硬件电路设计基础知识资料

硬件电子电路基础

关于本课程 第一章 半导体器件 §1-1 半导体基础知识 §1-2 PN结 §1-3 二极管 §1-4 晶体三极管 §1-5 场效应管 第二章 基本放大电路 §2-1 晶体三极管基本放大电路 §2-2 反馈放大器的基本概念 §2-3 频率特性的分析法 §2-4 小信号选频放大电路 §2-5 场效应管放大电路 第三章 模拟集成电路 §3－1 恒流源电路 §3－2 差动放大电路 §3－3 集成运算放大电路 §3－4 集成运放的应用 §3－5 限幅器（二极管接于运放输入电路中的限幅器） §3－6 模拟乘法器 第四章 功率放大电路 §4－1 功率放大电路的主要特点 §4－2 乙类功率放大电路 §4－3 丙类功率放大电路 §4－4 丙类谐振倍频电路 第五章 正弦波振荡器 §5－1 反馈型正弦波振荡器的工作原理 §5－2 LC正弦波振荡电路 §5－3 LC振荡器的频率稳定度 §5－4 石英晶体振荡器 §5－5 RC正弦波振荡器 第六章 线性频率变换 ──振幅调制、检波、变频 ''

§6－1 调幅波的基本特性 §6－2 调幅电路 §6－3 检波电路 §6－4 变频 第七章 非线性频率变换 ──角度调制与解调 §7－1 概述 §7－2 调角信号分析 §7－3 调频及调相信号的产生 §7－4 频率解调的基本原理和方法 第八章 反馈控制电路 §8－1 自动增益控制（AGC） §8－2 自动频率控制（AFC） §8－3 自动相位控制（APC）PLL

第一章 半导体器件

§1-1 半导体基础知识 §1-2 PN结 §1-3 二极管 §1-4 晶体三极管 §1-5 场效应管 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体

半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率） （如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物） 二、半导体的导电特性

本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略）

1、 半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化

''

掺杂──管子

• 温度──热敏元件 • 光照──光敏元件等

•

2、 半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 自由电子──受束缚的电子 （－） • 空穴 ──电子跳走以后留下的坑 （＋）

•

三、杂质半导体──N型、P型

（前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。

•

N型半导体 （自由电子多）

掺杂为＋5价元素。 如：磷；砷 P──＋5价 使自由电子大大增加 原理： Si──＋4价 P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成：

本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o 掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o 空 穴──少子 o 自由电子──多子

o

•

P型半导体 （空穴多）

掺杂为＋3价元素。 如：硼；铝 使空穴大大增加 原理： Si──＋4价 B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价 载流子组成：

本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o 掺杂后由B提供的空 穴──数量多。 o 空 穴──多子 o 自由电子──少子

o

结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为 空穴 。 §1-2 PN结

''

一、PN结的基本原理 1、 什么是PN结

将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。 2、 PN结的结构

分界面上的情况：

P区： 空穴多 N区： 自由电子多

扩散运动：

多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。 （正、负离子不能移动）

留下了一个正、负离子区──耗尽区。

由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。 方向：N--> P

大小： 与材料和温度有关。 （很小，约零点几伏）

漂移运动：

由于内建电场的吸引，个别少数载流子受电场力的作用与多子运动方向相反作运动。

''

结论：在没有外加电压的情况下，扩散电流和漂移电流的大小相等，方向相反。总电流为

零。 二、PN结的单向导电特性 1、 外加正向电压时：（正偏）

结论：

势垒高度  2

、 外加反向电压时： 结论：

PN结宽度（耗尽区宽度）

 扩散电流 

（反偏）''

势垒高度  PN结宽度（耗尽区宽度）  扩散电流 （趋近于0）  此时总电流＝反向饱和电流（漂移电流）：I5

注：反向饱和电流I5只与温度有关，与外加电压无关。 【PN结的反向击穿】：

齐纳击穿：势垒区窄，较高的反向电压形成的内建电场将价电子拉出共价键，导致反向电流剧增。< 4V

• 雪崩击穿：势垒区宽，载流子穿过PN结时间长，速度高，将价电子从共价键中撞出来，撞出来的电子再去撞别的价电子，导致反向电流剧增。 >7V

•

当反向电压在4V和7V之间的时候，两种击穿均有。 【PN结的电容效应】：

势垒电容：外加电压变化引起势垒区宽窄的变化引起。它与平行板电热器在外加电压作用下，电容极板上积累电荷情况相似。对外等效为非线性微变电容。（反偏减小，正偏增大）

• 扩散电容：当PN结外加正向电压时，由于扩散作用，从另一方向本方注入少子，少子注入后，将破坏半导体的电中性。为了维持电中性，将会有相同数量的异性载流子从外电路进入半导体，在半导体中形成空穴－电子对储存。外电压增量引起空穴－电子对存储就象电容充电一样。

•

PN结等效为：两个扩散电容＋一个势垒电容。（对外等效为三个容性电流相加。等效对外不对内）

反偏：扩散电流＝0，以势垒电容为主。 正偏：扩散电流很大，以扩散电容为主。 §1-3 二极管 一、构成与符号

''

二、伏安特性曲线

1.正向特性：

正向电压较小时，正向电流几乎为0──死区。

当正向电压超过某一门限电压时，二极管导通，电流随电压的增加成指数率的关系迅速增大。

门限电压（导通电压）──UD ：硅管 ──0.5-0.7V

锗管 ──0.1-0.2V

2．反向特性：

''

当外加电压小于反向击穿电压时，反向电流几乎不随电压变化。 当外加电压大于反向击穿电压 UB时，反向电流随电压急剧增大（击穿）。

3．伏安特性解析式

在理想条件下，PN结的伏安（电流与结电压）关系式：──呈指数关系

式中： q──电子电荷量

''

K──波尔兹曼常数

T──绝对温度令：

26mV ）0K(-273C)

UT =

（室温下''

伏安关系式简化为：

当电压超过100mV时，公式可以简化为：

加正向电压时：

加反向电压时： I = -IS

4．二极管的等效电阻

从二极管的伏安特性曲线上可以看出：二极管是非线性元件，等效电阻的大小与Q点有关。

''

➢ 直流电阻（静态电阻）──

➢ 交流电阻 ──

例：用万用表测电阻和二极管换不同档测量电阻，结果一样吗？

特殊二极管：稳压二极管；变容二极管；发光二极管；

''

二极管应用： 1． 整流：略

2． 稳压：稳压管稳压电路。P22 Fig 1-3-16

3． 限幅器：二极管限幅器。P24-26 串联、并联、双向。 例：P52 1－2

§1-4 晶体三极管 一、结构及符号

b区极薄 • C结面积 > e结 • e区搀杂浓度最大，b区搀杂浓度最低。

•

（不能将两个二极管兑成一个三极管来用） 二、晶体管的四种工作状态

状态 放大 截止 饱和 倒置

发射结电压 正 反 正 反 集电结电压 反 反 正 正 ''

三、放大状态下晶体管中的电流

注： 交流有效值── 大写小写； 交流值── 小写小写 ； 瞬时值 ── 小写大写 ； 静态值── 大写大写 ；

*注意： 实际电流的流向是与电子流的方向相反的。

用很少量的 IB 来控制 IC 。即三极管实际上是一个电流控制电流源-CCCS。

三个电极电流满足： IE=IB+IC

工作在放大状态下的NPN管一定为：IB 、 IC 流入，IE 流出。 工作在放大区的条件：NPN──UC > UB > UE；

PNP──UC < UB < UE ； 发射结正偏，集电结反偏。

例：集成电路中没有三极管，是用三极管的一个结来代替，用哪个结？e结。（大）

四、晶体管工作的三种组态

【共射】 对电压、电流都有放大倍数。

C结漏电流共基】''

无电流放大倍数，有电压放大倍数。

(IC  IE)

无电压放大倍数，有电流放大倍数。

(UBE  V ）

【

【共集】

''

五、晶体三极管特性曲线

共射组态放大电路的特性曲线：

•

输入特性曲线 (IB--UBE)UCE

UBE为一个正偏的PN结，所以特性曲线和二极管的正向特性曲线相同。

有：

''

