高频电子线路知识点串讲及精选例题
高频知识点串讲
1.高频信号的选择
选频网络
2.高频信号的放大
高频小信号放大器、高频功率放大器（发送设备和接收设备的末级一般都采用功率放大器）
3.高频信号的产生
高频振荡器或本地振荡器
4.高频信号的变换
倍频器(发射)、调制器(发射)、混频器(发射系统中混频器用于上变频,在接收系统中一般用于下变频)、解调器(接收)
调制的作用
①实现频谱搬移,便于信号传播
②扩展带宽,提高信息的有效性和可靠性
③可以实现带宽和信噪比之间的互换
混频器
超外差式接收机比直接放大试收音机，增加了本振$V_{LO}$和差频$|V_{RF}±V_{LO}|$，把差出的465kHz的中频信号$V_{IF}$，再做两级放大和选频。
增加了整机增益和选择性，接收灵敏度大大高于直接放大式收音机。
5.高频信号的控制
自动增益控制电路（AGC）、自动频率控制电路、锁相环（PLL）
高频题目记录
C1 高频电路基础
1、串联谐振
①谐振在$f_0$时，感抗与容抗相等，相互抵消，LC串联电路呈短路特性，电流最大，阻抗最小，输出电压最小
②串联LC电路在与负载串联连接时，将充当在谐振频率下具有零阻抗的带通滤波器
③失谐时，串联谐振电路的阻抗增大，相位值增大。当W>W0时，串联阻抗为感性；当 W>W0 时，串联阻抗为容性。
2.并联谐振【应用更广泛】
①谐振时的输出电压最大，阻抗最大（较高频率的信号则容易通过电容器到达输出端，较低频率的信号则容易通过电感器到达输出端）
②并联LC电路在与负载串联时，充当在谐振频率处具有无限阻抗的带阻滤波器。
③与负载并联的并联LC电路将用作带阻滤波器。
（谐振频率点的信号不能通过LC并联振荡电路）
该电路串联谐振w1>并联谐振w2【why?】
3.石英晶体谐振器工作在 串联谐振频率 时的等效阻抗最小
4.线性时变系统中，大信号输入幅度进一步加大，使线性放大器件呈现非线性或非线性器件工作在导通和截止状态时
换言之，使线性放大元件进入特定开关模式→用开关函数分析法
5.声表面波滤波器
图片来源：ScienceDirect 声表面波滤波器是什么？看这篇就够了！
C2 高频小信号放大器
1.晶体管小信号放大器的回路谐振时，$V_i, V_o$相位差$≠180°$
2.在有载品质因数$Q_L$相同的条件下，临界耦合双调谐回路放大器的通频带$BW=2\Delta f_{0.7}=\sqrt{2}\frac{f_0}{Q_L}$为单调谐回路放大器通频带的$\sqrt{2}$倍
3.将有用的信号放大，把其它无用的干扰信号抑制掉→需要选频放大器（选择地对某一频率的信号进行放大）如小信号调谐放大器（放大信道中的高频小信号）
小信号：输入信号$V$一般在微伏至毫伏数量级（放大器工作在线性范围）。
调谐：主要指放大器的集电极负载为调谐回路（如LC谐振回路，对谐振频率的信号具有最强的放大作用，而对其他远离的频率信号，放大作用很差）。
单调谐
双调谐：一个靠近“信源”端（如晶体管输出端），初级；另一个靠近“负载”端（如下级输入端），次级。可用电容、互感耦合。
实验1 小信号调谐放大器（单调谐与双调谐放大器）_高频实验报告答案_胡毛毛_三月的博客-CSDN博客
C3 高频功率放大器
A类：整个信号周期都导通，导通角为-180~180，理想效率50%
B类：只在半个周期导通（两个晶体管推挽式工作），导通角-90~90，理想效率78%，高于A
C类：导通角60~90°，效率提高，但输出功率变小
尖顶余弦脉冲电流
傅里叶分解
尖顶余弦脉冲分解系数
$\alpha_0$:尖顶余弦脉冲电流中的直流分量
$\alpha_0$:尖顶余弦脉冲电流中的基频分量（周期最长、频率最低的交流分量）
【定义输出功率】尖顶余弦脉冲电流中的基频输出功率$\displaystyle{P_{o1}=\frac{1}{2}I_{cm1}V_{cm1}}$
电源提供的直流输入功率$\displaystyle{P_{DC}=I_{cm0}V_{CC}}$
功率放大器集电极效率$\displaystyle{\eta = \frac{1}{2}·\frac{V_{cm1}}{V_{CC}}·\frac{\alpha_1}{\alpha_0}}$
1.谐振高频功放在临界状态有最大输出功率和较高效率
2.C类和D类一般工作在较窄的频带内
3.如何实现“欠压→临界→过压”？
（
）
$V_{CC_3}$过压（输入电压峰值进一步加大，最大输入电压时晶体管已进入饱和，集电极电压反而减小，出现凹陷）
$V_{CC_1}$临界（输入电压$V_{be}$峰值较大，进入临界饱和，输出电流是尖顶余弦脉冲，达最大）
$V_{CC_2}$欠压（输入电压峰值低，晶体管始终工作在放大区，未饱和，输出电流是尖顶余弦脉冲）
也就是说，减小$V_{CC}$，增大$V_{be}, V_{BB}$，可以实现“欠压→临界→过压”
集电极调制→工作在过压状态
基极调制→工作在欠压状态
C、D类输出不是简谐波
4.集电极馈电
lc是高频扼流圈（在负载回路），对直流可认为短路
但对高频呈现很大的阻抗，可认为开路，以阻止高频电流通过电源，避免各极间由于公共电源产生寄生耦合
cc1是隔直电容，它们对高频应呈现很小的阻抗，相当于短路
5.D类：效率90%。
设法使晶体管、供电电源、负载三者构成串联关系
用方波激励其处于开关状态，晶体管轮流工作在导通与截止状态
6.高频宽带功率放大器的特点
（1）高频宽带功率放大器的通频带远大于一般谐振回路，之前的阻抗变换不适用
前后级直接耦合或用传输变压器进行阻抗变换etc.
