《高頻電子技術(shù)復(fù)習(xí)》PPT課件.ppt

1、0.1.6高頻電子在無線通信的優(yōu)勢,發(fā)射功率大：頻率越高，在振蕩功率不變的情況下，發(fā)射功率越高。 覆蓋范圍遠(yuǎn)：低頻電磁波因波長太長和發(fā)射功率低的關(guān)系，不可能遠(yuǎn)距離傳輸。 頻率資源廣：3MHz+3GHz都是高頻的頻率范圍，理論頻率資源無限！ 微型化、集成化：天線長度=波長/4，因此越高頻率的收發(fā)系統(tǒng)可以做得越小，甚至可在集成在單芯片中。,0.1.7高頻的定義,狹義的“高頻”是指3MHz30MHz的短波頻段。 廣義的“高頻”是指射頻，其頻率范圍非常寬，理論上可到3MHz+Hz的無窮范圍，但以目前的科技水平，頻率最高只用到3GHz。,0.1.8無線電波的傳播特性,無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播

2、特點(diǎn)等，由無線電信號的頻率決定。 直射電視、調(diào)頻廣播，移動通信，中繼與衛(wèi)星等；超短波 繞射波長長，地面吸收少，繞射能力強(qiáng)；廣播、通信；中長波；條件：物體 折射和反射（天波）借助60600km的電離層；廣播、通信；短波；條件：物體 散射傳播借助1012km的對流層；分米、厘米波；條件：阻擋物體多，體積小于波長。,0.2.1無線電調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng),主振級,緩沖級,倍頻器,高頻 放大器,調(diào)制器,功率 放大器,低頻 放大器,信號源（話筒）,語音,末級功放,變頻器,0.3.1無線電超外差式接收系統(tǒng),高頻 放大器,混頻器,本地 振蕩器,中頻 放大器,檢波器,低頻 放大器,接收端 （喇叭）,輸入級,1.1.2高

3、頻小信號放大器的主要參數(shù),. |AU| AUO,. |AU|(fn) 0.1AUO,f0 BW0.7 BW0.1,f,fn,諧振增益：放大器在諧振點(diǎn)處的電壓增益AUO（或功率增益），其值可用分貝（dB）表示。它表示放大器對有用信號的放大性能。 通頻帶：當(dāng)前放大器增益比諧振時(shí)的增益減少3dB時(shí)（即AU下降到 ），所對應(yīng)的頻率范圍（BW0.7）。為了不失真地放大高頻信號，該頻率范圍應(yīng)包括所有有用信號的頻譜寬度。 選擇性：放大器從含有不同頻率的信號中，選出有用信號，排除干擾信號的能力用S表示，S越小選擇性越好。,高頻小信號放大器的典型幅頻曲線,1.1.3矩形系數(shù),通頻帶與選擇性是互相制約的，通頻帶越

4、寬，對特定頻率的選擇性就越差。 在圖中虛曲線所示的幅頻特性曲線的通頻帶比實(shí)曲線所示通頻帶要寬，此時(shí)的選擇性S比較大，選擇性較差。 為使放大器的通頻帶與幅頻特性同時(shí)達(dá)到理想的要求，應(yīng)盡量使放大器的幅頻特性曲線接近理想矩形，如實(shí)曲線。 為此要引用“矩形系數(shù) K ”這一參數(shù)，它定義為放大器的電壓增益下降到諧振增益的0.1或0.01時(shí)的通頻帶BW0.1與放大器通頻帶BW0.7之比。,. |AU| AUO,f0 BW0.7 BW0.1,f,fn,矩形系數(shù)越接近1，放大器在滿足通頻帶的性況下選擇性越好。,高頻小信號放大器的典型幅頻曲線,1.2諧振回路,諧振回路也稱振蕩回路，是最常用的選頻網(wǎng)絡(luò)，它由電感線圈

5、和電容組成。 簡單的諧振回路分為3大類： 1、串聯(lián)諧振回路 2、并聯(lián)諧振回路 3、耦合諧振回路,r,L,C,g,+ -,+ -,c,?,?g,+ -,RP,L,C,g,+ -,C1,C2,L1,L2,R1,R2,?1,?2,串聯(lián)諧振回路,并聯(lián)諧振回路,耦合諧振回路,1.2.3串、并聯(lián)諧振回路特性比較,串聯(lián)諧振回路適用于信號源與負(fù)載串聯(lián)連接，使信源有效傳遞給負(fù)載。 并聯(lián)諧振回路適用于信號源與負(fù)載并聯(lián)連接，使負(fù)載上的電壓振幅增大。,1.4.2多級單調(diào)諧放大器1,多級單調(diào)諧放大器就是把多個(gè)單調(diào)諧放大器首尾相接，每個(gè)單調(diào)諧放大器作為一個(gè)放大級，信號經(jīng)過各個(gè)放大級逐級放大的電路。,V1,GND,單調(diào)諧放

