高频电子线路_参量现象与时变电抗电路.doc

1、高频电子线路_08参量现象与时变电抗电路原文地址：http:/ 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社8.1 8.2 8.3 8.4 8.5概述 参量放大器 参量混频器 参量倍频器 参量自激现象及其消除 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社缓冲 高频振荡 倍频 高频放大声音话筒音频放大fofs=fi高 频 高功放 （直流电源未画） 电 路传输线调制fs高频放大fs fo混频中频放大fi检波F低频放大F本地振荡利用器件的非线性电阻特性来实现的。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张

2、 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社功率放大 非线性电抗正弦振荡频率变换优点：功率转换效率高，噪声低。 非线性电感 非线性电抗 非线性电容 End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社8.2.1变容二极管的非线性特性8.2.28.2.3参量放大的物理过程非线性电抗元件中的能量关系8.2.4参量放大器的特性和运用范围 高 频 电 子 变容二极管的结电容C（主要是势垒电容）与反向偏置 线 路 电压（绝对值）之间的关系为? （ dq Cj 0 第 Cj ? ? 四 dv ? v ? 版 R ? 1 ? ? V ? ? ） D ? ? 张

3、肃 vR dq 文 ? ? 1 C j ? ? k v R 主 V d v D 编 图 8.2.1 不同值的变容 高 等 二极管Cj= f(vR)曲线 教 育 可知，加于变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系。 出 版 ? 社End 高 频 电 子 假定回路中的电容器是两块极板可移动的平行板电容器。 线 路 当两块极板的间距为时，对应的电容量为 max；当两块极 板的间距为 时，对应的电容量为min。 ? （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.2.2 说明参量激励的串联回路 高 频 电 子 q ? Cv C 线 路 2 1 1 q 2 （ W ? qv

4、C ? Cv C ? 第 2 2 2C Cmin Cmax 四 2 2 版 qmax q ） Wmax ? Wmin ? min 2Cmin 2Cmax 张 肃 文 主 当电容器上电荷最多的瞬间突然拉开电容器的两块极板（电容 编 高 等 教 育 出 版 社突然变小），则外力克服电场力做功而供给电容器的能量最多。 反之，当电荷为零的瞬间，突然推 拢电容器的两块 极板（电 容增大恢复到原来值），由于这时电荷 为零，电容器不会放 出能量。? 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编图 8.2.3参量激励过程高 由此可见，要实现参量放大，必须具备两个条件：? 等 教 1)有一个随

5、 时间作周期性变化的电容。? 育 出 2)“泵 源”频率 fp是信号频率fs的两倍，且相位要合适。 版 社End 高 频 电 将频率为fs 的信号电压和频率fp的泵源电压同时加到理想 子 线 路 无损耗的单值非线性电容上，则通过非线性电容的电流不仅有 原来频率及它们的各次谐波成分，而且还会有新的组合频率成 （ 第 分 四 f m,n ? mfs ? nfp 版 ） 张 m, n ? 正整数或负整数 肃 文 主 这些组合频率信号之间的能量转换，遵守以下关系： 编 ? ? 高 等 教 育 出 版 社m Pm, n ?0 ? ? m?0 n ? ? m fs ? nfp?nPm, n ?0 ? ?

6、m ? ? n ?0 m fs ? nfp即所谓门雷罗威关系式，它是研究非线性电容能量转换机 理的基本关系式。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社fi ? f p ? fsP 1, 0 fs?P?1,1 f p ? fs?0P0,1 fp?P?1,1 f p ? fs?0图 8.2.4参量放大器的实际电路能量输入 P 1, 0 ? 0P?1,1 ? 0P0,1 ? 0 能量输出End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社? 噪声系数很低：常温 时，噪声系数约为23dB。 ? 参量放大器

7、的功率增益约为20dB。 ? 参量放大器的频带宽度一般为工作频率的百分之 几，采用加宽措施后也可达到10%。 ? 参量放大器的应用范围很广。End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社8.3.1参量混频器原理8.3.2参量混频器电路 高 频 电 子 线1）上边带参量混频 路 P P （ 1, 0 1,1 ? ?0 第 fs f p ? fs 四 版 ） P0,1 P 1,1 张 ? ?0 肃 fp f p ? fs 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社fi ? f p ? fs 图 8.3.1 并联型参量混频器原理图能量输入P 1, 0

8、? 0 P0,1 ? 0能量输出 P 1,1 ? 0 高 频 电 子 线2）下边带参量混频 路 （ P P?1,1 1, 0 第 ? ?0 四 fs f p ? fs 版 ） 张 P0,1 P?1,1 肃 ? ?0 文 fp f p ? fs 主 编 高 等 教 育 出 版 社fi ? f p ? fs 图 8.3.1 并联型参量混频器原理图能量输入 P 1, 0 ? 0P?1,1 ? 0P0,1 ? 0 能量输出End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社与电阻性二极管混频器相比，参量混频器的突出 优点是：噪声低，动态范围大， 组合频率分

