高频电路备课笔记

1 绪论

1.1 无线电通信发展简史

莫尔斯电码、麦克斯韦电磁波理论、贝尔发明电话、马可尼无线电通信

1.2 无线电信号传输原理

信源信源编码信道编码信道信道解码信源解码信宿 物理量 A/D转换 调制 传输媒质 解调 D/A转换 声音 压缩 纠错编码 干扰 纠错 解压缩 图像 加密 中继 解密

信号传输： 基带传输：不调制

调制传输：载波Asin(?t??) + 调制信号 + 调制方法

调制方法： 数字：二进制（FSK）、多进制（QAM、QPSK）

模拟：连续波（AM、FM、PM）、脉冲波（PAM、PWM）

v??V?cosΩtv??V?cosΩtv0?V0cos?0tv0?V0cos?0t?0+??m ?0–??m 调幅AM 调角FM/PM：瞬时频率

无线电发射机：

信号 放大器 高频振荡器

d(?t??)、瞬时相位?t?? dt 调制器 已调波放大器 发射天线 缓冲放大器 倍频器 1

无线电接收机：

中频 发射 高频 放大器 混频器 解调器 信号

天线 放大器 放大器

本地振荡器

直接放大式：无混频+本振（变频），不同接收频率灵敏度、选择性不同。 超外差式： 中频放大器选择性、增益与接收频率无关。

1.3 通信的传输媒质

双绞线： 低频、低速

有线 同轴电缆：高频 光纤：

天波：电离层反射（短波）

无线：传播途径 地面波：沿地面传播（长波） 地波 空间波：直射+地面反射（超短波）

无线电波波段划分表：

高频：1MHz～300MHz 射频：30MHz～4GHz 微波：>4GHz

2

2

3 选频网络

选频网络 振荡回路（谐振回路）：单振荡回路/耦合振荡回路 滤波器

3.1 串联谐振回路

3.1.1 基本原理

电感线圈等效为电感L和损耗电阻R的串联，电容器等效为电容C和损耗电阻R 的并联。通常，电容的损耗可以忽略不计。

+ – Vs L R ?s?sVV?I?? ZR?j(?L?1)C ?C?SV111??0V?S同相。具有带通选频特性。 时，?0?，f0?，此时I0?最大，I?0L?R?0CLC2?LC?L回路品质因数：Q?0

R11谐振特性 ???0，Z?R最小；???0，?L?，Z呈感性；???0，?L?，Z呈容性。

?C?C?sV?L?????VL0?I0j?L?j?0L?j0Vs?jQVs??VC0 RR串联谐振时，电感和电容两端的电压模值相等，等于外加电压的Q倍，必须注意回路元件的耐压问题。

3.1.2 串联谐振回路的谐振曲线和通频带

谐振曲线：回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线。

?IR111 ?????11?L ? ???I0R?j(?L?)?L?1?j0(?0)1?jQ(?0)?C1?j?C)R ?0? ?0?R?I111 ????02I2??2? ?021??1?[Q]1?[Q(?)]?0 ?0?（失谐量??????0较小时）

广义失谐量????0??Q???????

?0?

回路的Q值愈高，谐振曲线愈尖锐，对外加电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。

通频带：2??0.7??2??1或2?f0.7?f2?f1

?I令??I011?[Q(? ?02?)] ?0??f1，得2?f0.7?0

Q2回路Q值越高，选择性越好，但通频带越窄，二者矛盾。

3

3.1.3 串联谐振回路的相位特性曲线

人耳听觉对相位特性引起的信号失真不敏感，传递声音信号时，相频特性并不重要。但数字信号与图像信号传输时，相位特性失真要严重影响通信质量。

???arctanQ???????0??0????arctan ? ???

3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响 能量关系： 设i?I0sin?t，vC11idt??Icos?t C??C011122wC?CvC2?22I0cos2ωt?LI0cos2ωt

222ωC112wL?Li2?LI0sin2?t

2212w?wL?wC?LI0

2?回路中储存的能量不变，只在电感与电容间转换，外加电源提供回路电阻所消耗的能量。 回路一个周期的损耗：

121 wR?P?T?RI02f0wL?wCQ回路储能?， Q?2π wR2π每周期耗能

电源内阻与负载电阻的影响：

Rs + – Vs L R C RL Q0有载Q值 QL? ?RRR?RS?RL1?S?LRR考虑信号源内阻及负载电阻后，串联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。

?0L3.2 并联谐振回路

高频电子线路中，信号源多为工作于放大区的有源器件（晶体管、场效应管），可看做恒流源，一般采用并联谐振回路。

3.2.1 基本原理及特性

Is + + V L R C Is C L G _ 4

1L1j?CCZ?j?C||(R?j?L)???（?L??R）

1?1?CR?1???R?j??L??j??C???R?j??L???C??C?L??L?????I?sZ V111?0?LI?S最大，V?0I?S同相。具有带通选频特性。时，?p?，fp?，此时V ?pL?CR?pCLC2?LC?pL?pC?pC回路品质因数：Qp? ??RG1/RpL谐振特性 ???p，谐振电阻Rp?最大；???p，Z呈容性；???p，Z呈感性。

CR?0V?Cp??0?j?pCLI?S?jQpI?S??I?Lp（忽略R） I?j?pCV1/j?pCCR?R?j?L?流经电感和电容的电流模值大小相近，方向相反，约等于外加电流的Q倍。

3.2.2 并联谐振回路的谐振曲线、相位特性曲线和通频带

?V??V011?j Qp(??) ?p? ?p

串联和并联谐振回路谐振曲线是相似的。

2?f0.7?3.2.3

fp Qp信号源内阻与负载电阻的影响

Is Gs C L Gp GL QL??pCGp?Gs?GL

考虑信号源内阻及负载电阻后，并联谐振回路选择性变坏，通频带加宽。

3.2.4 低Q值并联谐振回路

1R211?p??2??1?2

LCLQpLC低Q值时，总阻抗Z的最大值与纯阻不一定同时发生。

3.3 串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换

3.3.1

串并联电路的等效互换

22Rp?jXpRpXpRpXp Rs?jXs??2?j222Rp?jXpRp?XpRp?Xp2RpXpRs?22

Rp?Xp2RpXXs?2p2

Rp?XpQL1?

RXs?QL2?p RsXp5

2Rp?1?QL1Rs

???1??Xp?Xs?1?2???Xs QL1??小的串联电阻变为大的并联电阻，串联电抗变为同性质的并联电抗。

3.3.2 并联谐振回路的一般形式 Z1?R1?jX1，Z2?R2?jX2 设X1??R1，X2??R2，并联谐振时，X1?X2?0

2Z1Z2X1X2X12X2则Zp? ????Z1?Z2R1?R2R1?R2R1?R2

3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换

信号源或负载电阻一般部分接入谐振回路，以减小对谐振回路的影响。 常用的电路形式有变压器耦合、自耦变压器抽头电路和电容抽头电路。

da++LL1不考虑互感，接入系数p?1?

