通信电子线路讲义

通信电子线路主讲石松绪论＊线性电路与非线性电路的概念０.1非线性电子线路的作用一、功率放大二、振荡器三、波形变换，频率变换调制、解调电路，混频、倍频电路等。

例：无线通信系统的发射、接收机电路框图。

图0-1-1无线通信系统的组成方框图图0-1-2无线电波传播方式图0-1-3 采用调幅方式的中波广播发射机组成方框图图0-1-4 采用调幅方式的中波广播接收机组成方框图0.2非线性器件的基本特点线性电阻：()()u t Ri t = 线性电容：()()q t Cu t = 线性电感：()()t Li t ψ=一、非线性器件特性的参数 ＊非线性电阻（电导）为例图0-2-1 0g 和g 的定义1.直流电导0Q Q QI g V =2.交流电导（微变电导、增量电导或时变增量电导）Q Q Qdi ig dv v ∆=≈∆ 交流电导也可表示为 ()Q Q g f V = 3.平均电导图0-2-2 在大信号作用下的电流波形(1)器件两端加上cos m v V t ω=的余弦电压 (2)器件中流过电流的傅里叶级数展开式为012cos cos2m m i I I t I t ωω=+++ (3)定义平均电导为1,mmav Q V mI g V =＊跨导也有直流跨导、交流跨导（增量跨导）及平均跨导的概念。

二、非线性器件特性的控制变量＊在电压与电流的关系中，存在谁控制谁的问题 例：隧道二极管的伏安特性曲线（电压控制电流）图0-2-3 隧道二极管的伏安特性曲线三、不满足叠加原理若()i f v =，则当12v v v =+时，不存在()()()12f v f v f v =+例：()2i f v v ==，当12v v v =+时()()2221212122f v v v v v v v =+=++ 即()()()12122f v f v f v v v =++0.3本课程的特点一、理解物理含义是根本，不要求过于繁琐的数学计算；二、掌握基本电路的功能和原理是关键，不要被具体的电路所迷惑；三、多思考，勤练习。

第一章 功率电子线路1.1功率电子线路概述 1.1.1功率放大器 一、性能要求安全、高效率和不失真（失真小）。

o P 输出信号功率 C P 功率管耗散功率 o o C o C DP PP P P η==+ 集电极效率 D o C P P P =+ 电源直流功率 二、功率管的运用状态a.甲类b.乙类c.甲乙类d.丙类图1-1-1 各种运用状态下的输出电流波形1、甲类 导通角3602、乙类 导通角1803、甲乙类 导通角略大于1804、丙类 导通角小于1805、丁类 导通角180 ，导通期间管子饱和6、戊类 电流导通角小于180 ，导通期间管子饱和集电极耗散功率计算式：2012C C CE P i v d t πωπ=⎰1.1.2电源变换电路1.直流-直流变换器（DC-DC Converter ） 斩波器2.交流-交流变换器（AC-AC Converter ）3.直流-交流变换器（DC-AC Converter ） 逆变器（Inverter ）1.1.3功率器件一、功率管散热和相应的CM P 1.热阻的概念图1-1-2 热传导过程的模拟 21th C T T R P -=2. 集电结允许最高结温jM T 下的C P 最大值为图1-1-3 CM P 与a T 之间的关系j M aCM thT T P R -=式中a T 为周围空气温度。

3.加装散热器后的热等效电路（a ）,（b ） 功率管底座上加装散热器 （c ） 相应的热等效电路图1-1-4 功率管的散热器及相应热等效电路j:集电结 s:散热器 c:管壳 a:周围空气 ()()()th th jc th cs th sa R R R R ≈++ 二、二次击穿图1-1-5 考虑到二次击穿后的功率管安全工作区三、功率MOS 管(a)结构剖面图 (b)转移特性 (c)温度特性图1-1-6 双扩散MOS 功率管四、绝缘栅双极型功率管（IGBT ）(a)结构 (b)等效电路 (c)电路符号图1-1-7 IGBT1.2功率放大器的电路组成和工作特性 1.2.1简单的共发射极放大器的功率分析图1-2-1 简单共发射电路图解分析一、电路参数计算输出信号功率：12o cm cm P V I = 静态工作点Q ：12CEQ CC V V =，2CC CEQCCCQ LLV V V I R R -==三极管瞬间电压、电流：sin CE CEQ ce CEQ cm v V v V V t ω=+=- sin C CQ c CQ cm i I i I I t ω=+=+各功率计算：2012D CC C CC CQ P V i d t V I πωπ==⎰22220111222L C L CQ L cm L CEQ CQ cm cm P i R d t I R I R V I V I πωπ==+=+⎰201122C C CE CEQ CQcm cm P i v d t V I V I πωπ==-⎰集电极效率：12cm cmo D CC CQV I P P V I η==，式中o P 取L P 中的交流输出功率部分12cm cm V I显然，最大集电极效率发生在输出信号振幅为最大值的时候，此时12cm CC CEQ V V V ==，cm CQ I I =因此max 125%4η== 二、结论1.除了有用的输出功率12o cm cm P V I =外，消耗的功率一部分在管子中（C P ），另一部分为L R 中的直流功率（CEQ CQ V I ）；2.在CC V 恒定的情况下，提高输出功率的方法只有增大cm I 的值，即减小负载L R 的值。