•

输出特性曲线 (IC--UCE)IB

因为三极管有三个电极，要想在二维坐标系上表示出三个变量之间的关系。特性曲线就得是一族。

有：

''

特点：

截止区： iB = 0 ； iC = 0 ; UCE = UCC ；

放大区： iC 受 iB 控制。

各条曲线近似水平， iC 和 UCE 的变化基本无关，呈近似恒流特性。 饱和区： iC 不受 iB 控制。 UCE ＝0.3V 六、晶体三极管的主要参数

1. 电流放大系数

•

直流电流放大系数

''

•

交流短路电流放大系数

•

共基极接法电流放大系数

''

2. 极限参数

；

；

''

集电极最大允许电流ICOM ：下降至正常值时候的0.707倍所对应的 IC 值。 • 反向击穿电压BUCEO ： 当基极开路时集电极和发射极之间的反向击穿电压。 • 集电极最大允许功耗PCM 。

•

3.三极管的输入电阻

•

共射电路的输入电阻：

BE结电阻：

''

•

共基极输入电阻：

§1-5 场效应管 场效应管的特点：

场效应管只靠多子来导电。它是单极型晶体管。它只依靠一种载流子导电。

• 三极管是靠多子、少子一起来导电的,又叫双极型晶体管。它靠两种载流子导电。 • 场效应管的导电途径：沟道──利用外加电场改变半导体体电阻来进行工作。（电场效应来工作。）

• 输入阻抗十分高。

•

场效应管分类：结型场效应管、绝缘栅型场效应管。 一、结型场效应管 1．结构：

N区为载流子的主要通道──N沟道。

''

2.符号：

N沟道 P沟道

3.工作原理：

靠 UDG和 USG使两个PN结全部反偏，使耗尽层加宽。依靠反偏电压的强弱来控制耗尽层的宽窄，（即改变半导体的体电阻）达到控制电流的作用。 VCCS

并且应有 UD > US，才能收集电子。漏极D和源极S，可以互换着使用。 要求栅极G一定要反偏。 工作在放大状态时要求有： 4.输入特性：

''

栅极电流就是PN结的反向饱和电流。它几乎不随电压变化。 5. 输出特性曲线：──以UGS 为参变量，描述ID和UDS 之间的关系。

二、绝缘栅型场效应管 1.结构：（以N沟道为例）

2. 符号：

N沟道 增强型 耗尽型 P沟道 场效应管特性比较 P47 Tab 1-2 3.原理：

➢ 增强型：原始没有导电沟道，靠外加电压后形成反型层导电沟道。

''

要求必须给栅极G加正向偏压。 有： UD > UG > US

➢ 耗尽型：原来已经有导电沟道存在（掺杂造成的），靠外加电压使沟道中的 载流子耗尽。 所加栅极电压可正、可负。

正： 同增强型； 负： 同结型； 第二章 基本放大电路 §2-1 晶体三极管基本放大电路 §2-2 反馈放大器的基本概念 §2-3 频率特性的分析法 §2-4 小信号选频放大电路 §2-5 场效应管放大电路 §2－1 晶体三极管基本放大电路 一、放大器的组成

1、放大电路的功能和主要研究问题

什么是放大器：输出信号能量>输入信号能量的器件。（增大的能量是由电源提供的。） • 放大器的要求：1、能放大； 2、不失真； • 主要问题：产生失真的条件和如何减小失真；

•

•

主要指标是放大倍数：

''

2、三种基本放大电路（三种组态）

三种组态： 共射； 共基； 共集；

要实现放大作用：必须满足发射结正偏，集电结反偏。（NPN，PNP都是这样）,即：NPN── UC > UB > UE ；

PNP── UC < UB < UE ； 3、基本共射放大电路

一般 RB >> RC ； RB几百K， RC几K 二、 放大级的图解分析

放大级的图解分析法是利用晶体管的特性曲线通过作图的方法来分析放大电路的基本性能。

图解分析法的特点是──直观。

图解分析法的步骤是： 1、先分析无输入信号时的静态特性。 2、 再分析有信号输入时的动态特性。 （一）、静态特性

1、任务：求解静态工作点Q。（管子各极电流和各电极之间的电压） 2、静态工作点Q的定义：未加交流信号的情况下，在固定直流偏压作用下，

''

IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ也为一个固定的值。

它们在曲线上对应着一个固定的点──Q点。

3、在给定电路中求解静态工作点Q （以共射电路为例）。

*解释：由于晶体管为非线性元件，它的输出伏安关系符合它的输出特性曲线。而晶体管所带的负载是电阻，它是线性元件。伏安关系符合基尔霍夫 定律，为一条直线。（我们将在放大器直流输出回路中满足电压和电流关系的这一条直线称为直流负载线。）那么放大电路既要满足晶体管的非线性特性曲线，又要满足负载电阻的直线，结论是只能将这两种线画在同一个坐标系中，从中取它们的交点。这个交点──Q点。 图解法可以直观地反映出Q点改变对放大作用的影响。 求解静态工作点的步骤：

•

列输入方程，求出IBQ：

其中UBE＝0.6V

列输出方程，在IC──UCE图中画出直流负载线。 • UCE = UCC - ICRC

• 根据公式： 分别取 当IC＝0时：UCE＝UCC；

o UCE＝0时：IC＝UCC / RC；

•

将这两点连上即得到直流负载线。

•

从图上找出交点──静态工作点Q 在图上对应标出IBQ、UCEQ

''

（二）、动态特性分析

动态特性──（在静态特性求解完成的基础上分析）电路工作在放大状态条 件下，外加交流

电压作用时，各个电极电压、电流的变化情况。

当外加了交流电压或电流信号时，由于管子和负载也还是要同时满足它们各自的伏安关系曲线，所以工作点将会沿着负载线上下移动。

• 在有外加输入信号作用时，输出的信号为直流和交流的叠加。

•

1.作交流负载线

画出输出回路的交流通路。由于交流负载的改变，使得交流负载线为一条通过静态工作点Q

但是斜率改变为

的直线。

''

2. 失真分析

静态工作点、输入信号幅度、负载电阻大小对输出波形的影响。

•

负载一定时： 从图中可以看出：共射电路有倒像。

从上图分析可知： Q1点 合适 无失真

Q2点 太高 饱和失真

Q3点 太低 截止失真 输入信号幅度过大也会造成失真。（见上图红笔所画） • UCC一定时，RC越小，负载线越陡。

•

''

当RC过大时，会造成饱和失真。

结论：放大器工作无失真条件为： 1、Q点选择合适； 2、 输入信号幅度不能过大；

3、负载大小要合适； 三、 放大级的等效电路分析法

比较：图解分析法：可以画出来，直观。用来研究大信号、非线性失真 等效电路法：不好画，用来分析小信号时，定量的计算 等效：对外不对内。（对晶体管的外部交流电压、电流等效） 当加到发射结上的交流信号电压足够小时； • 当管子工作在放大区内时；

•

这时，我们可以把管子视为一个线性的电流控制电流源（CCCS）。并可以把它代换成为一个线性有源四端网络。

（一）、晶体管h参数等效电路

''

注

意：其中受控源的极性要根据Ube的方向来确定。

输出交流短路时的输入电阻；

''

 ；

输出交流短路时的电流放大系数；

''

输出交流开路时的输出电导，很

小，可忽略。

（它说明输出电压对输出电流的影响。）

（二）、用h参数等效电路分析放大器

共射极放大电路需要计算：A──放大器的放大倍数

''

AS──源电 压放大倍数

分析步骤：

画出放大电路的交流通路。（电容短路，直流电源接地）

• 画h参数等效短路图。（将晶体管h参数等效电路去替代交流通路中的晶体管。将等效电路的e、b、c相应地接在电路中的e、b、c上。

•

''

•

计算A

''

其中：

； ；

''

(负号表示，输入和输出信号之间

有倒相)

•

计算AS

应用戴维南等效电源定理可以将等效电路的左半部分进行化简：

''

化简后的图为：

''

；

；

；

''