LL1?L2谐振时：

L2L1CVdb(?pL1)2(?pL)2ZabZab??p2 ，Zdb?，

R1?R2ZdbR1?R21低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高2倍

p高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低p2倍

非谐振时也成立。 考虑互感时，

VabR1_bR2_p?L1?M

L1?L2?2M2L1?N12L0，L22?N2L0，M?kL1L2?N1N2L0（设耦合系数k?1）

N1则p?

N1?N21)?0 谐振时，?pL1?(?pL2??pC11??pL2 即?p(L1?L2)?，?pL1??pC?pCad+C2LVdbR_从bd和ab两端看，回路都谐振于同一频率。

电容抽头电路：

+p?C2C? C1C1?C2C1Vab_低抽头向高抽头转换时，电流源降低高抽头向低抽头转换时，电流源提高

p倍，电压源提高

1倍 pb1倍，电压源降低p倍 p6

1Rs?2Rs

pIs'?pIs

' a Is Rs b d C R ?s d

RL I ?s L C RL b 3.4

3.5 耦合回路

耦合回路是由两个或两个以上的电路形成的一个网络，两个电路间有公共阻抗存在。

3.5.1 互感耦合回路的一般性质

单振荡回路具有频率选择性和阻抗变换的作用，但选频特性不理想（非矩形），阻抗变换不灵活 耦合回路：由两个或者两个以上的单振荡回路通过各种不同的耦合方式组成。

常用的两种耦合回路：

.I1.Vs+_i.I2R1L1C1L2R2a.Is+互感耦合串联型回路 电容耦合并联型回路

C2

iG1L1C1.V1_CMbC2G2L2.V2_+

耦合系数：耦合回路公共电抗（或电阻）绝对值与初、次级回路同性质的电抗（或电阻）的几何中项之比。

表示回路间耦合强弱，

|X12|，任何电路的耦合系数是一个小于1的正数。

X11X22M电感耦合回路k?

L1L2CM电容耦合回路k? ， 通常 CM??C1C2

(C1?CM)(C2?CM)k?

7

反射阻抗与耦合回路的等效阻抗： 自阻抗Z11?R11?jX11，Z22?R22?jX22 ?1V'??感应电动势V2??j?MI1??j?M Z11?1'为次级开路时初级电流） （I反射阻抗：

.I1.V1+_i.I2Z11Zf1.V2+_Z22Zf2(?M)2(?M)2(?M)2(?M)2Zf1???2R22?j2X22?Rf1?jXf1 22Z22R22?jX22R22?X22R22?X22(?M)2(?M)2(?M)2(?M)2Zf2???2R11?j2X11?Rf2?jXf2 22Z11R11?jX11R11?X11R11?X11反射电阻永远是正值，代表一定能量的损耗。

反射电抗的性质与原回路总电抗的性质相反

反射电阻和反射电抗的值与耦合阻抗的平方值成正比。

初、次级回路同时调谐到与激励频率谐振（即X11?X22?0）时，反射阻抗为纯阻。

3.5.2 耦合回路的频率特性

? 1设回路参数相同， G1?G2?0，L1?L2?L，C1?C2?C， 不应小于 1则?01??02??0?，Q1?Q2?Q

LC广义失谐量?2?Q(??0?) ?0?f0 ? >1 ? <1 ? =1 f 耦合因数：耦合振荡回路的耦合系数与临界耦合系数之比。

各种耦合电路都可定义耦合系数，但只能对双谐振回路定义耦合因数。

???CMG??CCMG?C?Qk

?1V???1?j?CM(V?1?V?2) ??Ia?0，IS?V1G?j?L?j?CV?2V??2?j?CM(V?2?V?1) ??Ib?0，0?V2G?j?L?j?CV?S?ISj?I?， V?V2?2222222G(1?????j2?)G(1????)?4?)I二元函数极值V2max?S（??1，??0时）

2GV22??归一化??

2222V2max(1????)?4???1过耦合：谐振曲线双峰，谷值??1，两点????2?1处最大值??1，2?f0.7?3.1

f0， Q?f1?k（两峰宽度?f1），??，两峰拉开，谷点下凹。 f0f??1临界耦合：谐振曲线单峰，??0时最大值??1，2?f0.7?20。

Q2?，不同?，2?f0.7不同。 ??1欠耦合：谐振曲线单峰，??0时最大值??21??8

一般采用? 稍大于1，这时通带内放大均匀，通带外衰减很大，为较理想的幅频特性。

?01??02，Q1?Q2时，

???1：谐振曲线双峰，??，峰点高度下降。 其它：谐振曲线单峰，??1，??0时最大峰值。

3.6 滤波器的其他形式

LC集中选择性、石英晶体、陶瓷、表面声波滤波器。 3.6.1 LC集中选择性滤波器

LC集中选择性滤波器可分为低通、高通、带通和带阻式。

Rs Co? Co Co Co Co Co C ?o + vs + – C L 2C L 2 2C L 2 2C L 2 2C L 2 C L RL vo –

带通滤波器由五节单节滤波器组成，有六个调谐回路。节数多，则带通曲线陡。 耦合电容C0的大小决定耦合强弱，因而决定了滤波器的传输特性。 始端和末端电容Co分别连接信号源和负载，调节其大小，可以改变Rs通带衰减。

单节滤波器阻抗分析：设C0的阻抗为z1，LC的阻抗为2z2。 该滤波器的传通条件为0?波器的通带和阻带。

Rs L

+ vs _

从电抗曲线看出：f?' RL与滤波器的匹配，减少滤波器

z1??1，即通带内z1和z2异号，4|z2|?|z1|。根据此条件分析单节滤4z2 z RL + 4z2 C0 C L C vo O f1 f0 z1 f2 4z2 – f2时，z1和z2同号为容性，因此为阻带。

f1?f?f2时，z1和z2异号，且满足4|z2|?|z1|，因此为通带。 f?f1时，z1和z2异号，但4|z2|?|z1|，所以也为阻带。

五节集中滤波器的滤波特性如图中虚线所示，

f0?f1?f2，?f?f2?f1，C0/C??f/f0

单节滤波器的插入损耗（f0?10kHz处）约为10~15dB。

3.6.2 石英晶体滤波器

石英是矿物质硅石的一种，也可人工制造，化学成分SiO2，其形状为结晶的六角锥体。 沿着不同的轴切下，有不同的切型，X切型、Y切型、AT切型、BT、CT等等。

石英晶体具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿某一电轴受到交变电场作用时，能沿机械轴产生机械振动，当机械轴受力时，能在电轴方向产生电场。换能具有谐振特性，在谐振频率处换能效率最高。

