1、1.1通信系统的组成及原理1.2无线电发送设备的组成及其基本原理1.3无线电接收设备的组成及其基本原理1.4无线电波波段的划分和无线电波的传播小结习题 本章要点本章要点 通信系统的组成及原理 无线电发送、接收设备的组成及其基本原理 无线电波波段的划分 本章难点本章难点 无线电发送设备的构成及原理分析 无线电接收设备的构成及原理分析 1.1通信系统的组成及原理通信系统的组成及原理 无线电的发明起源于电磁学的发展。19世纪60年代，麦克斯韦总结库仑、安培、法拉第等人的研究工作之后，提出了电磁波的概念。1887年，赫兹成功地在导线中激起高频电流，在导线周围测出电磁场，验证了电磁场的存在。1896年3
2、月，苏联物理学家波波夫在莫斯科首次进行世界上第一次无线电电报的发射和接收试验。1901年，意大利科学家马可尼首次完成了横渡大西洋的无线电通信。此后无线电电子技术获得迅速发展，其应用领域也不断扩大，但是到现在信息传输和处理仍是其主要的应用领域。用电信号（或光信号）传输信息的系统称为通信系统。其基本组成如图1-1所示，它由信号源、发送设备、传输信道、接收设备和终端装置组成。图1-1通信系统的组成 信号源就是信息的来源，它有不同的形式，如语言、音乐、文字、图像、电码等。发送设备将要传输的信号转换为对应的电信号(称为基带信号)，再进行处理并以足够的功率送入传输信道，以实现信号的有效传输。传输信道是信号
3、传输的通道，又称传输媒介，常有无线信道和有线信道。无线信道常用自由空间，有线信道常用电缆、光导纤维等。接收设备把传输信道传过来的已调信号取出并进行处理，还原出基带信号。终端装置把基带信号转换为原来的信号。总之，经过一个完整的通信系统，最终完成信号的传输。通信系统有多种，常分为有线通信系统和无线通信系统；模拟通信系统和数字通信系统。无线电广播系统是无线通信系统的典型应用之一，我们以无线电调幅广播为例，简要说明发送设备、接收设备的组成与基本原理。1.2无线电发送设备的组成及其基本原理无线电发送设备的组成及其基本原理无线电调幅广播发射机的构成框图如图1-2所示，主要由载波信号产生电路、调制信号产生电
4、路、振幅调制电路及发射天线等组成。图1-2调幅广播发射机的构成框图 1)载波信号产生电路载波信号产生电路主要由高频振荡器(又称主振器)、高频放大器及倍频器组成，其基本功能是产生高频大功率的正弦波信号。通常，主振器是由石英晶体振荡器构成，优点是能产生波形好、频率极其稳定的正弦波信号；缺点是振荡频率不高，利用高频放大器及倍频器，进行倍频及放大，得到频率较高的高频正弦波(即载波)。在一些特殊电子系统，载波也采用其他一些波形，如三角波、方波等。2)调制信号产生电路调制信号产生电路由话筒和低频放大器组成。话筒的功能是将声音转换成微弱的音频电信号，再经低频放大器，产生振幅调制电路要求的调制信号。3)振幅调
5、制电路振幅调制电路的基本功能是将调制信号对高频载波进行振幅调制，输出大功率的调幅波信号。(1)振幅调制基本原理。振幅调制通常称为调幅，其原理图如图1-3所示。图1-3调幅原理图 设输入调幅电路载波信号数学表达式为uc(t)=Ucmcosct其中，Ucm为载波振幅；c为载波角频率。通常，调制信号是一个复杂的信号，但为分析问题方便，常用单一频率余弦信号为例，进行讨论。调制信号的数学表达式为u(t)=Umcost。根据调幅定义，u(t)对uc(t)进行调幅后，输出调幅波的一般表达式为tstmUttUUKUttUKUtucacmccmmacmcmacmAMcocos1coscos1coscos)(1-
6、1)其中，Ka为与调幅电路有关的系数；为调幅系数，通常小于1;Ucm(1+ma cost)为调幅波的瞬时振幅。可见uAM(t)的瞬时振幅随u(t)的大小而变化。利用三角函数变换，将(1-1)式展开，得cmmaaUUKm tUmtUmtUtu)cos(21)cos(21cos)(ccmaccmaccmAM(1-2)可见，单一频率调幅波由三个频率成分的信号叠加而成，即载频、上边频、下边频三个频率分量，其频谱如图1-4所示。图1-4调制信号、载波及调幅波的频谱 由图1-4可见，调幅过程的实质就是将调制信号u(t)的频谱搬移到载频两侧的过程。复杂调制信号的调幅过程也是如此。(2)采用调制发射的原因。在