如果满足Rb>>Rs的条件，则有Rs’=Rs // Rb 式可以化简为：

•

放大器的输入电阻Ri

Rs，上

''

•

放大器的输出电阻Ro

（三）、放大倍数的对数表示法

•

采用对数表示的原因

人的感官，对声音和光线的强弱的感觉与它们功率的对数成正比。即： 声音功率增强一倍，人没觉得强烈了那么多。只有当功率的对数值增强了一倍 时，人们才觉得强了一倍。

•

分贝（贝尔）

贝尔──取功率放大倍数以10为底的对数值。

''

贝尔 1贝尔＝10分贝（dB）

又因为：功率和电压 / 电流的平方成正比。

有：

dB

''

例：功率放大10倍 lg10=10dB 电压放大10倍 2lg10=20dB 功率增大1倍 10lg2=3dB 电压增大1倍 2lg2=6dB

(四)、共基极放大级的特点 电路图略。

•

结论：

电路有电压放大倍数： 大小与共射电路相同； 方向与共射电路相反； 即：输入信号和输出信号同相。

dB

''

无电流放大倍数 IC 五、 多级放大级

耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合 • 多级放大器的放大倍数：

•

IE 。

总放大倍数（增益）＝各级放大器放大倍数（增益）的乘积 总放大倍数（分贝）＝各级放大器放大倍数（分贝）的和 §2－2 反馈放大器的基本概念 一、什么是反馈

反馈──把放大器输出信号（电压或电流）的一部分（或全部）送回输入端。

''

净输入信号Xi’＝原外加信号Xi＋反馈信号XF

显然： 正反馈使放大倍数增加； 负反馈使放大倍数下降； 负反馈在放大器中的作用：

交流：稳定放大量； 减小非线性失真； 扩展同频带； 直流：稳定静态工作点Q； 二、单级反馈电路

(a) 无反馈 (b) RE ：串联－电流－负反馈

''

(c) RF ：并联－电压－负反馈

首先判断电路有无反馈存在。(a) 无、 （b） (c) 有。 图（b）步骤：

1、先判断有无反馈：有； 反馈支路RF； 2、 实际分析：

3、 再判断反馈类别：用瞬时极性法标注b（+）；e（+）； 输入信号和反馈信号加在管子不同电极，并且符号相同。 负反馈速判断反馈正、负性质的方法──瞬时极性法 步骤：

1、 假定输入信号的瞬时极性，逐步标出放大器各级输入和输出电压的极性 2、 将反馈电压的瞬时极性和输入电压的瞬时极性相比较。 判断：

•

两个信号加到同一电极上，极性相反──负反馈；

极性相同──正反馈；

•

两个信号加到不同电极上，极性相同──负反馈；

极性相反──正反馈；

''

判断反馈性质：输入端串/并联反馈、输出端电流/电压反馈 1、从输入电路的连接方式上来加以区分判断串、并联反馈

• 从改变信号源内阻RS的大小，观察反馈量的变化来区分

串联反馈：信号源短路 ── 反馈 存在 并联反馈：信号源短路 ── 反馈不存在 • 从反馈量的连接形式上区分

串联反馈： 反馈信号与输入信号加在晶体管的不同电极上； 并联反馈： 反馈信号与输入信号加在晶体管的同一电极上；

2、从输出电路的连接方式上来区分电压反馈和电流反馈 • 电压反馈──反馈电压和输出电压成正比； • 电流反馈──反馈电流和输出电流成正比；

• 从改变负载电阻RC 的大小，观察反馈量的变化来区分

当：RC  至0时， UF  至0 ………………电压反馈； 当：RC  至0 时， IF 依然存在………………电流反馈； • 从连接形式上区分：

当：反馈信号和输出信号接在同一点上时──电压反馈； 反馈信号和输出信号接在不同点上时──电流反馈；

注意：当负载不变的条件下，输入信号变化，输出信号也随之变化，并且电压和电流成正比。可见：当负载不变时，电压反馈和电流反馈无区别。 三、两级反馈电路

''

• 判断有无反馈：（本级； 越级；）

本级：T1管：无反馈； T2管：有反馈，反馈支路──RE2； 越级：T1管──T2管： 有反馈，反馈支路──RF；

• 用瞬时极性法进行标注：（见图） • 结论：

本级：T1管：无反馈； T2管：有反馈，反馈支路──RE2；负反馈； 越级：T1管──T2管： 有反馈，反馈支路──RF；负反馈；

四、负反馈放大电路的一般表达式

''

开环电压增益：

电压反馈系数：

环反馈系数：

''

电压反馈深度：

闭环电压增益： （加反馈后的电压放大倍数）

•

深度负反馈──反馈信号远远大于放大器的有效输入信号的负反馈电路。

''

深度负反馈情况下：由于1＋AF>10时，有：

五、 负反馈对放大电路性能的影响

（一）、放大器静态工作点的稳定 1. 放大器静态工作点不稳定的因素：

• •

受温度影响：ICBO；UBE；  ；都会使Q点提高。 晶体管  值的离散性。（20－200均合格）

2. 稳定Q点的偏置电路：

电路为：串联－电流负反馈

''

, UE = UB - UBE

,

''

由于IB的忽略，UBQ可以视为不随温度变化的固定电位。 电路稳定Q点的过程：

''

注：实际上稳定的是电流ICQ而不是电流IBQ。 3、 放大倍数的稳定性

电压反馈稳定输出电压；电流反馈稳定输出电流； 直流反馈稳定静态工作点；交流反馈改善交流性能； 加入负反馈后，放大倍数比从前提高了1＋AB倍。 （二）、负反馈对输入、输出电阻的影响

串联反馈提高输入电阻；并联反馈降低输入电阻； 电压反馈降低输出电阻；电流反馈提高输出电阻； （三）、负反馈对非线性失真的影响

采用负反馈使有效输入信号波形产生预失真，负反馈越深，非线性失真消除得越好，增益也越小。但注意：在开环时，动态范围必须留有余量。 （四）、负反馈对噪声的影响

反馈环前必须加一个放大器AO才可以提高信噪比，使得纯信号增大，噪声干扰信号降低。否则，和没加一样。

六、 两种常用的负反馈放大电路 （一）、射极输出器（共集电极放大器） 1、 电路介绍：

''

电路为： 串联－电压负反馈，并且输出电压全部反馈回到输入端。

2、 特性分析：

➢ 静态工作点计算：

''

➢ 交流等效电路图：

应用戴维南等效电源定理：

''

 电压放大倍数：

输入电阻： 输出电阻：''



 （用外加电压法计算，将信号源短路）

3、射极输出器的特点：

• 输入电阻大，输出电阻小；（可以作为多级放大器的输入级，或作为隔离用。）• 电压放大倍数近似为1； • 输入、输出信号同相；

（二）、恒流管电路 1、 电路介绍：

''

''

• 电流－串联负反馈，作为二端网络来使用；

• 与分压式稳定Q点的共射电流类似，由于UB固定，输出电流基本固定，而不随

UCD变化，从而实现恒流作用。 2、 特性分析：

• 输出电流：

''

• 输出直流电阻： 小

• 输出交流电阻：

§2－3 频率特性的分析法

大

什么是放大器的频率特性（响应）：放大器的放大量随着信号频率变化的状态。

对比：非线性失真── 由于晶体管工作在非线性区，对幅度大小不同的信号放大量不同。 频率失真 ── 放大器对不同频率的信号放大量不同。（由于电路中有（线性失真） L、C电抗元件造成。）

即：将幅度相同而频率不同的信号加入放大电路的输入端，将会出现输出信 号的波形与输入信号的波形不同的现象，称为频率失真。 一、放大电路不产生频率失真的条件

•

理想：对所有频率成分同等放大，相移和频率成正比。

''

•

增益用复数表示：

• 频率特性参数：

为了将失真控制在一定范围内，把半功率点作为放大器放大倍数下降的最大允许值。（半功

率点，相当于电压或电流的

或0.707。）

截止频率：电压或电流放大倍数减至0.707倍时的频率。 下截频fL；上截频fh。

通频带：两个截止频率之间的频带。BW＝fh－FL

''