9

石英晶体和其他弹性体一样，具有惯性和弹性，存在固有振动频率，当晶体片的固有频率与外加电源频率相等时，晶体片就产生谐振。

X a 感 性 L q

fpfsCq Lq C0 O Cq a

rq rq Co 容性

容性 b

b

基频等效电路：相当一个谐振电路，用集中参数Lq质量（惯性）、等效弹性模数Cq、摩擦损耗rq， 静电容C0。

Lq（几mH～几十H）、Cq（0.01～0.1pF）、rq（100Ω）、C0（几～几十pF）

石英晶体的特点：

1Lq很大，一般为几万到几百万，频率选择性好。 Qq?rqCqC?Cq ，这意味着等效电路中的接入系数p?q很小，因此外电路影响很小。 由于C0?C0

串联谐振频率频率（石英片本身的自然角频率）：

?q?1 LqCq并联谐振频率?p?Cq11，?p??q1? ?C0CCLqCLq0qC0?Cq1?1?r?j(?L?)??qq22?0C0??Cq?11??q/?z1?z2??，忽略 rq时，z0?jx0??jz0??22 11?C01??p/?z1?z2rq?j(?Lq?)?j?Cq?C02211??q/?在?q?p之间，等效电感 Le??222

?C01??p/??j石英晶体两个谐振频率之间感性区的宽度决定了滤波器的通带宽度。

串联一电感可减小?q，并联一电感可加大?p，可扩大石英晶体的感性电抗范围。

Ls Ls 1GHz，带宽0.01～1% 频率范围5kHz～

差接桥式晶体滤波电路：

晶体的电抗曲线如图中实线，电容CN的电抗曲线如图中虚线所示。当电桥平衡时，其输出为零。

?q?p之间，晶体与CN电抗性质相反，为通带。在?1?2处，两个电感相等，故滤波器衰减最大。 改变CN即可改变电桥平衡点位置，从而改变通带。

10

x JT1 ?p ?2 JT1 Lq JT1 z3 z4 z2 z4 (a) (b) CN z1 C z5 z5 z3 z5 C0 rq Cq 输出 C O ?1 ?q 1 ?CN

3.6.3 陶瓷滤波器

利用某些陶瓷材料的压电效应构成，常用材料锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3（简称PZT）。

陶瓷片两面用银作为电极，经过直流高压极化，具有和石英晶体相类似的压电效应，等效电路与晶体相同。 优点：容易焙烧，可制成各种形状；适于小型化；且耐热耐湿性好。

等效品质因数为几百，比石英晶体低但比LC滤波高

四端陶瓷滤波器：由多个谐振子组成四端滤波器。谐振子数目愈多，滤波器的带外衰减性能愈强。 电路组成原则：中心频率是串臂的串联谐振频率和并臂的并联谐振频率，

截止频率分别对应串臂的并联谐振频率和并臂的串联谐振频率。

2L1 2L2 (a)

(b )

3.6.4 表面声波滤波器

表面声波滤波器SAWF（Surface Acoustic Wave Filter）：

在经过研磨抛光的极薄压电材料（铌酸锂、石英或锆钛酸铅）基片上，用蒸发、光刻、腐蚀等工艺制成两组叉指状电极，与信号源连接的一组称为发送叉指换能器，与负载连接的一组称为接收叉指换能器。

电信号→压电衬底振动→表面声波传播。

入 (a) 出

换能器可分为n节（n+1）个电极或N?n/2个周期段，指状电极宽度a、指状电极间隔b。 换能器频率f0?v/d，声速v，周期段长d?2(a?b) 。

f?f0时，声波振幅最大，输出电压最大。

总振幅As?nA0，A0为每节振幅。 振幅-频率特性曲线：sinx/x曲线。

外加信号频率

11

表面声波滤波器体积小、重量轻、工作频率高（10MHz～3GHz）、相对频带较宽（带宽为0.5%~40%）、矩形系数接近于１，动态范围达100dB，抗辐射能力强，温度稳定性好，插入损耗6dB（最低1dB以下）。

R2 C1 输入 R1 91k? L R5 470? L1 C2 9.1k? 0.1nF T 3DG80 SAWF VCC C1 C3 至主中放 匹配电路 R3 1k? R4 33k?

L的作用是提高晶体管的输入电阻（在中心频率附近与晶体管输入电容组成并联谐振电路），以提高前级（对接收机来说是变频级）负载回路的有载QL值。

输出端一般经过匹配电路接到有宽带放大特性的主中频放大器。

12

4 高频小信号放大器

4.1 概述

高频小信号放大器：中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz，几十μV～几mV

普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。 工作在线性范围 （甲类放大器）。

按负载性质可以分为：

谐振放大器： 采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的作用。

有调谐放大器（高频放大器）与频带放大器（中频放大器）。

非谐振放大器：由阻容放大器和各种滤波器组成（具有谐振放大功能），便于集成。

按频带宽度分为：

窄带放大电路：频带宽度在几千赫到几十兆赫

宽带放大电路：频带宽度几兆赫至几百兆赫，下限截止频率低(有些要求到直流)，上限截止频率很高。

高频小信号放大器的质量指标： 1．增益： 电压增益：Av

2．通频带2?f0.7：放大器的电压增益下降到最大值的1/VoV Av?20lgodB ViViPP 功率增益：Ap?o Ap?10lgodB

PiPi?

2倍时，所对应的频率范围，也称3分贝带宽。

放大器所放大的一般都是已调制的信号，包含一定频带宽度，所以放大器必须有一定的通频带。

Av/Av0 Av 理想 Av0 1 1

0.7 0.7 实际 2?f0.7 2?f0.7

f 0.1 f f0 2?f0.1

3．选择性： 从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力。

常用矩形系数和抑制比表示。

① 矩形系数：表示实际曲线接近理想曲线的程度，反映对邻道干扰的抑制能力。理想谐振曲线应为矩形。

Kro?1?

2?f0.12?f0.01 Kr0.01?

2?f0.72?f0.7 Av Av0 Avn fn f0 f Kr愈接近于1越好。

② 抑制比（抗拒比）：表示对某个干扰信号

fn的抑制能力。

d?Av0 Avn4．工作稳定性：

电源电压、器件参数、环境工作变化→工作状态变化（直流偏置）→主要性能变化→自激 5．噪声系数：

放大器的噪声性能可用噪声系数表示：Fn?Psi/Pni输入端信噪比P/P? Fn?10lgsinidB

Pso/Pno输出端信噪比Pso/Pno

Fn越接近1越好

13

在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此其噪声系数应尽量小。

质量指标相互之间有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。

4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数

4.2.1 y参数等效电路

放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便。

b.Ib+.Icc?b?yieV?b?yreV?cI

???Ic?yfeVb?yoeVc?bIyie??V?c?0称为输出短路时的输入导纳

Vb?Iyre??bV?b?0称为输入短路时的反向传输导纳

Vc?cIyfe??V?c?0称为输出短路时的正向传输导纳

Vb?cIyoe??V?b?0称为输入短路时的输出导纳

Vc

4.2.2 混合π等效电路

把晶体管内部的物理过程用集中元件RLC表示。

跨导gm??0?b'e?IC(mA)26(mV)

.Vb_eyie.yreVcb'.yfeVyoeb.Vc+_b.Ib+rbb'rb'eCb'c.Ic.Vb_erb'cCb'ecgmV.rceb'e.Vc+_ Cb?c将输出的交流电压反馈一部分到输入端.可能引起自激?bb'在共集电极电路中引起高频反馈,降低晶体管的电流放大系数

简化模型：rb'crce可忽略。

4.2.3 y参数等效电路y参数的获得

混合π→y参数转换：在混合π等效电路中，根据y参数定义，求出y参数。

yie?gie?j?Cie yoe?goe?j?Coe yfe?|yfe|??fe yre?|yre|??re

y参数与静态工作点和工作频率有关。

4.2.4 晶体管的高频特性参数

???01?j截止频率

ff0f?：?下降到低频值的1/2倍时的工作频率。

特征频率fT：?下降到1时的工作频率。fT??0f? 最高振荡频率fmax：功率增益Ap?1时的工作频率。

（晶体管输出功率等于输入功率是保证它自激振荡的必要条件。）

fmax?

