高频电子线路完整章节ppt课件(胡宴如).ppt

高频电子线路,高等教育出版社，胡宴如、耿苏燕主编,友情提示：如何学好高频课,课程性质：理论联系实践，突出重点，重应用，强调物理概念，强调工程实践。每次课程结束附有小练习，望各位同学认真做答，内含各位同学期待的期末考试内容。从各个角度消化课堂知识。,第一章 绪 论,通信与通信系统无线电波的基本特点非线性电路的基本概念本课程的主要内容及特点,主要内容：,1.1、通信与通信系统,通信系统：,用电信号（或光信号）传输信号的系统 称为通信系统，也称电信系统。,通信系统的组成：,一般通信系统由输入、输出变换器，发 送、接收设备和信道等组成。,通信：,发送者与接收者之间的信息传递,1.1、通信与通信系统,无线通信系统组成框图,各部分作用信息源：提供需要传送的信息；输入变换器：将信息源（图像、声音等）的信息变换成电信号，把该信号称为基带信号；发射机：将基带信号进行某种处理，并以足够的功率送入信道，以实现有效的传送，其中最主要的处理为调制，调制后的信号称为已调信号，或已调波；,4）信道：信息的传送通道，又称传输媒介。信道可分为无线信道和有线信道两大类；5）接收机：把由信道传送过来的已调信号取出并进行处理，得到与发送相对应的原基带信号，把这一过程称为解调；6）输出变换器：把基带信号恢复成原来形式的信息。,通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。 1）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为模拟信号）的通信系统,称为模拟通信系统。 典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收设备的组成框图分别如图2和图3所示。 图2为调幅发射机的组成框图。 图3为超外差式调幅接收机的组成框图。 2）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字信号）的通信系统,称为数字通信系统。,1.1、通信与通信系统,典型调幅发送设备的组成框图,1.1、通信与通信系统,1.1、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用,高频振荡器： 产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运载基带信号，称为载波，或载频。倍频器： 输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，称为倍频器。作用提高高频振荡频率。高频放大器： 把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。,高频功率放大器与调幅器： 作用是将输入的高频载波信号和低频调制信号 变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送 到天线，然后辐射到空间；话筒（拾音器）： 输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；低频放大器： 把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实现一定的调制度。,调制什么是调制？ 把待传送基带信号（调制信号）“装载”到高频 振荡信号上去的过程。三种信号 调制信号、载波信号和已调信号三种调制方式 调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）,1.1、通信与通信系统,为什么要调制 因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：天线尺寸 天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长的1/101），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音频范围20Hz20kHz来说，这样的天线不可能实现。信号选择 如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。,三种调制方式 用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参量，就可以实现调制。振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称为振幅调制，简称调幅；频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称为频率调制，简称调频；相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称为相位调制，简称调相。,1.1、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用,典型超外差调幅接收设备的组成框图,1.1、通信与通信系统,1.1、通信与通信系统,超外差接收机1) 什么是超外差接收机？ 