6、大器 第一級,V2,GND,單調(diào)諧放大器 第二級,V3,GND,單調(diào)諧放大器 第三級,V4,GND,單調(diào)諧放大器 第四級,V5,GND,單調(diào)諧放大器 第五級,V6,GND,多級單調(diào)諧放大器 之 五級單調(diào)諧放大器,1.4.2多級單調(diào)諧放大器6,由矩形系數(shù)的公式可知，矩形系數(shù)的值只與級數(shù)n有關(guān)，若同結(jié)構(gòu)參數(shù)的多級單調(diào)諧放大器若固定了級數(shù)n，那么它的矩形系數(shù)是恒定的。,矩形系數(shù)與級數(shù)的關(guān)系,注意問題： 只有1級時(shí)，認(rèn)為是單調(diào)諧放大器，矩形系數(shù)是10。 隨著級數(shù)增加，矩形系數(shù)變化越來越慢，太多級數(shù)已不能達(dá)到很好的效果，一般在實(shí)際應(yīng)用到4、5級就可以了。 無限級時(shí)的矩形系數(shù)為2.56，相對10有較大改善

7、。,2.1.2 高頻功率放大器的分類,與低頻功放類似，高頻功放的工作裝他也取決于其偏置情況、輸入信號和電平高低。根據(jù)晶體管集電極電流在輸入信號周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，高頻功放可分為A類、B類、C類、D類、AB類和E類等： A類功率放大器：在輸入信號的整個(gè)周期內(nèi)集電極有電流流通。 B類功率放大器：只在輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)集電極有電流流通。 C類功率放大器：在小于輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)集電極有電流流通。 A類、B類（推挽電路形式）功率放大器的輸出信號沒有非線性失真，因此它們是線性功率放大器。 B類（單管形式）、C類、D類、E類等高頻功率放大器的輸出信號在波形上有非線性失真，應(yīng)再接入LC諧振回路以組成諧振功

8、率放大器，它們稱為非線性功率放大器。,2.3.1 非線性電路的特性1,線性元件： 定義：元件參數(shù)與兩端電壓或電流無關(guān)。 實(shí)用：電阻、 電容、 空心電感。 線性電路： 定義：由線性元件和工作在線性狀態(tài)的非線性元件組成的電路。 實(shí)用：串聯(lián)諧振回路、 并聯(lián)諧振回路、 高頻小信號放大器、 A類線性功率放大器、 B類推挽功率放大器。,2.3.1 非線性電路的特性2,非線性元件： 定義：元件的參數(shù)與通過它的電流或電壓有關(guān)。 實(shí)用：磁芯電感、 二極管、 三極管。 非線性電路： 定義：含1個(gè)或多個(gè)非線性元件，且所有元件工作在非線性狀態(tài)的電路。 實(shí)用：功率放大電路（B類單管、C、D、E）、 振蕩電路（無中生有，

9、晶振）、 波形和頻率變換電路（分頻器、倍頻器）。,2.4 諧振功率放大器的直流饋電電路和匹配電路,實(shí)際的諧振功率放大器應(yīng)包括匹配電路和直流饋電電路，有了它們才能使諧振功率放大器的傳輸效率更高及達(dá)到一個(gè)合適的工作電壓等。 什么是饋電電路？ 供給電能，向另一個(gè)電路供電的電路。 這里是給晶體管輸入信號偏置的電路。 什么是匹配電路？ 負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻抗或與傳輸線波阻抗之間的特定配合關(guān)系。 這里是通過設(shè)置匹配網(wǎng)絡(luò)來使負(fù)載的阻抗提升或降低至特定值。,3.1.2 振蕩器的主要技術(shù)指標(biāo)1,振蕩器滿足的4個(gè)指標(biāo)： 幅度準(zhǔn)確指標(biāo)：生成的信號必須滿足一定準(zhǔn)確的幅度以便下級電路使用，不應(yīng)存在無法達(dá)到目標(biāo)的信號幅度。

10、 頻率準(zhǔn)確指標(biāo)：生成信號的頻率必須能達(dá)到某一指定的準(zhǔn)確頻率，不應(yīng)存在無法起振的高頻率。 幅度穩(wěn)定指標(biāo)：信號每個(gè)周期的幅度值應(yīng)保持一個(gè)精確的穩(wěn)定狀態(tài)，不應(yīng)有細(xì)微的抖動。 頻率穩(wěn)定指標(biāo)：信號應(yīng)保持在一個(gè)精確的頻率值，不應(yīng)有細(xì)微的頻率變化，頻率穩(wěn)定指標(biāo)是比較重要的指標(biāo)。,3.1.3 導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素,溫度變化的影響： 環(huán)境溫度和設(shè)備自身的發(fā)熱的變化將影響回路元件的幾何尺寸（熱脹冷縮），進(jìn)而改變電容介電常數(shù)、電感量數(shù)值、電阻值。 電源電壓變化的影響： 當(dāng)電源電壓變化時(shí)，必定引起有源器件參數(shù)和振蕩器工作狀態(tài)變化，嚴(yán)重引起不穩(wěn)定增加、不起振、振幅太小等問題。 負(fù)載阻抗變化的影響： 負(fù)載阻抗變化時(shí)，