12?gm， f?fmax时，晶体管不振荡。

4rbb'Cb'eCb'c14

4.3 单调谐回路谐振放大器

+Vcc+VccR1C+aN1cb.Vo_+R1C+aN1Lbcd.VR2CbL1NL2N2C1NC2+i.V_i.VoR2ReCeRe_Ce_

b.Ib+.cIc.yoeVcGp.yfeV_i+bd+.R1Vi_ebR2yiecIcCLabcyi2Ib.Vo_

.Ib+_cIc.Vieyie.yoeVcGp.yfeV_i+CLac2p2yi2.Vo_+.Vi e+_yie.yfeVyoeY'Li.Vc_

+p1?

4.3.1

NcaN1NN，p2?da?2（设L1、L2间紧耦合，k?1） ?NNNN电压增益

?cp2V???c Vo?p2Vab?p2?Vp1p1YL??12?Y?? ， YL??G?j?C??pyL2i2?2?pp1j?L???op2V?cp2yfep1p2yfep1p2yfeVAv???

?i??p1?yoe?YL????p12yoe?YL??'1Vip1VGp?j?C??j?Lyoe?goe?j?Coe yi2?gi2?j?Ci2

2'2Ci2 Gp?p12goe?p2gi2?Gp C??C?p12Coe?p2p1p2yfe1?C??时谐振，Av0?? '?LGp最大功率传输时：负载导纳与晶体管输出导纳匹配，Gp

2?p12goe?p2gi2

15

?b1(v?V0)?b2(v?V0)2?b3(v?V0)3，输入v?V0?V1mcos?1t?V2mcos?2t，

代入v求出i表达式，i中组合频率通式?pq?|?p?1?q?2|，p,q?0,1,2,?? i含谐波2?1,2?2,3?1,3?2，组合频率?1??2,?1?2?2,2?1??2 。 最高谐波次数?n（多项式最高次数），组合频率p?q?n 。

偶次谐波（含直流）、p?q为偶数的组合频率，其振幅只与幂级数偶次项b2（含常数项b0）有关。

奇次谐波、p?q为奇数的组合频率，其振幅只与幂级数奇次项b1b3有关。

m次谐波（含直流）、p?q?m的组合频率，其振幅只与幂级数?m的各项系数有关。 组合频率成对出现，p?1?q?2

对特性i?b0

5.3.2

折线分析法

三极管转移特性曲线用折线近似：

iC? 0， vBE?VBZ 若vBgc(vBE?VBZ)，vBE?VBZ

cos?t?cos?c，?c半流通角、截止角

1?cos?cV?VBB ?gcVbm(1?cos?c)，cos?c?BZVbm?k?0??VBB?Vbmcos?t，则iC?iCmax其中iCmaxiC傅里叶级数展开，iC??Ikcosk?t，Ik?iCmax?k(?c)，?k(?c)波形分解系数

5.4 线性时变参量电路分析法

时变跨导：改变三极管静态工作点→gm改变。 线性时变参量电路 电阻性 时变电阻：模拟开关切换电阻。 模拟乘法器

电抗性：时变电容（变容二极管）

5.4.1 时变跨导电路分析

iC?f(vBE)?f(VBB?vo?vs) 看作工作点Q：vB?VBB?vo，输入信号vs的小信号放大器。

vsvo将iC在工作点vB处展开为泰勒级数： （忽略高次项，成为线性电路工作状态）

+_+_iC?f(vB)?f'(vB)vs????I0(t)?g(t)vs ?IC0?Icm1cos?0t?Icm2cos2?0t??? ?(g0?g1cos?0t?g2cos2?0t???)Vsmcos?stI0(t)：Q处时变工作点电流 g(t)：Q处三极管时变跨导

VBBVCC21

组合频率通式?pq?|?p?o?q?s|，p?0,1,2,??，q?0,1，减少了频率成分。

5.4.2

模拟乘法器电路分析

vo(t)?kv1(t)v2(t)?kV1mcos?1tV2mcos?2tv ?12kV 1mV2m[cos(?1??2)t?cos(?1??2)t]vv1ov1v22和频/差频，频率成份最少。 5.4.3 5.4.4 开关函数分析法

?i??1?r?R(v1?v2) v2?01d?dL??0 vr?R(v1?v2)S(t) 2?0 dL?12?2?cos?22(?1)n?1S(t)0t?3?cos3?0t?......?(2n?1)πcos(2n?1)?0t?......

含有频率成份：?1，?2，?1??2，?1?(2n?1)?2，2n?2，直流。

5.5 变频器的工作原理

vs 混频器 t 非线性器件 滤波器 vit v0 f本机振荡器 t o f fi f f0 f 变频实质：频谱搬移，线性频率变换。

变频器的分类：

按器件：二极管混频器、三极管混频器、场效应管混频器、模拟乘法器混频器 按工作特点：单管混频、平衡混频、环型混频

按两个输入信号时域处理过程：叠加型混频器、乘积型混频器

vo22

混频器的性能指标：

变频电压增益Avc：中频输出电压幅度Vim和高频信号电压幅度Vsm之比，Avc变频功率增益Apc：中频输出信号功率Pi和高频信号功率Ps之比，Apc?Vim Vsm?Pi Ps失真和干扰：混频器的失真有频率失真与非线性失真。

由于非线性，还会产生组合频率、寄生通道、交叉调制、互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。

选择性：中频选频回路的选择性决定了从组合频率中取出中频信号、滤除干扰信号的能力。 噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。

混频器处于接收机的前端，其噪声系数对整机的总噪声系数影响很大。

5.6 晶体管混频器

ic a b b O O ,,a , b, a ,, vBE vBE vo vs

组态（对信号电压vs而言）：

VB t 共射电路：

vo基极注入：对vo是共发电路，输入阻抗大，本振易起振，本振注入功率小。

信号输入电路与振荡电路相互影响较大（直接耦合），可能产生频率牵引现象。

vo发射极注入：对vo是共基电路，输入阻抗小，不易过激励，振荡波形好，失真小，本振注入功率大。产生牵引现象的可能性小。（常用）

共基电路：高频时(几十MHz)，共基截止频率f?比共射截止频率

晶体管混频器分析： 看作工作点vB?VBB

f?大，变频增益大。（高频时应用）

?vo，输入vs的小信号放大器。

线性时变跨导电路，信号电压vs很小，跨导（转移特性曲线斜率）随本振信号周期变化。

iC?f(vBE)?f(VBB?vo?vs)?I0(t)?g(t)vs

?(Ic0?Icm1cos?0t?Icm2cos2?0t??)?(go?g1cos?0t?g2cos2?0t??)Vsmcos?st 取中频?i??o??s，中频电流ii??g1Vsm 2g1Vcos(?o??s)t 2sm其振幅为Ii