7、无线电通信系统中，电信号是通过无线以电磁波的形式向空间辐射传输的。目前，几乎所有的无线电发射机都采用调制发射方式，即把调制信号(代表要传输的信息)调制在高频载波上，然后由天线辐射出去。那么，为什么要采用调制发射呢？采用调制发射方式的原因是多方面的，但至少在以下两方面是最基本的。其一是与无线电波有效辐射的条件有关，其二是为了满足“多路复用”的需要。由电磁场理论知，只有当天线的尺寸与被辐射信号的波长相比拟时(波长l的1/101)，信号才能被有效地辐射出去。对于频率f为20 Hz20 kHz的音频信号，由l=C/f知(C为光速，C=3108*m/s)，相应的波长l为15 00015 km，若采用l/
8、4天线，则天线长度至少应在3.75 km以上。显然，这是不可能实现的。采用调制就可以把低频调制信号调制在高频载波上，从而易于实现电信号的有效传输。不同电台可以采用不同频带的高频电磁波，以避免相互之间的干扰，满足多路复用。例如，有一组音乐信号和一组语言信号要同时播出，若将这两组信号同时向空间辐射，则这两组信号的频谱就会发生混叠现象。当接收机收到这类信号，无法将其彼此分开，在扬声器中同时发出音乐声与讲话声，显然这不符合实际要求。若采用调制，将音乐信号调在fc1上，语言信号调在fc2上，在接收机中，通过选台，分别接收、还原出原来的音乐或者语言信号。综合上述，基于上述两点使目前所有的无线通信、无线广播
9、和电视广播均毫无例外地采用调制发射方式。(3)调制类型。在高频电子线路中，只讨论连续波的调制与解调。调制有三种类型：调幅、调频和调相，分别对应的解调方式为：检波、鉴频和鉴相。4)高频功率放大器由于调幅电路输出的功率不大，因此需对其输出的调幅波信号进行功率放大，采用高频功率放大器，用以输出大功率的调幅波，来满足增大发射设备的覆盖面，即增加发射设备的作用距离。1.3无线电接收设备的组成及其基本原理无线电接收设备的组成及其基本原理无线电调幅广播接收机的组成框图如图1-5所示。为提高接收机的性能，均采用超外差接收方式，即把不同接收频率的信号变为固定频率的中频信号。图1-5调幅广播接收机构成框图(1)高
10、频放大器。在接收机中，天线能起到对空间电磁波汇聚作用，而高频放大器具有选频与放大功能。为提高接收机的灵敏度，常选用低噪声高放管。(2)本机振荡器。本机振荡器又称为本振，它的功能是为混频器提供高频正弦波信号。(3)混频器。混频器是超外差接收机的重要组成部分。其基本功能是将本振信号和高频调幅波信号进行频率变换，选择输出中频的调幅信号。(4)中频放大器。中频放大器的基本功能是将混频器输出的中频调幅波信号进行放大，为检波器提供要求输入幅度的信号。(5)检波器。检波器的主要功能是将中频放大器输出的中频调幅波信号变换成音频信号。(6)前置放大器。前置放大器主要完成音频信号的电压放大，满足低频功率放大器输入
11、信号的要求，即起推动激励作用。(7)低功放。低频功率放大器完成音频信号的功率放大，推动扬声器工作，还原出音频信号。1.4无线电波波段的划分和无线电波的传播无线电波波段的划分和无线电波的传播1.4.1无线电波波段的划分无线电波波段的划分由于频率不同，电子器件、电路特性和无线电波传播的特点差异会很大，有必要简单介绍一下无线电波波段的划分及其主要用途。习惯上，人们把频率在10 kHz到103GHz范围内的电磁波叫做无线电波。对频率范围如此宽的无线电波，为了分析和应用方便，人们按习惯把它划分为若干波段或频段，如表1-1所示。根据无线电不同的使用用途，又有更详细的划分，表1-2为我国陆地移动无线电业务频
12、率划分，表1-3为业余无线电通信频率使用划分表，表1-4和表1-5为无绳电话使用频率划分表，表1-6为广播及电视频率划分表，表1-7为玩具无线电遥控及通信频率表，表1-8为发射特性国际代号说明。表表1-1无线电波的频段划分及主要用途无线电波的频段划分及主要用途 表表1-2我国陆地移动无线电业务频率划分我国陆地移动无线电业务频率划分 表表1-3业余无线电通信频率使用划分表业余无线电通信频率使用划分表 表表1-4无绳电话使用频率划分表一无绳电话使用频率划分表一 表表1-5无绳电话使用频率划分表二无绳电话使用频率划分表二 表1-4为我国无线电管理委员会1985年制定，表1-5为1992年制定。规定无
13、绳电话频道间隔为25 kHz，座机发射功率不得超过50 mW，手机发射功率不得超过20 mW，发射类别为F3E、F1D、G3E。表表1-6广播及电视频率划分表广播及电视频率划分表 表表1-7玩具无线电遥控及通信频率表玩具无线电遥控及通信频率表 表表1-8发射特性国际代号说明发射特性国际代号说明 1.4.2无线电波的传播无线电波的传播无线电波的传播是无线电通信系统的一个重要环节。无线电波的传播方式大体可分为三种。(1)绕射传播方式。所谓绕射传播即绕地球弯曲表面传播，如图1-6(a)所示。由于地球表面并非传播电磁波的理想导体，因而电磁波在绕射传播过程中会有能量损耗，能量损耗的大小与电磁波的频率等因
