調幅波的數學表示式及其頻譜2、調幅波的功率關系四、教學過程調制是通信系統(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。直接將基帶信號進行傳輸，要實現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制.普通調幅波的數學表示式及其頻譜若載波信號電壓為，調制信號為，根據定義，普通調幅波的振幅為設調制信號電壓為其中，和F分別為調制信號的角頻率(單位為rad/s）和頻率(單位為Hz)，通常滿足。根據調幅波的定義式（5—4）就是單頻調制時普通調幅波的表示式.式中U’m（t）稱為包絡函數。它是由調幅波各高頻周期峰值連成的一條曲線,而ma=kaUm／Ucm。其中，ka為比例系數，ma稱為調幅指數（調幅度)。普通調幅波的波形如圖5—1所示.從圖中可以看到，已調波的包絡形狀與調制信號一樣,稱之為不失真調制.從調幅波的波形上看出包絡的最大值Ummax和最小值Ummin為故可得由上式可看出，不失真調制時ma≤1，若ma〉1，則已調波包絡形狀與調制信號不一樣，產生嚴重失真，這種情況稱為過量調幅，必須盡力避免，其波形如圖所示。調幅波波形過量調幅波形圖為了說明調制的特征，還常用頻域表示法,即采用頻譜圖.可以利用三角公式將其展開為這表明單頻信號調制的調幅波由三個頻率分量組成，即載波分量ωc、上邊頻分量ωc+Ω和下邊頻分量ωc-Ω,其頻譜如圖所示。顯然，載波分量并不包含信息，調制信號的信息只包含在上、下邊頻分量內，邊頻的振幅反映了調制信號振幅的大小，邊頻的頻率雖屬于高頻的范疇，但反映了調制信號頻率與載波的關系。實際上,調斛信號是含有多個頻率比較復雜的信號。如調幅廣播所傳送的語言信號頻率約為50Hz～3．5kHz，經調制后，各個語言頻率產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,所以上、下邊頻帶的頻譜分布相對載波是對稱的,其數學表示式可寫為因為多頻調制時各個低頻分量的振幅并不相等，因而調幅指數mi也不相同，所以就整個調幅波來說，常引用平均調幅指數的概念。大量實驗表明,未經加工處理的語言信號的平均調制系數為0．2~0．3。由調幅波的頻譜圖可以看出，調制過程實質上是一種線性頻譜搬移過程.經過調制后,調制信號的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下邊頻帶.單音調制的調幅波頻譜圖多音調制的調幅波普通調幅波的功率關系為了分清調幅坡中各頻率分量的功率關系,通常將調幅波電壓加在電阻R兩端,電阻R上消耗的各頻率分量對應的功率可表示為（1）載波功率（2)每個邊頻功率(3)調制一周內的平均總功率上式表明,調幅波的輸出功率隨著m.增大而增大，當m.=1時，POT=2Poav/3,而Pc++Pc-Poav/3，這說明當m.=1時，包含信息的上、下邊頻功率之和只占總輸出功率的1／3,而不含信息的載波功率卻占了總輸出功率的2／3.從能量觀點看，這是一種很大的浪費.而實際調幅波的平均調幅指數為0．3,其能量的浪費就更大。這是普通調幅制本身固有的缺點.目前這種調制只應用于中、短波無線電廣播系統(tǒng)中,而其他通信系統(tǒng)采用另外的調制方式.三。抑制載波的雙邊帶調幅信號和單邊帶調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幅信號,用DSB表示。這種信號的數學表示式為單頻調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，功率有效利用率高于AM制.因為兩個邊帶的任何一個邊帶已經包含調制信號的全部信息，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，這就是單邊帶調幅波，用SSB表示。其數學表示式為從上兩式看出，單邊帶調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)中是一種常用的調制方式。對于單頻調制的單邊帶信號,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.雙邊帶調幅信號的波形四。振幅調制電路的功能振幅調制電路的功能是將輸人的調制信號和載波信號通過電變換成高頻調幅信號輸出。當輸入調制信號，載波信號時，普通調幅波調輻電路的輸出電壓是，雙邊帶調幅波調幅電路的輸出電壓是,而單邊帶調幅波調幅電路的輸出電壓是或.普通調幅波調幅電路輸出頻譜為、,雙邊帶調幅電路輸出頻譜為，單邊帶調幅電路輸出頻譜為或。振幅調制電路的功能也可用輸入、輸出信號的頻譜關系來表示。圖所示是三種調幅電路的輸入、輸出信號的頻譜關系.三種調幅電路的頻率變換關系五、振幅調制電路的分類及要求在調幅無線電發(fā)射機中，按實現調幅級電平的高低可分為低電平調幅電路和高電平調幅電路。低電平調幅是先在低功率電平級進行振幅調制,然后再經過高頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。