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1、目 录绪论一、通信系统的构成二、通信电路系统的发展三、本课程特点第一章 高频放大电路1.1谐振回路的基本特性1.2 小信号谐振放大电路1.3 谐振功率放大电路1.4 倍频电路1.5 宽带高频功率放大电路 和功率合成技术第二章 正弦振荡电路2.1 正弦振荡电路的原理和 频域分析方法2.2 LC正弦振荡电路2.3 RC正弦正当电路2.4 石英晶体振荡电路2.5 压控振荡器2.6 负阻振荡电路第1页/共641页目 录第三章 调制、解调与变频电路3.1 非线性元件的频率变换 作用3.2 调幅波及其解调电路3.3 调角波及其解调3.4 变频第四章反馈控制电路4.1 自动电平控制电路4.2 自动频率控制电
2、路4.3 锁相环的基本原理4.4 锁相环的应用4.5 单片集成锁相环第2页/共641页绪 论 自从无线电技术诞生以来，信息处理和信息传输一直是其研究的主要内容。通信电子电路所涉及的正是用于信息传输与处理的基本电路。因此，本书主要结合无线电通信这一方式，讨论设备和系统中高频电子电路的组成、工作原理以及工程计算等。在绪论中，将对通信系统的基本组成作简要介绍，以便读者了解本书各章所介绍的单元电路在整个系统中的地位和作用。第3页/共641页 一、通信系统的构成 一切能完成信息传输任务的系统可以统称为通信系统。按照信道中传输的基带信号是模拟信号还是数字信号，可以把通信系统分为两类，即模拟通信系统和数字通
3、信系统。本教材将重点介绍模拟通信系统。一个完整的通信系统构成的方框图如图0.1所示 图0.1 通信系统模型第4页/共641页 信源是指需要传送的原始信息源，如语言、音乐、图象、文字等，一般是非电物理量。信源经输入变换器后转换成电信号，称为基带信号，其形式不一定适合在信道上传输；把基带信号送入发送设备，将其变换成适合于信道传输特性的信号，送入信道。信号在信道的传输过程中，不可避免地要受到干扰，如工业干扰、天电干扰等。信号传送到接收端后，接收设备把有用信号从众多信号和噪声中选取出来，经输出变换器恢复出原始信息，供收信者使用。第5页/共641页信道是指信号传输的通道，包括有线信道和无线信道。信道不同
4、，其传输特性也不一样。有线信道包括架空明线、同轴电缆、波导管和光缆等；无线通信系统中，信道主要指大气层或外层空间。由于无线电波在空间传播的性能和大气结构、高空电离层结构、大地的衰减以及无线电波的频率、传播路径等因素密切相关，因此，不同频段无线电波的传播路径及其受上述各种因素的影响程度也不同。无线电波在空间的传播速度与光速相同，约为3x108m/s。无线电波的波长、频率和传播速度的关系满足下式 式中，是波长，c是传播速度，f是频率。由于电波的传播速度固定不变，所以信号频率越高，波长越短。第6页/共641页不同波长的无线电波传播规律不同，应用范围也不同，通常把无线电波划分为不同的波段。由天线理论可
5、知，要将无线电信号有效地发射出去，天线的长度必须和电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息转换而成的原始电信号一般是低频信号，波长很长。例如音频信号的频率约为20kHZ以内，对应波长为15km以上，制造出相应的巨大天线是不现实的。此外，即使这样的天线制造出来，由于各个发射台发射的均为同一频段的低频信号，在信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法选择所要接收的信号。第7页/共641页 因此，为了有效地进行传输，必须采用高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上（这一过程称为调制），然后经天线发射出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号上“卸取”下来（这一过程称为
6、解调）。其中，未经调制的高频振荡信号称为载频信号，低频电信号称为调制信号，经过调制的高频振荡信号称为已调波信号。第8页/共641页采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸大大下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的载波信号，这样在频谱上就可以互相区分开了。图0.2是通信系统中调幅式无线电发送设备与接收设备的方框图及其相应波形。第9页/共641页其中，发送设备一般包括振荡、放大、调制、抽样与A/D变换等电路；接收设备通常包括放大、滤波、混频、解调以及D/A变换等电路。这些都是通信电子电路所要研究的基本功能电路。此外，包括自动增益控制、自动频率控制和自动相位控制（锁相环）在内的反
