高频教案黄明汇总.docx

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高频教案黄明汇总

《高频电子线路》

教案

黄明

2016.8

第一章绪论

教学内容：

信息技术

通信系统

收音机电路

教学目的：

1了解信息技术的概念

2了解无线电通讯系统的基本组成及工作原理

3.对收音机电路有个初步了解

教学重点：

信息技术的概念、无线通讯发送、接收设备的组成及工作原理

教学难点：

超外差收音机的组成及各部分的作用

第一章绪论

1.1信息技术

1.信息技术两大重要组成部分——信息传输和信息处理

信息传输的要求主要是提高可靠性和有效性。

信息处理的目的就是为了更有效、更可靠地传递信息。

2.高频的概念

所谓“高频”，广义上讲就是适于无线电传播的无线电频率，通常又称为“射频”。

1．2通信系统

一、基本概念

1.通信：

将信息从发送者传到接收者的过程

2.通信系统：

实现传送过程的系统

3.通信系统基本组成框图

通信过程

通信系统的分类

6.为什么无线电传播要用高频？

二、无线通信系统

1.无线通信系统的发射设备

2.无线通信系统的接收设备

三、本课程主要内容

1.3收音机电路

第二章通信信号的接收

教学内容：

2.1概述

2.2小信号谐振放大器

教学目的：

1.了解高频调谐放大器的功能及分类

2．了解高频小信号放大器主要性能指标

3.了解LC并联谐振回路的选频特性

教学重点：

高频小信号放大器主要性能指标

教学难点：

LC并联谐振回路的选频特性

第二章通信信号的接收

——高频小信号放大器

2.1概述

一、高频调谐放大器的功能及分类

1.功能：

放大和选频。

放大是放大有用信号，选频：

有用信号，抑制无用信号。

2.分类：

按信号大小分小信号、大信号调谐放大器；按调谐回路个数分单调谐、双调谐放大器；按器件分有晶体管、场效应管放大器；按电路组态分共e、共b、共c放大器。

3.高频小信号放大器的两种主要类型：

集中选频放大器、谐振放大器

4.高频小信号放大器的典型应用

二、高频小信号放大器主要性能指标

1.谐振增益：

放大器的谐振增益是指放大器在谐振频率上的电压增益。

2.通频带：

通频带是指信号频率偏离放大器的谐振频率fo时，放大器的电压增益Au下降到，谐振电压增益Auo的0.707时，所对应的频率范围，一般用BW0.7表示。

BW0.7=fH一fL

3.选择性：

放大器从各种不同频率的信号中选出有用信号抑制干扰信号的能力，称为选择性。

衡量选择性有不同的方法。

现介绍两种基本方法:

矩形系数K0.1、抑制比d工作稳定性。

4.噪声系数NF

2.2小信号谐振放大器

2．2．01LC并联谐振回路的选频特性与阻抗变换特性

一、LC并联谐振回路的选频特性

1.回路总导纳Y＝RCL+j（wC－1wL）＝GP＋jB

2.回路谐振电导GP＝RCL＝1RP电纳B＝wC－1wL

3.谐振频率0＝1LC或f0＝12LC

4.回路两端谐振电压UAB＝U0＝IsGP＝Is（LRC）＝IsR

5.回路空载品质因数Q0＝0LR＝10CR＝LCR＝R

故谐振电阻RP＝LCR＝Q00L=Q00C

6.单位谐振曲线

7.通频带、选择性

8.信号源内阻及负载对谐振回路的影响

2.2小信号谐振放大器

教学内容：

2.2.01LC并联谐振回路的选频特性与阻抗变换特性

2.2.02晶体管Y参数等效电路

教学目的：

1.了解几种阻抗变换电路

2.熟悉晶体管Y参数等效电路

教学重点：

晶体管Y参数等效电路

教学难点：

晶体管四个Y参数的意义

二、变压器和LC分压式阻抗变换电路

1.变压器的耦合联接

设初级线圈数为N1，，次级线圈数为N2。

在变压器紧耦合时，负载电阻RL与等效负载R‘L的关系为R‘L＝（N1/N2）2RL

2.自耦变压器的耦合联接

3.变压器自耦变压器的耦合联接

2.2.02晶体管Y参数等效电路

一、晶体管的Y参数的网络方程

Ib＝yieUbe＋yreUce

IC＝yfeUbe＋yoeUce

二、四个Y参数

yie＝Ib／Ube|Uce＝0＝gie+jwCie

yfe＝Ic／Ube|Uce＝0

yre＝Ib／Uce|Ube＝0

yoe＝Ic／Uce|Ube＝0＝goe+jwCoe

三、晶体管Y参数等效电路

2.2.1教学内容：

单级单调谐放大器

教学目的：

1.了解调谐放大器工作原理

2.掌握调谐放大器分析方法

教学重点：

1.调谐放大器分析方法

2.调谐放大器性能指标分析

教学难点：

用接入系数的概念将所有Y参数及其负载折合到调谐回路两端的交流等效电路图

2.2.1单级单调谐放大器

一、基本电路与工作原理

二、电路分析

1.直流通路2.交流通路

3.高频Y参数等效电路

晶体管接入回路的接入系数n1＝N12/N13

负载接入回路的接入系数n2＝N45/N13

I‘S＝n12IS＝n1YfeUbe

g‘oe＝n12goe，C‘oe＝n12Coe

g‘L＝n22gL，C‘L＝n22CL

G＝g‘oe＋g‘L＋gP

C＝C‘oe＋C‘L＋C

导纳Y＝G＋jwC＋1/jwL

输出电压U‘o＝－I‘s/Y＝－n1YfeUbe/Y＝Uo/n2

三、性能指标分析

1.电压增益Au＝U0Ube－n1n2Yfe/〔G（1＋j2QLf/f0）〕

当回路谐振时，f＝0，放大器谐振电压增益为

Auo＝－n1n2Yfe/G

Auo＝n1n2Yfe/G＝n1n2Yfe/（n12goe＋n22gL＋gP）

2.功率增益Gpo＝PoPi＝U2oU2i＝A2uo

3.单调谐放大器的通频带

4.单调谐放大器的选择性矩形系数K0.1=BW0.1/BW0.7＝102－19.95》1

2.2.2多级单调谐回路谐振放大器

教学内容：

2.2.2多级单调谐回路谐振放大器

2.2.3双调谐回路谐振放大器

2.2.4谐振放大器的稳定性

教学目的：

1.了解双调谐放大器的性能指标

2.了解调谐放大器不稳定的因素

3.掌握稳定措施

教学重点：

稳定措施

教学难点：

中和法

一、双级单调谐放大器电路图

二、性能指标（n级相同电压增益的单调谐放大器级联）

1.电压增益

Au＝Au1Au2Au3Aun＝Aunn

谐振时Auo＝Aunn＝n1n2Yfe/Gn

2.通频带

3.选择性

2.2.3双调谐回路谐振放大器

一、原理图

二、性能指标

1.电压增益

临界耦合的电压增益、强耦合及弱耦合时电压增益

2.通频带

临界耦合时双调谐放大器的通频带BW0.7＝2f0QL

3.选择性

临界耦合时双调谐放大器的矩形系数K0.1=BW0.1/BW0.7＝4100－13.16

补充：

参差调谐放大器、参差调谐放大器，是由若干级单调谐放大器组成，每级回路的谐振频率参差错开，常用的有双参差和三参差调谐放大器。

2.2.4谐振放大器的稳定性

为提高放大器的稳定性，通常从两方面着手。

一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳Yre值。

二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化。

具体方法有中和法和失配法。

1.中和法

中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路），来抵消晶体管内部参数Yre的反馈作用。