为了提高接收机的性能，目前广泛采用超外 差接收方式，超外差接收机的结构特点是具 有混频器。接收机将天线接收的高频已调信 号的载波信号经高频放大器进行初步的选择 和放大，并抑制其它无用信号。高频放大器 输出的载频为已调信号 和本地振荡器所提 供的频率为 的高频等幅信号同时输入混频,1.1、通信与通信系统,器，在其输出端就可获得载频频率固定的信 号 ，通常取 ，把此频率称为 中频信号，此中频信号经中频放大器放大到 足够值，然后经解调器解调，可恢复出原基 带信号，经低频放大后输出。2) 混频器的作用 混频的作用是将接收的已调信号的载频频率 变为一固定中频信号。超外差接收机的结构 特点是具有混频器。,1.1、通信与通信系统,解调信号的“卸载”什么是解调？ 从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。解调的三种方式 对调幅波的解调检波 对调频波的解调鉴频 对调相波的解调鉴相,五、数字通信系统,传输数字信号的通信系统,模拟通信系统,数字通信系统,用数字基带信号去控制高频信号的振幅，称为振幅键控 ASK 频率，称为频率键控 FSK 相位，称为相位键控 PSK,数字调制：用数字基带信号对高频正弦波进行的调制,无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有=c/f。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象,1.2无线电波段的划分与无线电波的传播,中波广播 530kHz1602kHz短波 5.818MHzFM 88108MHz,二、无线电波的传播方式及其应用,沿地面传播,长波、超长波,特 点,传输稳定，远距离传输,沿空间直线传播（视距传播）,超短波以上,距离短,依靠电离层传播,短波,(地波),(空间波),(天波),距离远,1.3、非线性电路的基本概念,非线性元器件 电子元器件按工作特性分为线性元器件和非线性元器件两种。非线性元器件和线性元器件主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，它的参数和外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性器件。图1.3.1为线性与非线性电阻器件的伏安特性曲线。从图可见线性电阻器件的伏安特性是过坐标原点的一条直线，即流过电阻器的电流i与加在电阻器两端的电压u成正比；而非线性电阻器件的伏安特性是非线性的，即流过非线性电阻器的电流i与加在电阻器两端的电压u不成正比。,1.3.1 线性与非线性电路,1.2.1 线性与非线性电路,线性电路 ,全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路,非线性电路 ,有一个以上非线性元器件组成的电路,线性元件： R、L、C,非线性元件： 二极管、三极管.,非线性元件在正弦波作用下的波形,线性,非线性,1.3、非线性电路的基本概念,线性电路 全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路，称为线性电路。非线性电路 电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工作点Q处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是基于这一点为基础的。,1.3、非线性电路的基本概念,非线性电路的基本特点1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率 变换作用；2）非线性电路分析上不适用叠加定理；3）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。,1.2.2 非线性电路的基本特点,设 i = a u2,当u = u1 + u2,则 i = a (u12+ u22 + 2u1u2),i = a(U21mcos2 1t + U22mcos2 2t + 2U1mcos 1tU2mcos 2t),设 u1 = U1m cos 1t,u2 = U2m cos 2t,直流成分,二次谐波,频率和分量,频率差分量,1. 产生了新的频率分量, 可变换频率(混频器);,2. 迭加定理不再适用;,3. Q合适且信号小时,可按线性电路处理.,1.4、本课程的主要内容及特点,本课程主要是研究通信系统中共用的基本单元电路，其内容包括高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电路、混频电路、反馈控制电路等。除了高频小信号放大器为线性电路，其余都属于非线性电子线路。因此要注意以下几点： 1）非线性电子线路分析的复杂性； 2）非线性电子线路种类和电路形式的多样性； 3）非线性电子线路具有很强的实践性。