由于低電平調幅電路的功率較小，對調幅電路來說，輸出功率和效率不是主要指標，重點是提高調制的線性,減少不需要的頻率分量的產生和提高濾波性能。高電平調幅是直接產生滿足發(fā)射機輸出功率要求的已調波。它是利用丙類高頻功率放大器在改變VCC.或VBB。時具有調幅特性這一特點來實現。它的優(yōu)點是整機效率高.設計時必須兼顧輸出功率、效率和調制線性的要求。通常高電平調幅只能產生普通調幅波.六.振幅調制電路的基本組成原理從振幅調制電路的功能可以看出，在輸入載波頻率和調制信號頻率時,要實現普通調幅波調幅或雙邊帶調幅波調幅,必須通過調幅電路產生新的頻率分量。因此，調幅電路的主要器件應是非線性器件，其特性必須含有載波信號和調制信號的乘積項.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幅功能。集成模擬乘法器能實現載波信號和調制信號兩電壓相乘.二極管是利用兩輸入信號相加即,經二極管特性的平方項產生和的乘積項實現調幅.一般來說，振幅調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）的作用是實現產生新的頻率。帶通濾波器的作用是取出調幅波的頻率成分，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：低電平調幅電路二、教學目標掌握各種低電平調幅電路三、教學重點難點1、二極管調幅電路原理四、教學過程單二極管開關狀態(tài)調幅電路所謂開關狀態(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，二極管的導通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狀態(tài).設二極管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,工作在開關狀態(tài)。設在u2（t）的正半周,二極管導通,通過負載RL的電流為二極管開關狀態(tài)原理電路其中，rd為二極管的導通電阻。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：若將二極管的開關作用以開關函數式來表示，可得開關的控制信號及開關函數則電流可表示因為u2(t)是周期性信號,所以開關函數也是周期性函數,其周期與u2（t）的周期相同.圖表示控制信號u2（t）的作用下開關函數的波形.它是振幅為1的矩形脈沖序列.因為K是周期性函數，故可將其展開為傅里葉級數，用K（ω2t)表示.顯然，開關函數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：①u1和u2的頻率成分。②u1和u2的和頻和差頻。③u1的頻率和u2的各奇次諧波頻率的和頻和差頻。④u2的偶次諧波頻率。⑤直流成分.負載上得到的輸出電壓將只包含ωc、ωc±Ω三個頻率成分。這正是一個普通調幅波.因此，上述電路是單二極管開關狀態(tài)調幅電路,只能實現普通調幅波的調幅。二極管平衡調幅電路二極管平衡調幅電路如圖所示.設圖中的變壓器為理想變壓器，其中，Tr2的一、二次繞組匝數比為1：2,Tr3的一、二次繞組匝數比為2:1。在Tr2一次側輸入調制電壓。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）控制的開關狀態(tài),其導通電阻為rd.設流過二極管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。在開關工作狀態(tài),uc（t）為大信號，對D1來說,uc（t)的正半周導通，負半周截止。對D2來說，uc（t）的正半周導通，負半周截止.它們的開關函數都是K(ct）。因此，電流i1和i2應為二極管平衡調幅電路根據變壓器Tr3的同名端及假設的二次側電流i的流向，由于i1和i2流過Tr3一次側的方向相反，所以,電流i為由上式可見，i中包含、、等頻率分量。二極管環(huán)形調幅電路環(huán)形調制器與平衡調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D1和D2導通時，D3和D4是截止的;反之，當D1和D2截止時，D3和D4是導通的.因此，接人D3和D4不會影響D1和D的工作。于是,環(huán)形調制器可看成由兩個平衡調制器組成。其中，一個平衡調制器中的晶體二極管D1和D2僅在uc（t)的正半周導通，其開關函數為K(ωct),流過輸出負載電阻RL的電流為另一個平衡調制器電路中的晶體二極管僅在的負半周內導通，其開關函數為，流過輸出負載RL的電流為(其電流方向如圖所示）式中,因此，流過RL的總電流為由上式可見，與平衡調制器比較，進一步抵消了分量,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上建立的雙邊帶調幅電壓?！