14、素有关。绕射传播的主要特点是传播比较稳定，传播距离也比较远，故可用于导航和播送标准的时间信号。图1-6电磁波的三种传播方式(2)直射传播方式。如图1-6(b)所示为直射传播方式，由于地球表面为一弯曲面，因而直射传播的电磁波只能在视距范围内。发射天线和接收天线架设愈高，其传播距离就愈远(在发射机发射功率足够大，接收机灵敏度足够高的条件下)。电磁波在空间传播时会被大气吸收，因而有部分能量损耗，损耗与电磁波的波长等因素有关。电磁波直射传播方式主要应用于中继通信、调频和电视广播以及雷达、导航系统中。(3)反射及折射传播方式。如图1-6(c)所示为电磁波的反射及折射传播方式，它是利用空间电离层的反射和折
15、射现象而实现的。在地球的表面存在着具有一定厚度的大气层，由于受到太阳的照射，大气层上部的气体将发生电离而产生自由电子和离子，被电离的这一部分大气层称为电离层。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收掉，一部分能量被反射和折射到地面，频率较低的电波容易从电离层反射到地面，频率较高的则容易穿过电离层，不再回到地面。利用电离层反射可以实现信号的远距离传输，所以短波通信常用于远距离无线电广播、电话通信以及中距离小型移动电台等。但由于电离层状态会随时间而变化，因此反射及折射传播方式的电波传播不稳定。小结小结1.用电信号(或光信号)传输信息的系统称为通信系统，由信号源、发送设备、传输信道、接收设备和终端装置组
16、成。通信系统种类很多，利用空间电磁波来传送信号的称为无线通信系统，利用光缆或电缆等来传送信号的称为有线通信系统。2.无线电调幅广播发射机主要由载波信号产生电路、调制信号产生电路、振幅调制电路及发射天线等组成。为改善系统性能，实现信号的有效传输及多路复用，通信系统广泛采用调制技术。对于连续信号的调制常有调幅、调频和调相三种形式。3.无线电调幅广播接收机主要由高频放大器、本振、混频器、中频放大器、检波器、前置放大器、低功放及扬声器等组成。4.无线电波波段常划分为超长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波等。其传播常采用绕射传播、直射传播和反射及折射传播方式。习题习题1.何谓通
17、信系统？通信系统由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？2.无线电发送设备和接收设备各由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？3.无线通信系统为何采用调制发射方式？调幅波有何特点？4.无线电波传播方式大体可分为几种？各自有何特点？2.1小信号谐振放大器的分类和性能指标2.2LC并联谐振回路2.3高频小信号放大器2.4集成选频放大器 2.5仿真设计与应用小结习题 本章要点本章要点 高频小信号谐振放大器的分类、性能指标 高频小信号谐振放大器 集中选频放大器 本章难点本章难点 高频小信号放大器的工作原理分析 高频小信号放大器的仿真实验 用Multisim 10.0仿真分析高频小信号放大器2.1小信号
18、谐振放大器的分类和性能指标小信号谐振放大器的分类和性能指标采用谐振回路作为负载的放大器称为谐振放大器，又称调谐放大器。高频小信号谐振放大器的功用是放大各种无线电设备中的高频小信号，以便作进一步的变换和处理。“小信号”主要是强调输入信号电平较低，因而放大器工作在它的线性范围。小信号谐振放大器不但具有从接收的众多电信号中选出有用信号并加以放大的作用，而且具有对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制的作用。因此广泛应用于广播、电视、通信和雷达等电子接收设备中。2.1.1谐振放大器的分类谐振放大器的分类高频小信号谐振放大器按核心器件分类可分为晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器；按负载性质分类可
19、以分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器是以LC谐振回路作为负载，非谐振放大器以传输线变压器作为负载。按频谱宽度分，高频小信号放大器可分为窄频带放大器和宽频带放大器。窄频带放大器用LC谐振回路或集中选频滤波器做负载，具有放大、选频的功能，其中心频率在几百赫兹到几百兆赫兹范围内，频带宽度为几赫兹到几十兆赫兹。宽带放大器用纯阻或变压器做负载，带宽较宽，为几兆赫兹到几百兆赫兹。2.1.2小信号谐振放大器的性能指标小信号谐振放大器的性能指标1.高频小信号放大器的主要要求(1)高增益，即要求放大器的放大量要高，一般可达80100 dB。(2)频率选择性要好。(3)工作稳定可靠。2.高频小信号放大器的基
