高频电子线路 第四讲
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高频电子线路4章17节201310精品文档
Av
-
p1 p 2 y fe Y
-
p1 p 2 y fe
G p
j( C
1) L1
Y
A vop1G p2pyfeGpp 1g po 21y fegi2
+ Vo
CΣ
G′ p
L1
-
为了获取最大功率增益，应适当地选取p1和p2的值，使负 载导纳YL能与晶体管电路的输出导纳相匹配。匹配条件是：
C
Gp L1 C′i2 g′i2
+ Vo
-
-
yo1 p12yoe
YL p12YL
Y
CΣ
G′ p
L1
p 1 N N 1 p 2 N N 2G p G p g o 1 g i2C C C o 1 C i 2
Yp1 2(yoeYL )
A v V V oi11
yfe yoeYL
p12yfe Y
20
晶体管
a
+
N
负载YL
Io1 yfeVi1
+ Vo1
1 go1 Co1 Y′L Vo C Gp
N1
-
-
L1
+
N2 Vi2 L2 -
Ci2 gi2
2
b
从上图可知，本级的实际电压增益是：
Av V Vii12
(N NV12i)1Vo1
N1
-
-
L1
+
N2 Vi2 L2 -
2
b
(b) 等效电路
Ci2 gi2
图4.3.1 单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路
18
4.3.1 电压增益Av
高频电子线路第4章1-7节201310
Cb c
b'
rb' c
c
rce
Cb' c Cb' e gmVb' e
Cce
c
13
4.2.3 混合π等效电路参数与形式等效电路y 参数的转换
Cb c
根据π等效电路， 写出节点电流方程。
b
rb b '
r b' e Cb e
b +
V1 I1
-
c +
I2 V2
e
I1
+
V1 yi
-
b'
rb' c
c
rce
Cb' c Cb' e gmVb' e
I1
I2
yr
I1 V2
输入短路反向传输导纳
V1 0
+
V1
yi
yr V2
+ yo V2
yf
I2 V1
V2
输出短路正向传输导纳
0
-
yf V1 图4.2.2 y 参数等效电路
-
c
+
yo
I2 V2
输入短路时输出导纳
V1 0
b +
V1 I1
I2 V2
-
-8
e
图4.2.3是晶体管 放大器的基本电路。
17
图4.3.1为单调谐回路
谐振放大器原理性电路与
等效电路,图中为了突出
输入
+
所要讨论的中心问题，故 信号 Vi1
-
略去实际电路中的附属电
路等。
晶体管
a
高频电子线路课件第四章ppt课件
相对较低 可到达甚高频段
运用较少
4.3.3 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准那么
C
1、XCE与XBE的电抗性质一样；
X1
2、XBC与XCE、XBE的电抗性质相反；
3、对于振荡频率fo，应满足：
E
X3
XCE+XBE+XBC=0
X2 B
集基一样余相反
C
C1
E
L
C2
B
考毕兹电路
C
L1
E
C
L2
B
哈脱莱电路
gn
1 rn
uD
适用中，隧道二极管具有电压控制型负阻器件特性； 单结晶体管、雪崩管具有电流控制型负阻器件特性。
iD
iD
Q
IQ
Im
uUmcost
0
UQ
uD0
t
0
设将负阻特性直线化，并在任务点
电压UQ上叠加一正弦电压u
Um
iurnUm crnotsImcots
t
u D U Q u U Q U m cot s
0.01uF
200pF 100pF C3 C4
C2 200pF
L 8uH
C55.1pF
C1 51pF
4.5 石英晶体振荡器
频率稳定度可到达10-6~10-11。 石英晶体振荡器的优点： 石英晶体的等效谐振回路有很高的规范性； 石英晶体的Q值可高达数百万量级； 在串并联谐振频率之间很窄的任务频带内，
4.3.1 电感反响式三端振荡器〔哈脱莱电路〕
一、电路方式
C
B E
C E
B
二、交流等效电路
三、起振条件 四、振荡频率
hfe L1M 1 hiehoe L2 M hfe
运用较少
4.3.3 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准那么
C
1、XCE与XBE的电抗性质一样；
X1
2、XBC与XCE、XBE的电抗性质相反；
3、对于振荡频率fo，应满足：
E
X3
XCE+XBE+XBC=0
X2 B
集基一样余相反
C
C1
E
L
C2
B
考毕兹电路
