知識目標

通過本章的學習，要求掌握通信系統的組成；模擬通信中調制的必要性，無線電波波段劃分和無線電波的傳播方式；建立非線性電子線路的基本概念。

第1章緒論能力目標能力目標知識要點相關知識權重自測分數無線電發展史無線電發展及通信系統組成、波段劃分通信系統組成框圖，通信頻段、用途及無線電波的傳輸20%無線信號的發射與接收無線電信號發送與接收設備框圖無線電信號產生、調制與解調、發送與接收電路框圖組成80%第1章緒論圖1.1無線電信號發送與接收第1章緒論1.1

無線電發展概況1.2無線電通信系統1．通信系統基本組成圖1-2通信系統方框圖第1章緒論圖1-3模擬通信系統方框圖第1章緒論圖1-4數字通信系統方框圖第1章緒論2.無線電波段劃分第1章緒論3．無線電波的傳播圖1-4電波傳播的途徑1）空間波傳播2）地波傳播3）天波傳播第1章緒論1.3無線電信號的發射圖1-6調幅發送設備方框圖

第1章緒論1．載波產生電路2．調制信號產生電路3．幅度調制器4．高頻功率放大器5．調制與解調第1章緒論1.4無線電信號的接收圖1-7調幅接收設備方框圖

第1章緒論1．高頻放大器2．本機振蕩器3．混頻器4．中頻放大器5．檢波器6．低頻放大器第2章高頻小信號放大器

知識目標

通過本章學習，應掌握并聯諧振回路的選頻作用以及通頻帶和選擇性的基本概念；掌握小信號諧振放大器的分析方法以及主要技術指標諧振電路增益與通頻帶的計算；了解集中選頻放大器的組成及陶瓷濾波器和聲表面濾波器的工作原理和特點；掌握并聯諧振回路的幅頻特性和相頻特性；了解非線性電路與線性電路的區別、特點和作用；了解非線性電路的分析方法。第2章高頻小信號放大器能力目標能力目標知識要點相關知識權重自測分數高頻小信號放大器的組成與高頻電路基礎高頻小信號放大器的定義、組成、LC并聯諧振回路高頻小信號放大器組成、LC并聯諧振回路及相關參數計算20%高頻小信號的性能指標高頻小信號放大器中心頻率、增益、通頻帶及選擇性等高頻小信號放大器的主要技術指標定義及其計算方法10%小信號諧振放大器工作原理單調諧放大器與雙調諧放大器單、雙調諧放大器工作原理、穩定措施50%集中選頻放大器集中選頻放大器組成、特點及類型集中選頻放大器的結構與應用20%第2章高頻小信號放大器(a)電視信號放大器(b)手機信號放大器 圖2-1各種信號放大器 第2章高頻小信號放大器2.1概述2.1.1小信號放大器的作用高頻小信號放大器集放大和選頻功能于一體，其電路模型由有源放大元件和無源選頻網絡組成。2.1.2主要技術指標1.中心頻率f0中心頻率是指高頻小信號放大器的工作頻率，一般在幾百kHz到幾百MHz。它是高頻小信號放大器的主要指標，根據設備的整體指標確定。第2章高頻小信號放大器2.增益增益是指放大器輸出電壓Uo（或功率Po）與輸入電壓Ui（或功率Pi）之比，也稱作放大倍數。它用來衡量放大電路對有用信號的放大能力，用Au0（或AP0）表示（有時以dB數計算）。

電壓增益

功率增益AP0＝

第2章高頻小信號放大器3.通頻帶放大器的電壓增益下降到最大值的0.7倍時，所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示，如圖2-1所示，也稱為3分貝帶寬，如圖2-2所示。圖2-2高頻小信號放大器的通頻帶第2章高頻小信號放大器4.選擇性選擇性是指對通頻帶以外干擾信號的衰減能力，即放大器從各種不同頻率的信號中選出有用信號、抑制干擾信號的能力，常采用矩形系數和抑制比來表示。1）矩形系數矩形系數是指電壓增益下降到0.1時的帶寬與下降到0.7時的帶寬之比，用Kr0.1表示.圖2-3矩形系數圖2-4抑制比第2章高頻小信號放大器2）抑制比抑制比表示對某個干擾信號fn的抑制能力，通常以有用信號中心頻率f0對應的AV0與某干擾頻率fn對應的增益An0之比表示放大器的抑制能力，用dn表示，也可用分貝表示，如圖2-4所示。中波段接收機選擇性一般大于20dB，高檔接收機選擇性一般在40dB以上。

dn＝

5.工作穩定性6.噪聲系數第2章高頻小信號放大器2.2高頻電路基礎2.2.1高頻電子線路元器件1.無源器件1）高頻電阻圖2-5電阻高頻等效電路電阻在低頻時主要表現為電阻特性，但在高頻使用時不僅表現有電阻特性，而且還表現有電抗特性，電阻的電抗特性反映的就是其高頻特性。一個電阻的高頻等效電路如圖2-5所示,其中CR為分布電容,LR為引線電感,R為電阻。LR和CR越小，其高頻特性越好。第2章高頻小信號放大器2）高頻電容同電阻一樣，在處理高頻信號時電容也會表現出高頻特性，其高頻特性反映的是阻抗特性。一個電容的高頻等效電路如圖2-6（a）所示,其中RC為極間絕緣電阻,LC為分布電感,C為電容。一般電解電容高頻特性差；云母、陶瓷電容高頻性能好。圖2-6電容的高頻等效電路第2章高頻小信號放大器3）高頻電感電感的高頻等效電路如圖2-7所示，其中RL為交流電阻，CL為分布電容。因此，高頻電感存在著自身諧振頻率（SRF）。在其自身諧振頻率f0上，高頻電感阻抗幅值最大，表現為電阻性質，相角為零,實際高頻電感特性如圖2-8所示。圖2-7電感的高頻等效電路圖2-8高頻電感自身諧振頻率第2章高頻小信號放大器2.有源器件1）二極管在高頻電路中，二極管主要用于檢波、調制、解調及混頻等非線性變換電路中,工作在低電平。點接觸二極管(2AP)，極間電容小，工作頻率高；表面勢壘二極管工作頻率高達微波；變容二極管電容隨反偏電壓變化而變化。此時PN結呈電容效應，PN結正偏時，擴散電容CD起主要作用；PN結反偏時，勢壘電容(結電容)Cj起主要作用。2）晶體管與場效應管（FET）在高頻電路中，應用的晶體管仍然是雙極型晶體管和各種場效應管，在外形結構方面有所不同。高頻晶體管有兩大類型：一類是作小信號放大的高頻小功率管，對它們的主要要求是高增益和低噪聲，工作頻率可達幾GHz；另一類為高頻大功率管，其在高頻工作時除高增益外，且能輸出較大功率。場效應管在頻率相同，其增益同樣，噪聲更低。第2章高頻小信號放大器3）集成電路用于高頻的集成電路的類型和品種要比用于低頻的集成電路少得多,主要分為通用型和專用型兩種。通用型的主要有寬帶集成放大器和模擬乘法器，專用型的有集成鎖相環、單片集成接收機、集成鑒頻器、彩電專用芯片和手機專用芯片等。第2章高頻小信號放大器2.2.2LC并聯諧振回路1.并聯諧振回路及特點在圖2-9中，r代表線圈L的等效損耗電阻（串聯模型），為折合到回路兩端的等效電阻（并聯模型）。由于電容器的損耗很小，圖中略去其損耗電阻。圖2-9并聯諧振電路第2章高頻小信號放大器并聯諧振的幅頻特性與相頻特性分別為：