但需配合增大激励b i 的振幅，以确保cm I 及cm V 的振幅能达到最大；3.改变负载大小时，需要对输入激励和静态工作点作相应的调整：(1)改变负载大小；(2)负载线斜率发生变化；(3)重新调整静态工作点Q 为新的负载线中点；(4)改变输入激励大小，以让输出信号振幅在不失真条件下为最大。

图1-2-2 充分激励时L R 变化对功率性能的影响1.2.2甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率性能 一、甲类变压器耦合功率放大器(a)原理电路 (b)直流通路 (c)交流通路 图1-2-3 甲类变压器耦合功率放大器图1-2-4 甲类变压器耦合功率放大器的图解分析1.直流负载线方程CE CC v V =2.交流负载线方程CE c LCC v i R V '+= ()CE C CQ LCC v i I R V '+-= 1CC C CE CQ L LV i v I R R =-++'' 或0ce c Lv i R '+= 0CE CEQ c L v V i R '-+= 0CE CC c Lv V i R '-+=在电路输出功率为最大的情况下，当0C i =时，应有2CE CC v V =，因此有C C L V RI '= CCCQ LV I R =' 由此可确定电路的静态工作点(),CEQ CQ Q V I 。

3.功率性能分析三极管瞬间电压、电流：s i n C C Q c m i I I t ω=+ s i n C E C E Q c m v V V t ω=- 各功率：D C C P V I = 2012D C C C P i V dtπωπ=⎰12L o c m cmP P V I==12C C C CQc m c mP V I V I =- 2012C C E C P v i dtπωπ=⎰显然输出功率为最大时，集电极消耗功率最小。

此时，cm CC V V =，CCcm CQ LV I I R ==' 因此最大集电极效率为maxmax 1250%CC CQ o DCC CQV I P P V I η=== 由于负载不损耗直流功率，因此集电极效率相对简单的共发射极放大器提高了。

4.管子安全使用参数 (1)()max 12cm CC BR CEO V V V =<max 12cm CM I I <()max max max 1128o cm cm CM BR CEO P V I V I ≤<(2) max 12o CM P P ≤二、乙类推挽功率放大器1.变压器耦合推挽功率放大器(a)变压器耦合 (b)互补推挽图1-2-5 乙类推挽功率放大器原理电路2.互补推挽功率放大器图1-2-6 乙类互补推挽功率放大器的图解分析3.互补推挽电路的功率性能计算 若输入信号()sin i im v t V t ω=在不考虑失真的情况下，有当0t ωπ≤≤时，1sin C cm i I t ω=，20C i = （1T 导通，2T 截止）当2t πωπ<≤时，10C i =，2sin C cm i I t ω= （1T 截止，2T 导通）负载L R 上的电流、电压为sin L cm i I t ω≈ （11C E i i ≈，22C E i i ≈） sin L cm v V t ω= 其中cm cm L V I R ≈ (1)求D P单电源在一个信号周期内的电流平均值为()01sin 2cmC cm I I I td t πωωππ==⎰所以有120222CC cmCC cmD D D CC C LV I V V P P P V I R ππ=+==≈(2)其余功率性能参数的计算2122cm o cm cm L V P V I R =≈，2max 2CC o L V P R = 2224o cm cm L D L CC cm CCP V V R P R V V V ππη=≈⋅=⋅显然当cm V 达到最大值CC V 时，集电极效率也达到最大max 78.5%4πη==(3)求最大管耗令cmCCV V ξ=，称为电源电压利用系数，则 2222max 1122cm CCo o L L V V P P R R ξξ=⋅==2max 224CC cm CC D o L L V V V P P R R ξξπππ===单管管耗为()212max 12122C C D o o P P P P P ξξπ⎛⎫==-=-⎪⎝⎭求极值，得当20.636ξπ==时，1C P 、2C P 最大，为1max 2max max max 220.2C C o o P P P P π==≈图1-2-7 o P 、D P 、C P 、C η随ξ变化的特性4.安全工作条件 (1)()max 12cm CC BR CEO V V V =<max cm CM I I <()max max max 1124o cm cm CM BR CEO P V I V I ≤<(2) max 5o CM P P ≤1.3乙类推挽功率放大电路1.3.1乙类互补推挽功率放大电路 一、交越失真和偏置电路1.交越失真(a)电路 (b)转移特性 (c)传输特性图1-3-1 射极跟随器图1-3-2 交越失真图1-3-3 加偏置的互补推挽电路及其传输特性2.二极管偏置电路（克服交越失真）图1-3-4二极管偏置电路3.V倍增偏置电路（克服交越失真）BE图1-3-5V倍增电路BE二、单电源供电的互补推挽电路图1-3-6单电源供电的互补推挽电路需要使用隔直流输出电容，此电容相当于第二个电源的作用，其电压值为1V。