陡哳l電子線路》課程教案一、講授題目：高電平調幅電路二、教學目標理解高電平調幅電路工作原理三、教學重點難點集電極調幅，基極調幅的原理四、教學過程集電極調幅電路如圖所示是集電極調幅原理電路。低頻調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制變壓器Tr3的二次繞組以及VCT電源，因此它對高頻相當于短路，而對調制信號頻率應相當于開路。圖集電極調幅電路對于丙類高頻功率放大器,當基極偏置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，集電極調幅必須工作于過壓區(qū)。設基極激勵信號電壓為，則基極瞬時電壓為，又設集電極調制信號電壓為，則集電極有效電源電壓為式中，調幅指數當時，則在載波狀態(tài)時，。此時、、，其對應的功率和效率為:直流電源VCT輸入功率載流輸出功率 集電極損耗功率 集電極效率 則對應的各項功率和效率為：有效電源輸入功率高頻輸出功率集電極損耗功率集電極效率（常數)以上各式說明，在調制波峰處所有的功率都是載波狀態(tài)相應功率的（1+ma）2倍，集電極效率不變。在調制信號（音頻）一周內的電流與功率的平均值由此得出一個重要結論：在線性調幅時，集電極被調丙類放大器的平均直流電流不變。由集電極有效電源電壓Vcc供給被調放大器的總平均功率為式中,由集電極直流電源Vcc所供給的平均功率則為由調制信號源所供給的平均功率為在調制一周期內的平均輸出功率為在調制信號一周期內平均集電極損耗功率為在調制一周內的平均集電極效率則為常數綜上所述，可得出如下幾點結論：①集電極調幅必須工作于過壓區(qū)。②在調制信號一周內的平均功率都是載波狀態(tài)對應功率的（1+ma2/2）倍.③總輸入功率分別由VCT和所供給，VCT供給用以產生載波功率的直流功率P=T，則供給用以產生邊帶功率的平均輸入功率P。④集電極平均損耗功率等于載波點的損耗功率的(1+ma2/2）倍，應根據這一平均損耗功率來選擇晶體管，以使PCM>Pcav。⑤在調制過程中,效率不變,這樣可保證集電極調幅電路處于高效率下工作.⑥因為調制信號源需提供輸入功率,故調制信號源一定要是功率源，大功率集電極調幅就需要大功率的調制信號源,這是集電極調幅的主要缺點?；鶚O調幅電路如圖所示是基極調幅電路。圖中，C1、C2為高頻旁路電容；C2為低頻旁路電容;Tr1為高頻變壓器；Tr2為低頻變壓器；LC回路諧振于載波頻率c，通頻帶為2Max?；鶚O調幅電路的基本原理是利用丙類功率放大器在電源電壓VCC，輸入信號振幅Ubm、諧振電阻RP不變的條件下，在欠壓區(qū)改變VBB,其輸出電流隨VBB變化這一特點來實現調幅的.在實際電路中，由于集電極電流中的ICO，IC1M隨VBB的變化線性范圍較小。因而,調制的范圍將會受到一定的限制?；鶚O調幅電路的特點是：必須工作于欠壓區(qū)；載波功率和邊頻功率都由直流電源VCC提供；調制過程中效率是變化的，只能用于輸出功率小、對失真要求不嚴的發(fā)射機中。圖基極調幅電路《高頻電子線路》課程教案一、講授題目：檢波二、教學目標：理解檢波電路的工作原理，三、教學重點難點包絡檢波（大信號檢波電路,小信號檢波電路)，同步檢波電路原理四、教學過程調幅信號的解調是振幅調制的相反過程，是從高頻已調信號中取出調制信號.通常將這種解調稱為檢波.完成這種解調作用的電路稱為振幅檢波器，一般簡稱檢波器.檢波電路的功能振幅檢波器的功能是從調幅信號中不失真地解調出原調制信號。當輸入信號是高頻等幅波時，檢波器輸出為直流電壓。當輸入信號是正弦調制的普通調幅信號時，檢波器輸出電壓為低頻電壓uo。當輸入信號是脈沖調制的調幅信號時，檢波器輸出龜壓為脈沖波。從信號的頻譜來看，檢波電路的功能是將已調波的邊頻或邊帶信號頻譜搬移到原調制信號的頻譜處,這樣的頻譜搬移過程正好與振幅調制的頻譜搬移過程相反.檢波電路的分類檢波電路可分為兩大類，包絡檢波和同步檢波。檢波電路的組成調幅信號的頻譜由載頻和邊頻分量組成，它包含有調制信號的信息，但并不包含調制信號本身的頻率分量。為了解調出原調制頻率，檢波器必須包含有非線性器件，以便調幅信號通過它產生新的頻率分量，其中包含有所需的分量,然后由低通濾波器濾除不需要的高頻分量,取出所需要的調制信號。所以檢波電路的組成如圖所示，應由三部分組成，即高頻輸入回路、非線性器件和低通濾波器。檢波電路的主要技術指標（一）電壓傳輸系數Kd當輸入為高頻等幅波即時,Kd定義為輸出直流電壓與輸入高頻電壓振幅Uim的比值，即當輸入為高頻調幅波，時，定義為輸出的分量振幅與輸入高頻調幅波包絡變化的振幅的比值，即（二）等效輸入電阻R檢波器往往與前級高頻放大器的輸出端連接，檢波器的等效輸入電阻將作為放大器的負載影響放大器的電壓增益和通頻帶。實際上，檢波器的輸入阻抗是復數,可看成由電阻和電容并聯(lián)組成。通常輸入電容與高頻諧振回路構成諧振,所以可只考慮輸入電阻Rin的影響。（三)非線性失真系數Kf非線性失真的大小，一般用非線性失真系數群表示.當輸人為單頻調制的調幅波時，Kf定義為式中,、、、…分別為輸出電壓中調制信號基波和各次諧波分量的有效值。