11、電路將變得不匹配，降低了品質(zhì)因數(shù)，頻率也將改變。 其他外界因素的影響： 空氣濕度、氣壓等變化將改變電容器的介電常數(shù)。外部磁場感應(yīng)將改變電感量變化。機(jī)械真逗將對整個(gè)電路產(chǎn)生幾何形變。,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器1,三點(diǎn)式振蕩器結(jié)構(gòu) 三點(diǎn)式振蕩器是另一種廣泛應(yīng)用的LC振蕩器，基本結(jié)構(gòu)如圖所示： 除了晶體管作為有源器件外，它由X1，X2，X3三個(gè)電抗元件組成，這些元件組成的回路與晶體管的三個(gè)電極相連接，故稱為三點(diǎn)式振蕩器，可以看出X1、X2、X3構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路，同時(shí)也構(gòu)成了正反饋所需的反饋網(wǎng)絡(luò)。,三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu),3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器2,三點(diǎn)式振蕩器工作原理 三點(diǎn)式振蕩器的電路應(yīng)滿足平衡條

12、件，即電路構(gòu)成正反饋。 因此必須要求X1、X2為性質(zhì)相同的電抗元件。 而且振蕩回路應(yīng)近似有諧振狀態(tài)，于是有： 因此，X3為X1、X2性質(zhì)相反的電抗元件。,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器4,電容三點(diǎn)式振蕩器： 電容三點(diǎn)式振蕩器又稱畢茲振蕩器，原理如圖所示：,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器8,電感三點(diǎn)式振蕩器： 電感三點(diǎn)式振蕩器又稱哈達(dá)萊振蕩器，原理如圖所示：,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器12,克拉潑電路（電容三點(diǎn)式改進(jìn)型1）： 由于電容三點(diǎn)式電路比電感三點(diǎn)式電路性能更好，但為了改進(jìn)電容三點(diǎn)式電路的穩(wěn)定度，現(xiàn)對其進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后成為克拉潑電路。 相當(dāng)于在電感上串聯(lián)了1個(gè)電容。,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器14,西勒電

13、路（電容三點(diǎn)式改進(jìn)型2）： 針對克拉潑電路改變C3同時(shí)改變環(huán)路增益的缺點(diǎn)，西勒電路對其作出改善：,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器17,三點(diǎn)式振蕩器小結(jié)： 電容三點(diǎn)式振蕩器： 優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)榉答侂妷喝∽訡2，高次諧波分量小，輸出接近于正弦波。 缺點(diǎn)：反饋系數(shù)與電容有關(guān)，改變電容來改變諧振頻率將影響起振。 電感三點(diǎn)式振蕩器： 優(yōu)點(diǎn)：便于調(diào)節(jié)電容來改變諧振頻率而不影響起振。 缺點(diǎn)：反饋系數(shù)與電感有關(guān)，高次諧波分量大，輸出波形差。 電容、電感三點(diǎn)式振蕩器： 共同缺點(diǎn)：振蕩頻率易受影響，頻率穩(wěn)定度不高（10-3數(shù)量級）。,3.3.2 三點(diǎn)式振蕩器18,克拉潑三點(diǎn)式振蕩器： 優(yōu)點(diǎn)：減少了電容對頻率穩(wěn)定度的影響，頻率

14、覆蓋系數(shù)1.2-1.3。 缺點(diǎn)：電路搭建完成后不可通過改變C3來再改次變振蕩頻率。 西勒三點(diǎn)式振蕩器： 優(yōu)點(diǎn)：克服了克拉潑電路無法改變振蕩頻率將改變起振能力的缺點(diǎn)。也提高了頻率覆蓋系數(shù)到1.6-1.8。 所有三點(diǎn)式振蕩器： 以上所有5種三點(diǎn)式振蕩器均采用LC元件作為選頻網(wǎng)絡(luò)。由于LC元件的標(biāo)準(zhǔn)性較差，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q較差，一般不超過300，有負(fù)載的話更低。所以這種電路的頻率穩(wěn)定度不高，在10-3到10-5之間。如果需要更高穩(wěn)定的振蕩器，應(yīng)采用晶體振蕩器。,3.4.2 石英晶體振蕩器,石英晶體在振蕩電路中應(yīng)用方式的不同分為兩大類： 串聯(lián)晶體振蕩器：石英晶片以低阻抗接入振蕩電路。 并聯(lián)晶體振蕩