7、馈控制电路也是通信电子电路研究的重要对象，因为这是通信系统中必不可少的组成部分。在发送设备和接收设备的各项功能中，除了各种放大只能用模拟电路实现外，原则上来讲，对于其它的功能，都可以将信号数字化后，用编程的方法或者数字电路来实现。第10页/共641页 图0.3是数字通信系统的基本组成方框图。对于数字通信系统来说，除了包含图中的各个功能模块以外，还要有同步系统，用于建立系统的收、发两端相对一致的时间对应关系，即通过在收端确立每一位码的起止时刻，确定接收码组与发送码组之间的对应关系，从而正确恢复发端的信息。第11页/共641页 二、通信电路系统的发展趋势 1.模拟电子电路系统的集成化 在70年代以
8、前，通信系统中的一些功能电路一般都是由分立元件电路构成的。随着科学技术的发展，到70年代末，已经广泛地采用了集成的稳压电源、运算放大器、低频功率放大器以及各种高频、中频放大器等集成器件。这些通用型的单片集成器件，配合少量外接元件，本身就组成一个独立的子系统，可以实现稳压、放大、有源滤波、调制解调等功能；如果将多种芯片组合起来，就可以组成一个完整的电子系统。此外，还有根据某一系统的性能指标而设计的专用集成电路，它的规模更大、功能更全，由一片或一组集成芯片就可组成一个完整的电子系统。由于专用集成电路是针对系统要求设计的，所以比用几种通用集成电路加以组合构成的系统更为先进、合理。第12页/共641页
9、虽然模拟电路和系统的集成化已经取得了很大进展，但要以集成电路完全取代分立元件电路，还有许多困难，这是因为模拟电路和系统对质量指标要求较高，诸如频率特性、噪声特性、失真系数、元件精度、稳定性等等，都比数字电路和系统严格得多；而且单元电路种类繁多、功能各异，以目前的电路设计技术和集成电路工艺水平，尚难全面满足各项要求。因此在一些性能指标要求较高的模拟系统中，尚保持着一定数量的分立元件电路。特别是高频大功率的设备，主要还采用晶体管和电子管。另外，某些元器件的集成化问题至今还未得到完善的解决第13页/共641页 2.通信电路系统的数字化 模拟电路的主要优点是，它能在高频率工作和实时地处理信号。目前，模
10、拟电路可以在几万兆赫兹的频率工作，而数字电路还远未达到这样的工作速度。但是，模拟电路也存在缺点，第一，模拟电路中的有源器件绝大多数工作在放大状态，由于器件在放大状态工作时，其参数与工作点等多种因素有关，因此使整个放大电路工作参数的稳定性较差。第二，模拟电路的时间特性主要取决于电路中的电阻、电容和电感，而利用这些元件得到准确、稳定的时间常数尚有一定困难。第三，利用模拟电路对模拟信号进行延时、存储等处理比较困难。上述缺点在数字电路中不存在。第14页/共641页近年来，随着数字信号处理技术的飞速发展，一些原来由模拟电路实现的功能，都改用数字化实现；并且数字电路易于大规模集成。因此，通信系统的发展越来
11、越趋向于数字化，如锁相环路、调频、调相、解调等等。此外，数字化还将给通信系统的设计带来很多好处，例如通过用高速的数字多路复用器、数控振荡器和数字滤波器来取代相应的模拟混频器、振荡器和滤波器，可以消除各种不需要的效应和考虑事项，如混频器、振荡器的非线性校准、温度漂移校准。第15页/共641页虽然模拟电路的数字化是大势所趋，但由于模拟通信系统和制式已经应用很广泛，如果立即完全数字化，将要投入大量资金和增加用户负担，因此从经济的观点看，通信广播等完全数字化的普遍推广应用尚需时日；另外，数字电路的速度在某些领域还不能满足需要，这也有待于集成电路技术的进一步发展。所以，在相当长的一段时间内，通信系统还将
12、是模拟集成电路、数字集成电路并存或模拟、数字混合构成的局面。第16页/共641页三、本课程特点本书的内容主要包括四个方面：1.信号的产生：正弦波振荡电路。2.高频信号的放大：小信号谐振放大电路、谐振功率放大电路和宽带功率放大电路。3.信号的频率变换：倍频、变频、调制、解调等。4.反馈控制电路：自动增益控制、自动频率控制、锁相环。第17页/共641页第一章 高频放大电路高频放大电路的负载，通常采用调谐回路，因此称之为谐振放大电路。这种放大电路对于频率靠近谐振频率的信号，有较大的放大倍数；对于频率远离谐振频率的信号予以抑制。所以，谐振放大电路不仅有放大作用，而且还起着选频（或滤波）的作用。这类放大