第2章高頻小信號放大器其對應幅頻特性與相頻特性如圖2-10所示，諧振時，諧振阻抗，相移為零。當ω<ω0時，回路呈感性，相移為正值，最大值趨于90o。當ω>ω0時，回路呈容性，相移為負值，最大值趨于－90o。圖2-10并聯諧振回路幅頻特性和相頻特性第2章高頻小信號放大器2.通頻帶和選擇性回路Q值越大，幅頻特性曲線越尖，其通頻帶越窄；回路諧振頻率越大，其通頻帶越寬。第2章高頻小信號放大器2.2.3諧振回路的接入方式1.接入系數p

接入系數p定義為接入電壓U1與回路兩端總電壓U的比值。M為L1與L2之間的互感，回路的總電感L=L1+L2+2M。為回路的總電容。

第2章高頻小信號放大器N為初級線圈匝數，N1為次級線圈匝數。第2章高頻小信號放大器2.負載電阻部分接入負載電阻部分接入有兩種情況：一是RL負載電阻接在電感線圈抽頭上。如圖2-12（a）所示；二是RL接在容抗的一部分C1上，如圖2-12（b）所示。在分析電路時，通常將負載部分接入的電路折合成由圖2-12（c）所示的等效電路來進行分析。（a）負載從電感部分接入（b）負載從電容部分接入（c）等效電路圖2-12負載電阻部分接入并聯諧振回路第2章高頻小信號放大器根據能量守恒定理，圖2-12中（a）、（b）和（c）等效的條件是負載電阻吸收的功率相等，即為：根據上式可得：在圖2-12（a）圖所示電路中圖2-12（b）電路中。

第2章高頻小信號放大器當外接負載不是純電阻，含有電抗成分時，上述方法仍然適用。如圖2-13所示，圖中（a）部分接入并聯諧振回路（b）等效電路圖2-13含電抗負載電阻部分接入并聯諧振回路第2章高頻小信號放大器2.2.4高頻晶體管的Y參數等效電路晶體管在高頻線性運用時，晶體管的內部參數將隨工作頻率而變化，因而必須討論晶體管的高頻等效電路。圖2-14共射放大等效為二端口網絡第2章高頻小信號放大器第2章高頻小信號放大器定義為晶體管輸出端短路時的輸入導納。它反映了晶體管輸入電壓對輸入電流的控制能力，其倒數就是晶體管的輸入阻抗。定義為晶體管輸出端短路時的正向傳輸導納。它反映了晶體管輸入電壓對輸出電流的控制能力。越大，說明晶體管的放大能力越強。

第2章高頻小信號放大器定義為晶體管輸入端短路時的反向傳輸導納。它反映了晶體管輸出電壓對輸入電流的影響，即晶體管內部的反向傳輸作用或稱晶體管內部反饋作用。越大，說明晶體管內部反饋越強。的存在給晶體管工作帶來很大危害，應盡可能減小以削弱其影響。

