晶体管倍频器

晶体管的三种连接方式-回复晶体管是现代电子设备中最基本的组件之一。

它是一种半导体器件，具有放大和开关功能。

在实际应用中，晶体管可以通过多种方式连接，以适应不同的电路和系统需求。

本文将介绍晶体管的三种主要连接方式：集电极连接、基极连接和发射极连接，并详细解释它们的工作原理和应用场景。

一、集电极连接（又称共集连接或电压跟随连接）：在集电极连接中，晶体管的集电极被连接到电源电压，而发射极被连接到负载。

这种连接方式下，基极是输入信号的接入点，而集电极是输出信号的接出点。

集电极连接适合需要放大输入信号并将其反相输出的场景。

工作原理：当输入信号施加到基极时，基极电压的变化将引起发射极电流的变化。

晶体管的结构使得发射极电流的变化会导致集电极电压的变化，即使输入信号在基极与发射极之间只有微小的变化。

这种负反馈机制有助于减小放大电路中的非线性失真。

应用场景：集电极连接适用于需要转换信号极性的场景，例如电压反相器。

由于集电极连接的放大倍数较低，常用于功率放大器、电流源以及一些特殊应用，如对输入电流进行调整。

二、基极连接（又称共基连接）：在基极连接中，晶体管的基极被连接到输入信号源，发射极被连接到公共地，集电极则是输出信号的接出点。

这种连接方式下，输入信号通过基极-发射极之间的电流变化来控制输出信号的变化。

工作原理：当输入信号施加到基极时，基极电流的变化将引起发射极电流的变化。

晶体管的结构使得发射极电流的变化会导致集电极电压的变化，从而在输出上形成放大后的信号。

基极连接有较高的输入电阻和较低的输出电阻，因此可以保持信号的较好线性度。

应用场景：基极连接适用于需要放大小信号并保持较好线性度的场景，例如射频功率放大器和调制解调器。

它还通常用于产生高频信号的起振电路或频率倍频器。

三、发射极连接（又称共发射极连接或共阴连接）：在发射极连接中，晶体管的发射极被连接到电源电压，基极被连接到输入信号源，而集电极则是输出信号的接出点。

射频与微波晶体管放大器基础射频与微波晶体管放大器是一种用于射频（Radio Frequency，RF）和微波（Microwave）信号放大的重要电子器件。

它在通信、雷达、卫星通信、无线电频谱分析仪等领域有着广泛的应用。

本文将介绍射频与微波晶体管放大器的基本概念、工作原理以及常见的分类。

一、基本概念射频与微波晶体管放大器是一种用于放大射频和微波信号的电子器件。

它可以将输入的微弱信号放大到较大的幅度，以便于信号的传输和处理。

晶体管是射频与微波放大器的核心组件，其主要由三个区域组成：发射区、基区和收集区。

通过对这三个区域的控制和调节，晶体管可以实现对射频和微波信号的放大。

二、工作原理射频与微波晶体管放大器的工作原理基于晶体管的三个区域的电子流动和电荷控制。

当输入信号通过发射区时，它将引起发射区电流的变化。

这个变化的电流将通过基区传播到收集区，进而产生一个放大后的输出信号。

晶体管的放大效果主要由两个参数决定：增益和带宽。

增益是指输出信号幅度与输入信号幅度之间的比值。

带宽则决定了放大器可以放大的频率范围。

为了实现高增益和宽带宽，人们不断改进晶体管的结构和材料，以提高其性能。

三、分类射频与微波晶体管放大器可以根据不同的工作方式和应用领域进行分类。

常见的分类包括：1. 单极性晶体管放大器（Unipolar Transistor Amplifier）：它使用单极性（只有一个类型的载流子）晶体管作为放大器的核心。

这种放大器通常具有较高的增益和较宽的带宽。

2. 双极性晶体管放大器（Bipolar Transistor Amplifier）：它使用双极性（同时存在两种类型的载流子）晶体管作为放大器的核心。

这种放大器具有较高的线性度和较低的噪声。

3. 堆叠晶体管放大器（Stacked Transistor Amplifier）：它使用多个晶体管进行级联放大。

这种放大器可以实现更高的增益和更宽的带宽。

4. 集成射频放大器（Integrated RF Amplifier）：它将多个晶体管和其他电子器件集成在一起，以实现更小的体积和更高的集成度。

西安航空学院高频电子线路课程设计题目： 3倍频器电路设计专业班级：电信1431 学号： 46 学生姓名：**指导教师：教师职称：起止时间： 2012.12.29——2013.1.6 课程设计（论文）任务及评语目录第一章倍频器工作原理分析 01.1工作原理 01.2晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点 (1)第二章丙类倍频器功效分析 (3)第三章三倍频器的主要质量指标 (6)3.1 变频增益 (6)3.2 失真和干扰 (6)3.3 选择性 (6)3.4噪声系数 (6)第四章电路设计与仿真 (7)第五章设计分析与总结 (9)参考文献 .................................................. 错误!未定义书签。