使通过CN的外部电流和通过Cb‘c的内部反馈电流相位相差180

2.失配法

失配法通过增大负载电导YL，进而增大总回路电导，使输出电路严重失配，输出电压相应减小，从而使输出端反馈到输入端的电流减小，对输入端的影响也就减小。

用两只晶体管按共射一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。

实验：

高频单调谐回路放大器实验

教学目的

1.通过实验进一步熟悉调谐放大器原理和特点

2.掌握调谐放大器参数的测定

教学重点：

通频带、选择性、增益的测试方法

教学难点：

增益的测试

高频单调谐回路放大器实验

一、实验线路（见实验指导书P28）

二、仪器设备

BT—3扫频仪一台

示波器一台

高频信号发生器一台

万用表一只

稳压电源一台

高频实验箱一台

三、实验内容

1．测量静态工作点

2.测量三极管动态

3．测量放大器的频率特性

4．用BT—3扫频仪进行测量谐振曲线

四、实验报告要求

1．整理实验数据和结果，回答其中提出的问题。

2．从实验结果分析中说明：

（1）调谐放大器与一般放大器比较具有什么特点？

（2）如何改善调谐放大器的矩形系数。

2.3集中选频放大器

教学目的

1.了解陶瓷滤波器的特性及优缺点

2.了解压电陶瓷片等效电路和电路符号

3.了解声表面波滤波器基本结构、符号和等效电路及工作原理

教学重点：

声表面波滤波器基本结构、符号和等效电路及工作原理

教学难点：

声表面波滤波器基本结构、符号和等效电路及工作原理

2.3集中选频放大器

2.3.1集中滤波器

集中滤波器的任务是选频，要求在满足通频带指标的同时，矩形系数要好。

其主要类型有集中LC滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。

一、陶瓷滤波器

1.陶瓷滤波器的特性

陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器。

所谓压电效应，就是指当陶瓷片发生机械变形时，例如拉伸或压缩，它的表面就会出现电荷；而当陶瓷片两电极加上电压时，它就会产生伸长或压缩的机械变形。

2.压电陶瓷片等效电路和电路符号

3.电抗曲线

一个是串联谐振频率fs，另一个是并联谐振频率fp，

4.四端陶瓷滤波器及电路符号

5.陶瓷滤波器的优缺点

二、声表面波滤波器

1.声表面波滤波器基本结构、符号和等效电路

2.声表面波滤波器工作原理

3.均匀叉指换能器的频率特性

－均匀叉指换能器是指长、指宽以及指距均为一定值的结构

4.非均匀叉指换能器

5.声表面波滤波器的优点

6.声表面波滤波器与放大器的连接

2.4放大器的噪声

教学目的：

1.了解几种内部噪声：

电阻热噪声、晶体管噪声和场效应管噪声

2.掌握线性四端网络的噪声系数的计算方法

3.了解等效输入噪声温度

4.解降低噪声系数的措施

教学重点：

线性四端网络的噪声系数的计算方法

教学难点：

线性四端网络的噪声系数的计算方法

2.4放大器的噪声

噪声的种类很多。

有的是从器件外部窜扰进来的，称为外部噪声；有的是器件内部产生的，称为内部噪声。

内部噪声源主要有电阻热噪声、晶体管噪声和场效应管噪声三种。

一、电阻热噪声

电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动而产生的。

自由电子的这种热运动在导体内会形成非常微弱的电流，这种电流呈杂乱起伏的状态，称为起伏噪声电流。

起伏噪声电流流过电阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压。

把这种在整个无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声

1.噪声电流功率频谱密度和噪声电压功率频谱密度

SI（f）＝4kT/RA2/Hz

SU（f）＝4kTRV2/Hzk＝1.3810－23J/K

2.热噪声均方值电流和均方值电压

In2＝SI（f）BW＝4kTBW/R

Un2＝SU（f）BW＝4kTRBW

所以，一个实际电阻可以分别用噪声电流源和噪声电压源表示。

3.电阻热噪声等效电路

二、晶体管噪声

晶体管噪声主要包括以下四部分：

1.热噪声

2.散弹噪声

散弹噪声是晶体管的主要噪声源。

是由单位时间内通过PN结的载流子数目随机起伏而造成的。

3.分配噪声

4.闪烁噪声

闪烁噪声又称低频噪声。

一般认为是由于晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的，其特点是频谱集中在约lkHz以下的低频范围，且功率频谱密度随频率降低而增大。