13、电路属于窄带放大器。和低频放大电路一样，谐振放大电路也分为小信号放大和大信号放大两大类。其中小信号谐振放大电路多用于接收机，作为高频和中频电压放大；后者作为高频谐振功率放大电路，多用于发射机，主要提供较大的输出功率和较高的效率。宽带高频功率放大器采用频率响应很宽的传输线变压器作负载，可以工作在很宽的频率范围内。第18页/共641页 1.1谐振回路的基本特性谐振回路具有选频特性，它是构成高频谐振放大电路、正弦波振荡电路及各种选频电路的基础。一般谐振回路由电感L与电容C并联或者串联构成。采用LC谐振回路作选频网络，可以从输入信号中选出有用信号同时抑制无用信号；也可以将其用于移相网络、相频转换网络；
14、此外，LC谐振回路还可以组成阻抗变换电路用于级间耦合和阻抗匹配。因此，LC谐振回路是高频电路中不可缺少的组成部分。第19页/共641页LC简单串并联谐振回路的基本特性一、LC串联谐振回路的基本特性 LC串联谐振回路的基本形式如图1.1.1所示。图中L、C分别为回路电感和电容，r是电感L的损耗电阻，其阻值一般很小；电容中的损耗一般也很小，可以忽略不计。图1.1.1 LC串联谐振回路第20页/共641页当激励电压 是正弦电压时，由图可见，回路的阻抗为：（1.1.1）其中：(1.1.2)(1.1.3)(1.1.4)式中 ZS为阻抗，X为电抗。当输入信号的工作频率 时，如果满足 ，即X=0，则谐振回路
15、发生了谐振现象。我们把 称为串联谐振回路的固有谐振角频率，(1.1.5)而谐振频率为 (1.1.6)空载回路电流 (1.1.7)第21页/共641页上式中，Us为输入正弦信号的振幅；为回路在串联谐振时的电流，为实数，即 。显然，谐振时 最大。此时，电感线圈L上的电压为：(1.1.8)当回路发生谐振时，。把回路谐振时的感抗（或容抗）值与回路的损耗电阻r之比定义为回路的品质因数，以Q表示。则有：，称为回路空载品质因数，表示回路不含外加负载电阻与阻尼电阻时，回路电抗与其固有损耗电阻r的比值，它是谐振回路的一个重要指标，表征回路谐振状态下电抗元件的储能与电阻元件耗能状况的比值。第22页/共641页实际
16、电路中，一般总是满足 ，显然，。此时 (1.1.9)同样，电容C上的电压为：(1.1.10)上式说明，电感和电容上的电压均为信号源电压的Q0、倍，但相位相反，因此串联谐振也称为电压谐振。此时，电感、电容、电阻上的相位关系如图所示。第23页/共641页图1.1.3示出了LC串联回路的阻抗频率特性。由图可知，当输入信号频率等于回路的谐振频率时，即 时，回路的阻抗值最小，等于纯电阻r；当 ，则阻抗的模将增大，回路将呈现容抗特性（）或感抗特性（），相角则由零趋于或。第24页/共641页 2、LC并联谐振回路的基本特性LC并联谐振回路的基本形式如图1.1.4(a)所示，r为电感中的损耗电阻。由图可见，回
17、路端口阻抗为：(1.1.11)第25页/共641页工程中，一般总是满足 ，因此 （1.1.12）(1.1.13)式中：(1.1.14)(1.1.15)而且 (1.1.16)(1.1.17)(1.1.18)第26页/共641页由式(1.1.13)可见，在满足 的条件下，图1.1.4(a)可用图1.1.4(b)所示的电路等效。图中L为理想电感，其中 ，为并联谐振回路的谐振电阻。当回路受电流 源激励时，回路的端电压为 (1.1.19)当输入信号的频率 时，此时并联谐振回路产生谐振，称为并联谐振回路的谐振频率。回路阻抗为：(1.1.20)它为纯电阻。电感L中的损耗r愈小，RP愈大。第27页/共641页
18、当回路谐振时，(1.1.21)流过电容的电流 (1.1.22)式中 (1.1.23)Q0称 为 并 联 谐 振 回 路 的 空 载 品 质 因 数。从 式（1.1.23）可以看出：(1.1.24)当满足 时，流过电感线圈的电流为 (1.1.25)第28页/共641页由式(1.1.22)和式(1.1.25)可以看出，谐振时流经电感与电容的电流是信号源电流的Q0倍，二者之间大小相等、相位相反，因此，并联谐振也称之为电流谐振。图1.1.5给出了并联谐振回路谐振时的相位关系。第29页/共641页图1.1.6示出了并联谐振回路的阻抗频率特性。可以看出，当 时，即谐振回路工作于调谐状态时，回路等效于一个纯