定義為晶體管輸入端短路時的輸出導納。它反映了晶體管輸出電壓對輸出電流的影響，其倒數就是晶體管的輸出阻抗。第2章高頻小信號放大器根據Y參數定義，可以計算晶體管的Y參數。由Y參數方程可畫出其等效電路，如圖2-15所示。圖2-15共射放大Y參數等效電路第2章高頻小信號放大器2.3小信號諧振放大器采用諧振回路作為負載的放大電路稱為諧振放大器，又叫調諧放大器。由于諧振負載的選頻特性，小信號諧振放大器具有從眾多信號中選出所需信號并放大，而且還對其他無用信號進行抑制，它被廣泛應用于廣播、電視、通信和雷達接收設備中。高頻小信號放大器按通帶分可分為窄帶放大器和寬帶放大器；高頻小信號放大器按器件分可分為晶體管放大器、場效應管放大器和集成電路放大器；高頻小信號放大器按負載分可分為諧振放大器和非諧振放大器。第2章高頻小信號放大器2.3.1單級單調諧放大器1.基本電路與工作原理1）電路組成圖2-16單調諧放大器第2章高頻小信號放大器圖2-17單調諧放大器小信號電路模型圖2-18變換后的單調諧小信號電路模型第2章高頻小信號放大器放大器的增益頻率特性為：圖2-19單調諧放大器幅頻特性曲線單調諧放大器的諧振頻率f0為：其中CΣ為三極管輸出電容和負載電容折合到LC回路兩端的等效電容與回路電容C之和。因此，改變L和CΣ都可改變諧振頻率，即進行調諧。第2章高頻小信號放大器單調諧放大器的通頻帶為：有載品質因數Qe的值為：上式中RΣ為LC諧振回路總電阻。在實際電路中，常在LC并聯回路兩端并聯電阻的方法，減小回路的有載品質因數，以擴展通頻帶。通過理論的計算可以得到單調諧放大器的矩形系數為：上式說明單調諧放大器的矩形系數遠大于1，實際的諧振曲線與矩形相差太遠，因此單調諧放大器的選擇性較差。第2章高頻小信號放大器2.3.2多級單調諧回路諧振放大器1.多級單調諧放大器的電壓增益設單調諧放大器有m級，各級電壓增益分別為則級聯后放大器的總電壓增益為：如果m級放大器是由完全相同的單級放大器組成，則其電壓增益可以表示為：第2章高頻小信號放大器2.多級單調諧放大器的諧振曲線m級相同的放大器級聯時，它的諧振曲線等于各單級諧振曲線的乘積。它的諧振曲線可由下式表示：第2章高頻小信號放大器從上式可以知道，級數越多，諧振曲線越尖銳，如圖2-20所示。從圖中可以看出，放大器級聯的級數越多，諧振曲線的形狀越接近于矩形。圖2-20級聯放大器諧振曲線第2章高頻小信號放大器3.多級單調諧放大器的通頻帶m級相同的放大器級聯時，根據總通頻帶的定義，可得為m=1即單級單調諧放大器的通頻帶。是放大器的頻帶縮小因子。m12345…10.640.510.430.39…表2.1多級放大器級數m與頻帶因子對應值第2章高頻小信號放大器4.多級單調諧放大器的矩形系數對于多級單調諧放大器來說，級數越多其諧振曲線越接近于矩形，即矩形系數越接近于1，其選擇性就越好。對于m級相同的單調諧放大器級聯后的矩形系數可以求得：表2.2多級放大器級數m與矩形系數對應值m123456…9.954.663.753.43.23.1…第2章高頻小信號放大器2.3.3雙調諧回路諧振放大器圖2-21雙調諧放大器第2章高頻小信號放大器1.雙調諧耦合回路的基本特性圖2-22互感耦合調諧電路為使分析問題簡化，設初、次級回路元件的參數相同。為說明回路間的耦合程度，常用耦合系數k表示。耦合系數為：第2章高頻小信號放大器初、次級回路的諧振頻率和有載品質因數分別為：在此定義耦合因數η為：第2章高頻小信號放大器根據理論分析畫出雙調諧放大器的諧振曲線，如圖2-23所示。當η＜1，稱為弱耦合，此時的諧振曲線為單峰，但峰值較小；當η＞1時，稱為強耦合，此時諧振曲線為雙峰，中心下陷；當η=1時，稱為臨界耦合，比較理想的是臨界耦合時的情況，諧振曲線既為單峰，峰值又大。圖2-23雙調諧放大器的諧振曲線第2章高頻小信號放大器2.3.4諧振放大器的穩定性1.影響小信號調諧放大器不穩定因素1）晶體管內部反饋影響晶體管內部的反饋所產生的有害影響主要與反向傳輸導納有關，越大，反饋越強，對放大器工作穩定性影響越大。2）外部干擾影響⑴電容耦合。⑵互感耦合。⑶電阻耦合。⑷電磁輻射耦合。第2章高頻小信號放大器2.諧振放大器穩定性措施1）中和法中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的反饋電路（中和電路），以抵消晶體管內部的反饋的作用。圖2-24收音機放大調諧電路第2章高頻小信號放大器圖2-25橋式等效電路在電路AD兩端外接一個中和電容，使之成為電橋的臂，并適當選擇其參數，滿足電橋平衡的條件，進而消除引起的內部反饋，提高放大器的穩定性。根據電橋平衡條件，可以得到：第2章高頻小信號放大器2）失配法失配法通過增大負載電導，進而增大總回路電導，使輸出電路嚴重失配，輸出電壓相應減小，從而反饋到輸入端的電流減小，對輸入端的影響也就減小。可見，失配法是用犧牲增益而換取電路的穩定。用兩只晶體管按共射——共基方式連接成一個復合管是經常采用的一種失配法，其結構原理圖如圖2-26所示。由于共基電路的輸入導納較大，當它和輸出導納較小的共射電路連接時，相當于使共射電路的負載導納增大而失配，從而使共射晶體管內部反饋減弱，穩定性大大提高。第2章高頻小信號放大器圖2-26共射—共基電路圖中由兩個晶體管組成級聯電路，前一級是共射電路，后一級是共基電路。由于共基電路是輸入阻抗很小（即輸入導納大）和輸出阻抗很大（即輸出導納很小），當它和共射電路連接時，相當于共射放大電路的負載導納很大。此時，電壓增益很小，但電流增益依然較大；而共基極雖然電流增益接近于1，但電壓增益很大。因此，當它們級聯時，總增益等于電壓增益和電流增益相乘，共射極和共基極發揮各自的特點，其結果是級聯后總的電壓增益和電流增益都較大，功率增益也較大。第2章高頻小信號放大器2.4集中選頻放大器由LC構成的調諧放大器，組成級聯放大器時，線路復雜，調試不方便，頻率特性穩定性不高，可靠性差，尤其是不能很好地滿足某些特殊頻率特性要求。隨著電子技術的發展，新型元件不斷出現，高頻小信號放大器出現了采用集中濾波和集中放大相結合的集成電路，也就是集中選頻式放大器。2.4.1集中選頻放大器的組成與特點集中選頻放大器的組成一般有兩種形式，如圖2-27所示。其中（a）圖的集中選頻濾波器放在寬帶放大器之后，它要求放大器與濾波器之間要實現阻抗匹配。阻抗匹配能使放大器有較大功率增益，同時能使濾波器有正常的頻率特性。（b）圖的集中選頻濾波器放在寬帶放大器的前面，能避免強干擾信號使放大器進入非線狀態產生新的干擾。但若選用的集中濾波器的衰減較大時，進入放大器的信號較小，通常可在集中濾波器前加一前置放大器。第2章高頻小信號放大器圖2-27集中選頻放大器組成寬帶放大器一般由線性集成電路組成，當工作頻率較高時，也可由其他分立元件構成寬帶放大器。集中選頻濾波器由多節電感、電容串并聯回路構成的LC帶通濾波器，也可以由石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面濾波器構成。第2章高頻小信號放大器2.4.2集中選頻濾波器1.陶瓷濾波器1）兩端陶瓷濾波器圖2-28兩端陶瓷濾波器第2章高頻小信號放大器串聯諧振時，陶瓷片的等效阻抗最小，并聯諧振時，陶瓷片的等效阻抗為最大。兩端陶瓷片相當于一個單調諧回路。由于它頻率穩定、選擇性好、具有適合帶寬，常把它做成固定中頻濾波器使用。第2章高頻小信號放大器兩端陶瓷濾波器還可以根據需要，組成不同選擇性、不同帶寬的三端濾波器。圖2-29是兩種型式的四端陶瓷濾波器，圖（a）為二單元型，圖(b)為五單元型，還可以構成七單元型、九單元型等。一般來說，陶瓷數目越多，濾波效果越好。（a）二單元型（b）五單元型圖2-29四端陶瓷濾波器第2章高頻小信號放大器2）三端陶瓷濾波器（a）結構（b）電路符號（c）等效電路（d）三端陶瓷濾波器實物第2章高頻小信號放大器2.聲表面濾波器聲表面波(SAW)是在壓電固體材料表面產生和傳播、且振幅隨深入固體材料的深度增加而迅速減小的彈性波。聲表面波能量密度高，其中90%的能量集中在厚度等于一個波長的表面薄層中；傳輸速度慢，約為縱波速度的45%，是橫波速度的90%。（a）實物圖（b）結構圖（c）電路符號圖2-31聲表面濾波器第2章高頻小信號放大器2.4.3集中選頻放大器應用1.8FZ1寬帶放大器的應用（a）內部電路（b）外部連接圖2-328FZ1寬帶放大器第2章高頻小信號放大器2.聲表面濾波器的應用圖2-33TA7680AP圖像中頻放大器通過本章學習，要求掌握諧振功放的工作特點，功率和效率的計算，工作狀態（欠壓、臨界、過壓）的劃分以及外部參數對工作狀態的影響（負載特性，集電極調制特性，基極調制特性和放大特性）；熟識諧振功率放大器電路（直流饋電電路和濾波匹配網絡）形式。知識目標能力目標能力目標知識要點相關知識權重自測分數諧振功率放大器的工作原理丙類諧振功率放大器的特點、性能指標、工作原理高頻功率放大器的功能、電流電壓波形30%諧振功率放大器的特性分析丙類功率放大器的近似分析法、工作狀態及外部特性動態負載線、過壓、欠壓及臨界狀態、負載特性、振幅特性、調制特性50%諧振功率放大器電路直流饋電電路、輸出回路集電極饋電電路、基極饋電電路、LC濾波匹配網絡20%圖3-1對講機、車載電臺工作示意圖3.1概述高頻功率放大器是用來產生高頻功率的，常又稱為射頻功率放大器（RadioFrequencyPowerAmplifier）。因此產生符合要求的高頻功率是對它的基本要求。同時，還應要求它具有盡可能高的效率。3.1.1高頻功率放大器的功能高頻功率放大器的功能是用小功率的高頻輸入信號去控制高頻功率放大器，將直流電源供給的能量轉換為大功率的高頻能量輸出。其輸出信號和輸入信號的頻譜相同。3.1.2高頻功率放大器的分類3.1.3丙類諧振功率放大器的特點1．丙類諧振功率放大器特點1）采用具有選頻作用的諧振網絡作為負載；2）工作在丙類狀態下；3）工作頻率與相對頻帶相差很大；4）輸出功率大，效率高。2．丙類諧振功率放大器與低頻功率放大器的異同之處相同之處：兩者都是用來對輸入信號進行功率放大。不同之處：主要體現在工作頻率和相對頻帶、負載性質以及工作狀態這三個方面。1）工作頻率和相對頻帶不同2）負載性質不同3）工作狀態不同3．丙類諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：兩者都是用來放大高頻信號，且負載均為諧振網絡。不同之處：主要體現在激勵信號的幅度、諧振網絡的作用以及工作狀態這三個方面。1）激勵信號的幅度不同2）諧振網絡的作用不同3）工作狀態不同3.1.4丙類諧振功率放大器的主要技術指標輸出功率：