第一章 倍频器工作原理分析1.1工作原理倍频器（Frequency double ）是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率，如下图所示的例子。

图1.1倍频器的应用采用倍频器以下优点：发射机的主振频率可以降低，这对稳频是有利的。

因为振荡器的频率越高，频率稳定度就越低。

一般主振频率不宜超过5MHz 。

因此，发射频率高于5MHz 的发射机，一般宜采用倍频器。

在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易震碎。

一般来说，最薄的石英晶体的固有振荡频率限制在20MHz 以下。

超过这一频率，就宜在石英振荡器后面采用倍频器。

如果中间级既可以工作在放大状态，也可以工作于倍频状态，那么就可以在不扩展主振波段的的情况下，扩展发射机的波段。

这对稳频是有利的，因为振荡波段越窄，频率稳定度就越高。

倍频器的输入与输出不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机的工作稳定性提高。

如果是高频或调相发射机，则可采用倍频器来加大频移或相移，亦即加深调制度。

在超高频段难以获得足够的功率，可采用参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较大的输出信号。

倍频器按其工作原理可分为三类。

设计应用技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０５．０１３一种W波段八倍频放大芯片的设计傅琦，高显（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051）摘要：介绍了基于砷化镓（GaAs）伪形态高电子迁移率晶体管（pseudo-morphology High Electron Mobility Transistor，pHEMT）工艺，输出信号为W波段的八倍频放大芯片的设计方法。

通过合理划分电路方案，将倍频器方案设计为输入频率经过四倍频器在Q波段进行放大，最后通过二倍频输出W波段信号。

基于上述方案，设计了一款输入频率为10.8～11.5 GHz、输出频率为86.4～92 GHz的八倍频多功能芯片。

芯片通过探针台在片测试，在工作频带内七次谐波抑制均优于15 dBc，九次谐波抑制均优于20 dBc，输出功率大于0 dBm。

关键词：砷化镓（GaAs）；单片微波集成电路（MMIC）；八倍频；W波段Design of A W-Band Octave Amplifier ChipFU Qi, GAO Xian(The 13th Research Institute, CETC, Shijiazhuang 050051, China)Abstract: This paper introduces the design method of an octave amplifier chip with W-band output signal based on the pseudo-morphology High Electron Mobility Transistor (pHEMT) technology of GaAs. By reasonably dividing the circuit scheme, the frequency multiplier scheme is designed such that the input frequency is amplified in Q-band by quadrupler, and finally the W-band signal is output by frequency doubling. Based on the above scheme, an octave multifunctional chip with input frequency of 10.8～11.5 GHz and output frequency of 86.4～92 GHz is designed.The chip passed the probe station on-chip test, and the seventh harmonic suppression is better than 15 dBc, the ninth harmonic suppression is better than 20 dBc, and the output power is greater than 0 dBm.Keywords: GaAs; Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC); octave; W-band0 引 言随着人们对通信容量、频谱带宽、组件小型化等需求的日益提高，W波段收发组件、接收组件在星间通信、扫描成像、测损、车载雷达以及无人机探测等领域得到广泛应用[1-3]。

Chapter11无线通信为什么要进行调制？为什么是高频我们所听到看到的信号,由于频率、带宽以及易受干扰等原因，不适合直接用天线发射，所以就使用一个高频信号作为载波，把需要传输的信号混入载波中，通过天线发射，在接收端再通过解调电路，筛选出所需频率信号，再滤除干扰信号，还原出我们所需的信号，即调制。

调制过程是用被传送的低频信号去控制高频振荡器，使高频振荡器输出信号的参数（幅度，频率，相位）相应于低频信号的变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频信号，被高频信号携带传播的目的。

