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高频电子线路重点

 

第二章选频网络

一.基本概念

所谓选频(滤波),就是选出需要的频率分量和

滤除不需要的频率分量。

电抗(X)=容抗(

1

)+感抗(wL)

阻抗=电阻(R)+j电抗(

L

1

C

C

阻抗的模把阻抗看成虚数求模

二.串联谐振电路

1

1

1.谐振时,(电抗)X

0L

0

,电容、电感消失了,相角等于

0,谐振频率:

0

,此时|Z|最小

=R,电流最大

0C

LC

2.当w

0,X<0阻抗是容性;当

w>w0时,电压超前电流,相角大于

0,X>0阻抗

是感性;

Q

0L

1

3.回路的品质因素数

R

0CR(除R),增大回路电阻,品质因数下降,谐振时,电感和电容两端的电位

差大小等于外加电压的

Q倍,相位相反

4.回路电流与谐振时回路电流之比

1

1

N()ej()

(幅频),品质因数越高,谐振时的电流越大,比值

jQ(

0)

0

越大,曲线越尖,选频作用越明显,选择性越好

5.失谐△w=w(再加电压的频率)

-w0(回路谐振频率),当w和w0很相近时,2

0.7

21,

ξ=X/R=Q×2△w/w0是广义失谐,回路电流与谐振时回路电流之比

N(

1

1

2

2

1

6.当外加电压不变,

w=w1=w2时,其值为1/√2,w2-w1为通频带,w2,w1为边界频率/半功率点,广义失谐为±1

L

R

7.2

0

,品质因数越高,选择性越好,通频带越窄

07

Q

2f07

f0

2f

0.7

1

8.通频带绝对值

Q

通频带相对值

f0

Q

 

+

Vs

9.相位特性

C

arctanQ

0

arctan

Q越大,相位曲线在

w0处越陡峭

10.能量关系

0

电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量,消耗能量的只有损耗

电阻。

回路总瞬时储能

w

wL

wC

1

CQ2Vsm

2sin2

t

1

CQ2Vsm2

cos2

t

1

CQ2Vsm2

2

2

2

2

回路一个周期的损耗

wR

2π1Vsm

1

2π1

CQVsm

2

1CQ2Vsm2

2

R

0

2

回路储能

wLwC2

1

Q,所以Q

1

表示回路或线圈中的损耗。

wR

2

每周期耗能

CQVsm

2

,是指:

回路中储存的

能量是不变的,只是在电感与电容之间相互转换;外加电动

就能量关系而言,所谓“谐振”

势只提供回路电阻所消耗的能量

,以维持回路的等幅振荡,而且谐振回路中

电流最大。

11.电源内阻与负载电阻的影响

Q0

QL

RS

RL

1

R

R

三.并联谐振回路

L

1

C

1.一般无特殊说明都考虑

wL>>R,Z

CR

1

LC

1

j

C

Rj

L

L

L

Is

反之wp=√[1/LC-(R/L)

2]=1/√RC·√1-Q2

C

R

2.Y(导纳)=CR

1

CR

1

jC

电导(G)=

电纳(B)=

C

.

与串联不同

L

L

L

L

3.谐振时B

C

1

0,p

1

回路谐振电阻Rp=

L

LC

4.品质因数

Qp

PL

1

Rp

RppC(乘Rp)

R

PCR

pL

L

CR

=QpwpL=Qp/wpC

5.当w0导纳是感性;当

w>wp时,B<0导纳是容性

(看电纳)

电感和电容支路的电流等于外加电流的

Q倍,相位相反

并联电阻减小品质因数下降通频带加宽,选择性变坏

6.信号源内阻和负载电阻的影响

Rp

1

Qp

1

QL

R

R

Qp

pLGpGsGL

pL

PL

1

p

p

Rs

RL

由此看出,考虑信号源内阻及负载电阻后,品质因数下降,并联谐振回路的选择性变坏,通频带加宽。

 

四.串并联阻抗等效互换

1.并联→串联

Rs

RpXp2

Xs

Rp2Xp

Q=Xs/Rs

Rp2

Xp2

Rp2

Xp2

2.串联→并联

R

≈R

Q

2

X=X

Q=R

/X

s

p

s

ps

p

3.抽头式并联电路

为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的影响,信号源或负载电阻不是直接接入回路,而是经过一些简单的变换电路,将它们部分接入回路。

+

L

+

+

+

Rp

V

P2

RL

C

P

Is

C

Rp

RL

V

+

C

L

R

V

P

VL

Is

C

L

1

-

RL

VL

-

-

-

-

—(a)

a)

b)