為直流電源提供的功率，為功率管集電極的耗散功率。效率：功率增益：為基極輸入功率3.2丙類諧振功率放大器的工作原理和性能分析3.2.1基本工作原理圖3-2丙類諧振功率放大器原理電路圖1.電流、電壓波形當基極輸入一高頻余弦激勵信號后，三極管基極和發射極之間的電壓為丙類諧振功率放大器的導電角θ的表達式為利用傅式級數展開，這樣的周期性脈沖可以分解為直流、基波（信號頻率分量）和各次諧波分量，即OOOOOO+-(a)(b)(c)(d)(e)圖3-3諧振功率放大器中電流、電壓波形回路兩端只有基波電壓三極管集電極和發射極之間的瞬時電壓為2.能量關系直流功率輸出功率集電極損耗功率集電極效率波形系數集電極電壓利用系數因此集電極效率又可以表示為3.電流脈沖的分析集電極電流為余弦脈沖，其大小和形狀完全由最大值和通角決定。其各電流分量可以用解析法求出，它們也是和通角的函數，故可以表示為、、分別為余弦脈沖的直流、基波和n次諧波的電流分解系數圖3-4余弦脈沖分解系數與關系曲線甲類工作狀態：乙類工作狀態：

丙類工作狀態：3.2.2性能分析1．丙類功率放大器的近似分析法——動態負載線已知基極電壓為集電極負載為調諧回路，且處于調諧時，集電極電壓為(a)確定和的值(b)諧振功率放大器的動態負載線圖3-5諧振功率放大器的近似分析方法2．丙類功率放大器的工作狀態圖3-6過壓狀態的動態特性及波形圖3-7改變對脈沖波形的影響1）欠壓狀態小，也較小的情況。在高頻的一個周期內各動態工作點都處在晶體管特性曲線的放大區，此時集電極電流波形為尖頂脈沖，且脈沖幅度較高。2）臨界狀態較大，也較大的情況。在高頻的一個周期內動態工作點恰好到達晶體管特性曲線的臨界飽和線，此時集電極電流波形為尖頂脈沖，但脈沖幅度比欠壓時略低。3）過壓狀態很大，也很大的情況。動態線的上端進入了晶體管特性曲線的飽和區，此時集電極電流波形為凹頂狀，且脈沖幅度較低。3.丙類功率放大器的外部特性負載特性圖3-8諧振功率放大器的負載特性工作在臨界狀態是的諧振功放可以以較高的效率輸出最大功率，所以臨界狀態為諧振功放的最佳工作狀態，與之相對應的負載稱之為諧振功放的最佳負載。2)振幅特性圖3-9諧振功率放大器的振幅特性在欠壓區，放大器集電極電流和電壓隨的變化而變化，因此若要放大振幅變化信號，為了保持輸出振幅與輸入振幅的線性關系，高頻功率放大器應工作在欠壓區。而在過壓區，電流和電壓受的影響不大，此時電路具有振幅限幅作用，可作為振幅限幅器。3)調制特性圖3-10諧振功率放大器的基極調制特性⑴基極調制特性在欠壓區輸出電流和電壓隨的增大而增大且呈現近似的線性關系而在過壓區，輸出電壓和電路幾乎不隨的變化而變化。因此，如果需要利用對實現一定的控制作用，即進行有效的基極調幅，則丙類放大器應工作在欠壓狀態。⑵集電極調制特性圖3-11諧振功率放大器的集電極調制特性在過壓區電流和電壓、和隨的變化而變化，且具有一定的線性增加的關系。而在欠壓區，電壓和電流幾乎不隨的變化而變化。因此，如果需要利用對實現一定的控制作用，即實現集電極調幅，則丙類放大器應工作在過壓狀態。3.3丙類諧振功率放大器的實際線路3.3.1直流饋電電路1.集電極饋電電路圖3-13為兩種集電極饋電電路，（a）為串聯饋電方式，（b）為并聯饋電方式，其組成均滿足以上幾條原則。圖3-13集電極饋電電路串聯饋電一般適用于高頻電路，而并聯饋電一般適用于低頻電路。2．基極饋電電路（a）串饋(b)并饋圖3-14基極饋電電路3.3.2輸出回路1.L型濾波匹配網絡（a）L型匹配網絡（b）等效網絡圖3-17低阻變高阻L型濾波匹配網絡L型濾波匹配網絡分為低阻抗變高阻抗的輸出匹配網絡（即將壓電路）和高阻抗變電阻抗的輸出匹配網絡（即升壓電路）兩種。設為外接電阻，為諧振阻抗。當時使用降壓電路，如圖3-17（a）所示。當時使用升壓壓電路，如圖3-18（a）所示。（a）L型匹配網絡（b）等效網絡圖3-18高阻變低阻L型濾波匹配網絡2．型和T型濾波匹配網絡（a）型濾波匹配網絡（b）等效成串聯的L型濾波匹配網絡圖3-19型濾波匹配網絡（a）T型濾波匹配網絡（b）等效成串聯的L型濾波匹配網絡圖3-20T型濾波匹配網絡3.諧振功率放大器電路應用舉例圖3-2150MHz諧振功率放大器電路圖3-22場效應管諧振功率放大器電路3.4丙類倍頻器輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數倍的電路叫倍頻器。在無線電波發射機的中間級有時會用到倍頻器。在發射機中采用倍頻器，通常是為了達到以下目的：第一，采用倍頻后在輸出同樣頻率的條件下，可以降低振蕩器的工作頻率，提高振蕩器的頻率穩定度。第二，對于某些調頻或調相發射機，倍頻器可以加大信號的頻移或相移。倍頻作用只有利用有源器件的非線性才能實現，按其工作原理可以分為兩大類：一類是工作于丙類的諧振功率放大器，稱為丙類倍頻器；另一類是利用PN結電容的非線性變化來實現倍頻作用，稱為參量倍頻器。當工作頻率為幾十兆赫時，主要采用丙類倍頻器，當工作頻率高于100兆赫時，主要采用參量倍頻器。n次倍頻器的輸出功率和效率分別為圖3-23帶有陷波電路的三倍頻器3.5寬帶高頻功率放大器3.5.1傳輸線變壓器傳輸線變壓器主要是指用來傳輸高頻信號的雙導線、同軸線。傳輸線變壓器就是用上述傳輸線繞制在磁環上而構成的。圖3-24所示為1:1傳輸線變壓器的結構示意圖，它是由兩根互相絕緣等長的導線緊靠在一起并繞在磁環上構成的。傳輸線的特點就是利用兩導線間（或同軸線內外導體間）的分布電容和分布電感形成一電磁波的傳輸系統。它傳輸信號的頻率范圍很寬，可以從直流到幾百、上千兆赫。1234圖3-24傳輸線變壓器的典型結構1．基本原理由圖3-24可以看出，傳輸線變壓器既可以看作是繞在磁環上的傳輸線，也可以看作時雙線并繞的1:1變壓器。因此它兼有傳輸線和高頻變壓器兩者的特點。傳輸線變壓器有兩種工作模式。一種是傳輸線工作模式，一種是變壓器模式。不同模式決定于信號對它的不同激勵，如圖3-25所示。（a）等效為傳輸線的原理圖（b）等效為變壓器的原理圖圖3-251:1傳輸線變壓器的工作原理2.傳輸線變壓器的應用舉例1)不平衡和平衡電路的轉換（a）不平衡-平衡轉換器（b）平衡-不平衡轉換器圖3-26不平衡和平衡電路的轉換2）1:4和4:1阻抗變換器圖3-271:4傳輸線變壓器圖3-284:1傳輸線變壓器3.5.2功率合成與分配電路1．魔T網絡圖3-29魔T網絡電路結構2．功率合成網絡圖3-30用魔T網絡實現功率合成的原理電路3．功率分配網絡(a)同相功率分配網絡（b）反相功率分配網絡圖3-31用魔T網絡實現功率分配的原理電路4．功率合成電路應用舉例圖3-32反相功率合成電路知識目標通過本章學習，掌握正弦波產生原理，起振條件和平衡條件；了解變壓器反饋振蕩器的電路原理；掌握三點式振蕩器的組成法規及電感三點式，電容三點式和兩種改進型電容三點式振蕩器的電路形式，工作原理，振蕩頻率計算；掌握并聯型和串聯型晶體振蕩器的工作原理和晶體在電路中的作用；了解頻率穩定度概念和穩定頻率的措施；了解RC橋式振蕩器和RC移相振蕩器的電路形式和工作原理及振蕩頻率計算。能力目標能力目標知識要點相關知識權重自測分數正弦波振蕩器組成與分類正弦波振蕩器的定義、組成和分類振蕩器的概念、用途、分類與要求10%正弦波振蕩條件正弦波振蕩器的組成框圖及發生振蕩器的條件振蕩器的建立過程和起振條件、平衡條件30%各種振蕩器典型電路、工作原理、特點及頻率計算各種振蕩器的工作原理分析及計算各種振蕩器的原理圖及實際應用60%（a）晶振外觀一（b）晶振在U盤中的應用圖4-1晶振及其應用4.1