三、场效应管噪声

沟道热噪声、栅极漏电流产生的散弹噪声、在高频时同样可以忽略场效应管的闪烁噪声。

四、额定功率和额定功率增益

五、线性四端网络的噪声系数

1.噪声系数的定义

放大器的噪声系数NF（NoiseFigure）定义为输入信噪比与输出信噪比的比值，即：

NF=（Psi/Pni）/（Pso/Pno）

2.噪声系数的计算式

3.放大器内部噪声表达式

4.多级放大器噪声系数的计算

5.无源四端网络的噪声系数

六、等效输入噪声温度

噪声温度Te是指把放大器本身产生的热噪声功率折算到放大器输入端时，使噪声源电阻所升高的温度。

七、降低噪声系数的措施

第三章通信信号的发送

―――高频功率放大器

教学目的：

1.了解高频功率放大器的任务应用及特点

2.了解高频功率放大器的工作原理

教学重点：

高频功率放大器的工作原理

教学难点：

丙类工作状态分析

第三章通信信号的发送

―――高频功率放大器

3.1概述

一、高频功率放大器的应用和任务

二、高频功率放大器的特点

1．高频功率放大器与低频功率放大器的异同点

相同点：

输出功率大、效率高

不同点：

频带宽度不同、负载

2．高频功率放大器与高频小信号调谐放大器的异同点

相同点：

工作在高频段、调谐回路作负载

不同点：

信号大小不同、任务不同、分析方法不同

三、主要技术指标

1．输出功率PO（高）

2．效率ηC（高）

3．功率增益GP（大）

四、高频功率放大器的工作原理

（一）放大器工作状态的分类

1．通角θ的概念

2．放大器的工作状态按通角来分：

θ＝180°甲类θ＝90°乙类θ﹤90°丙类

（二）高频功率放大器（丙类放大器）的分析方法

1.把信号看作低频大信号分析，即忽略晶体管的高频效应。

2.谐振回路视为理想滤波器（不考虑各次谐波的影响）

3.放大器件的特性曲线折线化

（二）高频功率放大器工作原理图

组成：

晶体管、输入输出调谐回路、直流电源、C1、C2高频旁路电容

（三）工作原理

——Eb为负值或小于Vj的电压，使放大器工作在丙类

3.2谐振功率放大器的分析

3.2.1功率放大器的性能分析

3.2.2功率放大器的工作状态分析

教学目的：

1.了解集电极余弦脉冲电流的分解方法

2.了解高频功率放大器的动态特性

教学重点：

电压利用系数和电流利用系数

教学难点：

脉冲电流的分解、高频功率放大器动态特性分析

3.2谐振功率放大器的分析

3.2.1功率放大器的性能分析

一、集电极电流和通角

cos＝（vj－UBB）/Ubm

iC＝iCmax（coswt－cos）/（1－cos）

将其傅里叶级数展开iC＝IC0＋IC1mcoswt＋IC2mcos2wt＋…＋ICnmcosnwt

其中IC0＝0（）iCmaxIC1m＝1（）iCmaxIC2m＝2（）iCmax……ICnm＝n（）iCmax

二、输出功率PoPo=UcmIc1m/2=I2c1mRP/2

三、两个利用系数

⒈集电极电压利用系数=Ucm/UCC=RPIc1m/UCC

⒉电流利用系数g1（）=a1（）/a0（）

四、效率CC=Po/PD=（UcmIc1m）/（2EcIc0）=1/2g1（）

3.2.2功率放大器的工作状态分析

一、动态特性

uBE=EB+Ubmcoswt——①

uCE=Ec－Ucmcoswt——②

由②式得coswt=（Ec－uCE）/Ucm代入①式得：

uBE=EB+Ubm（Ec－uCE）/Ucm

∴ic=gc（uBE－Vj）=-gc（Ubm/Ucm）[uCE－（UbmEc+UcmEB－UcmVj）/Ubm]