非線性失真的大小，一般用非線性失真系數群表示。當輸人為單頻調制的調幅波時,Kf定義為式中，、、、…分別為輸出電壓中調制信號基波和各次諧波分量的有效值。二極管大信號包絡檢波器大信號包絡檢波是高頻輸入信號的振幅大于0．5V，利用二極管兩端加正向電壓時導通，通過二極管對電容c充電,加反向電壓時截止，電容c上電壓對電阻R放電這一特性實現檢波的。因為信號振幅較大，且二極管工作于導通和截止兩種狀態(tài),所以其分析方法可采用折線分析法.圖所示是大信號檢波原理電路。它是由輸入回路、二極管D和RC低通濾波器組成.圖二極管檢波器原理電路當輸入為調幅波信號時，充放電波形如圖所示。其過程與等幅波輸入情況相似。輸出電壓uo（t）的變化規(guī)律正好與輸入信號的包絡相同。圖輸入調幅波時檢波器的輸出波形對于大信號檢波,二極管的伏安特性可近似用折線表示，其數學表示式為其中，gd為二極管導通時的電阻rd的倒數，即gd=1／rd；UBZ為二極管的截止電壓,通常鍺二極管為O．2V左右，硅二極管為0．5V左右。由電路圖可知，二極管兩端所加電壓，若，則對應的二極管電流iD為一重復頻率為i的周期余弦脈沖，其通角為，振幅最大值為IM。同高頻功率放大器折線分析法一樣,可以將其分解為直流、基波和各次諧波分量，即其中，為直流分量，為基波分量振幅，為n次諧波分量振幅，而圖大信號檢波原理圖由上式可知,各電流分量由電流脈沖最大值和通角決定。當時,可知，當時，時，可得忽略高次項，可得在UBZ=0,通角僅與檢波器的電路參數rd和R有關，而與輸入高頻信號的振幅Uim無關。也就是說，在檢波器電路確定之后，無論輸入高頻等幅波還是調幅波，其通角均保持不變.輸入電壓為高頻等幅波時的檢波輸出電壓對于輸入信號為的調幅波時，由于，在高頻電壓一周內，由引起的振幅變化可以認為是不變的.則檢波輸出電壓式中含有由載波檢波得到的直流成分和邊頻分量檢波而得到的成分，為了取出原調制信號，可以選用下圖所示的檢波電路，即在低通濾波器后增加隔直電容C.來實現。電路輸出電壓，而.圖檢波電路二極管小信號檢波器小信號檢波是高頻輸入信號的振幅小于0．2V，利用二極管伏安特性彎曲部分進行頻率變換，然后通過低通濾波器實現檢波。通常稱其為平方律檢波。小信號檢波的工作原理二極管檢波器的原理電路如下.因為是小信號輸入，需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點位于二極管特性曲線的彎曲部分的Q點。當加的輸入信號為調幅信號時，二極管中的電流變化規(guī)律如圖所示.圖中，輸入為對稱的調幅信號，由于二極管伏安特性的非線性，二極管的電流變化則為失真的非對稱調幅電流id波形失真表明產生了新的頻率，而其中包含有調制信號頻率的成分。經過濾波器后,就可以得到所需的原調制信號。圖二極管小信號檢波電路小信號檢波器的分析二極管的伏安特性在工作點Q附近,可用泰勒級數展開,即因為二極管小信號檢波器輸出電壓很小,忽略輸出電壓的反作用，可得則當ui較小時，可忽略其高次項，可得當輸入為等幅波時，得經低通濾波器取出。其中,為直流電流增量，它代表二極管的檢波作用的結果。輸出電壓增量為。當輸入信號為調幅波時,因為，可認為在一周內是不變的。這樣檢波器的輸出電壓增量為此電壓增量經隔直耦合在上得到電壓為可見輸出電壓中除分量外，還有2的頻率成分，也就是產生了非線性失真。同步檢波器同步檢波器主要用于對抑制載波的雙邊帶調幅波和單邊帶調幅波進行解調，也可以用來解調普通調幅波。同步檢波器是由相乘器和低通濾波器兩部分組成.它與包絡檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進行解調的調幅信號電壓ui外,還必須外加一個頻率和相位與輸入信號載頻完全相同的本地載頻信號電壓u。。經過相乘和濾波后得到原調制信號。下圖是同步檢波器的方框原理圖。圖同步檢波器原理方框圖同步檢波器的工作原理設輸入信號是雙邊帶調幅信號電壓本地載頻信號電壓為即本地載頻信號與輸入信號的載頻同頻同相位。經相乘器相乘，輸出電流為經低通濾波器波除頻率分量，就得到頻率為的低頻電壓信號對單邊帶信號來說,解調過程與雙邊帶相似。設輸入信號為單音頻調制的上邊帶信號電壓本地載波頻信號電壓經相乘器相乘,輸出電流為經低通濾波器后，取出低頻電壓信號對于普通調幅波，同樣也可以采用同步檢波器來實現解調。本地載波的產生方法及不同步的影響對于雙邊帶或單邊帶調幅信號來說，無法直接從雙邊帶或單邊帶調幅信號中提取參考信號。為了產生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發(fā)射機發(fā)射雙邊帶或單邊帶調幅信號的同時,附帶發(fā)射一個載頻信號，其功率遠低于雙邊帶或單邊帶調幅信號的功率，通常稱為導頻信號。接收機在接收雙邊帶或單邊帶調幅信號的同時也接收導頻信號，由晶體濾波器從輸人信號中取出該導頻信號，經放大后作為本地載頻信號.如果發(fā)射機不發(fā)射導頻信號，那么在接收端可采用與發(fā)射機相同的高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器或頻率合成器來產生本地載頻信號。