概述4.2

反饋型自激振蕩器的工作原理4.2.1

產生振蕩的基本原理1．正弦波振蕩電路組成1）放大電路2）反饋、選頻網絡3）穩幅環節

圖4-2正弦波振蕩電路組成框圖2.正弦波振蕩器指標高頻電子技術中主要通過以下三個指標來衡量正弦波振蕩電路的優劣。1）振蕩頻率2）振蕩頻率的穩定度3）振蕩頻率的可調節性4.2.2

反饋振蕩器的平衡條件、振蕩條件與穩定條件1.平衡和起振條件放大器反饋網絡上式稱為正弦波振蕩的平衡條件，表明正弦波振蕩電路形成穩定輸出后，放大電路的放大倍數和反饋網絡的反饋系數的乘積等于1。表明平衡時反饋系數和放大倍數幅值的乘積應等于1，這一式子稱為幅值平衡條件。（n為正整數）此式稱為振蕩電路的相位平衡條件。起振過程中，輸出電壓不斷升高，這時反饋系數和放大倍數幅值的乘積就不能等于1，而應該大于1，即否則振蕩電路輸出電壓就不可能逐漸變大。起振時應滿足的上式稱為振蕩電路的起振條件。由電阻、電容和電感組成的反饋網絡沒有放大功能，因此反饋系數F的幅值一定小于1，根據上式，放大倍數A的幅值就一定要大于1。例如一個振蕩電路的F值等于1/3，該放大倍數A就應該大于3。不同的振蕩電路，反饋系數大小不等，所要求的放大電路的放大倍數也不同，因此就有不同的起振條件。2．穩定條件1）振幅穩定條件圖4-3振幅穩定條件2）相位穩定條件相位穩定平衡的條件是：隨著頻率的提高，相位減小。或者說，相頻特性的斜率是負值。（a）不穩定平衡（b）穩定平衡圖4-4相位穩定條件4.3

LC正弦波振蕩電路選頻網絡采用LC諧振回路的反饋式正弦波振蕩器，稱為LC正弦波振蕩器，按照反饋耦合網絡的不同，LC振蕩器可分為互感反饋式振蕩器和三點式振蕩器。4.3.1

互感耦合LC振蕩電路圖4-5互感反饋式振蕩器并聯諧振回路的諧振頻率：4.3.2

三點式LC振蕩電路圖4-6三點式振蕩器的組成（a）（b）圖4-7電容和電感三點式振蕩器1．電感三點式振蕩器（Hartley）（a）原理圖（b）交流等效電路圖4-8電感三點式振蕩器及其等效電路≈

2.電容三點式振蕩器（Colpitts）（a）原理圖（b）交流等效電路圖4-9電容三點式振蕩器及其等效電路≈

3.改進型電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器是一種性能優良的振蕩電路。但它有兩個主要缺點：其一是頻率調整范圍窄；其二是振蕩器的頻率穩定度不高。為了克服這兩個缺點，提出了改進型電容三點式振蕩器。1）串聯改進型電容三點式振蕩器（Clapp）（a）原理圖（b）交流等效電路圖4-10克拉潑振蕩器及其等效電路≈2）并聯改進型電容三點式振蕩器（Seiler）（a）原理圖（b）等效交流電路圖4-11西勒振蕩器及其等效電路≈4.3.3LC振蕩器應用1．高頻頭本振電路圖4-12高頻頭本振電路（a）L頻段（b）H頻段圖4-13本振交流等效電路2．單邊帶頻率合成電路圖4-1455～65MHz壓控振蕩器電路3．掃頻振蕩器電路圖4-1555～65MHz壓控振蕩器電路4.4

振蕩器的頻率穩定度4.4.1

頻率穩定度的定義1．頻率穩定度的含義1）絕對穩定度絕對穩定度是指實際振蕩頻率f與標稱振蕩頻率fo之差值Δf，即Δf=fo—f2）相對穩定度相對穩定度是指頻率偏差Δf與標稱頻率fo的比值，即2．振蕩器頻率變化的原因影響振蕩器頻率變化的原因有：一是振蕩回路參數，如L和C的變化。二是晶體管參數，如晶體管輸入、輸出電阻和電容的變化。3．振蕩器的幅度穩定在一些高精密測量儀器設備中，不僅要求振蕩器有較高的頻率穩定度，而且還要有比較穩定的振幅。在一般的通信設備中，對振幅的穩定度不像對頻率穩定度要求那么嚴格，但由于非線性器件的存在。振幅的變動必然引起電路中相移的變化，這也會影響頻率穩定度，因此必須予以重視。4.4.2

振蕩器的穩頻措施1．減少外界因素變化的影響2．提高振蕩回路的標準性1）采用參數穩定的電感和電容2）采用溫度補償法3）改進安裝工藝4）采用固體諧振器5）減弱振蕩管與振蕩回路的耦合4.5

晶體振蕩器4.5.1

石英晶體諧振器概述1.石英晶體的結構圖4-16石英晶體諧振器結構及電路符號2.壓電效應及等效電路（a）交流等效電路（b）振蕩頻率附近等效電路圖4-17石英晶體的等效電路圖4-18石英晶體的電抗頻率特性曲線石英晶體串聯諧振頻率和并聯諧振頻率：4.5.2

晶體振蕩器電路1．并聯型晶體振蕩器（a）原理圖（b）交流等效電路圖4-19石英晶體振蕩電路（a）原理圖（b）交流等效電路圖4-20密勒振蕩電路2．串聯型晶體振蕩器圖4-21串聯型非正弦波晶體振蕩器（a）原理圖（b）交流等效電路圖4-22串聯型正弦波晶體振蕩器3．泛音晶體振蕩器(a)交流等效電路(b)并聯諧振回路的電抗特性圖4-23并聯型泛音晶體振蕩電路4．使用石英諧振器注意事項1）石英晶體標稱頻率2）串聯諧振頻率3）石英諧振器激勵電平4）石英諧振器頻率穩定度4.6壓控振蕩器1．變容二極管壓控振蕩器的基本工作原理圖4-24壓控振蕩器電路對于不同的的Cj，所對應的的振蕩頻率為：（VR為最大）（VR為最小）2．VCO的實際電路