原因是：1.减少制造天线的麻烦2使所发射的信号不致混淆。

2线性元件与非线性元件★线性元件1 伏安特性曲线：电流与电压有线性的关系（欧姆定律）。

2 线性元件其输入输出呈线性关系。

3 如：电阻、电容、电感、变压器、运算放大器等。

4 注意工作条件不同时会发生变化。

★非线性元件1 伏安特性曲线：电流与电压不成正比。

2 非线性元件其输入输出不呈线性关系。

3 如：晶体二极管、晶体三极管、场效应管等。

4 注意不同条件下各种等效变换分析。

3.有源元件VS无源元件★无源元件无源元件工作时，其内部没有任何形式的电源。

自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。

只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。

不用电源就能显示其特性。

无源器件用来进行信号传输，如阻、容、感等★有源元件有源元件工作时，其内部有电源存在。

自身也消耗电能。

除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。

需要电源才能显示其特性。

有源器件一般用来信号放大、变换等，如二极管、三极管等4.线性电路VS非线性电路Chapter21.高频小信号放大电路的主要技术指标有哪些？如何理解选择性和通频带的关系？★高频小信号放大电路由放大器和选频器组成。

▶衡量放大电路的主要技术指标有中心频率、通频带和选择性、增益、噪声系数与灵敏度。

▶中心频率、通频带和选择性主要由选频器决定；增益、噪声系数与灵敏度主要由放大器决定。

摘要摘要W波段是目前军用毫米波技术开发的高端，频率源是W波段高频系统实现的重要部分。

倍频器是实现毫米波频率源的一种重要方式,随着倍频器的发展和应用，倍频器方面的研究也不断地深入，如今倍频技术已经发展到一个新的阶段。

本文对W波段三倍频器进行了设计、仿真。

采用两个二极管反向并联的结构实现三次倍频的方案，这种平衡倍频电路结构能够将输入频率的偶次谐波抵消掉，从而大大降低电路中的杂波量。

本文运用ADS软件建立二极管对模型并且进行匹配电路的设计，运用HFSS软件对W波段三倍频器的滤波电路和过渡转换电路进行了仿真设计，然后把S参数仿真结果导入到ADS软件中,采用谐波平衡法对W 波段三倍频器的整体电路进行仿真和优化以获得最大倍频效率。

经仿真，W频段宽带三倍频器基本达到设计要求。

变频损耗在15dB以下，谐波抑制度基本20dBc以上。

关键词：毫米波、倍频器、低通滤波器、W频段三倍频IABSTRACTABSTRACTMultiplier is one important way to realize the millimeter-wave frequency source. Following the application and development of multiplier device and circuit, the research of multiplier theory is increasing. Today frequency multiplying technology has reached a new level.Firstly W-band frequency tripler has been designed, and simulation. Diodes which constitutes anti-parallel pairs structure was used to realize the frequency tripler. Balanced Frequency tripler can suppress the even-order harmonics so effectively that the amount of clutter has been greatly reduced. In this paper, The model of diode pairs was modeled and impedance matching networks was designed in Agilent ADS. Filter circuit and transition circuit of W-band frequency tripler have been simulation designed in the HFSS, and then import simulated S-parameters into ADS software. Finally, harmonic balance analysis was used to optimize the entire circuit for maximum multiplication efficiency.By the simulation, the W band tripler almost reaches the requirement of the project. the microstrip multiplier performance is better in entire W-band with multiplier loss 15dB and harmonic suppress above 20dBc.Key word: millimeter wave, multiplier, lowpass filter, W-band tripler.II目录目录第一章引言 (1)1.1毫米波的特点及应用 (1)1.2毫米波倍频器介绍 (2)1.3毫米波倍频器的国内外发展动态 (3)1.4课题介绍 (4)第二章倍频电路的基本理论 (5)2.1倍频原理 (5)2.2非线性电路的分析 (6)2.3平衡倍频器电路设计原理[11] (8)第三章毫米波三倍频器的设计 (10)3.1概述 (10)3.2关键技术和难点 (10)3.3倍频器的研制方案和设计框图 (11)3.4二极管的选择及参数介绍 (12)3.5波导-微带过渡 (13)3.5.1 理论基础 (13)3.5.2 输入波导到微带线探针过渡的设计仿真 (14)3.5.3 输出微带到波导线探针过渡的设计仿真 (16)3.6低通滤波器的设计 (18)3.7总体电路的仿真 (20)3.7.1 第一种电路形式的仿真 (20)3.7.1.1二极管对的输入阻抗及匹配电路 (20)3.7.1.2 加入无源电路进行总体仿真 (22)3.7.2第二种电路形式的设计及仿真 (26)3.7.2.1 二对二极管对的输入阻抗及匹配电路 (26)3.7.2.2 加入无源电路进行总体仿真 (28)3.7.3第三种电路形式的设计及仿真 (30)III电子科技大学学士学位论文3.7.3.1 二极管对的输入阻抗及匹配 (30)3.7.3.2偏置电路的设计 (30)3.7.3.3 加入无源电路进行总体仿真 (31)3.9三种结构的仿真结果分析 (34)第四章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)外文资料原文 (40)外文资料译文 (45)IV第1章引言第一章引言1.1毫米波的特点及应用毫米波一般指的是波长介于1~10mm的一段电磁波频谱，其相应的频率范围为30~300GHz。