本地載頻信號與輸入信號的載頻不能保持同步,對檢波性能會產生什么樣的影響呢？設本地載頻信號與輸入信號載頻的不同步量為，相位不同步量為,即若用模擬乘法器構成同步檢波電路解調雙邊帶調幅信號,則若用模擬乘法器構成同步檢波電路解調雙邊帶調幅信號，則經低通濾波器取出可見,當頻率、相位不同步時，檢出的低頻信號將產生頻率失真和相位失真。若用模擬乘法器構成的乘積榆波電路懈調單仂帶調幅信號．則經低通濾波器取出可見,當頻率、相位不同步時，檢出的低頻信號將產生頻率失真和相位失真.在進行語言通信時，人耳對相位失真不敏感,但頻率失真聽上去會感到嚴重聲音失真。實驗證明，當頻率偏移值為20Hz時，開始覺察聲音不自然，而當頻率偏移值為200Hz時，語言可懂度就會下降.在進行圖像通信時，頻率和相位的偏移都會影響圖像質量.《高頻電子線路》課程教案一、講授題目:混頻器原理及電路二、教學目標理解混頻器工作原理及電路實現三、教學重點難點三極管混頻原理，二極管混頻原理四、教學過程晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器的原理性電路如圖所示，在發(fā)射結上作用有三個電壓，即直流偏置電壓VBB信號電壓us和本振電壓uL.為了減小非線性器件產生的不需要分量，一般情況下,選用本振電壓振幅ULm〉〉Usm,也就是本振電壓為大信號，而輸入信號電壓為小信號。在一個大信號uL和一個小信號us同時作用于非線性器件時，晶體管可近似看成小信號的工作點隨大信號變化而變化的線性元件，如圖所示。t1時刻，在偏壓VBB和本振電壓uL的共同作用下,它的工作點在A點,此時us較小。因此,對us而言，晶體管可以被近似看成工作于線性狀態(tài).在另一時刻t2,對于us而言，由于偏壓和本振電壓的作用,工作點移到B點,這時對us仍可看成工作于線性狀態(tài).雖然兩個時刻均工作于線性狀態(tài),但工作點不同,這兩個時刻的線性參數就不一樣。因為us的工作點隨uL的變化而變化，所以線性參量也就隨著uL變化而變化,可見線性參量是隨時間變化的,這種隨時間變化的參量稱為時變參量。這樣的電路稱為線性時變電路.應當注意，雖然這種線性時變電路是由非線性器件組成。但對于小信號us來說，它工作于線性狀態(tài)，因此，當有多個小信號同時作用于此種電路的輸入端時，可以應用疊加原理.圖混頻器原理性電路下面用時變參量方法分析晶體三極管混頻器,由上圖知晶體管的正向傳輸特性為因為對的影響遠小于對的影響，為了簡化起見，可忽略對的影響,于是因為的值很小,在的變化范圍內正向傳輸特性是線性的,所以，可以將函數在時變偏壓上對展成泰勒級數，則對于小信號的，其高階導數就更小,所以可忽略第三項及以后的各項，可取式中，為時的集電極電流;為時晶體三極管的跨導。因為本振電壓為信號,且工作于非線性狀態(tài)，因而集電極電流和跨導g均隨的變化呈非線性變化。在本振電壓的條件下，它們可用下列級數表示:式中，、、、、、分別為只加振蕩電壓時，集電極電流中的直流、基波和二次諧波分量的幅值以及跨導的平均分量、基波和二次諧波分量的幅值。將輸入信號電壓代入式中,可得若中頻頻率取差頻，則混頻后通過帶通濾器輸出的中頻電流為其振幅為上式表明,輸出的中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號電壓的振幅Usm成正比.若高頻信號電壓振幅Usm按一定規(guī)律變化.則中頻電流振幅IIm也按相同規(guī)律變化.也就是說，經混頻后，只改變了信號的載波頻率，包絡形狀沒有改變.因此，當輸入高頻信號是調幅濾時，其振幅為，則混頻器所輸出的中頻電流也是調幅波為了說明混頻器把輸入信號電壓轉換為中頻電流的能力,通常引入變頻跨導gc變頻跨導定義為輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號電壓振幅Usm之比，可得這說明混頻器變頻跨導gc等于時變跨導g（t）的傅里葉展開式中基波振幅g1的一半。在數值上，變頻跨導是時變跨導g（t）的基波分量的一半，可以通過求g(t）的基波分量g1來求得變頻跨導。等效電路對于晶體三極管混頻器，由于本振電壓為大信號，對輸入信號為小信號來說，非線性器件被看成時變網絡，這樣就可采用小信號分析法。因而，混頻器可用下圖所示電路等效。由于混頻器的輸入回路調諧于s,輸出回路調諧于I,混頻器等效電路中的輸入電容和輸出電容分別合并到輸入回路和輸出回路中而得出了等效電路.等效電路各參量均可根據定義和混合等效電路求出。從圖中可得混頻器的變頻電壓增益和變頻功率增益為當負載電導g。和輸出電導g。.相等時,輸出回路是匹配的,變頻功率增益最大,即圖混頻器等效電路具體電路和工作狀態(tài)的選擇混頻器有輸入信號電壓和本振電壓兩個輸人信號，對輸入信號us來說，晶體管可構成共射和共基兩種組態(tài).而對本振電壓uL來說，有由基極注人和發(fā)射極注入兩種組態(tài)，因此就有四種組態(tài)。