C
L1
E
C
L2
B
哈脱莱电路
gn
1 rn
uD
适用中，隧道二极管具有电压控制型负阻器件特性； 单结晶体管、雪崩管具有电流控制型负阻器件特性。
iD
iD
Q
IQ
Im
uUmcost
0
UQ
uD0
t
0
设将负阻特性直线化，并在任务点
电压UQ上叠加一正弦电压u
Um
iurnUm crnotsImcots
t
u D U Q u U Q U m cot s
0.01uF
200pF 100pF C3 C4
C2 200pF
L 8uH
C55.1pF
C1 51pF
4.5 石英晶体振荡器
频率稳定度可到达10-6~10-11。 石英晶体振荡器的优点： 石英晶体的等效谐振回路有很高的规范性； 石英晶体的Q值可高达数百万量级； 在串并联谐振频率之间很窄的任务频带内，
4.3.1 电感反响式三端振荡器〔哈脱莱电路〕
一、电路方式
C
B E
C E
B
二、交流等效电路
三、起振条件 四、振荡频率
hfe L1M 1 hiehoe L2 M hfe
高频电子线路正弦波振荡器.ppt
单调谐放大器
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系：
d
dt
dt
振荡器的角频率 增大导致相位不断超前 相位 的不断超前表明角频率 增大
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
（1）相位(频率)稳定过程
原平衡态： L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1．起振过程分析
单调谐放大器
刚通电：电路中存在很宽的频谱的电的扰动，幅值很小
通电后：
1）谐振回路的选频功能，从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2）放大器工作在线性放大区， |T (josc)|>1 ，形成增幅振荡
3）忽略晶体管内部相移： f ＝0
回路谐振： L＝0
T (josc) =0，相移为零
起振 过程
平衡 状态
起振 过程
平衡 状态
输出波形：
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析：
（1）振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回 路参数的变化。
② 内部：存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平 衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后： L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后： L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低
高频电子线路_张肃文_4版课件(全)ch2.2
因此，表示谐振曲线的函数为
Is
1 Gp j(C ) . Gp V ( ) L N ( ) 1 V (0 ) Is Gp j(C ) L Gp
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编
Is . V ( ) N ( ) ( ) V 0 Gp j(C Is Gp 1 ) L Gp Gp j(C 1 ) L
I Lp I sm 1 Q p Qp Ism
3.并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近， 方向相反，且约等于外加电流的Q倍； LCR回路的状态 与串联谐振回路相似。 V I R jQ I R Is jp L Rp Lp p s p L 1 Qp I j L VCp ICp 1 VLp Lp p R pCR jpC
3.并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近， 方向相反，且约等于外加电流的Q倍。
End
《 高 频 电 子 Is Z Y 线 路 》 （ L 1/G 第 Is C 四 G 版 O ） 张 p 选频特性曲线 肃 回路中电压幅值与外加电流频率之间的关系曲线 文 主 称为谐振曲线。 编 高 等 教 育 出 版 社
R 1 j L L Z 1 CR L 1 j R CR
L Is
损 耗 电 阻
C
R
令
R 即 1 j L R L 1 1 1 L 1 j L R CR R CR
R 2 L 1 L R CR