20、本性能指标高频小信号放大器的基本性能指标(1)增益。增益定义为放大器的输出信号电压与输入信号电压的比值，用A加下标(类似于低频放大器的增益)来表示。放大器在谐振频率上的增益称为谐振电压增益，并用Au0来表示，Au0用于衡量对有用信号的放大能力。(2)通频带。当放大器的增益比最大增益下降3 dB(0.707倍)时的高端频率称为上限截止频率fH，低端频率称为下限截止频率fL。通频带定义为放大器的上限截止频率与下限截止频率之差，用BW0.7=fHfL表示，如图2-1所示。图2-1高频小信号放大器的幅频特性曲线(3)选择性。选择性表示放大器对通频带以外的各种干扰信号及其噪声的滤除能力，或者说，从各种干
21、扰中选出有用信号的能力。放大电路的选择性主要由选频电路来决定。衡量选择性的具体指标是矩形系数Kr0.1 7.01.01.0rBWBWK其中，BW0.1为幅频特性曲线下降0.1时的频带宽度；BW0.7为曲线下降3 dB的频带宽度，简称带宽。矩形系数显然是大于1的值(理想时为1)，矩形系数越接近于1，说明回路的选择性越好。(4)工作稳定性。工作稳定性是指选频放大器中的非线性放大元器件的偏置、交流参数、以及其他电路元件参数发生变化时，电路性能(如增益、通频带、矩形系数等)的稳定程度。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。(5)噪声系数。与低
22、频放大器一样，选频放大器的输出噪声也来源于输入端和放大电路本身。通常用信噪比来表示噪声对信号的影响，电路中某处信号功率与噪声功率之比称信噪比。信噪比越大，信号质量越好。噪声系数是用来反映电路本身噪声大小的技术指标。其定义为输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值。噪声系数越接近于1，说明放大器的抗噪能力越强，输出信号的质量越好。在多级放大器中，第一级的噪声系数对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上五项性能指标，相互间有联系也有矛盾，如增益和稳定性，通频带和选择性等。因此，应根据要求决定主次和取舍。输入信号信噪声输入信号信噪声nosonisiFPPPPN 2.2LC并联
23、谐振回路并联谐振回路 谐振放大器的性能在很大程度上取决于谐振回路，LC谐振回路在正弦波振荡、调制、混频电路中都起着重要作用。谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择信号和阻抗变换作用，简单的谐振回路一般有串联和并联谐振回路两种形式，在谐振放大器中，LC并联谐振回路使用最为广泛。1.并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性图2-2(a)是最简单的并联振荡回路。图中，r代表线圈L的等效损耗电阻。电容器的损耗比较小，图中将其略去。图2-2并联谐振回路及其等效电路、幅频特性和相频特性 并联谐振回路的并联阻抗为在实际电路中，通常r很小，满足r1，Q0值越大，回路的损耗越小，其选频特性就越好。将式(
24、2-2)、式(2-3)和式(2-4)带入式(2-1)，可得并联谐振回路的并联阻抗特性为)(1000pjQrCLZ02100pjQRZ式中，=0表示频率偏离谐振的程度，称为失谐。为外加信号的频率，与0很接近时，相对失谐为对应的幅频特性与相频特性分别为 ffffffffffff0000002)(2000p21QRZ00Z2arctanQ(2-5)(2-6)谐振时，谐振阻抗最大且为纯电阻，相移为0。当0时，回路呈感性，相移为正值，最大值趋于90。当0时，回路呈容性，相移为负值，最大值趋于90。2.并联谐振回路的通频带和选择性并联谐振回路的通频带和选择性当|Zp|/R0的值由最大值1下降为(0.707
25、倍)时，对应的频率范围称为回路的通频带，也称回路带宽，常用BW0.7来表示。令式(2-5)等于，则可推得1，从而可得带宽为 2120R007.02QffBW(2-7)式(2-7)说明，回路Q0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。选择性是指回路从含有不同频率信号总和中选出有用信号、排除干扰信号的能力。由图2-2可以看出，LC谐振回路对偏离谐振频率信号具有抑制作用，偏离越大，|Zp|/R0越小；而且回路Q值越大，曲线就越尖锐，说明回路的选频性能越好，回路Q0值越小，曲线越平缓，回路的选频性能就越差。正常使用时，谐振回路的谐振频率应调谐在所需信号的中心频率上。理想谐