19、电阻，其阻值为最大且等于RP。随着 偏离 ，回路将呈现容抗特性（）或感抗特性（），相角则由零趋于 。第30页/共641页1.1.2 LC回路的阻抗变换特性 在实际的电路或选频系统中，谐振电路总是与信号源和负载相连接的。一般情况下，考虑信号源内阻与负载电阻时，实际的谐振电路如图1.1.7所示。图中信号源内阻 ，负载电阻为 。第31页/共641页定义串联谐振回路的有载品质因数，（如图1.1.7(b)所示）(1.1.26)对于并联谐振回路（如图1.1.7(a)所示），考虑信号源内阻GS和负载电阻GL后，有载品质因数为 (1.1.27)第32页/共641页从式(1.1.26)和式(1.1.27)可以看
20、出，实际系统中信号源内阻及负载电阻影响后的有载品质因数 （Q0为只考虑线圈损耗电阻r的空载品质因数），并且RS及RL越大，QL下降的越多，使得选频能力降低。因此，如何减小负载及信号源内阻对谐振回路的影响，是选频放大器中必须要考虑的问题之一。实际工作中，信号源内阻与负载电阻的数值都是固定值，不能选择。为了降低它们对回路Q值的影响，一般采用LC阻抗变换网络作为匹配网络，将RS或RL变换成合适的值后，再与谐振回路相联接。工程实践中，常常用到将信号源或负载与谐振回路中的电感或电容采用部分接入形式的并联谐振回路，一般称之为部分接入并联谐振回路。第33页/共641页一、自耦变压器耦合连接 图1.1.8所示
21、的电路为自耦变压器耦合连接的形式及其阻抗变换的等效电路。图1.1.8 自耦变压器抽头接入的阻抗变换第34页/共641页图中电感线圈的总电感LL1+L2（忽略回路中互感的影响），N1和N2 分别为电感线圈L1和L2的匝数，N=N1+N2。当电路发生谐振时，设谐振回路的谐振频率为 。若此时电路满足高Q值条件，即 时，有 (1.1.28)利用电源提供的功率不变的概念，即耦合变压器在RL和 上消耗的功率应该相等，有P1=P2，其中 (1.1.29)(1.1.30)因此 (1.1.31)所以 (1.1.32)第35页/共641页设 ，p称为接入系数，则 ，（1.1.33）由上式可知，p越小，越大，对谐振
22、回路的影响越小。从以上分析可以看出，通过改变部分接入并联谐振回路的抽头位置，可以进行阻抗变换，实现回路与信号源及负载之间的阻抗匹配。第36页/共641页 二、电容分压耦合连接 图1.1.9为电容分压接入电路及其阻抗变换等效电路类似地，电容分压也可以完成部分接入，阻抗变比推导过程与上述过程相同，结论也一致，不同之处在于此时。电容分压耦合连接方式可以通过改变分压电容的数值来实现阻抗变换，从而避免线圈抽头的麻烦。第37页/共641页以上介绍了以电阻RL的等效变换为例，推导出各种连接形式的变比关系，可以将上述变化关系推广到电导、电抗、电容、电流源和电压源的等效变换。由式(1.1.33)推广到其它量可以
23、得到 利用以上各式，可以在不改变电路参数的条件下进行各种阻抗变换，从而达到阻抗匹配的目的。第38页/共641页 1.2 小信号谐振放大电路小信号谐振放大电路，广泛应用于通信、广播、电视、雷达等接收系统中，主要起选频、放大作用。小信号谐振放大电路，通常是指负载具有谐振特性（或选频特性）的放大电路。它的作用是：从接收到的有用信号和大量干扰信号的混合产物中，选择出一个具有一定带宽的有用信号并且加以放大，同时有效地抑制其它的无用信号（称为干扰信号），也就是说，它既能选频、又能放大。小信号谐振放大电路，由于输入信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内，即甲类放大状态，因而能够用微变等效电路法来进行分析
24、。第39页/共641页一个理想的谐振放大电路的幅频特性曲线如图1.2.1中的实线所示。实际谐振电路的幅频特性曲线如图1.2.1中的虚线所示。幅频特性曲线的特点是在谐振频率f0（或称中心频率）上增益最大，偏离f0后增益迅速下降。f0如果等于有用信号频率，就能将有用信号选择出来并加以放大，从而有效地抑制其它频道信号或干扰信号。第40页/共641页1.2.1 小信号谐振放大电路的技术指标及组成方法小信号谐振放大电路的技术指标及组成方法一、技术指标小信号谐振放大电路的主要技术指标有谐振增益、通频带、选择性和稳定性。1.谐振增益谐振增益是指放大电路在谐振频率f0处的电压增益，它用来表示对有用信号的放大能
25、力，用Auo 表示。2.通频带小信号谐振放大电路需要选择并且放大的有用信号，是以f0为中心频率并且占有一定通频带的窄带信号，因而使得通频带就成为它的主要技术指标之一。它的上限截止频率fH和下限截止频率fL之比接近于1或略大于1，所以又称它为窄带谐振放大电路。通频带是指放大电路的增益比谐振增益Auo下降3dB时的上限截止频率与下限截止频率之差值，用BW0.7表示。为了无失真地放大有用信号，BW0.7应该大于有用信号的频谱宽度。第41页/共641页3.选择性选择性用通频带以外某一特定频率的增益Au(f)与谐振增益Auo的比值S来表示，即S (1.2.1)它表示谐振放大电路对于通频带以外的各种带外信