,小 结,高频电子线路的典型应用是通信系统；通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部分组成；电信号的发射与接收的关键是调制与解调；高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本课程要解决的问题；了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本知识。,课堂练习一,1.如果广播电台发射的信号频率为,=936KHz,接收机中频,=455KHz,问接收机本振频率,问多少？,解：,936KHz455KHz1391KHz,答：接收机本振频率为1391KHz。,课堂练习二,2.如果高频载波频率为150MHZ,问/4天线应长？ 解：频率等于光速C除以波长,即 C,则： C , 3 150 2(米), /4240.5 (米) 答：/4天线应0.5米长。,课堂练习三,3. 中波广播波段的波长范围为187560米,问其波率范围为? 解：频率 等于光速C除以波长,即 C, 则： 560米时， 3 560536 KHz 187米时， 3 1871604 KHz 答：波率范围为536 KHz 1604 KHz。,第2章 小信号选频放大器 概述,在高频电路中，调谐放大器是一种最基本、最常见的电路形式。它是高频放大器的一种。 高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。 接收天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收 设备内解调器的输入电压，最好能达到 1 伏 左右，这就要求接收机对高频信号的放大能 力要达到几千倍到10万倍左右。,第2章 小信号选频放大器 概述,另外接收机天线所感应的信号，除了有要接收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用 LC 谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。,第2章 小信号选频放大器,LC谐振回路小信号谐振放大器集中选频放大器,主要内容：,2.1 LC谐振回路概述,LC 谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。 利用LC谐振回路的幅（度）频（率）特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以,2.1 LC谐振回路概述,进行信号的频幅转换和频相转换（例如在斜率鉴频和相位鉴频电路里）。另外，用L、 C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离不开它。因此本章先介绍LC并联谐振回路的基本特性。,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,谐振回路 谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择信号及阻抗变换作用。LC并联谐振回路 图2.1.1是电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。r是电感L的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。 为电流源， 为并联回路两端输出电压。 根据电路分析基础知识， 可以直接给出LC并联谐振回路的某些主要参数及其表达式：,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,并联谐振回路的阻抗频率特性图2.1.1 并联谐振回路,2.1.1并联谐振回路的选频特性,1) 并联谐振回路的等效阻抗Z: 通常r很小,当rL ,Z可用下式表示 :,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称谐振电阻 当 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,从式(2.1.2)可得:,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3)并联谐振回路的谐振频率 当 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的谐振频率 : 或,2.1.1并联谐振回路的选频特性,4)品质因数Q,简称Q值 在LC谐振回路中,为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数Q,通常称为Q值. Q值的定义: 谐振回路谐振时的感抗(或容抗)与回路等效损耗电阻r之比,即 将式(2.1.4)代入式(2.1.5),则得,2.1.1并联谐振回路的选频特性,品质因数Q与并联谐振电阻 的关系 一般LC谐振回路的Q值在几十到几百范围内,Q值越大,回路的损耗越小,其选频特性就越好。将式(2.1.6)代入(2.1.3)可得,2.1.1并联谐振回路的选频特性,5)并联谐振回路阻抗频率特性 将式(2.1.3)、(2.1.4)、(2.1.5)代入(2.1.2)可得并联谐振回路阻抗频率特性电性: (2.1.8),2.1.1并联谐振回路的选频特性,6)并联回路阻抗频率特性和相频特性 通常，谐振回路主要研究谐振频率 附近特性。