26、振回路的幅频特性曲线为一个宽度为BW0.7，高度为1的矩形，如图2-1所示。但实际上谐振回路的特性曲线不能满足要求。为了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常用矩形系数来表示。矩形系数越接近于1，回路的选择性越好。由矩形系数的定义可得，单个并联谐振回路的矩形系数为10。若要减小矩形系数，可以采用两个或多个串联、并联谐振回路连接起来，构成带通滤波器，也可以采用石英晶体和陶瓷滤波器或声表面波滤波器等。通过前面分析，需要说明以下几点：(1)回路的品质因数越高，谐振曲线越尖锐，回路的通频带越狭窄。因此，对于简单(单级)并联谐振回路，通频带与选择性是不能兼顾的。(2)前面的结论均是在“高Q”情况下，如果
27、Q值较低，并联谐振回路的谐振频率将低于高Q时的谐振频率，并使谐振曲线和相位特性随着Q值而偏离。(3)以上所知品质因数均是指回路没有外加负载时的值，称为空载品质因数，用Q0来表示。当回路有外加负载时，品质因数要用有载品质因数值Qe表示。3.并联谐振回路的应用并联谐振回路的应用并联谐振回路在高频小信号放大器、高频功率放大器、混频器以及正弦波振荡器中常用如图2-3所示的中频放大器。图2-3中频放大器 4.信号源和负载对谐振回路的影响信号源和负载对谐振回路的影响在实际应用中，谐振回路必须与信号源和负载相连接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对谐振回路产生影响，它们不但会使回路的等效品质因数下降、选择性变
28、差，同时还会使谐振回路的调谐频率发生偏移。若考虑信号源内阻和负载，则并联回路如图2-4所示。图2-4具有负载和信号源内阻的并联谐振回路 回路总谐振阻抗为 R=RSRLR0 回路的有载品质因数为 回路的3 dB带宽为 所以，回路的选择性变差，通频带展宽。QRRRRQLRQ0L0S000e1e07.0QfBW可以看出，由于负载电阻和信号源内阻的影响，使R1、h Uon时，三极管导通，便由截止区进入到放大区，产生ic，与ib相对应，ic也为余弦脉冲，如图3-3所示。根据傅里叶级数分解理论，将ic余弦脉冲可分解如下形式：ic=Ic0+ic1+ic2+icn+=Ic0+Ic1mcost+Ic2mcos2
29、t+Icnmcosnt其中，Ic0为集电极电流直流分量；Ic1m、Ic2m、Icnm分别为集电极电流的基波、二次谐波和高次谐波分量的振幅。可见ic是由直流分量Ic0、基波ic1、二次谐波ic2、n次谐波icn等在对应时间叠加而成的。当集电极回路L2C2调谐在输入信号角频率上，即与高频输入信号的基波谐振时，谐振回路对基波电流而言等效为一纯电阻Re，对直流和其他谐波电流呈现的阻抗很小，可近似看成短路。因此，ic的各种成分中，只有基波电流才能在L2C2回路两端产生压降，其值为uc=IclmRecost=Ucmcost可见，谐振回路具有选频作用，在输出回路两端只能建立起基波电压uc。根据图3-1中各电
30、流、电压的参考方向，则管子c、e间的瞬时电压为uce=VCCUcmcost(3-4)(3-5)可知，利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出，另外从能量的观点也能得到类似结论。因为输出调谐回路是由L2C2组成的，均为储能元件，在管子V集电极电流ic导通期间(2q内)，回路储存能量；而在ic=0期间，回路释放能量，这就可以维持振荡电流的连续性。且通过调节L2C2使并联回路谐振电阻Re与晶体管所需集电极负载相等，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路除了起滤波作用外，还能起到阻抗匹配的作用。图3-3高频功率放大器各极电压、电流波形图 从图3-3可以看出
31、，ib和ic均为余弦脉冲电压，虽然集电极电流只在一个很短时间里流通，但通过L2C2回路的选频作用，可使集电极输出电压仍与输入电压频率相同，uce与ube相位相反。必须指出，上述讨论是在忽略了uce对ic的反作用以及管子结电容影响的情况下得到的。2.功率关系功率关系(1)丙类谐振功放的直流电源VCC所供给的直流功率为Pv=VCCIc0(2)输出功率为(3)集电极功耗：集电极耗散功率Pc为直流功率Pv与输出功率Po之差，即Pc=PvPo。(3-6)e2e2c1mc1mcmo22121cmRURIIUP(3-7)(4)效率为其中，=Ucm/VCC为集电极电压利用系数；g1(q)=Ic1m/Ic0为集