晶體管收音機中常用的變頻電路里，晶體管除了完成混頻任務外，還兼作本機振蕩器的振蕩管，此振蕩器接成互感耦合的自激振蕩器，對本振電壓而言，是由電容耦合到晶體管的發(fā)射極.在電視機中,由于工作頻率較高，經常采用共基電路。為了減小輸入信號電壓與本振電壓的相互影響，本振電壓由電容值小的電容耦合到混頻管的發(fā)射極。晶體三極管混頻器工作狀態(tài)的選取原則是變頻功率增益大和噪聲系數小。圖混頻器的四種組態(tài)二極管混頻電路晶體二極管平衡和環(huán)形混頻器與晶體三極管混頻器相比,具有電路結構簡單、噪聲低、動態(tài)范圍大、組合頻率分量少等優(yōu)點.在通信設備中得到廣泛的應用。如果采用肖特基表面勢壘二極管，它的工作頻率可高達微波頻段。二極管平衡混頻器下圖為平衡混頻器的原理電路。當本振電壓uL足夠大時，晶體二極管工作在受uL控制的開關狀態(tài)，通過上、下兩個晶體二極管的電流分別為圖平衡混頻器原理電路因而，在無濾波的條件下，通過輸出回路的電流為則設輸出回路調諧于中頻頻率,則選出中頻電流為可知，輸出中頻電流是由高頻輸入信號電壓與本振電壓的正向混頻產生的中頻電流和中頻輸出電壓反作用產生的中頻電流之差。則輸入回路通過選頻作用產生的輸入電流is為圖二極管開關混頻器等效電路因此可直接得出二極管是混頻器的等效電路，如圖所示。其中。它是對稱形雙口網絡，等效電路中的和與二極管特性有關。根據雙口網絡的理論,該網絡的特性電導的定義是在輸出端接入時，從輸出端向里看的輸出電導為。同樣，當在輸入端接入時，從輸出端向里看的輸出電導為。因而特性電導。通?；祛l器應工作于全匹配狀態(tài),即、,此時能獲得最大的功率傳輸,其變頻功率增益為二極管環(huán)形混頻器為了進一步抑制混頻器中一些非線性產物，廣泛采用環(huán)形混頻器.環(huán)形混頻器的原理電路如圖所示。本振電壓從輸入和輸出變壓器的中心抽頭之間加入。四個二極管均按開關狀態(tài)工作。各電流、電壓的極性如圖中所示。在本振電壓的正半周，二極管D1、D2導通，D3、D4截止.此時混頻器為平衡混頻器。則本振電壓的負半周，二極管D3、D4、導通，D1、D2截止。此時，混頻器為另一平衡混頻器，則圖環(huán)形混頻器在無濾波條件下,通過輸出中頻回路的電流為因為所以可知，與平衡混頻電路比較,環(huán)形混頻電路的輸出電流中，進一步抵消了及、等分量。從上式可知，對濾波后輸出中頻電流和輸入信號電流分量而言，環(huán)形混頻器為平衡混頻器的2倍.模擬乘法器混頻器模擬乘法器在混頻電路中的應用是較為廣泛的。特別是在大規(guī)模通信集成電路中，通常都是集成模擬乘法器作為混頻器。模擬乘法器作為混頻器的分析方法與模擬乘法器調幅電路的分析相似。圖所示是模擬乘法器MCl596構成的混頻器。本機振蕩信號uL加在8端，7端交流電位為零。外來的輸入信號us加在1端.6、9兩端分別接100H電感到電源VCC，對工作于中頻fI=9MHz等效為5．6k的電阻?；祛l器后選用的中頻濾波器的中心頻率為9MHz.輸入信號振幅最大值約為15mV，本振電壓ULm約為100mV。本電路可工作在高頻或甚高頻信號下進行混頻。在fs=200MHz時，電路的混頻增益為9dB,靈敏度為14V。本電路與晶體三極管混頻器相比較，其優(yōu)點是輸出電流中組合頻率分量少，干擾小；對本振電壓振幅要求不很嚴格,不會因ULm小而失真嚴重；us與uL的隔離性能好，頻率牽引小。圖MC1596構成混頻器《高頻電子線路》課程教案一、講授題目:角度調制二、教學目標理解角度調制的原理三、教學重點難點調角、調相信號的分析、比較四、教學過程角度調制的定義與分類角度調制的定義是高頻振蕩的振幅不變，而其總瞬時相角隨調制信號u（t）按一定關系變化。角度調制分為相位調制和頻率調制。相位調制的定義是高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時相位隨調制信號u（t）線性關系變化。這樣的已調波稱為調相波，常用PM表示。頻率調制的定義是高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時頻率隨調制信號u（t)線性關系變化。這樣的已調波稱為調頻波，常用FM表示.角度調制的優(yōu)點與用途與振幅調制相比，角度調制具有抗干擾能力強和較高的載波功率利用系數等優(yōu)點,但占有更寬的傳送頻帶。調頻主要應用于調頻廣播、廣播電視、通信及遙測遙控等;調相主要用于數字通信系統(tǒng)中的移相鍵控.調角波的數學表示式、瞬時頻率和瞬時相位高頻振蕩信號的一般表示式可用下式表示對于調相波，根據定義，高頻振蕩的振幅不變，而瞬時總相位與調制信號成線性關系，即式中，為比例常數，單位是rad/V。因此調相波的一般表示式為對于調頻波，根據定義，高頻振蕩的振幅Um不變，而瞬時角頻率與調制信號u(t)成線性關系,即式中，為比例常數，單位是rad/(s·V)。調角波的基本性質無論是調相波還是調頻波，它們的總瞬時相角和瞬時角頻率都同時受調制信號u（t)調變.調相波與調頻波的差別是調相波的瞬時相位的變化與調制信號成線性關系，調頻波的瞬時角頻率與調制信號成線性關系。