高 1 p p 等 Rs RL 教 育 由于QL值低于Qp，因此考虑信号源内阻及负载电阻后，并 出 联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。 版 社
高频电子线路课件4-1剖析
振幅平衡的稳定条件表示放大器的电压增
益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生 变化引起的A、F变化时，电路能在新的条件下 建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。
相位平衡的稳定条件表示振荡回路的相移
随频率增大而减小。它能保证振荡电路的参数 发生变化时，能自动通过频率的变化来调整
A F 2n ，保证振荡电路处于正反馈。
用瞬时极性法判断图4-6能否振荡(是否为正反馈)
3⊕
5○
2○
6⊕ 1⊕
4⊕
5○
6⊕ 1⊕
2⊕
3⊕
4○
答案：都是正反馈
总结：互感耦合反馈振荡器通过互感（变 压器）进行反馈，用同名端来保证正反馈。
第三节 反馈型LC振荡器
二 、电容反馈振荡电路
Rb1、Rb 2、Re直流偏压；Ce、Cb直流开路, 交流短路； Lc直流短路,交流开路。从b, c, e三极分析得图(b)
Q点是稳定平衡点
B点是不稳定平衡点
振幅稳定条件：A U c
U c U cQ
0
（2）相位稳定条件为 ：Z 0 (4 ─ 16)
分析外因的影响：
当若外输因入使电U压bU的b和相位反超馈前电于压UUbb(相差为L )2则平衡
则相差 2 ,即T ，f （ ）
即 L ， L
外因的影响是
Z
0
显然，上述三个条件均与电路参数有关，
A由放大器的参数决定，除与工作点有关外， 还与晶体管的参数有关，而反馈系数F是与反馈 元件的参数值有关。
第三节 反馈型LC振荡器
一 、互感耦合振荡电路
5⊕ 1⊕
2⊕ 3⊕
4⊕
振荡条件：用瞬时极 性法判断是否为正反 馈。
振荡频率：0
高频电子线路4
–VBB
理想化
+c
o VBZ
eb
o
–c
vc
t +c o –c
Vbm
然是脉冲状，但由于谐振回路的
Vbm
t
这种滤波作用，仍然能得到正弦 谐振功率放大器转移特性曲线 波形的输出。
谐振功率放大器各部分的电压与电 流的波形图如下页的图所示
eb vb
ib
ic
V BZ t
–VBB t
t ec
V cm
V cm
V CC
功率、效率等随Rp而变 化的特性，就叫做放大
器的负载特性。
t 0 180°
半导通角
＜90°
BA
eb=eb max
1
2
C3
Rp 负载增大
D
VCC
Q
Vcm
1.欠压状态
ec min
Vcm
2.临界状态
Vcm
电压、电流随负载变化波形
3.过压状态
1) vc、ic随负载变化的波形vc、ic随负载变化的波形如图所 示，放大器的输入电压是一定的，其最大值为Vbemax，在 负载电阻RP由小至大变化时，负载线的斜率由小变大， 如图中123。不同的负载，放大器的工作状态是不同 的,所得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是 不一样的。
消去cost可得， eb=
–VBB+Vbm
VCC Vcm
ec
另一方面，晶体管的折线化方程为 ic = gc(eb–VBZ)
得出在ic–ec坐标平面上的动态特性曲线(负载线或工作路) 方程： icgcV BB V bm (V C V cC m ec)V BZ
gc V V b cm m ecV bV m C CV B V b V Z c m m V BV B cm
高频电子线路Class04
. I 1 2 RL 3 . I (a) 4 ＋ RS . U2 － ES － 2 (b) 4 ＋ . U1 3 ＋
＋ RS ES － . U1
1 ZC
RL
UL －
图 2 — 18 传输线变压器的工作方式 (a) 传输线方式; (b) 变压器方式
▲传输线变压器的一般应用
◆1:1倒相器
＋ RS . ES ＋ － . U1 － 3 (a) . U2 ＋ . I2 4 1 . I1 ＋ 2 ＋ . U2 － RL . UL － RS . ES ＋ －
石英晶体滤波器(SiO2)
陶瓷滤波器 薄膜体声(FBAR)滤波器 利用机械谐振来达到滤波目的
同频率谐振，机 械波波长小于电 磁波波长
声表面滤波器等（Surface Acoustic Wave)。
在获得好的滤波效果的同时缩小滤波器体 积
（1）石英晶体滤波器
▲石英晶体的物理特性 压电效应
(a)
(b)
(c)
S L L
＋ . UL
－ (d)
ES － － 3 (a) . I .