23

变频跨导gc?输出中频电流振幅Iim输入高频电压振幅Vsm1?g1 2输出的中频电流振幅与输入高频信号电压的振幅成正比。混频后包络不变。

2. 晶体管混频器的主要参数

混频器有输入导纳、输出导纳、变频跨导等参数。采用分析小信号线性放大器时所用的等效电路来分析。

rb'Cb'cbbb'c++bcg+ce+V.sgb'eV.V_Cb'eg.GLiV.sggoc_icg.G.LiecVb'e__

ecVs混频输入导纳gic：

对输入频率?s，输出负载GL（LC回路）可视为短路，可算出混频输入导纳为

I22Ysmgb?e?ωsCb?cγbb?ωsCb?eic?V?gic?jbic?222?j22 sm1?ωsCb?eγbb?1?ωsCb?eγbb?电纳部分（电容）一般折算到输入端调谐回路中。

混频输出导纳goc：

V?s短路，输出导纳是对中频?i而言，可算出混频输出导纳为

Y?Iimgc(ωiγbb?)2Cb?cCb?cgcγbb?ωiCb?OCV?ggcoc?jboc?ce??j im1?(ωiCb?eγbb?)21?(ωiCb?eγbb?)2

混频跨导gc：

g11c?2g1， g1估算方法：

直接积分：g1?2?????g(t)cos?otd(?ot) 图解法：g(t)以曲线给出

24

图解法求g1：

晶体管输入输出特性曲线 图解

晶体管转移特性曲线iC?图解

静态跨导特性gf(vBE)

?f(vBE)

由vBE波形画出g(t)曲线

1gmax??gmin，gmin可忽略，g0?g1?gQ?gmax

2?cIgQ?g|vBE?vBB（无本振，放大状态时）。由放大电路等效电路，求得gQ??

Vs

由于输入是高频信号，输出是中频信号，二者频率相差较远，

b输出中频信号不会在输入端造成反馈，电容Cb'c作用可忽略。gce+.一般远小于负载电导GL，也可忽略。

rbb'gb'c+gmIE/261gc??

221?(rbb?ωsCb'e)fI1?(SErbb?)2fT26

混频器的增益：

Vs_b'eGLCb'e.gVmb'e.Vi_eVi?IigVVgc ?cs，Avc?i?goc?gLgoc?gLVsgoc?gLPiVi2GL2GL Apc??2??AvcPsVsgicgicGL?goc时，最大功率传输，

gc2 Apcmax?4gicgoc

电路实例：p183，图5.6.5 它激式，图5.6.6 自激式。

5.7 二极管混频器

三极管混频器：有变频增益，动态范围小，组合频率干扰严重，噪声大，存在本地辐射。 二极管混频器：动态范围大，组合频率干扰少，噪声小，不存在本地辐射，无变频增益。

5.7.1 二极管平衡混频器

二极管可以工作在小信号非线性状态，也可以工作在受大信号控制的开关状态。 小信号时平衡混频器的分析采用幂级数。

25

i1?1111S(t)(v0?vs)，i2?S(t)(v0?vs)

rd?RL2rd?RL21i?i1?i2?S(t)vs

rd?RL1222(?1)n?1S(t)??cosω0t?cos3ω0t?......?cos(2n?1)ω0t?......

2π3π(2n?1)π输出频率组合分量大为减少，没有本振频率及其谐波分量电压。

5.7.2 二极管环形混频器

11S(t)vs，i ''?i4?i2??S*(t)vs，

rd?RLrd?RL1i?i '?i ''?[S(t)?S*(t)]vs

rd?RL444(?1)n?1*S(t)?S(t)?cosω0t?cos3ω0t?????cos(2n?1)ω0t????

π3π(2n?1)πi '?i1?i3?

提供混频增益的同时，进一步减小输入信号频率成分。

许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混频器已作为系列产品。 0.5~500MHz的典型环形混频器(SRA-1双平衡混频器)：

8，9端外接信号电压?s，3，4端相连，5，6端相连，3，5端间加本振电压，中频信号由1，2端输出。 此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减器、调制器等。

8 9 (a) 3 5 6 4 2 1 (b)

26

5.8 差分对模拟乘法器混频电路

5.9 混频器中的干扰

5.9.1 混频器干扰的种类

混频器输入信号、本振、外界干扰信号、内部噪声两两之间相互作用，影响混频器工作。 （信号、噪声幅度均很小，两者之间相互作用可忽略。）

信号 组合频率 本振

交调 本振噪声干扰 副波道

干扰 相互混频 噪声 互调

1. 组合频率干扰

当接收机接收某一电台音频信号时，除了能听到有用信号外，还同时能听到音频哨叫声。

?pfo?qfs?fi?F，(p,q?0,1,2?)，音频频率F落在中频放大器通频带内。 某些组合频率接近中频频率时，通过检波器的非线性效应，与中频

fi差拍检波，产生音频哨叫。fp?1s?q?pfi 2. 副波道（寄生通道）干扰

干扰信号进入中频放大器，经检波后使可听到这一干扰电台的信号。

?pf?qf?F(p,q?0,1,2?)，f1on?fin?q(pf0?fi)。

某些组合频率接近中频频率时，产生音频哨叫。 中频干扰：fn?fi，混频电路起放大作用。 镜像频率干扰：fn?fi?fo，

fs(fo?fi) fo fn(fo?fi)

27

3. 交叉调制（交调）

有用信号和干扰信号同时进入接收机，且两者都受音频调制，如果接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号电台的调制信号，若接收机对接收信号频率失谐，干扰信号电台的调制信号也消失。

若有用信号和干扰信号均为调幅波，混频器的非理想相乘特性会使有用信号的各频率分量的幅度受干扰信号的幅度影响，其包络发生变化。

iC?f(vBE)?f(vB?vs?vn)f\(vB)f'''(vB)(vs?vn)2?(vs?vn)3??? 26g'g\ ?f(vB)?g(vs?vn)?(vs?vn)2?(vs?vn)3???26设vs?Vsm(1?m1cos?1t)cos?st，vn?Vnm(1?m2cos?2t)cos?nt

g\2则iC基波电流iC1?(gVsm???gVsmm1cos?1t???VsmVnmm2cos?2t??)cos?st

2 ?f(vB)?f'(vB)(vs?vn)?