32、电极电流利用系数或波形系数，它是通角q的函数。由式(3-8)知，要提高效率，就得减小集电极损耗功率，或者提高或g1(q)。高频功率放大器为了兼顾输出功率与效率，最佳通角取70左右，即选择在丙类工作状态。)(21211C0CCc1mcmoCVVogIVIUPPPPP(3-8)3.2.2谐振功率放大器的性能分析谐振功率放大器的性能分析在晶体管输入ub的作用下，丙类谐振功率放大器中管子将经历不同的工作区域，即放大器工作在不同的状态。当ubeUon时，管子截止；当ubeUon时，管子导通，若ub的振幅Ubm不很大，则管子导通时均处于放大区，于是称放大器工作在欠压状态；若Ubm很大，则管子导通时将由放大
33、区进入饱和区，于是称放大器工作在过压状态；若Ubm的大小恰好使管子导通时从放大区进入临界饱和，则称放大器工作在临界状态。实际上，谐振功率放大器的工作状态不但与Ubm有关，还与电压VBB、VCC和负载电阻Re有关。在丙类谐振功率放大器中，由于工作状态不同，放大器的输出功率、效率和管耗就大不相同，因此分析放大器各种工作状态的特点，以及Ubm、VBB、VCC和Re的变化对工作状态的影响。1.谐振功率放大器的动态线谐振功率放大器的动态线功率放大器一般采用图解法进行分析，往往要求在输出特性曲线上作出交流负载线。例如，在低频功率放大器中，负载为纯阻性，所以交流负载线为一直线，且集电极电流、电压波形相似。而
34、在谐振功率放大器中，由于负载是谐振回路，因而作交流负载线的方法也就不同，集电极负载谐振回路两端电压uc并非与集电极电流ic成正比，而与ic中的基波成分ic1成正比，所以仅由Re是作不出负载线的，应另求其他方法作交流负载线(又称动态线)。动态线是指放大器在输入信号的激励作用下，集电极电流ic与电压uce的移动轨迹。具体作法：首先选定VBB、Ubm、VCC、Ucm四个量的具体数值；并且将t按等间隔给出不同的数值，如t0、15、30、180等；然后由ube=VBB+Ubmcost和uce=VCCUcmcost求出相应间隔的ube及uce各值，在输出特性曲线上找出相应的各“动态点”，再将各动态点连接成
35、“动态线”。例如，在高频大功率管3DA14特性曲线上，设VBB=0.5 V，Ubm=0.24 V，VCC=12 V，Ucm=8 V。当t0、15、30、45、60、75、90时，分别求出各点的ub、ube、uc及uce之值并列于表3-1中。表表3-1各点的各点的ub、ube、uc及及uce的值的值 根据表3-1中列出的ube、uce各值，在如图3-4所示的输出特性曲线上，找出A、B、C、D、E、F、G七个动态点，将它们连接即为动态线。图3-4谐振功率放大器的动态线 图中，动态点A表示：t=0，ube=ubemax=VBB+Ubm=0.5+0.24=0.74 V=740 mV的那条输出特性曲线上
36、及uce=uce min=VCCUcm=12 8=4 V的对应点。动态点B表示：t=15，ube=732 mV的那条输出特性曲线上及uce=4.3 V的对应点。动态点E表示：t=60，ube=620 mV的那条输出特性曲线上及uce=8 V的对应点，由图可见，当ube=620 mV时，晶体管集电极电流ic0，即近似为截止状态。可见，ic的导通角q=60，这说明放大器工作于丙类状态。图中OP虚线代表临界线，可见A、B、C、D、E、F、G诸点均在放大区内，所以放大器工作于欠压状态。沿图中动态线可绘出集电极电流ic波形如图所示，为余弦脉冲波，脉冲高度为ic max，宽度为2q(这里2q=120)。不
37、难理解，动态线、放大器的工作状态与VBB、Ubm、VCC、Ucm的大小有关。2.负载特性负载特性首先讨论当VCC、VBB、Ubm保持不变的情况下，ic与Ucm的关系。由Ucm=ReIc1m可知，ic与谐振电阻Re有关。如图3-5所示为Re不同时的ic脉冲波形。图3-5Re不同时的动态特性和ic脉冲波形由式(3-2)可知，通角q不变，即ic的脉冲宽度不变，ube max=VBB+Ubm也不变，而uce min=VCCUcm却随着Ucm的增大而减小。因此，当Ucm较小(即Re较小)时，由于uce min较大，则动态点A1(对应于ube max与uce min)位于放大区，放大器工作于欠压状态，动态