由于 十分接近 ，故可以近似认为 ， ，并令 ，则式(2.1.8)可写成 (2.1.9),2.1.1并联谐振回路的选频特性,则并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为： 阻抗频率特性 (2.1.10) 相频特性 (2.1.11),2.1.1并联谐振回路的选频特性,根据式(2.1.10)和式(2.1.11)可作出并联谐振回路的阻抗频率特性曲线(a)和相频特性曲线(b),图2.1.2 并联谐振回路特性曲线,2.1.1并联谐振回路的选频特性,由图可见，并联谐振回当 ，即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移 。 时，阻抗下降，相移增大。当 时，回路呈容性，相移 为负值，最大趋于负90；当 时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90。取不同的 值，可以作出不同的阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，如图(2.1.2)所示。并且， 值大， 就大，阻抗频率特性曲线更尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化更陡峭。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,并联谐振回路的通频带和选择性 1、电压谐振曲线 当维持信号源 的幅值不变时，只改变其频率，并联回路两端电压 变化规律与回路阻抗频率特性相同。则 (2.1.13),2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)输出电压的幅频特性 (2.1.14) 2)输出电压的相频特性 (2.1.15）,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3)电压谐振曲线,图2.1.3 并联谐振回路输出电压调谐曲线,（a）幅频特性,（b）相频特性,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2、通频带 1)通频带的定义 当占有一定频带宽度的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免产生频率失真，为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频 带。当 值由最大值 1 下降到 0.707 时，所占有的频带宽度 就是回路的通频 带，用 表示。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)通频带的表达式 (2.1.16) 式(2.1.16)说明，回路Q值越高，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄；回路谐振频率越高，通频带越宽。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3、选择性 选择性是指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制能力就越强，选择性就越好。一般谐振回路工作在所需信号的中心频率上。 选择性可用通频带以外无用信号的输出电压 与谐振时输出电压 之比来表示， 越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强， 选择性越好。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,1) 20dB选择性 在实际应用中，选择 性常用谐振回路输出信 号 下降到输出电压 的0.1倍，即下降 20dB的通带，用 来表示，如图2.1.4所示。 越小，回路的选 择性就越好。 图2.1.4,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2) 矩形系数 为了提高选择性、降低频率失真，要求谐振回路的幅频特性应具有矩形形状，即在通频带内频率具有相同的输出幅度，而在通频带以外无用信号输出为零，如图2.1.4虚线所示。然而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常 引用“矩形系数”这一参数，用 符号表示。,2.1.1并联谐振回路的选频特性, 矩形系数的的定义 (2.1.17) 显然，矩形系数越接近于1，则谐振回路幅频曲 线越接近于矩形，回路的选择性也就越好。,2.1.1并联谐振回路的选频特性, 单个并联谐振回路的矩形系数为10 令 0.1，由式(2.1.14)，即 0.1，可得 由此可得 10。这说明单个并联谐振回路的矩形系数远大于1，故其选择性比较差。