混频器输出包络

g\2VsmVnmm2干扰信号转移的调制1m2g\2 交调系数kf??2?V有用信号的调制gVsmm12m1gnm

交调由晶体管转移特性的3次及以上非线性引起，与有用信号和干扰信号频率无关，与干扰幅度有关。

4. 互相调制（互调）干扰

两个或两个以上的干扰进入到混频器，接收机调谐于信号频率，可以收到干扰信号电台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，干扰电台的声音仍然存在。

两个干扰信号与本振信号的组合就有可能产生两个干扰信号间的互相调制，从而产生寄生中频分量。 产生的原因：由非线性器件二次方以上的特性引起，存在二阶互调、三阶互调和高阶互调。

iC?f(vBE)?f(vB?vs?v1?v2) g'g\2 ???gVsmcos?st???V1mV2mcos(?1??2)t???V1mV2mcos(2?1??2)t??28 线性放大 二阶互调 三阶互调

若?mf1?nf2?fs，则产生互调。

5. 阻塞

强干扰作用： 改变前端放大器或混频器晶体管工作点，进入非线性区，输出信噪比下降。

破坏晶体管的工作状态，产生击穿。

6. 相互混频

强干扰与本振边带噪声混频，产生的频率分量落在中频通带内。fon?fn?fi，fn相当于本振。

5.9.2 干扰混频器的措施

提高混频级前端电路（天线回路和高放）的选择性：外部干扰↓，可采用倍频程滤波器抑制二阶互调。 合理选择中频：组合频率、副波道干扰↓。（采用高中频，fi?fs）

合理选用器件和工作点：避免高阶非线性。选择合适静态工作点和工作状态（vs采用场效应管，转移特性为平方律，无三次项。

vo幅度），

28

6 高频功率放大器

6.1 概述

谐振功率放大器：放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，

工作状态通常为丙类，负载是谐振回路。属于非线性电路。

非谐振功率放大器：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，工作在甲类或乙类。 宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。

高频功率放大器指标：高效率、高功率、谐波辐射。

工作状态 流通角2?c 理想效率? 负载 应用 甲类 360 50% 电阻 低频 乙类 180 78.5% 推挽，回路 低频，高频 甲乙类 推挽 低频 丙类 <180 >78.5% 选频回路 高频 丁类、戊类 开关状态 90%~100% 选频回路 高频

甲类 class-A amplifier 乙类 class-B amplifier

甲乙类 class-AB amplifier 丙类 class-C amplifier

6.2 谐振功率放大器的工作原理

iCiB+vvCE_Lb++v_vc+_BE_CVBBVCC

29

ic ic 转移 特性

ic max

理想化 –VBB ?t

o VBZ +?c o –?c vBE +?c o –?vb c

Vbm

Vbm

或电Vcm 流电压 vc ic vCE ic VCC

ic max vBE max vCE max ?t VBZ ?o ?c 3? ? 5?2? –VBB 222

vB

Vbm vb

晶体管工作区域：低频 f?0.5f?

?t VBE vb VBZ –VBB ib ?t ?t ic ?t VCE Vcm Vcm VCC ?t 中频 外电路特性：vBE晶体管转移特性（放大区）：iC→Vbmcos?cVBB?VBZ

Vbm集电极耗散功率Pc?iCvCE小（iC大时vCE小，vCE大时iC?0）。

集电极电流虽然是脉冲状，但由于谐振回路的滤波，输出电压仍为正弦波形。

(Zp)??Rp?p2回路对高次谐波成容性，阻抗极小可视为短路。

晶体管由截止转入导电时，回路中电感电流不能突变，因此，输出脉冲电流大部分流过电容，充电电压下正上负，直流电源能量储存在电容中。当电容电压增大到(接近电源电压，晶体管截止。由于这种周期性的能量补充，振荡回路能维持振荡。当补充与消耗的能量相等时，电路建立起动态平衡，维持等幅正弦波振荡。

集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数： iC?IC0?Icm1cos?t?Icm2cos2?t???

21121VcmPo?VcmIcm1?Icm1Rp??，P??VCCIC0，P??Po?Pc

222RpP1VIVI?c?o??cm?cm1，集电极电压利用系数??cm，波形系数g1(?c)?cm1

P?2VCCIC0VCCIC0 0.5f?～0.2fT，结电容。

1?fT，引线电感。 高频 0.2～??VBB?Vbmcos?t ， vCE?VCC?Vcmcos?t

?gc(vBE?VBZ)，截止偏压VBZ，跨导gc??iC?vBE（见6.3）。

vCE?const?VBB?VBZ，cos?c?(Zp)?Ln??j2，

CR(Zp)n?(n?1)Q 30

6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法

6.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式

由于晶体管的静态特性曲线与频率有关，通常所说的静态特性曲线是指低频区。直接进行高频区或中频区的分析和计算是相当困难的。本节从低频区的静态特性来解析晶体管的高频功放的工作原理。

折线分析法的主要步骤：

1、测出晶体管转移特性曲线iC?vBE及输出特性曲线iC?vCE，并作理想折线化处理。 2、作出动态特性曲线

3、根据激励电压vb在理想特性曲线上画出对应iC和vc的波形

4、求出iC各次谐波分量，由给定的负载谐振阻抗，求得放大器的输出电压、功率、效率等指标。

临界线 ic ic 欠压区 过压区 gcr vBE gc

理想化折线

（虚线）

vBE 0

VBZ 0 vCE

转移特性曲线：晶体管某一vCE下静态特性，但不同vCE下基本重合，无负载阻抗。

iC?gc(vBE?VBZ)，vBE?VBZ时。

输出特性曲线：临界线iC?gcrvCE。

根据是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：

欠压：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压低且变化较大。

过压：集电极最大点电流进入临界线左的饱和区，交流输出电压高且变化不大。 集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。

临界：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。

6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解

?t?0时，iC?iCmax?gcVbm(1?cos?c)

cos?t?cos?ciC?iCmax，iC取决于iCmax、?c。

1?cos?ciC?IC0?Icm1cos?t?Icm2cos2?t??? IC0?iCmax?0(?c)Icm1?iCmax?1(?c) Icmn?iCmax?n(?c)sin?c??ccos?c?(1?cos?c) ??cos?csin?c?1(?c)?c?(1?cos?c)2sinn?ccos?c?ncosn?csin?c?n(?c)???n(n2?1)(1?cos?c) ?n ?1 ?0 0.5 ?0(?c)? 2.0 0.4 ? 1 0.3 ?1.0 0 0.2 ? 2 0.1 ?140? 3 100? 0 ? 160 20? 40? 60? 80? 120 ? 180? ?c ? 1 ? 0 ?c?