38、线为图中曲线，ic为余弦脉冲；当Ucm增大(即Re增大)时，则动态点A将沿ube max那条输出特性曲线向左移动，在Ucm为某一值时落在临界饱和线OP上(图中A2点)，此时放大器工作于临界状态，动态线为图中曲线，ic仍然为余弦脉冲，不过幅度比欠压状态时小；当Ucm继续增大(即Re继续增大)时，则动态点A将进入饱和区(图中A5点)，此时放大器工作于过压状态，动态线为图中曲线，它在A3点转折，ic为顶部下凹的余弦脉冲，且幅度减小。在过压状态下谐振功放的ic出现下凹(不同于低频功放中被削平)，这是放大管的集电极负载为谐振回路所造成的。由此可见，随着Ucm增大(即Re增大)，动态线由曲线变化到再变化到
39、，即放大器由欠压状态过渡到临界状态，再过渡到过压状态，对应的ic余弦脉冲由最大变化到较小，再出现下凹。谐振功放的负载特性是指VCC、VBB和Ubm保持不变时，放大器的性能随Re变化的特性。负载特性如图3-6所示。图3-6负载特性曲线 欠压区：在欠压状态时，因为放大器处于放大区，uce对ic影响很小，所以当Re变化时，ic脉冲变化不大，即Ic max与q角均变化不大。随着Re的增大，Ic1m和Ico基本不变，仅随Re的增大而略有下降。因为Ucm=Ic1mRe，所以随着Re的增加，Ucm基本上是直线增加。由于Po=U2cm/(2Re)，既然Ucm与Re均按直线增加，因此在欠压区Po也随Re的增加而
40、直线增大。由于VCC不变，而Ic0随Re的增加略有下降，因此Pv=VCCIc0也略有下降。Pc=PvPo，因为Pv基本不变，所以当Re增加，Po上升时，Pc下降。另外，h=Po/Pv，h随着Re的增加而上升。反之，在欠压区，随着Re的减小，h直线下降，集电极耗散功率Pc逐渐接近直流电源供给功率Pv。欠压严重时，由于直流电源供给的功率几乎全部消耗在集电极上，集电极损耗很大，有时会导致晶体管烧毁，这点必须十分注意。过压区：ic出现凹陷，过压越严重(即Re越大)，凹陷越深。显然，Ic1m和Ico均随Re的增大而减小。而Ucm则略升，Po下降，Pv下降，Pc变化不大，h略升，但不显著，仅比临界时略高。
41、过压严重时，由于Po下降显著，h将下降。临界状态：在欠压区与过压区之间存在着一个临界点，Re=Reopt，VCCUcm=Ucesat。由图3-6的负载特性知，在临界状态时，Po为最大，h也足够高(h的最大值出现在略过压时)。因此，临界状态是高频功率放大器的最佳状态。这种状态主要用于发射机的功放级。过压状态的特点是当负载电阻Re变化时，输出电压Ucm比较平稳，且弱过压时，效率最高。它常用于需要维持输出电压比较平稳的场合，例如发射机的中间放大级。集电极调幅也工作于过压状态。欠压状态输出功率与效率均较低，集电极损耗大，输出电压不稳定。3.调制特性调制特性谐振功放的调制特性有集电极调制特性和基极调制特
42、性两种。(1)集电极调制特性。当VBB、Re、Ubm维持不变时，谐振功率放大器的性能随VCC变化的特性称为集电极调制特性。集电极调制特性如图3-7所示。图3-7集电极调制特性 若放大器原工作于过压状态，只要慢慢增大VCC而维持VBB、Re、Ubm不变，放大器工作状态变化趋势为过压临界欠压状态。当VCC很小时，放大器工作在强过压区，ic下凹很深且幅度很小，故Ic0、Ic1m和Ucm均很小；随着VCC的增大，放大器逐渐靠近临界状态；在欠压区，随着VCC的继续增大，Ic0、Ic1m和Ucm只略有增大。因此，工作在过压区的谐振功放，VCC的变化可以有效地控制集电极回路电压振幅Ucm的变化，这也是集电极
43、调幅电路的基本工作依据。(2)基极调制特性。当VCC、Re、Ubm维持不变时，谐振功率放大器的性能随VBB变化的特性称为基极调制特性。基极调制特性如图3-8所示。图3-8基极调制特性 若放大器原工作于欠压状态，只要慢慢增大VBB而维持VCC、Re、Ubm不变，放大器工作状态变化趋势为欠压临界过压状态。在欠压区，随着VBB的增大，Ic0、Ic1m和Ucm迅速增大；且随着VBB的增大，放大器逐渐靠近临界状态；在过压区，随着VBB的继续增大，Ic0、Ic1m和Ucm只略有增大。因此，工作在欠压区的谐振功放，VBB的变化可以有效地控制集电极回路电压振幅Ucm的变化，这也是基极调幅电路的基本工作依据。4
44、.放大特性放大特性谐振功放的放大特性是指VCC、Re和VBB维持不变时，放大器的性能随Ubm变化的特性。在VCC和Re为定值时，固定VBB、增大Ubm和固定Ubm、增大VBB的情况类似，因此放大特性与基极调制特性十分相似，如图3-9所示。图3-9放大特性 当谐振功放作为线性功率放大器，用来放大振幅按调制信号规律变化的调幅信号时，必须使Ubm变化时Ucm有较大的变化，因此放大器必须工作在欠压区。在过压区，Ubm变化时Ucm却近似不变，这时电路起振幅限幅作用，即谐振功放工作在过压区可以构成振幅限幅器。3.2.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路1.馈电电路馈电电路(1)集电极馈电电路。图3-10