. I2
ES 4 － － － －
3
◆1:4和4:1阻抗变换器
－ RS . ES ＋ － ＋ . U1 － 1 . U2 ＋ 2 ＋ . U2 － . I RL 1 ＋ . UL － RS . ES ＋ ＋ . U1 －
. ＋ U1/2 (b) . I1
普通LC滤波器可以实现高性能的滤波，只不过不利于集成化、小型化或微型化； 不利于在特别高频段工作。
2.2.3其它形式的滤波器 随着无线电技术的飞速发展，在高频电子线路，特别是高频 集成模块中，对滤波器性能的要求越来越高，比如要求非常高 的频率稳定度，阻带衰减特性陡峭；因此采用普通的LC滤波 器的性能不可能满足要求(Why?)。在高频电路系统中除了使用 LC谐振电路外，目前还经常使用一些集中参数滤波器作为选 频电路，以改善电路的稳定性，及其系统性能以及电路的微型 化。目前常用的集中参数滤波器有：
＋ RS ES － . U1
1 ZC
RL
UL －
图 2 — 18 传输线变压器的工作方式 (a) 传输线方式; (b) 变压器方式
▲传输线变压器的一般应用
◆1:1倒相器
＋ RS . ES ＋ － . U1 － 3 (a) . U2 ＋ . I2 4 1 . I1 ＋ 2 ＋ . U2 － RL . UL － RS . ES ＋ －
石英晶体滤波器(SiO2)
陶瓷滤波器 薄膜体声(FBAR)滤波器 利用机械谐振来达到滤波目的
同频率谐振，机 械波波长小于电 磁波波长
声表面滤波器等（Surface Acoustic Wave)。
在获得好的滤波效果的同时缩小滤波器体 积
（1）石英晶体滤波器
▲石英晶体的物理特性 压电效应
(a)
(b)
(c)
S L L
＋ . UL
－ (d)
ES － － 3 (a) . I .
. I2
ES 4 － － － －
3
◆1:4和4:1阻抗变换器
－ RS . ES ＋ － ＋ . U1 － 1 . U2 ＋ 2 ＋ . U2 － . I RL 1 ＋ . UL － RS . ES ＋ ＋ . U1 －
. ＋ U1/2 (b) . I1
普通LC滤波器可以实现高性能的滤波，只不过不利于集成化、小型化或微型化； 不利于在特别高频段工作。
2.2.3其它形式的滤波器 随着无线电技术的飞速发展，在高频电子线路，特别是高频 集成模块中，对滤波器性能的要求越来越高，比如要求非常高 的频率稳定度，阻带衰减特性陡峭；因此采用普通的LC滤波 器的性能不可能满足要求(Why?)。在高频电路系统中除了使用 LC谐振电路外，目前还经常使用一些集中参数滤波器作为选 频电路，以改善电路的稳定性，及其系统性能以及电路的微型 化。目前常用的集中参数滤波器有：
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第四讲 LC调谐小信号谐振放大器及集中选频放大器
图2.2.1 单调谐放大器
(a) 电路 (b)交流通路
将晶体管用小信号电路模型代入图2.2.1(b)则得图2.2.2(a)所示电路。
保证晶体管工
作在甲类状态 晶体管的输出及负载电阻
均通过阻抗变换电路接入。
自耦变压器匝比
n 变压器初次级匝比
G ie C ie ∙
i m U g G oe C oe
13112N n N =
g m ≈I EQ mA /26mV
图2.2.3 单调谐放大器的增益频率特性曲线
图2.2.2 单调谐放大电路小信号电路模型 (a) 小信号电路模型 (b) 变换后的电路模型并联谐振回路的有载电导等于 2212
o L
T p G G G G n n =++ 故单调谐放大器的选择性比较差。
为了减小内反馈的影响，提高谐振放大器工作稳定性，常采用共发-共基2.2.4所示。
图2.2.4 共发-共基组合电路谐振放大器
图中，V1接成共发组态，V2接成共基组态，由于共基组态输入阻抗很小，使放大器输出电路通过内反馈对输入端的影响很小，故放大器的稳定性得到
很大提高。
二、多级单谐振回路谐振放大器 若单级调谐放大器的增益不能满足要求时，可采用多级单调谐放大器级若每级谐振回路均调谐在同一频率上，称为同步调谐，若各级谐振回路
C i G ie ..'0
o
2
U n U
=oe 21
G n
oe 21
C
n
C P
G 13L i L 21
G n
(a) (b)
图2.2.7 双差调谐放大器幅频特性曲线
(a) 单级幅频特性 (b) 合成幅频特性
第三节集中调谐放大器
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，一个是串联谐振频率f s，另一个是并联谐振频率。