Po1VcmIcm11?1(?c)1 ?(?)?????g1(?c)，波形系数g1(?c)?1c P?2VCCIc02?n(?c)2?0(?c)31

?c?120?时，Icm1最大，输出功率Po最大，但放大器处于甲乙类，效率?c低。 ?c?0?时，g1(?c)最大，效率?c最高，但Icm1?0，输出功率Po?0。

兼顾功率与效率，最佳通角取70?左右。

6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性

高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、激励电压Vbm、供电电压VCC、VBB等4个参量决定的。 改变Rp、Vbm、VCC、VBB，可以调整欠压、临界、过压三种工作状态。 首先建立由Rp、Vbm、VCC、VBB所表示的输出动态负载曲线。 1. 谐振功率放大器的动态特性

外电路特性：vBE??VBB?Vbmcos?t ，

vCE?VCC?Vcmcos?t

晶体管转移特性：iC?gc(vBE?VBZ)。

消去cos?t、vBE，得iC?vCE平面的动态特性曲线(交流负载线或工作路，外电路特性+晶体管特性)，

Vbm?VbmVCC?VBZVcm?VBBVcm?v??gd(vCE?V0) （放大区，实际为曲线） CE??Vcm?Vbm?Vcm?VCC?VCES，设计时通常已知。 iC??gc动态特性曲线作法： 点P+斜率

点Q+点A：Q处?t?90?，vCE?VCC，vBE??VBB，虚拟电流iC?IQ?gc(?VBB?VBZ)

A处?t?0?，vCE?vCEmin?VCC?Vcm，vBE?vBEmax??VBB?Vbm，iC?gc(VBE?VBZ)

动态特性曲线的斜率为负值，即从负载方面看，放大器相当于负电阻，可以输出电能至负载。 截止区和饱和区内的动态特性曲线分别和输出特性曲线的截止线和临界饱和线重合。

ic ic

vBE=vBE max B A

1 1 2 2 iCmax 3 Rp C 3 负载增大 D vCE VCC ?t

0 P Q

180? Vcm 1.欠压状态

半导通角 ＜90? VCE min Vcm 2.临界状态 Vcm 3.过压状态

在过压状态，iC波形顶部发生凹陷, 这是由于过压区转移特性为负斜率。

用类似方法，可得出iC?vBE坐标平面的动态特性曲线。

32

2. 谐振功率放大器的负载特性

Vbm、VCC、VBB不变，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp变化的特性。

VbmV??gcbm，Rp反映负载线的斜率gd。 VcmIcm1Rp欠压：Rp小，Vcm小。Rp↑，iCmaxIC0Icm1略↓（几乎不变，恒流），Vcm?Icm1Rp↑。

12 Po?Icm1Rp小，?c低（Pc?iCvCE大）。用于晶体管基极调幅。

2临界： Vcm大，Po最大。?c较高（Pc?iCvCE小）。用于发射机末级功放。

21Vcm过压： Rp大，Vcm大。Rp↑，iCmax↓（下凹），Vcm基本不变（恒压），Po??小，?c小。

2Rpgd??gc弱过压时效率最高。负载阻抗变化时，输出电压平稳且幅值大，用于发射机中间级、集电极调幅级。

Vcm ?c=Po/P= Icm1

P==VCCIC0 Ic0 Po=VcmIcm1/2 Pc=P=-Po 0 0 欠压 临过压 Rp 欠压 临过压 Rp

界 界

掌握负载特性，对分析集电极、基极调幅电路，对调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。

(Vcc?Vces)2临界工作状态对应的负载电阻值称为最佳负载电阻值：Rp?。

2Po最佳负载随导通角?c而改变。?c小，Rp大。

判断放大器是否为临界工作状态的条件：Vcm?VCC?VCES

6.3.4 各极电压对工作状态的影响

1. 电源电压VCC对谐振功率放大器工作状态的影响（Rp、Vbm、VBB不变）

VCC↑：Q点右移，斜率不变 → 欠压区（IC0Icm1略↑，几乎不变） VCC↓：Q点左移，斜率不变 → 过压区（IC0Icm1↓，下凹加剧） VCC对Icm1Po影响大，用于集电极调幅。

ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic vBE 欠压 临界 过压 VCC5 VCC3 VCC1 vCE P==VCCIC0 Icm1 Ic0 Po=I2cm1Rp/2 Pc=P=-Po vC4 欠压 vC2 vC1 vC3 临界 0 过压状态 欠压状态 VCC 0 过压状态 欠压状态 VCC 过压 vC5 33 2. 激励电压Vbm对谐振功率放大器工作状态的影响（Rp、VCC、VBB不变）

vBEmax??VBB?Vbm，VBB??Vbm?

Vbm↑：vBEmax↑，静态特性曲线上移，负载线不变

→过压区（iCmax↑，但下凹加剧，IC0Icm1略↑）

Vbm↓：vBEmax↑，静态特性曲线上移，负载线不变

→欠压区（iCmax?gcVbm(1?cos?c)↓），用于基极调幅和已调波放大。

如果采用基极自给偏置电路，当Vbm增大时，基极负偏压也增大，将削弱Vbm对放大器工作状态的影响。

ic 0 vC4

vBE4 max vBE 3 max vBE 2 max vBE 1 max VCC Q vC3 vC2 vC1 vCE i Icm1 IC0 p P==VCCIC0 Po=I2cm1Rp/2 Pc=P=-Po O O 欠压状态 过压状态 Vbm 欠压状态 过压状态 Vbm t iE iC ?t ? 6.4 晶体管功率放大器的高频特性

1．基区渡越时间的影响 在高频小信号工作时，渡越角是以扩散电容的形式来表示基区渡越时间的iB 0 +?e -?e 影响。在大信号高频工作时，必须考虑结电容非线性特性。

2?e 2? 渡越角????

发射极电流iE： iE出现负脉冲。工作频率越高，iE负脉冲宽度越大，幅值越高，通角也越扩展。 集电极电流iC： 峰值滞后于iE，iC通角也增大，幅值下降。 基极电流iB：

iB?iE?iC，iB也出现负脉冲。工作频率越高，iE负脉冲宽度越大，幅值越高， 直流量IB0可能为负值，基波分量Ibm1增加，将提高对激励功率的要求。

2．晶体管基极体电阻rbb'的影响

频率增高时，基波分量Ibm1增加，表明b'e间的交流阻抗显著减小，因此rbb'的影响相对增加，要求的

激励功率将更大（分压关系），使功率增益进一步减小。 3．饱和压降VCES

大信号注入时，功率管饱和压降增大，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。VCES的增加，会使功率放大器的输出功率、效率、功率增益减少。

4．引线电感的影响

更高频率工作时，要考虑管子各电极引线电感的影响，其中发射极的引线电感影响最严重，它使输出输入电路之间产生寄生耦合。一般长度为10mm的引线，其电感约为10–3?H，感抗上产生负反馈电压，使输出功率及功率增益下降，并使激励增加。

34

6.5 高频功率放大器的电路组成

6.5.1 馈电线路 1. 集电极馈电电路

根据直流电源、晶体管、负载的连接关系，分为串联馈电和并联馈电两种。

C ”

L’ L L C C

L’ C ’ C ’

+VCC +VCC

串馈 并馈

高频扼流圈L'阻抗远大于Rp，C'阻抗远小于Rp 。

并馈电路中，信号回路两端均处于直流地电位，回路安装比较方便，调谐电容上无高压，安全可靠，缺点是对地的分布电容大，会影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。