它們之間的比較可用表1來說明。表1調相波與調頻波的比較調相波調頻波數學表示式瞬時相位瞬時角頻率最大相移最大頻移調制指數與調幅波的調幅指數ma相似，調角波也采用相應的調制指數m表示。調角波調制指數的定義是調角波的最大相移稱為調制指數。即調相波的調相指數，調頻波的調頻指數。無論語言、圖像或其他不同類型的信號，都可以看作是由各種不同頻率的正弦振蕩疊加而成的。因此，為分析說明方便，可以用單頻信號作為調制信號來討論調角波。設調制信號為，載波信號為，調相波的數學表示式為式中，為調相波的調制指數,其值為式中，為調頻波的調制指數,其值為最大頻移調相波的最大頻移為調頻波的最大頻移為結論①調相波的調制指數mp與調制信號頻率無關，最大頻移與調制信號頻率成正比。②調頻波的調制指數mf與調制信號頻率成反比，最大頻移與調制信號頻率無關.③調相波和調頻波的最大頻移m均等于調制指數m與調制頻率的乘積。即這里必須注意的是，單頻調制時,調頻波和調相波均包含有截然不同的三個頻率參數。一是載波角頻率c它表示調制信號為零時的信號角頻率，即調角波的中心角頻率；二是最大角頻移m，它表示調制信號變化時，瞬時角頻率偏離中心角頻率的最大值；三是調制信號角頻率，它表示調角波的瞬時角頻率從最大值c+m到最小值c一m之間往返變化的角頻率.因為頻率的變化總是伴隨著相位的變化,因此也表示瞬時相位在其最大值和最小值之間變化的角頻率.調角波的頻譜為了決定調角信號傳輸系統(tǒng)的帶寬，必須對調角波的頻譜進行分析.單頻調制時,調頻波和調相波的表達式是相似的，因此,它們具有相同的頻譜.下面僅討論調頻波的頻譜。對于調相波,分析結果也完全適用，只不過調頻波調制指數用,調相波調制指數用。設調制信號,載波信號，則調頻波的表示式為將上式進行三角變換式中，和均可直接展開成傅里葉級數其中,n均取正整數。為參數的n階第一類貝塞爾函數，其數值可查表2或查曲線,曲線如圖所示.利用三角變換式第一類貝塞爾函數曲線得可以看出，由單音頻調制的調頻波，其頻譜具有以下特點：①調頻波的頻譜不是調制信號的頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數對邊頻分量所組成。②奇數項的上、下邊頻分量振幅相等,極性相反;偶數項的上、下邊頻分量振幅相等，極性相同。③載波分量和各邊頻分量的振幅均與mf有關,mf越大，有效邊頻分量越多。這與調幅波是不同的,單頻調制下,調幅波的邊頻數目與調制指數ma無關.④對于某些mf值，載波或某邊頻振幅為零。因為，調角波的頻譜中包含有無限多對邊頻分量，從理論上看它的頻譜寬度應該無限大,但是,在實際應用中,常將頻譜寬度看成是有限的。這是因為當m（mf或mp)一定時，隨著邊頻對數n的增加，Jn(m)的數值雖有起伏，但總的趨勢是減小的。特別當n>m，時，Jn(m）的數值很小。并且,其值隨著n的增加而迅速下降.因此，在忽略振幅很小的邊頻分量時，調角波實際占有的有效頻譜寬度就是有限的。工程上的近似,通常規(guī)定，凡是振幅小于未調制載波振幅10%（或1%，根據不同要求而定)的邊頻分量均可忽略不計，保留下來的頻譜分量就確定了調角波的頻譜寬度.在高質量通信系統(tǒng)中，常以忽略小于1％未調制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。其確定方法是可查表7—2.若滿足關系式則頻譜寬度為B=2nF式中，F為調制頻率。在中等質量通信系統(tǒng)中，以忽略小于10％未調制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。當n〉m+1時，J。(m）恒小于0．1。因此頻譜寬度為BCR=2（m+1）F通常計算有效頻譜寬度采用式（7—21）。但在一些特定條件下，計算式還可以簡化,當調制指數m>〉1時,BCR=2mF;當調制指數m〈〈1時,BCR=2F.對于調頻波，由于即調頻波的調制指數與調制頻率F成反比.而有效頻變寬度。由于調制信號的振幅不變，最大頻偏不變.當調制信號頻率F變化時,調頻波的有效頻譜寬度BCR變化不大。例1在調頻廣播系統(tǒng)中，按國家標準,，若調制信號F為50Hz～15kHz，試計算頻變寬度.解:.對于。例2已知調相指數，調制信號頻率,試求計算頻譜寬度。解：角度調制電路的功能相位調制電路的功能是將輸入的調制信號和載波信號通過電路變換成高頻調相波。若輸入調制信號為時，且高頻載波信號,其輸出調相波的數學表達式為。調相波的頻譜寬度決定于mP的大小。調相電路功能也可以用頻譜表示,如圖所示.調相電路功能的頻譜表示頻率調制電路的功能是將輸入的調制信號和載波信號通過電路變換成高頻調頻波。調頻電路的功能也可以用頻譜表示，如圖所示。調頻電路功能的頻譜表示《高頻電子線路》課程教案一、講授題目：調頻方法二、教學目標理解兩種調頻的實現方法，理解調頻電路的工作原理三、教學重點難點變容二極管間接調頻，石英晶體振蕩器直接調頻四、教學過程因為頻率調制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構成,而必須根據調頻波的特點，提出具體實現的方法.