即动态特性曲线是一条斜率为-gc（Ubm/Ucm）、截距为（UbmEc+UcmEB－UcmVj）/Ubm的直线。

（图中Ec即UCC、EB即UBB、gc即G）

图中OP为临界饱和线，方程为

ic=gcruCE（当uCE＜UCES时）

gcr为临界线斜率、UCES为临界饱和压降。

OP以右为放大区，集电结反偏。

当uCE一定时，iB增大，ic也增大。

OP以左为

和区，集电结正偏。

当uCE一定时，iB增大，ic不变。

从图中可以看出ic与gc、

Vj、Ec、EB、Ubm、Ucm（RP）有关，当晶体管选定后gc、Vj一定，ic仅与Ec、

EB、Ubm、Ucm（RP）有关。

3.2.2功率放大器的工作状态分析

教学目的：

1.掌握高频功率放大器负载特性曲线

2.了解EC、Ubm、Eb分别变化时对放大器工作状态的影响

教学重点：

1.丙类高功放负载特性曲线三种工作状态

2.集电极、基极调制特性

教学难点：

丙类高功放负载特性曲线三种工作状态

3.2.2功率放大器的工作状态分析

一、负载特性

⒈不同Re对Ucm的影响

当Re增加时，引起Ucm增大。

⒉不同Re对动态特性曲线的影响

∵ic=gc（uBE－Vj）

∴静态IQ=gc（EB－Vj）一定、又EC一定，

∴当Re变化时Q点位置不变。

当Re增加时，动态特性曲线绕Q点逆时针旋转。

⒊不同Re对工作状态的影响

①Re较小，Ucm较小，欠压状态，ic波形为尖顶余弦脉冲。

②Re增加，Ucm增加，使EC－Ucm=UCES

临界工作状态，ic波形仍为尖顶余弦脉冲。

③Re较大，Ucm较大，过压状态，动态线在A3点转折，由此动态线对应作出的ic波形为一中间有凹陷的脉冲。

⒋负载特性曲线

——以Re为横坐标，Ic1m、Ic0、Ucm、C、Po、PD、Pc与Re的关系（晶体管一定，且Ubm、Ec、EB一定）

5.三种工作状态比较

（1）欠压状态：

Po、C均低，Pc较大，ic为尖顶余弦脉冲。

（2）临界状态：

Po最大，C较高，ic为尖顶余弦脉冲——最佳状态。

条件：

EC－Ucm=UCESIcmax=gcrUCES

（3）过压状态：

弱过压时C最高，但Po逐步减小，ic为有凹陷的余弦脉冲。

Ucm随Re变化不大，即Ucm较为稳定。

三、丙类放大器的电压特性（调制特性和放大特性）

（一）放大特性

——是指Re、Ec、EB一定时，放大器的输出功率、电压、效率随输入信号的电压振幅Ubm的变化情况。

Ubm增加，将使IBmax增加、Icmax增加且通角增加，放大器从欠压工作状态进入过压状态。

（二）调制特性

⒈集电极调制特性

——当Re、Ubm、EB一定时，放大器性能随Ec变化的特性。

当EC变化时，Q点将移动，动态线将平移。

即EC减小，负载线向左平移，放大器从欠压工作状态进入过压工作状态。

⒉基极调制特性

——当Re、Ubm、EC一定时，放大器性能随EB变化的特性。

当Ubm一定，EB由负值逐渐增大到正值时会使通角增大，放大器的工作状态由欠压区进入过压区。

3.2.3谐振功率放大器电路

―――高频功率放大器的馈电电路及耦合电路

教学目的：

1．掌握高频功率放大器馈电方法和原则

2.了解高频功率放大器的耦合电路计算及工程计算

3.了解谐振功率放大器的调谐与调配方法

教学重点：

集电极馈电电路

教学难点：

高频功率放大器耦合电路的计算

3.2.3谐振功率放大器电路