26、号（包括干扰信号）的抑制能力，即从各种信号中选择出有用信号的能力。显然，S值越小，选择性就越好。对于一个实际的谐振放大电路，其通频带和选择性是相互矛盾的。一般情况下，通频带越宽，对特定频率干扰信号的选择性就越差。为了综合表示通频带和选择性这两个相互矛盾的指标的统一程度，常采用矩形系数D这个参数，其定义为 D 第42页/共641页4.稳定性电路稳定是放大电路正常工作的必要条件。稳定性是指放大电路直流偏置、电路元件参数等发生变化时，放大电路的增益、中心频率、通频带、幅频特性等主要特性的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激，
27、以致使放大器完全不能工作。因此，为了保证放大器正常工作，必须采取稳定措施，使放大器不自激或远离自激，并且在工作过程中应避免主要特性的变化超出允许范围。除上述四个主要性能指标外，还要求噪声系数小。降低高频放大电路的噪声系数，可以提高整机灵敏度。第43页/共641页二、组成方法在实际应用中，往往需要把很微弱的信号放大到足够大，这就要求放大电路有较大的增益。因此，高频放大电路，特别是中频放大电路，大都是由多级级联而成。例如电视接收机的图像中频放大电路是34级，放大量要求大于40dB，其伴音中放一般也有23级，放大量在40dB左右；广播收音机的中频放大电路一般有3级，增益在40dB以上。因此，小信号谐
28、振放大电路通常有两种组成方法：一种是将单级谐振放大电路级联起来，构成多级放大电路，称作分散选频放大电路；另一种是用集成宽带放大电路和具有相应选频特性的窄带滤波器构成谐振放大电路，称作集中选频放大电路。第44页/共641页 1.2.2 分散选频的小信号谐振放大电路 一、电路的构成 分散选频放大电路是由多级小信号谐振放大电路组成的。每一级放大电路，可以采用以并联谐振回路作为输出负载的单调谐回路谐振放大电路，也可以采用以耦合谐振回路作为输出负载的双调谐回路谐振放大电路。这两种电路分别如图1.2.2(a)和(b)所示。第45页/共641页图中Rb1、Rb2和Re构成晶体管的分压式偏置电路，Cb和Ce为
29、旁路电容，YL为输出负载导纳或者是下一级放大电路的输入导纳。在图1.2.2(a)所示的单调谐回路谐振放大电路中，L和C组成并联谐振回路，它与晶体管为部分接入（即采用抽头连接）形式，而与负载之间为变压器耦合。这样连接的目的，是为了减小晶体管参数和负载YL对谐振回路的并联影响，以保证谐振回路有较高的品质因数值和稳定的频率特性。对于图1.2.2(b)所示的双调谐回路谐振放大电路，其中L1C1和L2C2构成双调谐耦合回路。为了提高调谐回路的品质因数值，双调谐耦合回路与晶体管和负载连接时均采用抽头形式部分接入。第46页/共641页二、放大性能和选频特性的分析下面，我们仅以单调谐回路谐振放大电路为例，讨论
30、多级谐振放大电路的放大性能和选频特性。1.单调谐回路谐振放大电路对于图1.2.2(a)所示电路，可以用1.2.3(a)所示的交流等效电路来表示。为了方便，图中的晶体管用以网络参量表示的Y参量等效电路替代，其中y11()、y21()、y22()分别表示该电路的输入导纳、正向传输导纳和输出导纳。当多级级联时，输出负载导纳就是下一级放大电路的输入导纳。若将部分接入的晶体管参量和负载导纳全部折算到谐振回路两端，则等效电路可以进一步简化为图1.2.3(b)所示的、由电流源激励的并联谐振回路。第47页/共641页 其中n1N12/N13、n2N45/N13，分别为本级输出端和下级输入端对谐振回路电感线圈的
31、匝比；Gc1/Rc表示回路的总电导，Cc代表谐振回路总电容，它们包括了回路自身、以及本级输出导纳和负载导纳折算到谐振回路两端的电导和电容。第48页/共641页由图1.2.3(b)所示的并联谐振回路，可以求得单调谐回路谐振放大电路的电压增益表达式，其模值和相角分别为 (1.2.3)(1.2.4)式中 (1.2.5)称为一般失谐，为回路有载品质因数，其中 (1.2.6a)(1.2.6b)分别为回路的谐振角频率和等效品质因数。分别为回路的谐振角频率和等效品质因数。第49页/共641页当0，即0时，单调谐回路谐振放大电路的谐振增益为 (1.2.7)设 ，则该谐振放大电路的选择性为 (1.2.8)令，由