,2.1.2阻抗变换电路,信号源及负载对谐振回路的影响 在实际应用中，谐振回路一定和信号源及负载相链接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对回路产生影响，它们不但会使回路的等效品质因数下降，选择性变 差，同时还会使谐振回路 的谐振频率发生偏离。图 2.1.5 为一实用的并联谐 振回路， 信号源内阻， 负载电阻。,2.1.2阻抗变换电路,将图2.1.5(a)中的电压源用电流源代替，将L、r串联电路用 L、Rp 并联电路代替，则图2.1.5(a)可变换成图2.1.5(b),从图2.1.5(b),可以更清楚地 看出 Rs、 对谐振回路的 影响。,2.1.2阻抗变换电路,将图2.1.5(b)中的所有电阻合并为R e, 即 因此，可把 图2.1.5(b) 简化为 图2.1.5(c)。,2.1.2阻抗变换电路,有载品质因数和空载品质因数 由图2.1.5(c)，可知 就是考虑了 、 影响后并联谐振回路的等效谐振电阻。由 可求得等效并联谐振回路的品质因数，将其称为有载品质因数，用 表示。而把前面所学的不虑 、 等影响的回路品质因数称为空载品质因数或固有品质因数，用 表示。由式(2.1.7)可得(2.1.21)式,(2.1.21),2.1.2阻抗变换电路,由于 ，所以 ， 、 越小 也越小，则 下降就越多，回路的选择性就越 差，而通频带却变宽了。常用的阻抗变换电路 为了减少信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大 、 外，还可以采用阻抗变换电路。常用的阻抗变换电路有变压器、电感和电容分 压电路等。,2.1.2阻抗变换电路,1) 变压器阻抗变换电路 图 2.1.6 为变压器阻抗变换电路。设变压器为无损耗的理想变压器， 为变压器一次绕组匝数， 为变压器二次绕组 匝数，则变压器的匝比 为 (2.1.22),2.1.2阻抗变换电路,2) 电感分压器阻抗变换电路 图2.1.7为电感分压器阻抗变换电路，也称自耦变压器阻抗变换电路。13输入端，负载 接于23输出端。 12匝数为 电感量 为 ，23匝数 电 感量为 ， 互感量为 M。设 、 是无损耗 的， 时，自耦 变压器的匝数比 等于,2.1.2阻抗变换电路,则负载 折算到一次 绕组的等效电阻 为,2.1.2阻抗变换电路,3) 电容分压器阻抗变换电路 图 2.1.8为电容分压器阻抗变换电路。 、 为分压电容， 为负载电阻， 是经变换后 的等效电阻。 设 、 无损耗，根 据 和 上消耗的功率 相等，即 可得,2.1.2阻抗变换电路,式中， 。所以 当 时，可得 由此可得,2.2 小信号谐振放大器,1、什么是谐振放大器？ 采用调谐回路作为负载的放大器。 选频或滤波是其基本特点。2、分类,2.2 小信号谐振放大器,3、主要性能指标 谐振电压增益Au0放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。 通频带BW0.7放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。 选择性矩形系数： K0.1=BW0.1/BW0.7,4、单级单调谐放大器,2.2 小信号谐振放大器,图2.2.4 单调谐放大器 集电极负载为LC并联谐振回路,单级单调谐放大器的性能：,谐振频率：,通频带：,矩形系数：,其中：C为等效的回路总电容。,其中：可见其矩形系数远大于1，选择性较差。,其中：Qe为回路的有载品质因数。,5、多级单调谐放大器的性能指标,多级单调谐放大器的性能：, 电压增益：,则,Au,=,Au1 Au2 Au3 Aun,(Au1)n,=, 通频带：, 选择性：,N级的矩形系数为,如果有n级且各级谐振频率相同,2.3 集中选频放大器,1、集中选频放大器的组成,第二种形式,第一种形式,2、集中选频滤波器,2.3 集中选频放大器,(1) 陶瓷滤波器,1) 陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”,2) 两端陶瓷滤波器（外形及符号）,两个谐振频率：,3）三端陶瓷滤波器,2.3 集中选频放大器,实物图：,(2)声表面波滤波器(SAWF),2.3 集中选频放大器,实物图：,声表面波滤波器应用实例：,V1是预中放部分，起前置放大作用； Z1为SAWF起集中选频作用； TA7680AP为彩电图像中频放大器IC。,本章小结,LC谐振回路具有选频作用。回路谐振时，回路阻抗为电阻且为最大，可获最大电压输出；当回路失谐时，回路阻抗迅速下降，输出电压减小。回路的品质因数越高，回路谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带越窄。LC并联谐振回路在谐振时，相移为零；失谐时，当 时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90；当 时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于90。,本章小结,信号源、负载不仅会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，而且还会使回路谐振频率产生偏移。