二、分析频率特性的工程简化法 分频段简化处理。 步骤： 画出等效电路图；

分频段对等效电路进行简化； 求时间常数   求上、下截频；

画出波特图；

三、晶体管的高频参数及等效电路

※ 所有的放大器的放大倍数都会在高频端下降。 1.PN结电容：（它是引起高频特性变化的主要原因）

•

势垒电容 ── 是正、负离子层在外加电压发生变化时发生变化，从而在外

电路中产生容性电流的等效电容。

•

扩散电容 ── 当PN结外加正向电压时，由于扩散作用会破坏半导体的电中

性。将会由外电路补充进来异性载流子来保持电中性。P区和N区即形成了空穴和电子对的贮存。这种因扩散作用而在外电路产生的容性电流的等效电容。

2. 共射极混合等效电路

''

•

晶体管的高频分析

在高频段，e结和c结都会产生容性电流。以共射电路为例： C结反偏： 势垒电容； E结正偏： 扩散电容；

因为当频率很高时，电容的容抗为

容不能忽略。

由于C结反偏，所以rb’c很大，可以视为开路。

•

共射极混合等效电路

其中：rb’b──基区体电阻。约为300  。

所以两个电

，

''

gm ──跨导。

''

•

高频段等效电路（将Cb’c分别折合到输入 / 输出端来算） CM=(1+gmRC)Cb’c Cb’e//CM>>Cb’c

CM——密勒电容

•

频率参数：

f ：当 下降为中频时的0.707倍的时候，所对应的频率称为截止频率。

fT ：当 b 下降为1时的频率，称为特征频率。四、纯阻负载单极放大器的高频特性

•

电路及等效电路：

''

· 增益：

·幅频：

·相频：

''

五、单极放大器的频率特性曲线──波特图 1.用折线表示幅频特性的波特图

两边取对数得：

''

•  = H

•  = 10

''

•  = 0

结论：频率每上升10倍，幅模减小20dB。 设：A0＝100； fH=1MHz 作幅频特性波特图得：

2. 用折线表示的相频特性波特图

''

分析：

•  = H

''

•  =10

 很大时

''

•  =0.1

结论：频率每升高10倍，产生-45相移。 作相频特性波特图得：

 很小时

''

六、晶体管的带宽增益乘积

•

放大器的带宽于增益是一对矛盾：

负载增大──增益增大──上截频下降； 负载减小──增益减小──上截频升高；

•

为了全面衡量一个器件的高频放大能力，用放大倍数乘以上截频的积来衡量。

晶体管的带宽增益乘积是由晶体管本身的参数决定的。 要想提高增益带宽乘积，应选用rb’b、Cb’c小的管子。 §2-4 小信号选频放大电路 一、概述

•

什么是小信号选频放大器：信号幅度小，放大器工作在线性区。

对所需要的信号──放大； 对不需要的信号──抑制；

即，只能放大某个频率或某个频率范围的信号。

•

小信号选频放大器的结构：

''

选频网络：高频：LC、石英晶体、陶瓷、声表面波； 低频：RC；

选频网络决定小信号选频放大器的选择性的好坏。

•

频率特性：

通频带：（允许频率通过的范围）BW0.7 = fH－fL

•

指标：

中心频率（谐振频率）：fo

通频带： BW0.7 = fH－fL

''

矩形系数：

理想情况下，矩形系数＝1；实际情况下，矩形系数<1； 品质因数Q：

二、LC单振荡回路

''

•

回忆：

串联谐振回路：

并联谐振回路：''

f > f0时：感性 f < f0时：容性

•

LC单振荡回路电路介绍：

化简：

''

f > f0时：容性f < f0时：感性

若：L、r支路为高Q支路，即：Q>>10 L＝L’

''

时，有：

''

谐振角频率：

回路总品质因数：

''

R总＝RS // R0 // RL 谐振时传输阻抗： Ztm = U0 / IS ＝ Rt = R总

•

结论：

Q值越高，曲线越尖锐，通频带越窄，选择性越好。

•

提高Q值的部分接入法电路

步骤：

•

根据功率等效，将部分接入电路转化成全部接入电路：

''

负载：

内阻：

''

信号源：

''

输出电压：

接入系数： ''

均为：

；

''

结论公式：

''

''

•

按照全部接入电路的分析方法计算参数：

谐振角频率：

回路总品质因数：

R总＝RS’ // R0 // RL’ 传输阻抗： Ztm = U0 / IS ＝ R总 PL PS

三、双耦合振荡回路

电路介绍（略）； 频率特性（略）；

双耦合回路的矩形系数也与电路参数无关，为一个常数。 Kr双 > Kr单；

''

四、集中参数选频放大器

集中参数选频放大器包括：石英晶体、陶瓷滤波器、声表面波滤波器。 它们的优点是：

频率高；可工作频率范围宽； 稳定；Q高；体积小； §2－5 场效应管放大电路 一、场效应管偏置电路的静态分析 1、 自给偏置电路

回忆：各种场效应管偏置电路的要求： 结型场效应管：要求栅极G一定要反偏。 工作在放大状态时要求有： UD > US > UG 绝缘栅型场效应管：

增强型：要求必须给栅极G加正向偏压。 有： UD > UG > US

耗尽型： 所加栅极电压可正、可负。 正： 同增强型； 负： 同结型； 2、分压偏置电路

''

此电路带有直流电流－串联负反馈，可以稳定静态工作点。

静态分析：由于栅极上电流为0，所以，RG3上无压降。

''

二、场效应管放大电路的等效电路分析法 1、 场效应管的简化等效电路：

2、 共源放大电路分析：（以''

N沟道耗尽型绝缘栅型场效应管放大电路为例）

''

UGS=Ui

''

3、共漏场效应管放大电路分析

共漏场效应管放大电路又称为源极输出器，它和前面讲过的晶体管的射极输出器很类似，具

有相同的特点。 电路与分析（略）。

第三章 模拟集成电路

§3－1 恒流源电路 §3－2 差动放大电路 §3－3 集成运算放大电路 §3－4 集成运放的应用 §3－5 限幅器（二极管接于运放输入电路中的限幅器） §3－6 模拟乘法器 §3－1 恒流源电路

用途：供给放大级作为偏流源或作为有源负载。在振荡器中作为充、放电电流源。 一、镜像电流源电路 1、 电路介绍：

T1管、T2管具有完全相同的参数，并且发射结电压相同。

''

2、 工作原理：

IC2的稳定过程：

3、 输出电流的计算

''

（由于

>>2 , IB忽略不计）

''

二、比例电流源 1、 电路介绍：

（称为镜像电流）

''

2、 工作原理：

和镜像电流源相同。 3、 输出电流的计算

''

''

§3－2 差动放大电路 一、 零点漂移

零点漂移：多级直流耦合放大器中输入端对地短路时，输出电压依然会出现缓慢变化的飘动电压。简称：零漂或温漂。

为了克服零漂——采用差动放大器。 二、基本差动放大器 1、 电路介绍：

• 两个管子具有相同的参数，并且对称元件的数值相等。（电路具有对称性，在集成电路中，由于两个管子靠得非常近，所以可以作得非常相近。）

• 有两个输入端和两个输出端，输入信号加这两个管子的基极，输出信号取自两个管子的集电极之间。

2、 静态工作状态分析： 将交流信号短路掉。

用“半电路法”进行简化：将RE分别画在电路两边，使分开后的电路还保持原电路的伏安关系。

''

''

3、 动态特性分析：

差模信号：大小相等，极性相反的一对信号。 共模信号：大小相等，极性相同的一对信号。

差动放大器只对差模信号有放大作用，对共模信号没有放大作用。 三、双入双出差动放大电路

电路完全对称，差模信号放大倍数：

共模信号放大倍数：

''

共模抑制比：

四、共模信号和差模信号的分离

差模信号：

''

共模信号：

五、具有镜像电流源偏置和负载的差动放大电路

T3、T4：有源负载； T5、T6：有源偏置； T1、T2；差动放大器。

利用镜像电流源作为有源负载，将双入双出变为双入单出，且增益和共模抑制比保持不变。 §3－3 集成运算放大电路

一、集成运算放大器的特点（集成电路的特点） ➢ 不适合制造大电容，所以采用直接耦合电路；

''