(a)原理圖（b）交流等效電路圖4-26電視接收機VHF本振電路4.7

RC振蕩器一般LC振蕩器適用于較高頻率。頻率較低時常用以電阻、電容為選頻網絡的RC振蕩器。RC振蕩器的工作原理同LC振蕩器一樣，都是依靠放大器的正反饋，使電路滿足振蕩的相位條件和振幅條件。常用的RC振蕩器有相移式、橋式和雙T式。RC振蕩器也是反饋式振蕩器，它是用電阻和電容組成的選頻網絡，而不用電感元件，因而既經濟實用，又便于做成集成電路。但是由于RC選頻網絡的選頻特性較差，因此RC振蕩器的輸出波形和頻率穩定度較差。根據采用的RC選頻網絡的不同，RC振蕩器可分為RC移相網絡振蕩器、RC串并聯網絡振蕩器和雙T選頻網絡振蕩器。4.7.1

RC移相振蕩器圖4-27RC移相振蕩器該振蕩器的振蕩頻率f0和振幅起振條件分別為：4.7.2

文氏電橋振蕩器1．RC串并聯選頻網絡（a）RC串并聯選頻網絡（b）低頻等效電路（c）高頻等效電路圖4-28RC串并聯選頻網絡及其低、高頻等效電路由RC串并聯選頻網絡可得其電壓傳輸系數（或反饋系數）為：由于可以得到令,上式可簡化為：根據上邊推導，可得RC串并聯選頻網絡的幅頻特性和相頻特性的表達式為：（a）幅頻特性曲線（b）相頻特性曲線圖4-29RC串并聯選頻網絡的頻率特性2．文氏電橋振蕩器（a）文氏電橋振蕩電路（b）改畫成文氏電橋形式的電路圖4-30RC文氏電橋振蕩器由運放基本理論可知，同相放大器的閉環增益為：根據AF>1和AF=1,可得該振蕩器的起振條件和振幅平衡條件分別為：Rf2>2Rf1Rf2=2Rf13．RC橋式振蕩器的應用舉例圖4-31集成運放RC橋式振蕩器實用電路圖4-32振蕩頻率可調的RC振蕩器4.8負阻正弦波振蕩器負阻正弦波振蕩器是利用負阻器件與LC諧振回路構成的另一類正弦波振蕩器，主要工作在100MHz以上的超高頻段，甚至可達幾十吉赫(GHz)。4.8.1

負阻器件的基本特性（a）電壓控制型（b）電流控制型圖4-33負阻器件的伏安特性4.8.2

負阻振蕩電路

1．負阻正弦波振蕩器的類型（a）串聯型（b）并聯型圖4-34負阻正弦波振蕩器的原理電路

2．振蕩條件1）串聯型負阻振蕩器該電路的起振條件為rn>r，而振幅平衡條件為rn=r，其振幅穩定條件為drn/dIm<0。2）并聯型負阻振蕩器該電路的起振條件為rn<L／Cr，而振幅平衡條件為rn=L／Cr，其振幅穩定條件為drn／dUm>0。知識目標通過本章學習，掌握振幅調制（即調幅）、檢波和混頻的頻譜搬移原理，三種振幅調制（AM、DSB、SSB）的表達式和波形及頻譜特點以及產生AM、DSB和SSB的方法應用場合；了解殘留邊帶調幅原理；掌握二極管環路相乘器和雙差分對集成模擬相乘器的工作原理及在振幅調制、振幅解調和混頻電路中的應用；了解高電平調幅電路原理，掌握二極管包絡檢波器工作原理和性能分析；了解三極管混頻器工作原理及混頻干擾。能力目標能力目標知識要點相關知識權重自測分數掌握調幅、檢波及混頻的工作原理及特點頻譜搬移原理調幅、檢波及混頻頻譜特點20%掌握AM、DSB、SSB振幅調制三種振幅調制表達式和波形及頻譜特點產生AM、DSB和SSB的方法應用場合20%掌握振幅調制電路工作原理低電平調幅電路和高電平調幅電路低電平調幅電路和高電平調幅電路應用20%掌握調幅信號的解調工作原理二極管大信號包絡檢波和同步檢波二極管大信號包絡檢波和同步檢波性能分析及應用20%掌握混頻原理及混頻干擾混頻工作原理及電路、混頻性能指標混頻電路應用及混頻干擾20%圖5-1超外差調幅收音機5.1

概述無線電通信的基本任務是通過無線電波遠距離傳送各種信息，而在傳送過程中這些信息必須用到調制與解調。調制是將要傳送的信息加載到某一高頻振蕩信號（載頻）上的過程，解調是調制的逆過程，即從高頻振蕩信號中恢復原來的傳送信息。從頻域分析的角度看，調制與解調都是頻譜搬移的過程。頻譜搬移是指將輸入信號進行頻譜變換，以獲得具有所需頻譜的輸出信號。振幅調制與解調、頻率調制與解調、相位調制與解調、混頻等電路，都屬于頻譜搬移電路。如果頻率變換前后，信號的頻譜結構不變，只是將信號頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為線性頻譜搬移電路，本章討論的振幅調制與解調、混頻等電路就屬于這一類。如果頻譜搬移過程中，輸入信號的頻譜不僅在頻域上搬移，而且頻譜結構也發生變化，則這類電路稱為非線性頻譜搬移電路，頻率調制與解調、相位調制與解調就屬于這一類。(a)調幅(b)檢波(c)混頻圖5-2調幅、檢波、混頻的組成原理及頻譜結構示意圖5.2

振幅調制原理及特性幅度調制常用于長波、中波、短波和超短波的無線電廣播、通信、電視、雷達等系統。這種調制方式就是將要傳送的信號（調制信號）裝載在高頻載波信號的幅度上，使載波信號的幅度隨調制信號大小線性變化，而保持載波的頻率不變。幅度調制信號按其輸出已調波信號頻譜結構不同可分為標準調幅信號（AM），抑制載波的雙邊帶調幅信號（DSB）,抑制載波的單邊帶調幅信號（SSB）以及殘留邊帶調幅信號（VSB）。5.2.1

標準振幅調制信號分析（AM）1．標準調幅信號的數學表達式設調制信號為單頻信號設載波信號為幅度調制是用調制信號控制載波的振幅，使載波的振幅隨調制信號的規律變化，因此調制后形成的已調波振幅可以表示為

(Kd為比例系數)ma表示載波電壓振幅受調制信號控制的程度，稱為調幅系數，一般0＜ma≤1。因此，標準調幅信號可以表示為可以看出，普通調幅信號的電路模型可以由一個乘法器和一個加法器組成。2．標準調幅信號的波形與頻譜1）標準調幅信號的波形圖5-3

AM調幅信號的波形與頻譜普通調幅波在一個信號周期內的最大振幅為，最小振幅為，按最大振幅和最小振幅表達式可推導出上式表明，ma≤1，且ma越大，調幅波的外包絡線凹陷越深，即調制越深。如果ma>1，則調幅波的外包絡線形狀與調制信號不同，產生過調失真。ma>1時，波形如圖5-4所示。在實際應用中，要求ma≤1。圖5-4ma>1時AM調幅信號波形圖2）標準調幅信號的頻譜及帶寬將AM調幅波信號的數學表達式按三角函數公式展開得

圖5-5復雜調制信號的頻譜分布圖3）標準調幅信號的功率關系載波功率邊頻功率調制信號在一個周期內的平均功率5.2.2雙邊帶調幅信號（DSB）普通調幅波的功率分配中，不包含有用信息的載波功率占了2/3，這部分功率白白浪費了。如果在向外發射無線電波時將載波成分抑制掉，僅保留包含有用信息的上下邊帶，就可以大大提高發射機功率有效性。這種僅傳送上下邊頻的調制方式稱為抑制載波的雙邊帶調幅，簡稱DSB調制。雙邊帶調幅信號數學表達式為展開為上式中K為常數,可以看出雙邊帶調制實質為一乘法器。圖5-6