32、上式可以求得3dB带宽BW0.7的表达式为 (1.2.9)由式(1.2.7)和式(1.2.9)可见，单调谐回路谐振放大电路的谐振增益与成正比，而通频带BW0.7则和QL成反比。从中可以看出，增大回路的品质因数QL能够提高谐振增益，但与保持一定的通频带宽度是相互矛盾的。第50页/共641页2.多级谐振放大电路的放大性能和选频特性假设把各级完全相同的n级单调谐回路谐振放大电路级联起来，则多级放大电路的总增益为 (1.2.10a)总选择性为 (1.2.10b)第51页/共641页由式(1.2.10)可见，多级单谐振回路谐振放大电路的选择性，等于各级选择性的乘积。因此，级数越多，选择性曲线越尖锐，选择
33、性越好，如图1.2.4所示。但是，随着级数的增多，其通频带将会变窄。令 ，则由式(1.2.10)可以得到，通频带随着级数n的增加而变窄的定量表达式为式中 是单级单谐振回路放大电路的通频带。一般把称作3dB带宽缩减系数。(1.2.11)第52页/共641页通过以上分析可见，当保持谐振回路等效品质因数QL不变时，随着级联级数的增加，通频带将按 倍减小。若要求n级级联后的通频带保持单级放大电路的通频带宽度，必须展宽每级放大电路的通频带，即每级回路QL的值必须按 倍下降，但这会导致每级谐振增益也相应减小参见式(1.1.7)。例如，当n4时，为了维持通频带不变，每级的QL值必须下降到单级时的 0.43倍
34、，因而四级放大电路的总增益，也同时相应下降到QL恒定时总增益的(0.43)40.034倍，即下降近30倍。这说明单调谐回路谐振放大电路的通频带和选择性之间的矛盾十分突出。第53页/共641页多级单调谐放大电路的特点是调节简单、增益高，但通频带不宽，稳定性下降。而在前文中提到的多级双调谐放大电路能克服这些缺点，通频带、选择性都令人满意，但缺点是电路复杂、调节困难、稳定性也差。为了改善放大电路的性能，可以将每一级回路按照一定的规律，分别调谐在不同频率上，构成参差调谐放大电路。第54页/共641页 三、利用参差调谐展宽调谐放大电路的通频带 所谓双参差调谐是把n级放大电路中每两级作为一组。假设共有m组
35、 ，每组中的两级放大电路均有相同 的 电 路 结 构 和 性 能，只 是 把 其 中 的 一 级 调 谐 在 上，另一级调谐在 上，如图1.2.5(a)所示。如果谐振频率f1和f2取值恰当，使其中一级放大电路幅频特性上升段与另一级放大电路幅频特性下降段互相补偿，则合成的幅频特性曲线如图1.2.5(b)所示。显然，合成曲线已经接近矩形的平坦特性，它比两级调谐在同一频率上的放大电路有更宽的通频带。m组级联后，通频带变窄的程度比调谐在同一频率上的放大电路小。第55页/共641页图1.2.5 双参差调谐放大电路的幅频特性曲线第56页/共641页当参差调谐频率满足 和 的条件时，合成幅频特性曲线具有最平
36、坦特性。此时，两级参差调谐放大电路在中心频率f0上的总增益为 (1.2.12)相应地选择性为 (1.2.13)通频带为 (1.2.14)如果将m组双参差放大电路级联，则总选择性为 (1.2.15)相应地通频带为 (1.2.16)第57页/共641页通过以上分析可见，和调谐在同一频率的的谐振放大电路相比较，双参差调谐放大电路 的性能得到很大改善。例如，当m=2时，其值反而比单级放大电路的通频带增大12%。因此，当通频带维持不变时，两组参差调谐放大电路的总增益，仅下降到QL值恒定时四级调谐在同一频率的单谐振回路放大电路总增益的 倍，大大缓和了通频带和选择性之间的矛盾。第58页/共641页2.三参差
37、调谐放大电路采用三参差调谐放大电路，还可以进一步改善放大电路的性能。但是，这种电路调整较为困难，一般用于通频带较宽的调谐放大电路中，如电视接收机的图像中频放大电路。1.2.3集中选频的小信号谐振放大电路集中选频的小信号谐振放大电路分散选频谐振放大电路存在不少缺点。因此，越来越多地采用集中选频的小信号谐振放大电路，它由宽带线性集成放大电路和集中选择性滤波器构成，其中宽带集成放大电路为电路提供足够高的电压增益，而集中选择滤波器则满足电路的通频带宽和选择性高的要求，如图1.2.6所示。第59页/共641页一、集中选择性滤波器概括地讲，所谓滤波器是指这样的一类电路，它能让指定频率的信号顺利地通过，甚至