(b)

C1

+

RL

12RL

P

p

+

CL

RL

V

C2

RL

VL

p

VL

-

-

b)

V

a)

考虑接入后等效回路两端电阻和输出电压的变化

 

第三章高频小信号放大器

一.基本概念

1.高频放大器与低频放大器主要区别:

工作频率范围、频带宽度,负载不同;

低频:

工作频率低,频带宽,采用无调谐负载;高频:

工作频率高,频带窄,采用选频网络

2.谐振放大器又称(调谐)/高频放大器:

靠近谐振,增益大,远离谐振,衰减

3.高频小信号放大器的主要质量指标

1)增益:

(放大系数)

Vo

Po

Av

Vo

Ap

Po

Av

Ap

(2—3dB

20log

10log

Vi

Pi

,0.5—(-3dB)

Vi

Pi

2)通频带

1

2f07

f0

增益下降到

时所对应的频率范围为

Q

2

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

 

a)矩形系数Kr01

2f

2f

0.1

或Kr0.01

2

f0.01

(放大倍数下降到

0.1或0.01)

2

f0.7

0.7

K→1,滤除干扰能力越强,选择性越好

A

b)抑制比表示对某个干扰信号fn的抑制能力

dn

Av0

Av0

4)工作稳定性

Avn

Avn

不稳定引起自激

5)噪声系数

f

二.晶体管高频小信号等效电路与参数

fnf0

抑制比

1.形式等效电路(网络参数等效电路)

h参数系

输出电压、输入电流为自变量,输入电压、输出电流为参变量

zz参数系

输入、输出电流为自变量,输入、输出电压为参变量

y参数系(本章重点讨论)

输入、输出电压为自变量,输入、输出电流为参变量

输入导纳yi

I1

(输出短路)

输出导纳

I2

V0

(输入短路)

V

2

0

yo

V1

V2

1

I2

I1

正向传输导纳

yf

(输出短路)

反向传输导纳

yr

(输入短路)

V1

V20

V2

V10

yfe越大,表示晶体管的放大能力越强;y

re越大,表示晶体管的内部反馈越强。

yreyfe

yreyfe

?

?

V2

yfe

Yi

yie

YL

Yoyoe

y

Y

Av

?

y

oe

L

yoe

ies

V1

Y

缺点:

虽分析方便,但没有考虑晶体管内部的物理过程,物理含义不明显,随频率变化参考书本62页例题

2.混合π等效电路

优点:

各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。

缺点:

分析电路不够方便。

3.混合π等效电路参数与形式等效电路

y参数的转换

y

=g+jωC

ie

y=g+jωC

oe

ie

ie

oe

oe

yfe=|yfe|∠φfe

yre=|yre|∠φre

4.晶体管的高频参数

1)截止频率fβ

.

0

1j

f

f

1

放大系数β下降到β

0的

的频率

2

2)特征频率飞fT

fT

2

1,当β0

当β下降至

1时的频率

时,

fT0fβ。

0

>>1

3)最高振荡频率fmax

频率参数的关系:

fmaxfTfβ

晶体管的功率增益为

1时的工作频率

注意:

f≥fmax后,Gp<1,晶体管已经不能得到功率放大。

三.单调谐回路谐振放大器

 

等效变换

1.电压增益

Av0

p1p2yfe

p1p2yfe

yfe

谐振时

匹配时

GP

Gp

2

2

(Avo)max

p1goe1

p2gie2

2go1gi2

2.功率增益

APo

Po

(Avo)2gie2

Pi

gie1

Gp

0

1)如果设LC调谐回路自身元件无损耗,且输出回路传输匹配

2

2

yfe

2

p1

goe1p2gie2

那么最大功率增益为

AP0

max

4gie1goe1

Gp0

2)如果LC调谐回路存在自身损耗,且输出回路传输匹配

p12goe1

p22gie2

引入扎入损耗K1

1

1

=回路无损耗时的输出功率(P)

/回路有损耗时的输出功率(P’)=

(1

(其中

2

(1QL)2

QL)2A

那么最大功率增益为

A

max

yfe

(1

max此时的电压增益为

(A)

max

P0

4gie1goe1

Q0

P0

vo

Q0

3.通频带与选择性

2f0.7

f0

(通频带)

QL

Kr01>>1)