DSB調幅信號的波形圖和頻譜圖圖中可以看出，雙邊帶調制信號的頻譜寬度為5.2.3單邊帶調幅信號（SSB）DSB調制雖然抑制了載波分量，發射效率比AM調制有所改善，但其傳輸帶寬仍然是調制信號的兩倍。從頻譜結構上看，DSB上下邊帶的頻譜分量是對稱的，包含有相同的信息。因此，為節省帶寬，也可以只傳輸其中一個邊帶就可以保證信息的完整傳輸。這種抑制掉其中一個邊帶，只發射另一個邊帶（上邊帶或下邊帶）的調制方式稱為單邊帶調幅，簡稱SSB調幅。取上邊帶時取下邊帶時圖5-7SSB調幅信號的波形圖和頻譜圖譜圖從頻譜圖可以看出可見，SSB調幅信號的帶寬為AM、DSB調幅信號的一半。5.2.4AM殘留邊帶調幅（VSB）單邊帶調幅方式有其優點，但也存在接收機解調電路復雜、調諧困難等缺點。在某些應用中，既希望壓縮頻帶，又希望接收設備相對簡單，常采用殘留邊帶調幅（VSB）。所謂殘留邊帶調幅是指發送端發送一個完整的邊帶、載波信號和另一個部分被抑制的邊信號(即殘留一小部分)，其頻譜結構就好象是將雙邊帶信號頻譜在載波分量附近斜切一刀而得。上邊帶被切除的部分，恰好由下邊帶剩余部分所補償。（a）廣播電視發射系統濾波器特征（b）電視接收系統濾波器特征圖5-8廣播電視系統殘留邊帶調幅濾波器特征示意圖5.3

振幅調制電路(a)普通調幅（b）雙邊帶調幅（c）單邊帶調幅圖5-9實現調幅的原理框圖按幅度調制電路輸出功率，一般分為低電平調幅電路和高電平調幅電路。低電平調幅電路一般置于發射機的前級進行調幅，再由線性功率放大器放大已調幅信號，得到所要求功率的調幅波。這種調幅方式可以實現普通調幅、雙邊帶調幅和單邊帶調幅，其優點是調制線性度和載波抑制度比較好。5.3.1

低電平調幅電路1.簡單的二極管調幅電路1）平方律調幅二極管的伏安特性的冪級數表達式為二極管調幅電路如圖5-10所示，如果忽略輸出電壓對二極管的反作用，有圖5-10二極管調幅電路2）開關式調幅二極管在大信號作用下，依靠其導通和截止也可實現頻率變換。采用這種方式時載波電壓較大（數百毫伏），調制電壓較小（數十毫伏），二極管處于開關狀態且其通斷由載波電壓決定，因此稱為二極管的開關式調幅。圖5-11為兩個二極管組成的平衡開關調幅電路，圖5-12為平衡調制器輸出的電壓波形，常用在抑制載波的雙邊帶調幅中。圖5-11平衡開關調幅電路圖5-12平衡調制器輸出DSB電壓波形2.環形調制器調幅電路在平衡開關調幅電路的基礎上增加兩個二極管，并使4個二極管首尾相連成為環形連接，這就構成了環形調制器，如圖5-13所示。環形調制器在載波的正負半周可分別分解為兩個平衡開關調幅電路，因此，其輸出振幅比兩個二極管組成的平衡開關電路提高了一倍。圖5-13環形調制器電路3.模擬乘法器調幅電路圖5-13模擬乘法器電路符號如果將載波信號和調制信號送乘法器相乘，則乘法器的輸出電壓為上式表面乘法器的輸出為抑制了載波的雙邊帶調幅信號。如果需要單邊帶調幅信號，則可以在乘法器后接相應的濾波器，濾除不需要的邊帶即可。在上述乘法器電路中，如果在調制信號上疊加一個直流分量則可以得到普通調幅信號，即調制信號變為，則乘法器的輸出電壓信號為上式可以看出，調節直流電壓的大小，可以改變調幅度ma。集成乘法器MC1596為例,說明乘法器組成AM調制和DSB調制電路的原理。圖5-15MC1596實現普通調幅電路圖4．產生單邊帶信號的方法1）濾波法DSB信號經過帶通濾波器后，濾除一個邊帶，就得到了SSB信號，實現原理如圖5-16所示。圖5-16濾波法產生單邊帶信號2）相移法利用移相的方法消去不需要的邊帶，從而產生單邊帶信號的方法稱為相移法。實現的原理框圖如圖5-17所示。圖中兩個平衡調幅器的調制信號和載波電壓都是互相移相90°，調制輸出如果只取有用邊帶的乘積項（忽略諧波），則則合并網絡的輸出電壓圖5-17相移法產生單邊帶信號5.3.2

高電平調幅電路1．集電極調幅電路當丙類諧振功放工作在過壓狀態時，集電極電流的基波分量的振幅Icm1與集電極偏置電壓成線性關系。集電極調幅是利用三極管的非線性特性，將調制信號u（t）經低頻變壓器加在丙類諧振功放的集電極，與直流電壓Vcc疊加后構成晶體管的集電極電源Vcc（t），即集電極等效電源隨著調制信號的規律變化，經LC選頻回路的作用，輸出電壓的振幅也隨調制信號的規律變化，從而實現調幅。其電路形式與調制特性曲線如圖5-18所示。Vcc（t）=Vcc+u（t）圖5-18集電極調幅電路及其波形曲線圖中集電極調幅電路與諧振功率放大器的區別是集電極調幅電路的等效集電極電源電壓Vcc（t）隨調制信號變化。2．基極調幅電路圖5-19基極調幅電路及其波形曲線5.4

調幅信號的解調5.4.1

調幅波解調的方法振幅解調是從已調制的高頻振蕩信號中恢復出原來的調制信號，是振幅調制的逆過程。它的作用，這個過程也稱為檢波。從頻譜上看，檢波就是將幅度調制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近，因此檢波器也屬于頻譜搬移電路，必須有非線性器件來完成。檢波器的工作原理及組成如圖5-2（b）所示。在解調抑制載波的雙邊帶調幅波和單邊帶調幅波信號時需要另加載波信號，采用如圖5-20的乘法器來實現。圖5-20載波被抑制的調幅波解調原理檢波器的種類很多，根據所用器件、輸入信號大小或工作特點，其分類如圖5-21所示。圖5-21檢波器的分類5.4.2

二極管大信號包絡檢波器1．工作原理圖5-22為串聯型二極管包絡檢波電路，RC作為檢波器的負載，在其兩端輸出解調后的調制信號。RC同時還具有低通濾波器的作用，因此其參數必須滿足：圖5-22串聯型二極管包絡檢波電路圖5-23二極管檢波器的波形圖大信號包絡檢波主要是利用二極管的單向導電性和檢波負載RC的充放電過程來實現。2．包絡檢波器的質量指標1）檢波效率檢波效率又叫傳輸系數，當輸入信號的高頻調幅波振幅為，檢波輸出的低頻電壓振幅為時實際電路中在80％左右。當R足夠大時，≈1，即輸出電壓與調幅波的包絡基本一致。2）輸入電阻3）失真（1）惰性失真圖5-24惰性失真波形惰性失真是檢波器的RC取值過大，使二極管在截止期間C的放電速度太慢，以致跟不上調幅波包絡的下降速度，出現如圖5-24所示的失真現象。要克服這種失真，必須適當減小RC的數值，使電容器的放電速度加快。一般RC的選取應滿足下述條件：（2）負峰切割失真圖5-25負峰切割失真為避免產生負峰切割失真，與滿足下面關系：其中5.4.3