➢ 管子、电阻等元件在同一条件下制造，所以器件参数的对称性好； ➢ 二极管全部用三极管的发射结来代替；

➢ 不容易制作较大电阻，常用恒流源来代替，或外接电阻。 二、集成运放的组成 1、框图：

2、符号：

习惯画法

国标画法

－：反相输入端，表示输入信号与输出信号反相；

''

＋：同相输入端，表示输入信号与输出信号同相。

三、运放的简化分析方法

1、 运放的理想化条件（参数）

➢ 开环电压增益

➢ 开环输入电阻

''

➢ 开环输出电阻

➢ 开环带宽

➢ 共模抑制比

''

➢ 失调、漂移、内部噪声 ＝0 2、 运放输入端的两个重要概念

运放工作在深度负反馈条件下，且工作在线性区时，有：

''

➢ 虚短路：

''

➢ 虚开路：

§3－4 集成运放的应用

运放在应用时，在对内阻没有特殊要求时，为了方便负载和信号源有公共的接地端，一般总是采用电压负反馈。 一、 基本放大电路 1、 反相输入式放大电路

''

➢ 电路接有电压并联负反馈。

➢ 为了克服温漂，在两个输入端偏流电阻上产生的压降相等，有：

➢ 工作原理：

''

＝0

''

2、同相输入式放大电路

''

➢ 电路接有电压串联负反馈。

➢ 为了克服温漂，在两个输入端偏流电阻上产生的压降相等，有：

➢ 工作原理：

''

''

3、压跟随器

''

二、线性运算电路

1、反相输入式加法电路：

''

电路为并联电压负反馈

''

＝0

''

2、同相输入式加法电路：

电路为串联电压负反馈

''

3、减法运算电路：

''

''

4、积分运算电路：

''

＝0

''

''

5、微分运算电路：

＝0

''

''

三、非线性运算电路 1、对数运算电路：

''

＝0

''

''

2、指数运算电路：

＝0

''

''

§3－5 限幅器（二极管接于运放输入电路中的限幅器） 一、串联限幅器

1、 限限幅器

''

工作原理：

0

＝

''

当Ui 很小时， Ui 增大时， 二极管截止；

二极管临界导通；

当

''

当Ui 继续增大时，

入信号进行变化。

二极管导通；输出信号随输

''

结论：

➢ 当

时，二极管截止，限幅区。

''

➢ 当

➢ 传输特性曲线：

时，二极管导通，传输区。

''

➢ 输入输出波形：

2、 上限限幅器

''

＝0

''

工作原理：

当Ui 很大时， 二极管截止；

''

Ui 减小时， Ui 继续减小时，

二极管临界导通；

二极管导通；输出信号

当

当随输入信号进行变化。''

结论：

➢ 当

时，二极管截止，限幅区。

''

➢ 当

➢ 传输特性曲线：

时，二极管导通，传输区。

''

➢ 输入输出波形：

§3－6 模拟乘法器 模拟乘法器的基本工作原理

➢ 模拟乘法器：能够实现两个互不相关的连续性信号（电压或电流）相乘作用的电路。 ➢ 变跨导式乘法器构成原理：电路元件工作于线性区，但因为跨导为非线性，所以电路对外表现出非线性特性。电路利用了指数函数和双曲正切函数的关系，利用恒流源差动放大电路实现相乘。 符号：

''

习惯画法

1、 相乘运算：

国标画法

''

2、 乘方运算：

''

3、 除法运算：

''

＝0

''

4、 开方运算：

''

＝0

''

''

第四章 功率放大电路 §4－1 功率放大电路的主要特点 §4－2 乙类功率放大电路 §4－3 丙类功率放大电路 §4－4 丙类谐振倍频电路 §4－1 功率放大电路的主要特点 一、定义：

在模拟电子电路中需要有这样一类电路，它们能够对负载提供足够大的功率来驱动它们。这类电路就是人们常说的功率放大电路，简称功放。 二、要求：

在器件安全运用的前提下，输出功率尽可能地大，效率尽可能地高，不失真地给出所需功率。 三、分类

【甲类】：晶体管在信号的整个周期内都有电流通过。即，器件整个周期导电。导通角θ为180o。 【乙类】：晶体管只在信号的半个周期内有电流流过。即，器件半个周期导电。导通角θ为90o。 【甲乙类】：晶体管在信号的多半个周期内有电流流过。即，器件多半个周期导电。导通角θ于90o－180o之间。

''

【丙类】：晶体管只在信号的小半个周期内有电流流过。即，器件小半个周期导电。导通角θ小于90o。

结论：甲类工作状态的特点是非线性失真小，但是效率最低；乙类状态失真较大，但是效率较高；丙类状态失真最大，效率也最高，它只用于高频放大器中。甲乙类状态兼有甲类失真小和乙类效率高的优点，它是甲类和乙类状态的折衷方案。 四、主要指标

➢ 输出功率：正弦输入信号情况下，不失真地输出信号的最大输出电压 Uom 和最大输出电流 Iom的有效值的乘积Pom 。（是交变电压和交变电流的乘积，是交流功率，它的直流成分所产生出来的功率不是输出功率。）

➢ 效率

功率PE 的比值。

：最大输出功率Po 和电源输入的直流

''

➢ 集电极的损耗功率Pc ：

➢ 电路为了尽量给出大的功率，晶体管往往用在极限情况，应该注意器件的安全运用。集电极的损耗功率和晶体管的散热条件有关。在使用时应注意在功率管上加散热片。 五、功率放大电路的非线性失真

''

衡量功率放大器的非线性失真通常用非线性失真系数

来表示。

假设输入信号为正弦波时，失真系数

谐波功率和基波功率的比值的平方根。 注意：在线性电路中常用的叠加定理，在这里将不再适用。 定义为：

''

（n=2、3、4……）

§4－2 乙类功率放大电路

乙类功率放大器的种类有很多，在这里我们以乙类双电源互补对称式推挽电路（OCL电路）为例来具体介绍乙类功率放大器。 一、电路介绍

''

二、工作原理

甲类功率放大器的动态范围不是很大，所以人们提出了用两个管子共同来完成一个正弦波周期的工作。每个管子只工作半个周期。即，正弦波的正半个周期由T1管单独工作，负半个周期有T2管单独工作。

三、交越失真

乙类推挽情况下由晶体管引起的一种非线性失真。这种由于静态工作点选择太低而造成的在低电流区引起的失真叫做交越失真。克服交越失真的方法是适当地提高静态工作点，将电路的工作状态改变为甲乙类工作状态。

''

甲乙类推挽电路波形 ：

四、指标计算

根据输出功率的定义可知：

''

或写为：

电源所提供的功率 PE ：

由于每个管子只提供半个周期的电流，所以总功率为：

在理想情况下，乙类功率放大器的效率为：''

''

晶体管的损耗 PC 为：

一般晶体管的集电极最大损耗PCM 并不是出现在输出功率达到最大的时候，这是由于管耗最大时，管子的压降和电流的幅度值也为最大。而输出功率最大时，管子的压降和电流的幅度值都比较小。我们可以用求解极值的方法来求解 PCM 。

''

* 令 得到

当

五、选管原则''

时，管耗最大。

''

PCM 为晶体管的集电极最大损耗； ICM 为晶体管最大集电极允许电流； BUCER 为晶体管最大耐压。 六、复合管

（略）

§4－3 丙类功率放大电路

高频信号时的功率放大电路──丙类谐振放大器。 一、高频功率放大器的特点

➢ 高频功率放大器的工作频率很高，可以到达几百兆赫兹甚至几万兆赫兹。但是它的相

对频带一般很窄。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载，而不选择电阻、变压器等非调谐负载。 ➢ 高频功率放大器的输入信号比较大，又要求有高的效率，所以不能工作于甲类状态，必须工作在丙类状态。 ➢ 它的选频网络的主要作用是选出基波，抑制掉谐波。 【应用范围】