38、还有一定的增益，而对指定频率以外的信号则起衰减作用。完全由无源元件组成的滤波电路称为无源滤波器，由滤波网络和有源器件共同组成的滤波电路称为有源滤波器。常用的滤波器种类很多，我们只是粗略地介绍一下其中主要的陶瓷滤波器和声表面波滤波器，它们都属于无源滤波器。第60页/共641页1.陶瓷滤波器 图1.2.7 压电陶瓷片的等效电路和电路符号陶瓷滤波器是由锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3压电陶瓷材料（简称PZT)制成的。把制成片状的陶瓷材料的两面覆盖银层作为电极，经过直流高压极化后，陶瓷片就具有了压电效应。当对陶瓷片施以压力或拉力使之产生压缩或拉伸变形时，在其两对面上将产生数量相等的异号电荷；相反，如在两面
39、之间加上一电场，陶瓷片就会产生伸长或压缩的机械变形。这种现象称为压电效应。陶瓷滤波器具有制作简单且可制成各种形状、耐热耐湿性高、易于小型化等优点。第61页/共641页陶瓷滤波器的等效电路及符号如图1.2.7(a)(b)所示。图中Co为陶瓷片两电极间的静态电容，Lq、Cq、rq分别为陶瓷滤波器的动态电感、电容和损耗电阻。由等效电路可见，陶瓷谐振器有两个谐振频率，即串联谐振频率fs和并联谐振频率fp，它们的计算公式为 (1.2.17)(1.2.18)第62页/共641页将谐振频率不同的压电陶瓷片适当地组合连接，就可以获得接近理想矩形的幅频特性。图1.2.8(a)所示的是由九个陶瓷片组成的三端陶瓷滤
40、波器的电路连接图，图1.2.8(b)所示的是它的电路符号。三端陶瓷滤波器的工作频率可以从几百kHz到几十MHz，带宽也可以做得很窄。它的主要缺点是工艺一致性差，频响曲线离散性大，而且其通频带往往也不够宽。这在一定程度上限制了它的使用。第63页/共641页2.声表面波滤波器声表面波滤波器是一种集成滤波器件，这种滤波器体积小、重量轻、工作频率高（中心频率在5MHz1GHz之间），尤其适合于高频、超高频工作。并且由于它通频带宽、频响曲线一致性好、制造简单等优点，是目前通信系统、彩色电视和雷达等主要采用的一种选择性滤波器。声表面波滤波器的结构示意图如图1.2.9所示 第64页/共641页基片是采用石英
41、、铌酸锂和钛酸钡等压电晶体制成。在基片表面先蒸发上一层金属膜，再通过光刻工艺制成两组相互交错的叉指状金属电极换能器。在左端一组换能器两端加入电信号，使压电晶体表面产生振动并且激发出与外加信号同频率的声波，此弹性波将沿着压电晶体表面向右边传播，而右端的一组叉指换能器则将声波转换为电信号。声表面波滤波器的中心频率与通频带等性能，决定于压电晶体材料以及在其表面形成的叉指换能器的指条数目、疏密和长度等结构参数。只要严格设计和制作叉指换能器，就可以获得需要的频率特性，因而可以制成不同规格的声表面波滤波器。第65页/共641页 二、集成宽带放大电路实例 集成宽带放大电路种类很多，而且常与其它功能电路一起集
42、成在一块芯片上，大多数是由差动放大电路和能够展宽频带的组合电路构成的。随着集成电路技术的飞速发展，集成电路的集成度日益提高，专用集成电路的大量出现，一块集成芯片就是一个系统，就能包含某个整机的大部或全部电路，完成多种电路功能。为了简化调谐的生产工序，它的调幅调频中放部分（如图1.2.10所示），采用了集中选频放大电路。第66页/共641页1.ULN-2204集成中频放大电路ULN-2204集成块的中频放大电路由五级差分放大电路直接级联而成。由晶体管VT1到VT8构成的前四级差分放大电路都是以电阻作负载的CC-CB放大电路，它们保证了较宽的通频带。末级采用了带恒流管VT12的差分放大电路。调频或
43、调幅变频器输出的各变频分量，先经过集中选频回路选出调频中频信号(10.07MHZ)或调幅中频信号(465kHZ)，接到图1.2.10所示中放电路的端2、端1，经过放大后，在VT10管输出端15，用集中选频回路作负载再选出所需要的调频中频信号或调幅中频信号，以供给后面鉴频或检波。图中端子16及EC、EB等直流电源，均由集成块中的控制电路及稳压电路供给。第67页/共641页2.集成宽带放大电路图1.2.11(a)为8FZ3型低噪声宽带放大电路。电路的特点是管子少但端子多，可以灵活地根据需要接成不同组态和接不同的外加反馈元件。它采用不同组态的配合和加负反馈的方法，展宽了通频带、降低了内部噪声，故常用
44、于低噪声的输入级。同样，采用图1.2.11(b)所示的8FZ1型宽带集成电路，将端8接地，端9和端10、端3和端4分别连接，端2接正电源，由端4输出，就构成一个具有单级电流串联负反馈和级间电流并联负反馈的两级共射级联电路。第68页/共641页三、集中选频谐振放大电路的构成方法 图1.2.11 两种简单的集成宽带放大电路采用集中选择性滤波器和上述两种集成宽带放大电路构成的选频放大电路如图1.2.12所示。第69页/共641页各集成块之间用1000pF电容耦合，目的是降低低频增益，避免低频自激。采用9V电源供电，每一级都加有 构成的退耦电路，防止各级间通过电源内阻产生有害耦合而造成自激。由于加到最