―――高频功率放大器的馈电电路及耦合电路

一、馈电电路

⒈馈电原则及其方法

原则：

⑴直流分量（IB0、Ic0）对管外电路呈现短路，不消耗直流能量

⑵基波分量（IB1m、Ic1m）允许通过负载回路或输入回路，其余电路均短路。

⑶高次谐波分量（IBnm、Icnm）对所有电路呈现短路，不消耗能量。

方法：

⑴串馈：

晶体管、调谐回路、电源三者相串。

⑵并馈：

晶体管、调谐回路、电源三者相并。

⒉集电极馈电电路

⒊基极馈电电路

几种常用的基极偏置电路

二、耦合电路

⒈耦合电路作用

滤波、阻抗匹配

——输入、输出耦合电路往往称为匹配网络。

所谓阻抗匹配是通过匹配网络的作用，使负载阻抗的虚数部分与信号源内阻的

虚数部分相抵消（谐振），同时实数部分等于放大器所需的最佳负载值。

⒉形式

LC并联调谐回路

滤波器（倒L型、T型、∏型）

——倒L型网络由两个异性电抗元件组成。

——T型、∏型网络各由三个电抗元件（其中两个同性质，另一个异性质）组成。

串、并联阻抗变换：

Rp≈Qe2Rs，Xp≈Xs

注意阻抗变换后电抗元件的性质不变。

例题：

某电阻性负载为10Ω，请设计一个匹配网络，使该负载在20MHz时变换为50Ω。

如负载由10Ω电阻和0.2μH电感组成，又该怎样设计匹配网络？

（答案：

318pF、0.16μH；318pF、1560pF）

三、谐振功率放大器的调谐与调配

四、谐振功率放大电路

第四章正弦波振荡器

教学目的：

1.了解反馈式振荡器工作原理

2.掌握振荡器的起振条件、平衡条件

教学重点：

振荡的平衡条件（AuFu＝1、∑φ＝2n∏）

教学难点：

起振条件分析

第四章正弦波振荡器

4.1概述

一、振荡器与放大器的区别

放大器：

对外加的激励信号进行不失真的反大。

振荡器：

不需外加激励信号，靠电路本身产生具有一定频率、一定波形和一定幅度的交流信号。

二、振荡器的分类

1．按振荡原理分

2．按振荡波形分

三、振荡器的要求

4.2反馈式振荡器工作原理

一、LC并联谐振回路自由振荡原理

1．衰减振荡（线圈损耗）

2．补充能量（正反馈）

二、反馈式振荡器工作原理

1．从调谐放大器演变为自激振荡器

2．产生自激振荡的平衡条件

3．振荡器的组成

（1）放大器

（2）选频网络

（3）正反馈网络

（4）稳幅环节

三、振荡的起振条件

1．起振相位条件：

UF和Ube同相或∑φ＝2n∏

2．起振振幅条件：

UF＞Ube即AuFu＞1

3．振荡器的放大特性和反馈特性

4.2反馈式振荡器的工作原理（续）

4．3LC正弦波振荡电路

教学目的：

1．熟悉振荡稳定条件

2．掌握振荡管的偏置

3.了解互感耦合振荡原理

教学重点：

互感反馈式振荡电路正反馈的判断

教学难点：

互感反馈式振荡电路正反馈的判断

4．2反馈式振荡器工作原理

四、振荡的稳定条件

1．振幅稳定条件：

dAu／dUi|Au=1/Fu＜0

2．相位稳定条件：

dφ／df|f=f0＜0

4．3LC正弦波振荡电路

4.3.1互感反馈振荡器

一、互感反馈振荡器的振荡原理

1．基本电路

2．相位平衡条件

——由互感线圈的同名端来保证满足正反馈

3．起振条件和振荡频率

（1）起振条件AuFu＞1

（2）振荡频率f0≈1／2∏√LC

二、实用电路举例

三、互感反馈振荡器主要优缺点

1．优点：

易起