选择性无论Q值为多大,其谐振曲线和理想的矩形相差甚远,选择性差(

4.级间耦合看书76页例题

四.多级单调谐回路谐振放大器

n

1.放大器的总增益

Av

Av1Av2

Avn

Av1

2.m级放大器的通频带

1

f0

1

2f0.72m

1

2m

12f0.7

单级

QL

五.谐振放大器的稳定性

 

1

QL)2

Q0

 

|yfe|

QL

(1

Q0

2go1gi2

2g2

1.稳定系数S

(其中g2=g1g2)如果S=1,放大器可能产生自激振荡;如果S>>1,放大器不会产生

yfe

0Cre

2yfe

自激。

S越大,放大器离开自激状态就越远,工作就

越稳定。

一般要求S=5~10,Av0

S0Cre

2.单向化

什么是单向化:

讨论如何消除yre(反向传输导纳)的反馈,变“双向元件”为“单向元件”的过程。

为什么单向化:

由于晶体管内存在yre的反馈,所以它是一个“双向元件”。

作为放大器工作时,yre的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。

如何单向化:

1)失配法

信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配;晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。

注意:

失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。

2)中和法(不做讨论)

六.放大器中的噪声

1.内部噪声的来源于特点

由元器件内部带电粒子的无规则运动产生,大多为白噪声(在整个频域内,功率谱密度均匀分布的噪声;亦即:

所有不同频率点上能量相等的随机噪声)

2.电阻热噪声

噪声电压的均方值vn

2

4kTR

fn

噪声电流的均方值in

2

4kTGfn

功率谱密度S(f)

4kTR

{其中k

1.38

1023J/K,波尔兹曼常数

T

为绝对温度(=摄氏温度+273),单位为K

R(或G)为

fn内的电阻(或电导)值,单位为Ω}

3.晶体管噪声

1)热噪声:

主要存在于(基区体电阻)内

2)散粒噪声(主要来源)

3)分配噪声

4)闪烁噪声(1/f噪声)

4.场效应管的噪声(比晶体管低得多)

 

白噪声

1)热噪声:

由漏、源之间的等效电阻产生;由沟道内电子不规则运动产生。

2)散粒噪声:

由栅、源之间PN结的泄漏电流引起。

3)闪烁噪声

七.噪声系数的表示和计算

1.信噪比

有用信号功率

Ps与噪声功率Pn的比值→PS/PN=S/N=SNR=信号功率/噪声功率

2.噪声系数:

Fn反映了信号经过放大后,信噪比变坏的程度

Fn

Psi

/Pni

Fn(dB)

输入信噪比与输出信噪比的比值

分贝Fn

(dB)

10lgFn

Fn1010

Pso

/Pno

输出噪声Pno

P

P

PniAp

P

放大器自身的噪声经放大

n0I

n0II

n0II

输入端的噪声经放

放大器自身的噪声

Pn0II

后在输出端呈现的功率

大后在输出端呈现

Fn

1

经放大后在输出端

Pn0I

的功率

呈现的功率

输入端的噪声经过放大

3.噪声温度T

=(F-1)T

后在输出端呈现的功率

i

n

4.灵敏度

当系统的输出信噪比给定时,有效输入信号功率P’

称为系统灵敏度,与之相对应得输入电压称为最小可检测信号

si

P’=F

(kT△f)(P’/P’)===lgP’=lgF+lg(kT△f)+lg(P’/P’)

书上116页例题

sin

n

so

no

si

n

n

so

no

5.等效噪声宽度

6.减小噪声系数的措施

选用低噪声元、器件;正确选择晶体管放大级的直流工作点;选择合适的信号源内阻Rs;选择合适的工作宽度;选用合适的放大电路;降低主要器件的工作温度

第五章高频功率放大器

 

一.基本概念

1.谐振(高频)功放与非谐振(低频)功放的比较相同:

要求输出功率大,效率高

不同1:

工作频率与相对频宽不同不同2:

负载不同

低频功放,采用无调谐负载;

高频功放,一般采用选频网络作为负载;新型宽带功放采用传输线作为负载。

不同3:

工作状态不同

低频功放,工作于甲类(

360度)、甲乙类或乙类(

180度)(限于推挽电路)状态;

高频功放,一般工作于丙类(<180度)(某些特殊情况下可工作于乙类)。

二.工作原理

输出功率

=Po

C

直流电源提供的直流功

率P

=Po

PoPC

P=PoPC

P(直流电源供给的直流功率)

Po(交流输出信号功率)

PC(集电极耗散功耗)

 

三.晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法

1.为了对高频功率放大

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