45、后一级的信号已经足够大，为防止工作点过高而产生饱和失真，在该级端9、端10之间接入RfCf并联网络。Rf值的选择应保证既不产生饱和失真又不出现截止失真。Cf使Rf交流旁路，以保持原有的反馈深度。图1.2.12所示电路的中心频率为30MHZ，带宽为5MHZ，这由集中选择性滤波器决定。第70页/共641页通常，集中选择性滤波器设置在整个放大电路的低电平处，在接收机中是放在混频器和集成宽带放大电路之间，使混频器输出的无用的非中频分量受到大幅度的衰减。但是，滤波器本身的损耗和特性的不理想将使整个放大电路噪声大大增加，因此，在放大器采用两个以上宽带放大电路时，可以将集中选择性滤波器设置在它们之间，如图1
46、.2.12所示。小信号谐振放大电路的工作频率高，使得器件内部寄生反馈（通过结电容 ）的作用很大，这会使它极易自激而破坏正常放大。同时，谐振放大电路的幅频特性曲线在中心工作频率附近的变化十分尖锐，如果稍有正反馈，就会使得幅频特性曲线产生很大的变化，以致不能满足预期的性能要求。因此，在小信号谐振放大电路中一般选用寄生反馈小的组合电路（如CE-CB电路）构成的宽带放大电路，而不采用反馈类型的集成宽带放大电路。第71页/共641页 在结束这一节时，我们扼要把前面所讲的各种谐振放大电路的特点，作一简单的比较。单调谐放大电路的通频带较窄、选择性差，带宽和选择性矛盾突出。级数增加时，总通频带变窄较快，而选择
47、性提高又不明显。但是由于它结构简单，调整方便，所以在要求不高的场合经常使用。双调谐放大电路具有较好的选择性和较宽的通频带，但制作和调整比较复杂。双参差调谐放大电路和双调谐放大电路的性能，大体相同。但由于它是由单调谐放大电路参差而成，因而制作较简单，但级数多要求调整精确。三参差调谐放大电路的通频带更宽，选择性更好，但所需的级数更多。因此，它仅在要求通频带较宽的情况下使用。第72页/共641页分散选频放大电路就是分别由单调谐、双调谐或参差调谐放大电路级联后组成的，其电路特点如上所述。在高频集成电路中，集成芯片外的可调元件，尤其是LC回路日趋减少，使整机趋向单片化，如目前的单片收音机电路和两片彩色接
48、收机电路。在这种集成度越来越高的整机芯片中，分散选频放大电路的用途越来越少，但仍然没有被取消，因为缺少它，就难以完成系统特定的选频与放大功能，在分立元件的接收机电路中，分散选频放大电路更是必不可少。集中选频放大电路由于采用了集成电路和集中选择性滤波器，因而体积小、可靠性高、稳定性能好、耗电少，并且减少了选频器件和放大器件的相互影响，调整简单，通频带和选择性容易控制以满足要求，有利于生产的程序化。第73页/共641页1.31.3谐振功率放大电路 1.3.1 概述概述 我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大电路。同样，在高频范围内，为了获得较大的高频输出功
49、率，也必须采用高频功率放大电路。高频功率放大电路和低频功率放大电路的共同点，都是要求效率高、输出功率大；但是，由于它们的工作频率相差很大并且相对频宽不同，因而负载网络与工作状态也不同。高频功率放大电路主要用于发射机的末级和中间级，它将振荡器产生的信号加以放大，获得足够的高频功率后再送到天线上辐射出去。另外，高频功率放大电路也用于电子仪器中（如功率信号产生器）作末级功率放大电路。应该指明，在功率较大的高频放大电路中，由于电子管在功率以及频率方面的优势，还占有相当重要的地位，已研制出单管功率达2000kW的巨型电子管，这是晶体管所望尘莫及的。第74页/共641页功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类
50、、丙类、丁类和戊类等多种工作方式，常以半导角的大小加以区别，在低频电路中，已经了解到甲类、乙类、甲乙类三种工作状态的特点，现在将功率放大器的这几种状态的主要特点列于表1.3.1。第75页/共641页低频功率放大电路所放大的信号是宽频带的，例如自20Hz20kHz，高低频率之比达1000倍，所以它们无法采用调谐回路作负载。在无线电通信系统中，为了在发信一端高效率地提供功率较大的信号，常常采用谐振功率放大电路。用谐振系统作为匹配网络的功率放大电路通常被统称为谐振放大电路。它主要用于放大未调制的载波信号或等幅工作的各种高频信号。为了在保证管子安全工作的前提下高效率地提供足够大的输出信号功率，谐振功率