高频功率放大器是无线电发送设备的重要部件。它负责放大微弱的信号，使它能够大到足够功率的电平，以满足发射天线的要求。在实际生活中，高频功率放大器不仅用在高频功率发射机中，许多电子加热设备都会用到它。 二、基本电路

''

三、工作原理

由于丙类高频功率放大器的导通角小于90o。所以丙类的高频功率放大器一定是工作在强非线性区的。所以丙类高频功放又称为非线性谐振放大器。它需要利用选频网络挑选出输出信号基波来达到功率放大。

➢ 对于丙类高频功放选频网络的要求是： 1、 可以滤除谐波分量；

2、 选频网络上面的功耗要尽可能地小； 3、调谐于基波上；

（丙类高频功率放大器必须采用LC振荡回路作为选频网络） 一、 丙类高频功率放大器的折线分析法

''

当管子工作在大功率状态下时，基区的体电阻 rb 上面的电压就变得显著起来了，由于 rb 上的电压和电流是线性的关系，所以在大功率状态下，将 iC-uBE 转移伏安特性用折线来近似表示。集电极电流 iC 是一个周期性的非正弦脉冲信号。可以用付立叶级数拆成级数的形式：

''

+……

物理意义是：任意一个周期性的非正弦信号 iC 都可以看成是由直流分量Ico 、基波分量

、二次谐波分量

''

等等各次谐波来构成，也就是说周期性脉冲信号包含

了许多的频率分量。

各次谐波的幅度与脉冲信号iC的关系由下列各公式决定：

''

…………………………

将余弦脉冲的解析式代入上面各式中代替 iC 。余弦脉冲所包含的各个频率分量的振幅公

式，经过化简后得到以下的表达式为：（略去推导过程）

''

………………

''

上式中的

是与导通角

有关系的量，称为余弦脉冲分解系数。

''

其中

是余弦脉冲的最大幅度。

''

在实际应用中，往往不用公式来直接计算，而是将正比于各个频率分量幅度的

与

画成曲线，通过查曲线来找出某个谐波分量的相对幅度。

曲线和 与

的关系见书上。

的关系

五、指标计算

由图余弦脉冲分解系数中可以看出来，''

120o时最大。在

＝

''

即：当

一定在

＝120o时输出功率最大。

注意：在实际计算功率的时候，都是用基波功率来算的。 功率：

''

''

效率：

➢ 功率和效率的综合考虑

效率：

功率： ''

越小，效率越高；

变大，功率增加，当120o时，基波功率最大；

＝''

可见，功率和效率它们彼此之间不是统一的。

所以，在实际应用中为了综合考虑，通常取

＝

60o。

六、丙类功放的动态特性

工作状态可以根据晶体管在工作时是否进入饱和区来分为三种状态： ➢ 不进入饱和区的欠压状态； ➢ 进入饱和区的过压状态； ➢ 刚好进入饱和区的临界状态； 动态特性 ：

假设在电路的偏压和负载一定的情况下，当输入信号变化时，我们从输出端所得到的集电极电流波形 。

''

当输入信号由小变大时，放大器的工作状态又欠压到临界到过压变化。 欠压状态下，输出电压幅度十分小，输出功率不大。过压状态时，由于器件进入了非线性区，顶部出现了凹陷，集电极电流减小，输出功率减小。在临界状态时，输出电压和输出电流都为最大值，所以可能得到最大的输出功率。

一般情况工作于弱过压状态。（为使输出幅度变化不太剧烈。） 七、对丙类谐振放大器耦合电路的要求

1.能够实现阻抗变换，即将实际的负载阻抗值变换为器件所要求的阻抗值。

2.耦合网络自身的插入损耗要尽可能的小，即能够将有用信号功率有效地传送给下一级或者是负载。

3.滤波特性要好，即可以抑制掉无用信号的功率。 §4－4 丙类谐振倍频电路

倍频器:输出信号频率为输入信号频率的整数倍的电子部件。它广泛地应用于通信设备中。可以用模拟电路来实现也可以用数字电路来实现。我们仅介绍工作频率在几十兆赫兹以下的利用三极管构成的丙类谐振放大式倍频器。 一、丙类倍频器的基本工作原理

在丙类工作时，晶体管的集电极电流脉冲中含有许多谐波分量。那么，如果把集电极谐振回路调谐在二次谐波或者五次谐波上面，回路将会在二倍频或五倍频上谐振。即，放大器将只有二次谐波电压或五次谐波电压输出。这样丙类放大器就成为了丙类二倍频器或五倍频器。 二、实际电路

丙类谐振倍频器的原理性电路：

''

虚线所标出的L1和C1是为了抑制幅度很大的基波而设置的串联谐振回路，它调谐在基波上面。此电路的其他部分就和丙类功率放大电路没有什么区别了。但是在对谐振回路的要求上，丙类倍频器的谐振回路的选频网络还要求能够滤除低次谐波和高次谐波。即，丙类功放谐振在基波上，而丙类倍频器则谐振于谐波上。 三、参数分析

''

从电流分解系数图中可以看出，对于每一条

线，都存在一个最大值 的值相应减小，出现最大值时所对应的导通角也相应

减小。

的曲

，并且随着谐波次数n的增加，

''

出现最大值时的导通角为：

的最大值是：

其中n为谐波次数。

''

第五章 正弦波振荡器

§5－1 反馈型正弦波振荡器的工作原理 §5－2 LC正弦波振荡电路 §5－3 LC振荡器的频率稳定度 §5－4 石英晶体振荡器 §5－5 RC正弦波振荡器 §5－1 反馈型正弦波振荡器的工作原理 分类：反馈型；

负阻型。（不讲） 一、电路的组成及自激条件

➢ “自激振荡”是指在没有外加信号的作用下，电路能自动产生交变信号的一种现象。生自激振荡的电路称为 “自激振荡器”。 ➢ 反馈型正弦波振荡器结构框图：

A为放大器的开环增益； B

为反馈网络的反馈系数； 【四个组成部分】：

产 ''

1、放大器：因为振荡器不仅要对外输出功率，而且还要通过反馈网络提供自身的输入信号功率。所以它必须要有功率增益。其能量的来源仍然与放大器一样来源于直流电源。

2、反馈网络： 使其构成正反馈环路。

3、选频网络：正弦波振荡器必须工作在某一特定的频率上。选频网络应保证只有在这一特定的频率时，通过输出网络和反馈网络才有闭环2π相移的正反馈，其他频率不满足正反馈的条件。并且利用选频网络中的储能元件作为振荡回路。

4、稳幅机构：自激振荡器由自行起振的暂态过渡到最后的稳态，并保持一定的输出幅度和波形，这个过程要求有一个自稳幅的机构。这个机构既可以单独存在，又可以加在前三个部分中的任意一个里面。

➢ 按照选频网络的构成的不同又可以分为：

LC正弦波自激振荡器； RC振荡器和石英晶体振荡器；

➢ 其中LC正弦波自激振荡器又可以更加细致地分为：

互感耦合式振荡器； LC三点式振荡器； ➢ 自激条件：

A为放大器的开环增益：

B为反馈网络的反馈系数：

''

振幅条件： 相位条件：

n=0,1,2,3......）

（

''

二、振荡的建立和稳定过程

➢ 振荡的建立：

假设电路处于静止状态，当外界出现了一个非常小的扰动时，这种扰动往往含有很宽的频谱，经过LC选频网络选出使得电路满足正反馈相位条件的频率分量。在电路的输出端将会得到由选频网络选出的某一频率的微小振荡，它立刻通过反馈网络回送到了放大器的输入端进行放大，在正反馈地情况下，电路的输出端会得到比原来大一些的振荡，这个信号又通过正反馈网络送到放大器的输入端，经过这样反复多次放大，选频，反馈……电路中就产生了增幅电振荡。

➢ 振荡的稳幅：

''

当振幅增长到一定程度以后，由于电路中的电容CE储存能量会引起非线性导电的现象（即，由于电容的储能使得三极管发射极电位提高，造成管子进入截止区）。该电路在RE、、RB1、RB2产生了自生反偏压。管子进入非线性区。幅度不会继续增长，这样管子的导通角将会减小，从而导致增益减小，直至达到平衡，于是振幅便稳定于某一个恒定的值了。 三、稳定条件 1、振幅稳定条件：

如果干扰和噪声使反馈电压增大时，放大器的增益自动下降，使AB下降，振幅保持稳定。 反之，若反馈电压下降，A增大，同样会使振幅稳定。

绝对值越大，振幅的稳定性就越好。上式还可以展开为下面所示的形式：

''

这就要求：

''

2、频率稳定

正弦波频率发生变化，相位肯定也发生变化。当频率提高，相位会超前。

负值表明：频率提高，相位滞后，维持频率稳定。反之，频率降低，相位超前，维持频

率稳定。 上述偏导数的绝对值越大越好，表明只要频率产生微小的变化就可以获得足够大的反向的相位变化，从而在电路中恢复相位平衡。 起振条件和平衡条件：

''

振幅起振条件： 相位起振条件： 振幅平衡条件： n=0,1,2,3......)