同步檢波同步檢波常由模擬乘法器和低通濾波器組成，其電路原理模型如圖5-26所示。圖5-26同步檢波的兩種電路原理模型1.同步檢波原理設調幅信號為普通調幅波，即參考信號為調幅波信號與參考信號在模擬乘法器中相乘，則乘法器的輸出電壓為只保留了上式中的第二項，即檢波器的檢波效率為2．同步檢波電路圖5-27同步檢波電路5.5

混頻器原理及電路混頻是將兩個不同頻率的信號加到非線性器件進行頻率變換，然后用選頻回路取出其和頻或差頻分量。混頻器原理示意圖如圖5-28所示。在混頻器輸入的信號中，一個為包含有用信息且需要進行頻譜搬移的高頻信號Us，另外一個為不帶任何信息的等幅正弦波UL（稱為本振信號），而通過選頻網絡取出的和頻或差頻稱為中頻信號。電路中，如果本地振蕩器與進行混頻的非線性器件為同一單元電路，則稱為變頻器。圖5-28混頻器原理示意圖（a）調制信號（b）本振信號（c）中頻信號圖5-29混頻器信號波形及頻譜結構圖5.5.1

混頻器原理為分析方便，設混頻器的高頻輸入信號為等幅波=，本振信號為=，兩信號疊加后同時作用于非線性器件上，則疊加信號為非線性器件的伏安特性可以用冪級數表達式為代入后按三角函數展開，輸出電流中包含無限多過頻率分量的組合，其中有兩個頻率分量(fL±fC)正是我們所需要的，(fL+fC)稱為高中頻，(fL-fC)稱為低中頻。這兩個頻率分量的形成是由兩個信號的乘積項產生的，因此，凡能實現兩個電壓相乘的非線性器件或電路，都可以作為混頻使用。5.5.2

混頻器主要性能指標1．混頻增益為提高接收機的接收靈敏度，希望混頻增益越高越好。2．選擇性混頻器的輸出信號中包含有很多頻率分量，但其中只有一個頻率分量是有用的，即所要求的中頻分量。因此，要求選頻網絡的選擇性好，對有用分量的衰減小，對無用頻率分量的抑制度高。3．失真與干擾如果混頻器輸出中頻的頻譜結構與高頻輸入信號的頻譜結構發生了除頻譜線性搬移以外的變化，則表示產生了失真。干擾是頻譜失真的主要原因，干擾主要分為組合頻率干擾和組合副波道干擾。5.5.3

混頻電路應用常用的混頻器有二極管混頻器、三極管混頻器、模擬相乘器等，根據所加信號的處理方式可分為疊加型混頻器和乘積型混頻器兩大類，其電路原理模型如圖5-30所示。典型的乘積型混頻器是模擬乘法器，疊加型混頻器有二極管混頻器、三極管混頻器等。圖5-30混頻器電路原理模型1．模擬乘法器混頻器圖5-31混頻器電路原理模型設輸入已調波為=，本地振蕩信號為=,則乘法器輸出信號為經過帶通濾波器后，如果只保留下邊帶，則濾波器輸出電壓為式中從上式可以看出，混頻輸出的中頻信號包絡與輸入的已調波信號包絡變化規律相同，只是頻譜的中心頻率從搬移到（），并且有一定的電壓增益。混頻電壓增益為圖5-32MC1596組成的乘積型混頻器電路2．二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器電路簡單、組合頻率分量少，常用在高質量通訊以及工作頻率較高的設備中，其原理電路如圖5-33所示。圖5-33二極管平衡混頻器3．三極管混頻器三極管混頻器因為其電路簡單、混頻增益高、要求的本振信號幅度和高頻輸入信號幅度小，廣泛應用于中、短波接收機以及一些測量儀器中。按三極管電路組態、本振注入點以及高頻信號的輸入點的不同，有如圖5-34的四種基本形式。圖5-34三級管混頻器的基本形式圖5-35電視接收機高頻調諧器中的三級管混頻電路5.5.4

混頻器的干擾由于混頻器是依靠非線性元件來實現頻率變換的，因此凡是進入混頻器的信號直接都可以產生各種組合頻率。除高頻信號與本振信號，還包括干擾信號與本振之間、高頻信號與干擾信號之間、干擾信號與干擾信號之間都可能組合成新的頻率分量，這些組合頻率分量如果等于或接近中頻頻率，將會和有用的中頻分量一起進入中頻放大器，經解調后在輸出端形成干擾，從而影響到正常信號的接收。1．組合頻率干擾組合頻率干擾是指高頻信號fs和本振信號fL產生的不同組合頻率形成的干擾。fs和fL在經過非線性器件時組合出的頻率分量fk可以表示為：上式中p、q是任意正整數，這些頻率分量中，只有p=q=1對應的頻率分量才是所需要的中頻信號，其余為無用的分量。只要某些頻率分量落在混頻級后的帶通濾波器頻帶內，即形成干擾。按fk表達式可以推導出，高頻信號頻率fs與要求的中頻fI間滿足下面表達式時，就有可能產生干擾。2．副波道干擾如果混頻器之前電路的選擇性不好，進入混頻器的信號除了有用的主波道頻率外，還包括其他干擾信號，這些干擾信號與本振同樣也會形成接近中頻的組合頻率干擾，這種干擾稱為副波道干擾。當干擾信號頻率fN滿足下面表達式時即產生副波道干擾。副波道干擾中最嚴重的干擾有中頻頻率和鏡像頻率所形成的干擾。1）中頻干擾當上面表達式中的p=0，q=1時fN≈fI,即干擾信號等于或接近中頻，這種干擾稱為中頻干擾。由于混頻器的輸出回路調諧于中頻，對中頻干擾無異于起到一個干擾信號放大器的作用。為了抑制中頻干擾，應提高混頻級以前各級回路的選擇性或在混頻輸入回路前增加一個中頻濾波器。2）鏡像頻率干擾當上面表達式中的p=1，q=1時fN≈fI+fL=fs+2fI。對于fL而言，fN和fs正好是鏡像關系，故稱之為鏡像干擾。對于鏡像干擾，混頻器具有與有用信號相同的電路功能，一旦進入就無法抑制。因此，為了抑制鏡像干擾，往往在提高前級電路選擇性的同時，還常采用二次混頻，以有效地抑制。3．其他干擾類型1）交叉調制干擾（交調干擾）交叉調制干擾的現象是：當接收機對有用信號調諧時，在聽到有用信號的聲音時，還可以聽到干擾電臺的聲音。當對有用信號失調時，干擾臺也隨即消失，就像干擾信號調制在有用信號的載波上一樣，所以稱之為交叉調制干擾。交叉調制干擾是由非線性特性的三次或更高次項產生，克服交叉調制干擾的措施除提高混頻前級電路的選擇性外，還應選擇合適的混頻器件和合適的工作狀態，使混頻器的非線性特性的高次方項盡可能小，可采用抗干擾能力強的平衡混頻器和模擬乘法器等電路。2）互相調制干擾（互調干擾）當多個干擾信號同時加入到混頻器時，由于混頻器的非線性作用，多個干擾頻率與本振頻率的組合頻率等于或接近于中頻時，即產生互調干擾。當兩個干擾信號fN1、fN2同時加入混頻器與本振頻率進行頻率組合時，組合頻率fk