2. 基极馈电电路

基极馈电电路也分串馈和并馈两种。

基极偏置电压VBB可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源VCC分压供给。在功放级输出功率大于1W时，基极偏置常采用自给偏置电路。

C\L'VBBC'VBBC'

串馈（互感耦合，用于低频或宽带） 并馈（电容耦合，用于高频）

C\L'C\rbb'IE0L'IB0RbC'IB0

ReCe

自给偏置（能自动稳定放大器的工作状态）

35

6.5.2 输入、输出与级间耦合回路 1. 输出匹配网络：

末级功放与天线或其他负载间的网络。 主要功能与要求：

匹配：将负载阻抗转换成放大器最佳负载阻抗Rp，最大功率传输至负载。

（丙类时，晶体管内阻非常数，阻抗匹配表示在给定电路条件下，电路送出额定功率至负载。） 滤波： 高效率：

常见匹配网络有复合输出回路、L型、?型、T型网络及由它们组成的多级网络，也有双调谐耦合回路。 复合输出回路（广泛应用）：

天线负载回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。 介于电子器件与天线回路之间的L1C1回路叫做中介回路。

RACA代表天线的辐射电阻与等效电容。

LnCn为天线回路的调谐元件，使天线回路处于串联谐振状态，以获得最大的天线回路电流iA，使天线辐射功率达到最大。

L1 C1 ik r? r1

从晶体管集电极向右方看去，等效为一个并联谐振回路。

由耦合电路理论，当天线回路调谐到串联谐振状态时，它反映到中介回路的等效电阻为

r???2M2R

A等效回路的谐振阻抗为R?Lp?1C

1(r1?r?)改变M，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。 天线断路（RA??），对器件不造成严重损害。

为使器件的输出功率绝大部分能送到负载上，希望反映电阻r?>>回路损耗电阻r1 。

中介回路传输效率（中介回路效率）?k：输出至负载的有效功率与输入到回路的总交流功率之比。

?回路送至负载的功率I2kr?r?k?电子器件送至回路的总功率?I2?

k(r1?r?)r1?r? 36

L1C1r1L1R?抗?p?有负载时的回路谐振阻C1(r1?r?)

?LQ0?无负载时的回路Q值?1r1?L1QL?有负载时的回路Q值?r1?r?Rp?无负载时的回路谐振阻抗?R?r?r1Q?k??1??1?p?1?L

r1?r?r1?r?RpQ0Q0↑，?k↑

QL↓，?k↑，但回路滤波作用差，一般QL?10。

L型匹配网络电路简单，容易实现，但电路的品质因数很低(通常Q＜10)，电路的滤波特性差。所以在实际的发射机中，常常选用T型或?型网络作匹配之用。

L型匹配网络： L L

Rp Rp

C RL RL C

(小) (大)

(a) RL＜Rp匹配网络 (b) RL＞Rp匹配网络

两种?形网络：R2代表终端负载电阻，R1代表由R2折合到左端的等效电阻。

R1 L1 R2 R1 C2 C1 C2 (a) XC?1QLXC?2R2R2R1R1C1 (b) L1 R2

R1XC?1QL

2(QL?1)?1?QLR1?R2?XC??1? 22?QL?1?QLXC??2XL?1R2R2R12(QL?1)?1QLR1??1?R2XL?21QL?1??QLXC2????

2. 输入匹配网络与级间耦合网络

多级功放中间级的问题：后级放大器的输入阻抗随激励电压的大小及晶体管的工作状态而变化。 中间级最主要保证其电压输出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则为次要问题。

37

中间级采取的措施：

中间级放大器工作于过压状态，近似恒压源。

降低级间耦合回路的效率?k，r1↑，减小r'影响。?k

T型匹配网络：

?0.1～0.5。

6.6 丁类(D类)功率放大器

丙类：?c↓，?↑，但Icm1↓，Po↓，iC为余弦脉冲。

要维持Icm1不变，必须加大激励电压，可能引起管子的击穿。 丁戊类：工作于开关状态，?c?90?，iC或vCE为脉冲，P%。 c?iCvCE?0，??100

丁类放大器控制晶体管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波或方波。电压开关型频率上限高。

38

优点：两管工作，最低谐波3次。 效率高。

缺点：开关瞬间功耗。 开关瞬间两管同时导通或截止，晶体管可能二次击穿。 戊类

6.7

6.8 宽带高频功率放大器

现代通信要求在宽波段工作范围内采用自动调谐技术，以便迅速转换工作频率。

宽带高频功放：用于发射机中间级线性放大，采用甲乙类避免谐波失真，宽频带，低效率。

低频功放：低频变压器。

功放阻抗变换 高频变压器：采用高磁导率磁心（获得低频大L，理想变压器要求）

宽带高频功放 +较少匝数（使高频漏感、分布电容小）。

传输线变压器：双绞线、带状传输线、同轴电缆绕于高频磁环。

1:1传输线变压器：

Rs.Vs+_.I33.ZiV11.I4.I1.2I2.V24Rs3412RL.Vs+_RL 传输线形式（高频段）：

两线圈电流大小相等，方向相反，磁芯中无磁场，无功率损耗，初次级能量传输靠分布电容。 终端匹配（RL?Zc特性阻抗）且传输线无损耗时 ，任一位置VIZ相等，且Zi?Zc 。 传输线长度↓，频率上限↑ 变压器形式（低频段）：

线圈中有激励电流，初次级能量传输靠磁耦合。初级电感↑，频率下限↓。

1:1传输线变压器用作平衡—不平衡转换器：

RsRs.Vs+_+V_3+RL/2_V/2_4+V/2+V/2_2.Vs.Vs+__Rs++V_3__V/2++4+V_1V/22RL1+RL/2V/2_ 阻抗匹配条件：Zi

?Zc?RL?Rs

39

2III2IRs.Vs3__+_Zi+V_1V++4+RLV_+V_Rs.Vs+Zi3_+V+V_4V2+_+RL+VV__122V_

1:4 4:1

Zi?

RLV2V ? Zi?4RL?I42IR最佳功率传输条件下ZC?RsRL?ZiRL?L 最佳功率传输条件下ZC?RsRL?2RL

2

6.9 功率合成器

功率合成：多个放大器输出功率叠加。

功率合成网络

关键部分 合称混合网络

功率分配网络 功率相加条件：Ｎ个同类型的放大器，它们的输出振幅相等，每个放大器供给匹配负载以额定功率。 要求 （推挽、并联电路满足）

相互无关条件：Ｎ个放大器彼此隔离。（推挽、并联电路不满足）

１:４传输线变压器组成的魔T型混合网络：

A端与B端和C端与D端互相隔离的条件是：

1RA?RB?2RC?RD?Zc?R，Zc为传输线特性阻抗。

2 A、B端送入同相激励电压，则C端得合成功率，D端无输出。 功率合成 A、B端送入反相激励电压，则C端无输出，D端得合成功率。

A、B之一损坏，C与D端得到相等功率。

C端送入激励功率，则A、B端得到同相相等功率，D端无输出。

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zmo3.html