對于調頻電路的性能指標,一般有以下幾方面的要求:①具有線性的調制特性，即已調波的瞬時頻率與調制信號成線性關系變化。②具有較高的調制靈敏度，即單位調制電壓所產生的振蕩頻率偏移要大.③最大頻率偏移瓴與調制信號頻率無關。④未調制的載波頻率(即已調波的中心頻率）應具有一定的頻率穩(wěn)定度。⑤無寄生調幅或寄生調幅盡可能小。實現調頻的方法可分為直接調頻和間接調頻兩大類。直接調頻原理直接調頻的基本原理是利用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調制信號變化規(guī)律。一般來說,要用調制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，也就是用調制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的可變元件的電抗值，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調制信號變化規(guī)律線性地改變,這樣就能夠實現直接調頻。如圖是利用可變電抗直接調頻的示意圖.可變電抗元件可以采用變容二極管或電抗管電路。目前,最常用的是變容二極管.直接調頻的優(yōu)點是易于得到比較大的頻偏，但其中心頻率穩(wěn)定度不易做得很高。可變電抗調頻示意圖間接調頻原理調頻波的數學表示式，在調制信號為時,為可見調頻波的相位偏移為,即與調制信號的積分成正比。若將調制信號先通過積分器得，然后再通過調相器進行調相，即可得到調制信號為的調相波，即調頻可以通過調相間接實現.通常將這樣的調頻方式稱為間接調頻，其原理方框圖如圖所示.間接調頻原理方框圖變容二極管直接調頻電路變容二極管的特性變容二極管的反向電壓與其結電容呈非線性關系.其結電容c；與反向偏置電壓u，之間有如下關系式中,為PN結的勢壘電壓，時的結電容；為電容變化系數?；驹韴D7—6是一個變容二極管調頻器的原理電路。加在變容二極管上的反向電壓為式中，是加在變容二極管上的直流偏置電壓；為調制信號電壓。圖（a)是變容二極管的結電容Cj與反向電壓ur的關系曲線，由電路可知,加在變容二極管上的反向電壓為直流偏壓VQ和調制電壓之和，若設調制電壓為單頻余弦信號,即則反向電壓為如圖(b）所示.在ur(t）的控制下,結電容將隨時間發(fā)生變化，如圖（c)所示。結電容是振蕩器的振蕩回路的一部分，結電容隨調制信號變化，回路總電容也隨調制信號變化，故振蕩頻率也將隨調制信號而變化。只要適當選取變容二極管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化與調制信號近似成線性關系，從而實現調頻。變容二極管調頻電路結電容隨調制電壓變化關系設調制信號為,加在二極管上的反向直流偏壓為VQ，VQ的取值應保證在未加調制信號時振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率,同時還應保證在調制信號的變化范圍內保持變容二極管在反向電壓下工作。加在變容二極管上的控制電壓為相應的變容二極管結電容變化規(guī)律為當調制信號電壓=O時，即為載波狀態(tài)。此時ur（t）=VQ,對應的變容二極管結電容為CjQ當調制信號電壓時，對應的變容二極管的結電容與載波狀態(tài)時變容二極管的結電容的關系是代入式（7—25)，并令為電容調制度,則可得上式表示的是變容二極管的結電容與調制電壓的關系,而變容二極管調頻器的瞬時頻率與調制電壓的關系由振蕩回路決定?？傻贸稣袷幤鞯恼袷幓芈返牡刃щ娐罚鐖D（a）所示.振蕩回路等效電路石英晶體振蕩器直接調頻在某些對中心頻率穩(wěn)定度要求很高的場合，可以采用直接對石英晶體振蕩器進行調頻。例如，在88～108MHz波段的調頻電臺,為了減小鄰近電臺的相互干擾,通常規(guī)定各電臺調頻信號中心頻率的絕對穩(wěn)定度不劣于±2kHz，也就是在整個波段，其相對頻率穩(wěn)定度不劣于10—5數量級.因而采用簡單的直接調頻振蕩器難于實現高穩(wěn)定度的要求。目前，穩(wěn)定中心頻率的辦法有:①對石英晶體振蕩器進行直接調頻。②采用自動頻率微調電路。③利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。晶體振蕩器直接調頻電路通常是將變容二極管接入并聯(lián)型晶體振蕩器的回路中實現調頻。變容二極管接入振蕩回路有兩種形式，一種是與石英晶體相串聯(lián)，另一種是與石英晶體相并聯(lián).無論哪一種形式，變容二極管的結電容的變化均會引起晶體振蕩器的振蕩頻率變化。變容二極管與石英晶體串聯(lián)的連接方式應用得比較廣泛,其作用是改變振蕩支路中的電抗,以實現調頻.下圖是一個晶體振蕩器直接調頻電路，其中變容二極管與晶體串聯(lián)連接，C4、C5、C6、C4對高頻短路,L為高頻扼流圈.從高頻等效電路來看,它是一個典型的電容三點式振蕩電路。晶體振蕩器的振蕩頻率只能在