45、是两种集电极馈电电路，(a)图是串联馈电，(b)图是并联馈电。串馈是指晶体管、负载回路和电源VCC三者串联；并馈是指三者并联。无论串馈还是并馈，都满足uce=VCCUcmcost的关系式。集电极电路中电流是脉冲电流，包含有各种频率成分。为了保证电路正常工作，要求馈电电路对不同频率成分的电流呈现不同的阻抗。对直流成分Ic0，要求在外电路中不消耗直流能量，直接把VCC馈送给集电极，对高频基波分量Iclmcost应通过负载回路，以产生回路电压Ucmcost和输出功率Po，因此除调谐回路外，其余电路元件对基波分量来说，都应该是短路的。对于高频谐波分量而言，属于滤除对象，故不应消耗功率，即所有电路都应呈
46、现短路。为此，元件数值的选择应该恰当。在图3-10(a)的串馈电路中，Lc是扼流圈，对高频应有扼制作用，其阻抗应比LC回路谐振电阻Re大一个数量级(即Lc10Re)。旁路电容Cp对高频短路，其阻抗应比Re小一个数量级(1/Cp)1 (4-6)式(4-6)为自激振荡的起振条件。(3)晶体管的自动稳幅作用。上述振荡信号的增幅振荡过程不会无限制地增长下去。由于晶体管特性的非线性作用，会起自动限幅作用。因为开始振幅比较小，晶体管工作在线性区，放大器增益比较大，AuFu1，LC回路作增幅振荡，使振荡幅度增大，于是通过正反馈放大正反馈放大的循环过程，进入到晶体管的饱和区和截止区，放大器的增益下降，AuFu
47、也就减小，使振荡从AuFu1过渡到AuFu=1，振荡稳定下来，最后达到平衡状态。由增幅振荡到稳幅振荡的建立过程，说明前者由起振条件来保证，即AuFu1，后者由晶体管特性的非线性来实现自动限幅，而LC回路起选频作用，使振荡回路输出单一频率的正弦信号。4.正弦波振荡器的组成正弦波振荡器的组成根据以上讨论，可以看出正弦波振荡器至少应包括下列几个组成部分：(1)放大部分。这是振荡器的核心。它把电源的直流能量转换成交流能量，补充振荡过程中能量的消耗，以获得连续的等幅振荡波。具有足够增益的放大器，无论是共发射极、共基极、还是共集电极电路，均可充当振荡器的放大部分。一般说来，共射电路的振荡器容易起振，同一只
48、晶体管构成的另外两种接法的振荡器，可以获得较高的振荡频率。(2)正反馈电路。若要使反馈信号与输入信号一模一样，肯定需要正反馈。实现正反馈的方式很多，振荡器常按照不同的反馈方式进行分类。(3)选频电路。选频电路也叫选频网络或滤波网络。它的作用是使得只有一定频率的信号才能满足振荡条件。在正弦波振荡器中，选频与反馈电路往往是合二为一的。(4)稳幅元件。多数电路都用晶体管本身的非线性稳幅，要求较高的振荡器可以用热敏电阻、二极管、三极管等元件稳幅。4.2LC正弦波振荡器正弦波振荡器用LC谐振回路作为选频网络的正弦波振荡器称为LC振荡器。按反馈网络不同，LC振荡器可分为互感反馈式振荡器、电感三点式和电容三
49、点式及其改进型等多种振荡器。LC振荡器的电路简单，振荡频率范围宽，调节频率方便，在电子技术中获得极其广泛的应用。4.2.1互感反馈式振荡器互感反馈式振荡器互感反馈式振荡器又称变压器反馈式振荡器。图4-3为共发射极互感反馈式振荡器电路 图4-3共射互感反馈式振荡器 1.电路分析电路分析电路以发射极作为交流输入、输出公共端，L为振荡线圈，它与电容C并联组成振荡回路，L1为输出线圈，Lf为反馈线圈，把交流信号反馈到输入端。Rb1、Rb2组成分压式偏置电路，建立静态工作点。振荡器的自激振荡过程如下：当电源接通的瞬间，线路中便有一个电冲击，在谐振回路中产生了微小的电流，它是一个非正弦信号，其中包含各种频
50、率成分，但是只有频率和LC回路固有频率振荡fo相同的那个电流成分才能在回路两端产生较高的电压，因为这时LC回路呈现并联谐振，回路阻抗最大。这个频率为fo的微弱的高频电压通过L与Lf的耦合反馈到晶体管的输入端，反馈线圈Lf 的接法必须保证是正反馈，也就是注意L与Lf的同极性端(图中打点的一端)，按图4-3的接法就可满足正反馈条件。这个微弱的高频电压经晶体管再一次放大，引起集电极有较大的高频电流通过，加强了回路的电流，这样多次循环，使振荡电流(电压)逐渐加强，即AuFu1；直到受到晶体管的非线性限制，最后稳定下来成为等幅振荡，即AuFu=1，满足振荡的振幅平衡条件。对其他频率成分的微弱电流，LC回