（2）晶体管工作模式：A类或AB类推挽模式→电源效率低（20%~30%）
（3）需要良好的线性，但不能用深度负反馈（高频保证不了稳定性）
常见减少非线性的方法：①功率回退法：让放大器信号低于1dB压缩点6~10dB
②预失真法、前馈补偿法
7.功率合成：将多个功率放大器的输出通过一些网络直接合成来增加输出功率，
其中某一放大器损坏时，虽然整个输出功率有所下降，但仍能进行工作
用级联方式的功率放大器：其中一个器件损坏时，整个发射机将不能工作
采用功率合成方式的功率放大器
C4 高频振荡器
高频振荡器：能产生持续稳定的高频信号
用途：无线电发射机
超外差接收机
关键：在合适的时刻补充能量 ，能量的转换过程才能够持续
起振条件：环路增益$|T(j\omega)|>1,\varphi (j\omega)=2n\pi$
$Re[T(j\omega)]>1,Im[T(j\omega)]=0$
你怎么写振荡器的频率表达式？好难啊，我不会
互感耦合型 LC 振荡器
正反馈不是用来补充能量，而是控制补充能量的适时性
电感$L$中的电流开始向下流（即由标有同名端符号“•”的一端流入线圈）
根据电磁感应关系，$L_2$中向上的感应电流产生感应电场阻碍$L$向下流
也就是由标有同名端符号的一端流出指向晶体管基极方向驱动晶体管趋于导通
→集电极电流增加，电源$V_{CC}$开始向LC回路注入电流【正反馈】
【相位一反就是负反馈】
【高频电路中放大器由晶体管组成,且常常工作在非线性状态】
【反馈网络常常由 LC网络构成，具有滤波作用，并总可以认为是线性的】
电容三点式振荡电路（Colpitts 振荡器 / 考毕兹振荡器）特点：
①输出波形较好（反馈电压取自电容，而电容对于高次谐波阻抗较小
②振荡频率较高（>100MHz
③调节电容可以振荡频率，但会影响起振条件（适用固定频率
忽略了(a)中未标字母的晶体管偏置电阻和退耦电容，晶体管采用y参数等效模型
由于振荡器电路中存在晶体管正向传输跨导$y_{fb}$的相移，电路中其他电阻也会引起附加相移
因此实际的电容三点式振荡器的振荡频率略高
电感三点式振荡电路（Hartley振荡器 / 哈特莱振荡器）特点：
①输出波形较差
②调节频率方便（可变电容：较宽的频率调节范围），<几十Hz正弦波
③易起振
由于振荡器电路晶体管的相移和电路中其他附加相移的影响
实际的电感三点式振荡器的振荡频率比计算值略低
Clapp振荡器/克拉泼振荡器
起振条件中的$|y_{fb}|$比基本型电容三点式振荡器高一些.