（

''

相位平衡条件： §5－2 LC正弦波振荡电路 分类：互感耦合式；

三点式；

一、互感耦合式自激振荡器 以集电极耦合式的振荡器为例：

根据瞬时极性法来判断：此电路为正反馈，可以振荡。二、LC三点式振荡电路

n=0,1,2,3......） （

''

互感耦合式振荡器存在工作频率不是很高，在调测过程中改动反馈深度不方便等缺点。得到了更加广泛的应用的是LC三点式振荡器。分为：电感分压反馈式（简称电感三点式）和电容分压反馈式（简称电容三点式）振荡器。 电感分压反馈式正弦波振荡器（电感三点式） 1、电路介绍

此电路又称为“哈特雷”（Hartely）电路。

2、电路特点

（1） 容易起振且振荡幅度较大；

（2） 条件频率方便。利用可变电容，可以得到一个较宽的频率调节范围； （3） 一般用于产生几十兆赫以下的频率的正弦波； （4） 输出波形中含有高次谐波分量，波形较差； （5） 频率稳定度不高，所以通常用于要求不高的设备中； 电容分压反馈式正弦波振荡器 1、电路介绍

此电路又称为“考比兹”（Colpitts）电路。

''

2、电路特点

（1）输出波形中的高次谐波分量很小，输出波形好； （2）振荡频率较高，一般可以达到100兆赫以上；

（3）调节频率不方便，并且频率的调节范围较窄，通常用于产生固定频率的振荡； 交流通路

从上面的分析中我们可以看出，电容三点式和电感三点式振荡电路在电路的组成形式上具有某些相似的地方。为了能够方便地看清电路的基本结构，可以将实际电路中的直流供电电路略去，得到它们的交流通路如图所示：

(a) Hartely 电路 (b) Colpitts 电路

''

三点式LC振荡电路的普遍形式

三点式LC振荡电路的振荡频率

从上面的交流通路还可以看出，基本电感三点式振荡电路的振荡频率为：

基本电容三点式振荡电路的振荡频率为：

电容三点式振荡电路的改进型

1. 串联改进型电容三点式振荡电路，“克拉泼”（它的交流等效电路如图所示：

''

Clapp ）电路

''

克拉泼电路的振荡频率为：

''

其中：

由于C3<。

可见，管子的输入电容Ci和输出电容C。对f。几乎是没有影响的。即使C。和Ci 发生了变化，它们对振荡频率的影响也是很小的。所以电路的频率稳定性提高了。此外，调节频率时调节C3，调节反馈深度时调节C1和C2的比例关系。它们互不干扰。即：调节C3只影响频率而不影响反馈，调节C1，C2的比例关系只影响反馈深度而不影响频率。 2、并联改进型电容三点式振荡电路，西勒（seiler ）电路

''

交流通路：

振荡频率为：

''

其中

由此可见西勒电路的频率稳定度高，振荡频率也高，并且振幅较平稳，波形好。所以西勒电路得到了广泛的应用。

§5－3 LC振荡器的频率稳定度

频率稳定的指标人们经常用频率稳定度来衡量。频率稳定度的标准分为绝对频率稳定度和相对频率稳定度两种。

➢ 绝对频率稳定度的定义为：实际振荡频率与额定频率之间的差。

''

➢ 相对频率稳定度的定义为：

由于f 和f o十分接近，故又可以将相对频率稳定度写为下面的形式 ：

''

通常人们所提到的频率稳定度都指的是相对频率稳定度。并且在一定时间范围内的频率稳定度可以分为下面三种情况：

短期稳定度：一般指一个小时之内的相对频率稳定度； 中期稳定度：一般指一天之内的相对频率稳定度； 长期稳定度：一般指几个月以上的相对频率稳定度； 由于环境稳定引起的频率的变化，称为“频率漂移”。 【提高频率稳定度的基本措施】：

减小外界因素的变化；

提高振荡回路标准性； §5－4 石英晶体振荡器

由于LC谐振回路的Q值做不了太高。当要做一个振荡频率高并且频率稳定度高于10－5

数量级的振荡器时,应该选用石英晶体振荡器了。石英晶体振荡器有着很高的Q值，它的频

－5－8

率稳定度一般可以做到10到10。 一、石英晶体及其等效电路 1、石英晶体的压电效应 2、符号及等效电路

''

3、石英晶体振荡器的特点

两个电极之间的静态电容Co 比较大。等效电感Lq 非常大，等效电容Cq和等效电阻rq 都非常小，所以Q值非常高。它有一个串联谐振点和一个并联谐振点。

二、石英晶体振荡电路 分类：串联型； 并联型； 1、并联型晶体振荡电路

''

并联型晶振电路实质上就是，工作在它的串联谐振频率和并联谐振频率之间，阻抗等效为一个电感来应用。将它与两个外接电容构成电容三点式振荡电路。实质仍然是一个电容三点式振荡电路。 等效电路：

石英晶体振荡器的振荡频率近似为晶振的外壳上所标称出的频率。 2、串联型石英晶体振荡电路

''

工作在石英晶体的串联谐振频率，并且石英晶体呈纯阻性，它的相移为零，近乎于短路。在电路中石英晶体作为放大电路的反馈元件，起选频作用。实质还是一个电容三点式振荡电路。

其中可调电容C2在电路中的作用是微调一下频率，使电路的振荡频率在晶体的串联谐振频率上。电路的振荡频率还是石英晶体外壳上的标称频率。 §5－5 RC正弦波振荡器

第六章 线性频率变换 ──振幅调制、检波、变频 §6－1 调幅波的基本特性 §6－2 调幅电路 §6－3 检波电路 ''

§6－4 变频 为什么要进行频率变换

➢ 天线的几何尺寸

频率提高。

波长 ── 发射时，需要将

➢ 接收时，要能够将各个广播电台区分开来，即，每个台之间要相差10KHz──发射时，不同的广播电台要将频率提高到不同的频率上面。 调制：在发送端将频率变高； 基带信号  频带信号 解调；在接收端将频率变低； 频带信号  基带信号 §6－1 调幅波的基本特性 一、普通调幅信号

''

1、原理：

2、数学表达式：

低频信号：

''

等幅高频信号（载波）：

普通调幅信号：

''

可见，普通调幅波的频谱可以分成三部分：载频；下边频；上边频；

ma：调幅系数＝

3、频带宽度：BW=2fmax 4、调幅波的功率：

假设将调幅波加到电阻上：

载波功率： < 1

边频功率：''

P上＝P下＝P边＝

''

当ma=0.3时（一般情况）：P边 占5％。

由于载波功率不含有信息量，所用把它费力发射上天不值。二、抑制载波的双边带调幅信号 （DSB） 数学表达式：

0.5P0，有用功率仅

''

有用功率可以达到95％。

三、单边带调幅信号 （SSB）

➢ 由于上、下两个边频所含有的信息量全等，全发射出去所占用的频带太宽了，要节约频带，只发送一个边频就可以了。 ➢ 接收机成本： 普通 < 双边带 < 单边带 §6－2 调幅电路