为了减小信号源和负载对回路的影响，常采用变压器、电感分压器和电容分压器的阻抗变换电路。小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成 ，具有选频或滤波功能。按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。,本章小结,小信号谐振放大器主要技术指标有谐振增益、选择性和通频带。通频带和选择性是互相制约的，用以综合说明通频带和选择性的参数是矩形系数，矩形系数越接近于1越好。单调谐放大器的性能与谐振回路的特性有密切关系。回路的品质因数越高，放大器的谐振增益就越大，选择性越好但通频带会变窄。在满足通频带的前提下，应尽量使回路品质因数增大。不过单谐振放大器的矩形系数 比1大得多，所以其选择性比较参。,本章小结,由于晶体管寄生电容的影响以及不可避免的外部寄生反馈，再加上谐振回路阻抗大小和性质随频率剧烈变化，会使谐振放大器工作不稳定，因此应采取一定的措施来保证放大器工作的稳定性，例如不追求获得最大的放大量、采用中和电路和共射共基电路等。集中选频放大器是由集中选频滤波器和宽带放大器组成。常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。它们具有接近理想的矩形系数、性能稳定可靠、调整方便等优点，因此获得了广泛的应用。,第3章 正弦波振荡器,振荡器的种类很多，根据产生振荡波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正弦波振器。,不需要外加输入信号的控制，就能自动地将直流电能转换成一定频率和一定幅度的交流电信号的现象，称为自激振荡，能产生自激振荡的电路，称为振荡器。,振荡器在现代科学技术中有着广泛应用，例如在通信设备中用来产生载波和本振信号，因此本章学习正弦波振荡器。,第3章 正弦波振荡器,反馈式振荡器的工作原理LC正弦波振荡器石英晶体振荡器压控振荡器,主要内容：,3.1 反馈式振荡器的工作原理,能产生正弦波信号的振荡电路，称为正弦波振荡器。,正弦波振荡器，按组成原理可分成反馈振荡器和负阻振荡器。 反馈振荡器是目前应用最多的振荡器，它是建立在放大和反馈基础上的。图 4.1.1为它,的构成框图。实际上反馈振荡器是不需要通过开关转换由外加信号激励产生输出信号的，它是把反馈电压作为输入信号，以维持一定的输出电压的闭环正反馈系统。,反馈振荡器构成框图,3.1 反馈式振荡器的工作原理,1、组成与分类,(1) 组成,(2) 分类,2、平衡条件与起振条件（1）振荡的建立过程,3.1 反馈式振荡器的工作原理,当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大反馈放大反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。,2、平衡条件与起振条件,3.1 反馈式振荡器的工作原理,振幅平衡条件：,(2)平衡条件,为维持等幅振荡所需满足的条件,因为:,所以:,又因为平衡时有:,所以:,因而可得:,1,相位平衡条件：,AF1,A+F2n(n0,1,2,3,),2、平衡条件与起振条件,3.1 反馈式振荡器的工作原理,（3）起振条件,起振条件,为了振荡起来必需满足的条件,由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求UfUi，即：,A+F2n（n0 , 1 , 2，）,AF1,3、稳定条件 平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。,3.1 反馈式振荡器的工作原理,振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。,振荡频率的稳定度=,3.1 反馈式振荡器的工作原理,4、频率准确度与稳定度,（1）频率准确度,绝对频率准确度：,相对频率准确度：,fff0,（2）频率稳定度,3.2 LC正弦波振荡器,相位条件：,1、变压器反馈式正弦波振荡器,起振条件：,判断 Uf 和 Ui 是否同相，即判断是否为正反馈,振幅条件： 判断环路增益是否大于1,振荡频率：,优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。,集电极调谐型,电路特点：,缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段，振荡频 率不是很高的场合。,电路的三种形式,发射极调谐型,基极调谐型,2、三点式振荡器,3.2 LC正弦波振荡器,(1) 三点式振荡器一般组成原则,三点式振荡器的一般形式如下图所示。图中放大器件采用晶体管，X1、X2、 X3三个电抗元件组成LC谐振回路，回路有三个引出点分别与晶体管的三个电极相连接使谐振回路既是晶体管的集电极负载，又是正反馈选,频网络，把这种电路称为三点式振荡器。,则三点式的一般组成原则为：,一般形式,3.2 LC正弦波振荡器,与发射极相连的X1与X2电抗性质相同不与发射极相连的X3与X1（或X2）电抗性质相反,(1) 三点式振荡器一般组成原则,设回路谐振时有电流,在流动，则有：,（jX1+jX2+jX3)=0,即：X1+X2+X3=0,根据：,得三点式的一般组成原则：,一般形式,(2) 电感三点式（Hartley，哈特莱电路）,优点：易起振，调节频率基本不影响反馈系数。缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。,交流通路的基本形式：,三极管三个电极分别与电感三个引出端相连，反馈电压取自L2上。,振荡频率：,反馈系数：,电路特点：,其中：,(3) 电容三点式（ Colpitts，考毕兹电路）,优点：高次谐波成份小，波形好。缺点：调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入电容和输出电容影响。,三极管三极分别与电容的三个引出端相连，反馈电压取自C2上。,交流通路的基本形式,振荡频率：,反馈系数：,电路特点：,优点：振荡频率和反馈系数互不影响。缺点：调节C3改变频率时影响振幅。一般用于固频振荡器。,3.2 LC正弦波振荡器,3、改进型电容三点式振荡器,交流通路的基本形式：,(1) 克拉泼(Clapp)振荡器,电感L支路中串联了小电容C3,振荡频率：,电路特点：,具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，频率基本上仅由C3和C4及L决定；调节C4时不影响电路增益，输出幅度稳定。,(2) 西勒(Seiler)振荡器,交流通路的基本形式：,在L两端又并联了一可调电容C4,振荡频率：,电路特点：,3.3 石英晶体振荡器,(3) 晶体特点,振荡频率稳定振动的多谐性并联负载电容激励功率,1、石英晶体及其特性,(1) 结构及外形,(2) 符号及等效电路,根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：,3.3 石英晶体振荡器,2、串联谐振频率与并联谐振频率,晶体的电抗频率特性曲线,等效为串联谐振时的串联谐振频率,等效为并联谐振时的并联谐振频率,典型电路举例：,3.3 石英晶体振荡器,3、串联型石英晶体振荡器,基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振， 使正反馈最强而满足振荡。,图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。,图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。,4、并联型晶体振荡器,3.3 石英晶体振荡器,几种电路形式（交流等效）：,晶体一般工作在 fs 和 fP 之间，在电路中等效一特殊电感。,基本原理：,皮尔斯(Pierce)电路,密勒(Miller)电路,3.3 石英晶体振荡器,分析：设晶体的基频为1MHZ，为了获得五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振频率在35MHZ之间。对于五次泛音频率，LC呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡。而对于基频和三次泛音，LC呈感性，电路不符合三点式组成原则，不能振荡。,5、泛音晶体振荡器,基本原理：,利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有串联型和并联型两种。,一种并联型泛音晶体振荡器举例：,3.4 压控振荡器,1、概述,什么是压控振荡器？,在许多高频电路中,要求振荡器的频率是可以改变的,当振荡频率可以随外加控制电压的变化而变化的振荡器，称为压控振荡器（ Voltage Controlled Oscillator,简称VCO)。,压控振荡器的主要功能及用途：,实现电压 频率的变换，它在频率调制、锁相技术、电调谐等许多方面有着广泛的应用。,3.4 压控振荡器,压控振荡器的主要指标,(1) 频率范围,VCO受控可变的最高频率 max,与,最低频率 min,之差。,则频率覆盖系数为可变的最高频率与最低频之比，,即,3.4 压控振荡器,（2）线性度,理想的VCO特性应该是线性的，如图所示。即, = o + Aouc,式中uc为控制电压，,o是控制电压,为零时 VCO 的固有振荡频率，A0,压控灵度。,线性度表示了实际压控,特性相对于理想情况的偏离。,3.4 压控振荡器,（3）压控灵敏度A0,也称为VCO的增益，它表示单位控制电压所产生的频率变化量，单位是Hz/V。它是锁相环路中的一个重要参数。,构成VCO的一般方法,压控振荡器的构成方法一般有两种。一种是带有谐振回路（如 L C 谐振回路）的振荡器，用控制电压来改变回路中电抗元件值的方法实现振荡频率控制；另一种是张弛振荡器，也称多谐振荡器。,3.4 压控振荡器,2. 变容二极管振荡器,变容二极管振荡器是利用变容二极管作为可变电容的谐振振荡器。变容二极管是在二极管的反相偏置条件下，势垒电容随外加电压而变化的一种器件。变容二极管的电路符号及变容特性曲线如图所示。,(a)为电路符号,(b)为特性曲线,3.4 压控振荡器,2. 