Seiler振荡器/西勒振荡器：可调节频率，改变此电路的工作频率，也保证稳定性
频率不是很高条件下的可调频率电容三点式振荡器
C5 反馈控制电路、锁相环与频率合成
1.AGC（自动增益控制，控制电压信号的增益不要过大失真）的控制信号是缓慢变化的直流
2.AFC（自动频率控制，用于控制行同步范围、行相位的）电路在电子设备中被广泛用作重要稳频或锁相的电路中。电路功能：①对接收信号频率的跟踪与锁定；②相位的跟踪与锁定（锁相环PLL，闪亮登场！）
调频接收机用AFC稳定中频
3.锁相环的动态平衡关系：控制角频差 = 固有角频差 - 瞬时角频差
锁相环 (phase locked loop)：用相位同步产生的电压，调谐压控振荡器VCO以产生目标频率f的负反馈控制系统，用于闭环跟踪电路
4.锁相环基本应用
（1）锁相调制与解调
①锁相调频
②锁相鉴频
（2）频率变换
①锁相倍频
②锁相分频
③锁相混频
（3）频率合成
三环频率合成
C6 混频器
1.混频前后改变了信号载波的频率，总之是利用混频器把两个输入信号统一变换为一个中频信号，然后对中频信号进行放大
2.理想混频的伏安特性器件$i=au^2$
3.组合频率干扰的可能性非常多，很难通过提高前端选择性来抑制
4.【todo各种干扰总结】
C7 模拟调制与解调
1.普通调幅上下边频分量的最大幅度不超过$\frac{m_aU_{cn}}{2}$
$U_{\Omega m}$调制信号振幅，$U_{cm}$载波电压振幅，$m_a$调幅指数
2.压缩带宽+普通接收机接收→VSB
3.二极管平衡调幅→抵消载波
振幅调制电路
一、 高电平调幅电路
1.集电极调幅（C 类放大器）
晶体管工作在临界-过压状态→效率较高，需要的调制功率较大
2.基极调幅
优点：所需调制功率相对较小
缺点：由于晶体管工作于欠压状态，效率较低
二、 低电平调幅电路
1. 双边带调幅DSB
将调制信号和载频信号同时输入 Gilbert 乘法器(平衡调制解调器)
取出n=0的项得
2.单边带调幅SSB
①滤波法
将双边带输出经过一个边带滤波器直接取出需要的边带部分,显然可以得到单边带信号
但直接滤波难以在高频端实现
→
step1 先在较低频率上实现 SSB 调制
step2 再通过多次混频与滤波,将载波频率升上去
step3 升到发射频率后,通过线性功率放大器放大并发射
②移相法
step1 将调制信号和载频信号均移相 90°
step2 按上式相乘后叠加
step3 可得到单边带已调信号.
振幅解调又叫检波
振幅调制信号与 调制信号 和 载波 的乘积有关
一、包络检波
普通调幅信号中已含载波分量，可直接通过非线性器件相乘完成解调【适用于普通调幅波】
1.大信号峰值包络检波
①惰性失真：RC 时间常数过大→输出波形不能随输入包络的下降及时下降
不失真条件
调制信号频率增大，会使调制度$m_a$增大，相对来说RC就对电路偏大了
$\Omega=2\pi F$
②底部切割失真
不失真条件
交、直流负载电阻相差越大，越容易出现底部切割失真（交流负载是$R_L//R_g$，直流负载是$R_L$）
eg.如何求交流和直流负载电阻（我做对了，我好nb哈哈哈哈哈）
2.二极管并联检波电路
b点：
c点：
3.晶体管检波电路
①大信号峰值包络检波
工作点低，输入信号大，输出电流波形为输入电压上半周
②小信号平方律检波
输入信号幅度小，晶体管工作点高，整个周期晶体管都导通
晶体管非线性作用：
晶体管输出端的滤波网络对载波频率起平均作用
优点：可以解调幅度很小的信号
缺点：失真较大
二、相干解调/同步检波
将已调波和载波通过乘法器完成频谱变换，再用滤波器将原来的调制信号取出【适用所有类型的调幅波解调】
1.乘积型同步检波【普通AM、DSB、SSB】
2.叠加型同步检波【DSS、SSB】
3.载波同步信号的获得
同步检波的关键：在接收端得到和发送信号载频完全同步的参考信号
锁相环可实现窄带滤波器！→载波同步电路
【DSB】
【普通AM】
调频调相
调频电路
一、直接调频
调制信号直接改变“载频振荡器”的振荡频率
本质：压控振荡器，调制信号是压控
要求：①振荡的中心频率→调频信号的载波频率②频率变化范围→满足调频信号最大频偏要求③频率变化→与调制信号幅度呈线性关系
1.三点式LC振荡器
2.晶体振荡器
3.锁相调频电路
二、间接调频/调相电路
用频率和相位的微积分关系，先对调制信号积分，再改变相位
间接调频
优点：载波振荡器和调制信号分离，$w_c$不受调制信号影响，精度高、稳定性强
缺点：最大频谱小，仅可产生窄带FM信号；需要宽频的话记得后面扩大频偏
1.直接调相/可变移相法调相电路
常见移相网络：RC移相网络、LC谐振网络
2.矢量合成
调相信号可用载波信号与另一个和它正交的载波信号与调制信号的乘积叠加得到
得到的$m_p$很小，需要扩大频偏处理
3.可变延时
用载频振荡器控制锯齿波发生器
斜率鉴频器
a处：
b处：
鉴频原理：
单失谐