分类：低电平调幅电路──日常用、小功率、用模拟乘法器来实现；

高电平调幅电路──专业用、大功率、用电子管构成调幅器（大型通信或广播发射机）；

''

一、双边带调幅电路

利用模拟乘法器直接实现相乘。电路（略）。

二、普通调幅电路 ➢ 电路介绍：

➢ 基本原理：

''

''

三、单边带调幅电路

➢ 滤波法：利用双边带电路的输出信号，然后在用滤波器滤除不需要的边频分

量。电路（略）。

➢ 移项法：（略）。 §6－3 检波电路

普通调幅波的解调──检波。 一、相乘检波 ➢ 电路介绍：

➢ 基本原理：

''

''

其中：有用分量──

无用分量──

''

可以用滤波器滤除。

二、二极管峰值包迹检波 ➢ 电路介绍：

➢ 工作原理：

➢ 失真：

1 二极管伏安特性的非线性； 2 二极管导通电压不为0；

3 负载时间常数过大引起的失真──惰性失真（对角切割失真）；

''

4 交、直流负载不等引起的失真――负峰切割失真（底边切割失真）；

惰性失真：

电容C过大，时间常数太大，以致包迹应跟踪衰减时，一时电压降不下来。

不失真条件： 负峰切割失真：

交、直流负载不等引起二极管负极电位提高造成的底边切割失真。

''

不失真条件：

➢ 检波器的电压传输系数：

''

直流电压传输系数：

交流电压传输系数：

高频输入电阻：

''

§6－4 变频

定义：将原信号的各个频率分量移至新的频域，并且各分量的频率间隔和相对幅度保持不变。

新频率＝原频率＋/－参考频率

一、相乘混频

➢ 原理：利用模拟乘法器实现和频或差频，再用滤波器滤除其一。 ➢ 框图：

➢ 频谱：

''

二、二极管双平衡混频

➢ 原理：利用二极管搭成桥路来混频，用选频网络滤除无用的频率。 （二极管的指数率，利用幂级数展开，取其中的平方项来实现混频，

取和频或差频。）

➢ 特点：工作频率极高，微波波段。 三、混频时产生的干扰和失真

➢ 原因：混频器件的非理想相乘特性；有用信号频率、本振频率、干扰信号频率构成的

某种特殊的关系； ➢ 类型：组合频率干扰（哨叫干扰）； 镜相干扰； 中频干扰； 交叉调制干扰； 互相调制干扰。

➢ 消除方法：在混频器之前加选频电路。 镜像干扰：

第七章 非线性频率变换 ──角度调制与解调

§7－1 概述 §7－2 调角信号分析 §7－3 调频及调相信号的产生 §7－4 频率解调的基本原理和方法 §7－1 概述

优点：抗干扰能力强； 缺点：所占用频带宽；

''

➢ 调角──用调制信号去控制高频振荡的频率或相位，使之随调制信号的变化规律而变化。

随f变──调频； 解调──鉴频；

随

【应用】：通信机、扫频仪…… §7－2 调角信号分析 一、调频波与调相波的表达式 调角波：

变──调相；

解调──鉴相；

''

调角波的相位与角频率之间的关系：

''

单一余弦信号调制下的调频波：

调制信号：

''

调频波角频率：

调频波最大频偏：调频灵敏度： ''

Kf （每单位调制电压的角频率偏移量）

''

调频波相位：

''

调频波表达式：

''

调频系数（最大相偏）──

单一余弦信号调制下的调相波：

调制信号：

''

调相波相位：

调相波最大相移（调相系数）：

调相灵敏度：调相波角频率： ''

KP （每单位调制电压的相位偏移量）

''

调相波表达式：

''

调相波最大频偏： 二、调频波和调相波的比较 【共同点】：

调频波和调相波的最大相移与最大频偏之间的关系均为：

普通调幅波的ma<1； 但调角波的m可以>1。 【区别】：

''

调频波：

调相波：

三、调频波和调相波的频谱、频带宽度 【频谱】：

cos调制 sin调制 ''

调频波： 调相波： 调频波： *

''

调相波： 带有*的公式非常相似，一起来分析调角波的频谱和频带宽度。

将公式中括号里面的内容合并项：

*

''

有：

根据第一类贝塞尔函数展开：

''

可知： 只含有偶次项；

结论：

只含有奇次项；

1 余弦（或正弦）调制下的调频波是由载频和无穷多对边频构成的； 2 各边频的大小与调制系数m有关；

''

3 各个边频之间的频率间隔── 4 所占用的频谱宽度无穷大；

；

【注意】：当调制信号包含有多个频率成分时，各边频的幅度，不仅与单个频率的调制系数有关，而且还与其它频率的调制系数有关。

不符合叠加定理！所以称为：非线性调制。

频谱宽度：

在实际应用中，可以进行工程上的近似。由于边频分量的幅度随着阶数的增大，而迅速下降。所以在工程上阶次高的边频分量可以忽略。

§7－3 调频及调相信号的产生 一、对调频器的基本要求

''

1 调制特性为线性；

2 为调制时的载波频率要有一定的稳定度； 3 最大频偏与调制频率无关；

4 无寄生调幅或寄生调幅应尽可能的小；

二、实现调频的原理和方法 ➢ 直接调频原理：

将调制信号电压直接去控制自激振荡器的自激振荡频率。利用调制信号电压去改变振荡器的定额元件来实现直接使载波的瞬时振荡频率按照调制信号的变化规律线性地改变。 【基本原理】：以变容二极管代替电感三点式中的电容，从而达到控制频率的目的。

➢ 间接调频原理：

利用频率与相位之间的微积分关系，把信号先积分再调相最终得到调频波。

''

间接调频原理性框图：

''

§7－4 频率解调的基本原理和方法 ➢ 对鉴频电路的要求：

1 鉴频跨导SD高；

2 频带宽度大； 3 非线性失真小；

➢ 实现鉴频的方法： 1 调频－调幅变换型鉴频器：

''

2 相位鉴频器：

3 脉冲计数式鉴频器：

''

4 锁相环鉴频器：（略）

一、单失谐回路鉴频器 ➢ 电路介绍：

➢ 工作原理：

''

➢ 工作波形：

➢ 缺点：由于谐振曲线不是严格直线，会造成调频－调幅变换非线性失真。 二、双失谐回路鉴频器 ➢ 优点：

鉴频器的工作频带增大； 减小失真；（类似于推挽电路） ➢ 应用：无线通信、微波通信等。 ➢ 电路介绍：

''

➢ 原理：

➢ 工作波形：

''

第八章 反馈控制电路

§8－1 自动增益控制（AGC） §8－2 自动频率控制（AFC） §8－3 自动相位控制（APC）PLL §8－1 自动增益控制（AGC）

反馈控制电路的应用：几乎所有的调节都要靠反馈来控制。

功率不能恒定（距离、远近）──自动增益控制； 保持频率的稳定──自动频率控制； 保持相位的稳定──自动相位控制（锁相）；

【目的】：将接受到的信号控制在某一范围内。当信号超过某标称值时，输出信号便不再随输出信号的增大而增大。 §8－2 自动频率控制（AFC）

自动频率控制又称为自动频率微调。

''

§8－3 自动相位控制（APC）PLL

锁相──使一个自激振荡器的相位受某个基准振荡的控制，自激振荡器的相位 和基准振荡的相位维持恒定的关系。 一、锁相环的构成

二、原理

将输入信号和输出信号送至鉴相器中输出代表相位差的误差电压，此电压经过低通滤波器滤除高频分量后，再去控制压控振荡器的频率使之和输入端的相位相接近。 三、名词介绍：

''

捕捉：两个信号的相位差，引起的误差电压经环路滤波器滤掉高频成分，作用在压控振荡器上，

使压控振荡器的频率向输入信号频率靠拢，直到频率相同，相位同步。 同步：当输入信号的频率在一定范围内变动时，输出信号的频率跟随输入信号的频率发生变化。 失锁：当起始频差过大，或输入信号频率变化超出允许范围时，压控振荡器的频率和相位跟踪

不上。输出信号频率和输入信号频率越差越远，锁相环失去控制。