变容二极管振荡器,变容二极管的结电容Cj与外加电压VD关系式：,VD 0时，关系为,式中VB二极管PN结的电位,差，Cj0 是偏置为零，即当,VD 0 时的电容值，n是电,容变容指数，与工艺有关,3.4 压控振荡器,2. 变容二极管振荡器,压控振荡器的分析,（1）LC压控振荡器,用变容二极管代替克拉泼振荡器中的与L串联的小电容，就组成了LC压控振荡器，如图所示。,由于C1Cj,C1Cj,则振荡频率为,式中Cj,大小受变容二极管反相电压VD,的控制，所以振荡频率 osc 就会,受VD的控制。,3.4 压控振荡器,2. 变容二极管振荡器,（2）分析方法,第一步：先将变容二极管等效为一个可调的小电容，画出高频等效电路。,第二步：分析变容二极管电路，即分析变容二极管上的直流反相偏置电压和低频交流控制电路。,（3）电路实例,下图是一个变容二极管压控振荡器电路。图（a）LC 压控振荡器电路，图（b）为其交流等效电路。,3.4 压控振荡器,电路中，L1、L2,为高频扼流圈，对高频交流电可视,开路；C1、C2、C3,为高频旁路电容，对高频交流短路。,由此可画出高频等效电路如图（b）所示。,若将电路中的变容二极管看作一个与电感 L 串联的小电容，则 可判断它是一个克拉泼振荡电路。,LC压控振荡电路及交流等效电路,2. 变容二极管振荡器,3.4 压控振荡器,（4）变容二极管直流偏置电路,变容二极管直流偏置电路如图（ a ）所示，回路中的电感均看作对直流短路。 因为图中 VA VB，可见变容管处于反相偏置。,对于 变容管，低频信号可将高频通路中的电感线圈看作近似短路，电容近似看作开路，得到低频信号通路如图（b）所示。,反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和晶体振荡器。振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡稳定条件。 LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。 石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器有串联型和并联型两种。 压控振荡器，简称VCO。是振荡频率随外加控制电压变化而变化的振荡器，可实现电压频率的变换，它是频率调制、锁项技术、电调谐等不可缺少的电路。,本章小结：,第4章 调幅、检波与混频,调幅波的基本性质 调幅电路 检波器 混频器,主要内容：,第4章 调幅、检波与混频,振幅的调制与解调、角度的调制与解调、混频等电,概述：,路是高频通信系统中最为关键的基本模块电路。它的功,能是将输入信号进行频谱变换，以获得所需频谱输出信,号。因此，这些电路都属于频谱（或频率）变换电路。,根据频谱的不同特点，频谱变换电路可分为线性变,换和非线性变换两大类。线性变换的作用是将输入信号,的频谱进行不失真地搬迁，如振幅的调制与解调电路、,混频电路等。非线性变换的作用是将输入信号的频谱进,行特定的变换，如角度的调制与解调电路等。,本章学习振幅的调制与解调电路、混频电路等。,4.1 调幅波基本性质,1、调幅波的数学表达式和波形,(1) 数学表达式,载波信号: uc(t)=Ucmcos(ct)=Ucmcos(2ct),式中，uc(t)为载波的瞬时幅度，Ucm最大振幅，c,为载波角频率，c为载波频率,c2c。,调制信号：u(t)，因为调幅波的振幅与调制信号成,正比，所以调幅波的振幅为： Um(t)=Ucm+kau(t),式中，ka 称调制灵敏度。是由调制电路决定的比例,常数。由于振幅调制后载波频率保持不变，所以调,幅波表示式为：,uAM(t)=Um(t)cosct=Ucm+kau(t)cosct,4.1 调幅波基本性质,1、调幅波的数学表达式和波形,(2) 单频调制时的数学表达式,当调制信号为一单频信号时，即,u(t)=Umcost=Umcos2Ft,式中，为调制信号角频率，F为调制信号频率，且有,2 F，通常F c。由此可得,uAM(t)=(Ucm+kacost)cosct,=Ucm(1+macost)cosct,其中,ma称调幅系数或调幅度，它表示,载波振幅受调制信号控制的程度。,4.1 调幅波基本性质,1、调幅波的数学表达式和波形,(a)调制信号；,(3) 单频调制时的调幅波形：,(b)载波信号；,(c) ma1；,(d) ma1。,由图可见，调幅波的最大振幅等,于Ucm(1+ma)，最小振幅等于Ucm(1ma)，当ma=1时,最小振幅等于零。若,ma 1，将会导致调,幅波在一段时间内振,幅为零，此时调幅波,将产生严重失真。为,了避免失真，要求ma,小于等于1，即ma1,4.1 调幅波基本性质,1、调幅波的数学表达式和波形,由图还可看出，调幅波是一个高频振荡，但其振,幅在载波振幅 Ucm上、下按调制信号的规律变化，因,此调幅波携带了原调制信号的信息。通常把调幅波振,幅变化规律，即Ucm(1+kaUmcost)称为调幅波的包,络。由于调幅系数 ma 与调制信号电压振幅 Um 成正,比，因此 Um 越大，ma 就越大，调幅波的变化也就,越大。,2、调幅波的频谱与带宽,4.1 调幅波基本性质,将单频调幅波的数学表达式按三角函数展开，可得,uAM(t)=Ucmcosct+UcmmaUcmcos(c+)t+ Ucmma