9、量少。由 于它的动态范围大，组合频率少，因而可以大大减少 交调、互调失真，加上宜于采用超外差制式中的高中 频方案，有效地抑制镜像频率和中频频率等的干扰， 从而能够提高接收机的抗干扰能力。所以，高质量的 短波或超短波接收机往往使用参量混频电路。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社fs ? 2 3MHzf p ? 40 41MHzfi ? fp ? fs ? 38MHz图 8.3.2 某短波接收机的参量混频电路End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社8.4.18.4.2变容二极管倍频器

10、晶体三极管倍频器 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社丙类倍频器的功率增益很低，输出功率随倍频次数的 增高而迅速下降，但激励功率却大大增加。这些缺点严重 限制了它在甚高频大功率场合的应用。参量倍频器则是适 用于甚高频大功率的较理想方式。晶体管丙类倍频器在倍 频次数不超过时，效率约为1030，一般宜用 于发射机的低电平级。参量倍频器的转换效率（谐波功率 与基波功率之比）很高，在倍频次数为时，转换效 率可高达6070。这种倍频器宜用于米波到分米波段 发射机的输出级，输出功率可达几十瓦。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主

11、 编 高 等 教 育 出 版 社P 1, 0 f1图 8.4.1?nPn ,0 nf1?0并联型变容二极管倍频器能量输入 P 1, 0 ? 0能量输出 P n, 0 ? ?P 1,0 ? 0 高 频 电 子 举例 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.4.2并联型二倍频器电路举例End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.4.4晶体三极管倍频器的原理性电路 高 频 电 举例 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.4.5晶体管参量倍频器电路举例

12、 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.4.6 VCC =30V， Pi =1W， f T=500MHz 晶体管的输出功率与频率关系的实验曲线 n=1 放大状态 n=2 二次倍频 n=3 三次倍频 End 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社8.5.1 8.5.2参量自激现象及其危害 参量自激原理和消除参量自激 的方法 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.5.1 有参量效应时，晶体管放大器的输出 高 频 电 子 线 路

13、（ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社图 8.5.2在分谐波参量自激时，晶体管输出电压 End 的波形 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社讨论晶体管高频功率放大器时，都没有考虑 结电容的影响。实际上，由于结电容的非线性， 特别是集电结电容C的非 线性影响，将引起所 谓“参量现象 ”，或者叫“ 参量效 应” 。由上 节 的讨论已知，C 与电压之间的非线性关系使通 过C的 电流 产生谐波，从而使集电极输出电压 除了有基波之外，还产生了二次、三次等谐波， 以致 输出波形失真。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版

14、） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社晶体管的结电容与结电压之间的关系是非线 性的，亦即结电容是非线性电容，因而 这将引起 所谓的参量工作状态。就是说，由于工作 电压变 化所引起的结电容非线性变化会产生一种能量交 换的形式。这种能量交换形式不仅可以表现为放 大、混频和倍频等功能，而且在一定条件下， 还 可以产生自激现象。现仍从门罗关系式出发来 分析自激现象产生的原因。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社P 1, 0 fs P0,1 fp? ?P 1, ?1 f p ? fs P 1, ?1 fs ? fp? 0或 ? 0或P

15、1, 0 fs P0,1 fp? ?P 1, ?1 f p ? fs P 1, ?1fs ? fp能量输出P0,1 ? 0 频率fs的能量通过非线性器件的参量作用，转换 成频率为fp 和fi 的能量。在这种情况下，即使去掉fp信 号，能量转换作用仍然存在。这就是非线性电容所引 起的一种参量自激现象。能量输入 P 1, 0 ? 0P 1, ?1 ? 0 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社P 1, 0 f1能量输入 P 1, 0 ? 0?nPn ,0 nf1?0能量输出 Pn,0 ? ?P 1,0 ? 0倍频自激 参量自激有一个特点，即自激振

16、荡频率与激励信 号频率间有确定的关系。当改变信号频率时，自激振 荡频率也跟着按比例变化，如二倍频自激就保持严格 的二倍关系。反馈型寄生振荡频率则只与电路参数有 关，而与信号频率没有关系。 高 频 电 子 线 路 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社参量自激是晶体管在一定工作条件下特有的现象。 在晶体管功率放大器中，往往由于在强激励的条件下， 基波电压通过极间电容be 的非线性作用产生参量自 激，而使放大器的工作不正常。因此，参量自激对于 晶体管放大器是有害的。这时产生自激的能源就是电 路中的基波。当电路对f 及f呈现足够大的阻抗时， 就具备了参量自激的条件。 消除或抑制参量自激的措施有：减小激励电压； 在基极中串联电阻；降低回路Q值；减小振荡管与回 路间的耦合；使回路微量偏调（减小回路电容）；加 入高频负反馈电路。?End