15、器：晶片工作在在fP和fs之間，以感抗性質(zhì)與其他電抗元件組成振蕩電路。,并聯(lián)晶體振蕩器,串聯(lián)晶體振蕩器,4.3.1 二極管調(diào)幅電路,二極管平衡調(diào)幅器 電子管平衡調(diào)幅器是一種低電平調(diào)幅電路。 它采用了2個(gè)2極管VD1、VD2和具有中心抽頭的變壓器Tr1、Tr2構(gòu)成了平衡電路： 其中Tr2的輸出接入一個(gè)中心頻率為fc的帶通濾波器，濾除無用波段。載波為uc，加在Tr1、Tr2的抽頭上（中心點(diǎn)）。,二極管平衡調(diào)幅器,二極管平衡調(diào)幅器 等效電路,4.3.1 二極管調(diào)幅電路,二極管環(huán)形調(diào)幅 電子管平衡調(diào)幅器仍無法完全濾除無用的頻率分量，那么，在基本平衡調(diào)幅器的基礎(chǔ)上增加2個(gè)二極管，并使4個(gè)二極管組成一個(gè)環(huán)

16、路。 在載波uC的正半周，VD1、VD2導(dǎo)通，VD3、VD4截止。 在載波uC的負(fù)半周，VD3、VD4導(dǎo)通，VD1、VD2截止。,環(huán)形調(diào)幅器,4.3.2 集成模擬乘法器調(diào)幅電路,模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬信號電壓相乘功能的電路或器件，它不僅應(yīng)用于模擬運(yùn)算電路，而且在模擬信號處理方面也有廣泛的應(yīng)用。 它可以完成調(diào)幅、混頻、倍頻及各種解調(diào)功能。,模擬乘法器符號,4.3.3 高電平調(diào)幅電路,高電平調(diào)幅電路在已經(jīng)提高了功率的調(diào)制信號源的基礎(chǔ)上產(chǎn)生普通調(diào)幅波。這種調(diào)制通常在丙類諧振功率放大器中進(jìn)行，它可以直接產(chǎn)生滿足發(fā)射功率要求的已調(diào)波。 根據(jù)調(diào)制信號所加在三極管電極的不同，可分為：基極調(diào)幅、集電極調(diào)

17、幅、發(fā)射極調(diào)幅等。,5.2.1 二極管混頻器,二極管平衡混頻器 如圖所示的二極管平衡混頻器等效電路。 在實(shí)際上，輸入端有LC回路并調(diào)諧在高頻已調(diào)信號fS上，輸出端也有LC回路并調(diào)諧在中頻f1上。 本電路要求上下電路完全對稱（特別是二極管），二極管可以工作在小信號開關(guān)工作狀態(tài)，也可以工作在大信號開關(guān)工作狀態(tài)。 下面只討論大信號開關(guān)狀態(tài)。,二極管平衡混頻器,5.2.1 二極管混頻器,二極管環(huán)形混頻器 二極管環(huán)形混頻器增益和抑制干擾的能力都比平衡混頻器優(yōu)越，在相同的條件下，輸出電流將比平衡大一倍，這與環(huán)形調(diào)制的結(jié)果一致的。,正半周混頻器,負(fù)半周混頻器,環(huán)形混頻器,5.2.2 晶體三極管混頻器,雙極型

18、晶體三極管混頻器 有4種晶體三極管混頻器基本電路形式，其中2種采用pnp型晶體管。2種采用npn型晶體管。a、b電路適用于廣播電視接收等應(yīng)用，c、d適用于對工作頻率要求較高的調(diào)頻收音機(jī)。,三極管混頻器a,三極管混頻器b,NPN,NPN,5.2.2 晶體三極管混頻器,雖然輸入與本振電壓是正弦波形，但由于三極管轉(zhuǎn)移特性的非線性，變頻跨導(dǎo)g（t）隨時(shí)間變化，輸出已不再是正弦波形（非線性失真和n次諧波），其變化周期仍與本振電壓相同。 跨導(dǎo)：就是一個(gè)電路單元的輸出電流與該單元的輸入電壓的比值。,三極管混頻器c,三極管混頻器d,PNP,PNP,5.2.3 模擬乘法器混頻電路,兩個(gè)信號相乘可以得到它們的和、差分量。因此兩信號相乘實(shí)現(xiàn)混頻是最直觀的方法。用模擬乘法器和中頻帶通濾波器可構(gòu)成乘積型混頻器。 在乘法器兩個(gè)輸入端分別輸入高頻已調(diào)信號uS和本振uL，那么乘法器輸出將是（uL+uS）和（uL-uS）的組合。將這個(gè)乘