习题一一、填空题：1、无线通信系统主要由_发射机接收机和天线_三大部分组成。

2、无线通信方式主要有单工_ _ 和半双工_三种方式。

3、无线通信的波长、频率是根据λ公式计算的。

4、高频的频率范围，波长范围。

P15—165、甚高频的频率范围，波长范围。

P15—166、超高频的频率范围，波长范围。

P15—167、特高频的频率范围，波长范围。

P15—168、无线通信的形式有_移动_和_固定_两种。

二、名词解释：1、频段：把无线电频率划分为若干个区域，每个区域称为频段。

2、单工通信：通信的双方同时只能单方向工作的方式3、双工通信：通信的双方可同时双方向工作的方式4、半双工通信：通信的一方为单工通信方式，而另一方为双工通信方式。

三、判断题：1、无线通信是利用无线电波来传输信息的。

（√）2、无线通信是在移动中进行通信的。

（Χ）3、无线通信的通信方式有两种。

（Χ）4、无线通信的通信形式有两种。

（Χ）5、超短波通信是指频率在33000。

( Χ)6、超短波通信是指波长在10010。

（Χ）7、移动通信的频率在ＶＨＦ和ＵＨＦ频段。

（√）习题二一、填空题：1、调制按调制信号不同分类有_模拟信号_和数字信号_两种。

2、调制按载波信号不同分类有_模拟信号和_数字信号_两种。

3、调制按调制器实现功能分类有_线形和非线形_两种。

4、调频波的瞬时频率ω（t）。

P532—P5365、调频波的瞬时频移Δω（t）。

P532—P5366、调频波的最大频偏Δω= 。

P532—P5367、调频波的瞬时相位θ（t）。

P532—P5368、调频波的瞬时相移Δθ（t）。

P532—P5369、调频波的数学表达式（t）。

P532—P53610、调频波的调制指数。

P532—P536二、名词解释：1、调制：P4612、载波：P4613、瞬时频率：P5304、频率调制：载波的瞬时频率随调制信号的变化而线性的改变。

三、判断题：1、间接调频就是把调制信号进行微分，再进行调相。

三倍频发生器的基本原理非线性元件在输入信号通过时，会产生非线性的电压-电流特性。

这种非线性特性会导致输入信号的频率倍增。

在三倍频发生器中，一般会使用晶体管、二极管、场效应管（FET）等非线性元件。

下面是三倍频发生器的基本原理及详细说明：1.输入信号：三倍频发生器的输入信号一般为正弦波，其频率为f。

输入信号的幅值和电阻分配根据具体的电路设计而确定。

2.第一级倍频电路：第一级倍频电路包括一个非线性元件，如二极管。

它的作用是将输入信号的频率提高到原始信号的两倍，即2f。

非线性元件的特性导致了输入信号的频率倍增。

3.信号放大：在第一级倍频电路后面，还需要一个信号放大电路。

这个电路用于放大第一级倍频后的信号，以确保信号强度足够大以供后续电路使用。

4.第二级倍频电路：第二级倍频电路也包括一个非线性元件，如晶体管或FET。

它的作用是将第一级倍频后的信号频率再次提高到原始信号的两倍，即4f。

5.信号放大：与第一级倍频电路类似，第二级倍频电路之后需要一个信号放大电路，以确保输出信号的强度足够。

6.第三级倍频电路：第三级倍频电路是与第一级和第二级串联的，其作用是将第二级倍频后的信号频率提高到原始信号的三倍，即3f。

7.输出信号：第三级倍频电路的输出信号即为三倍频发生器的输出信号。

它是一个频率为3f的正弦波，其幅值可以通过信号放大电路进行调节。

需要注意的是，三倍频发生器需要精确的电路设计，以确保非线性元件的特性能够实现频率倍增。

此外，在设计过程中需要考虑电路的稳定性、功耗以及输出信号的失真等因素。

总之，三倍频发生器是利用非线性元件对输入信号进行频率倍增的电路。

它是许多通信、测量和信号处理应用中的重要组成部分，例如无线电频率合成器、信号发生器等。

丙类倍频器在无线电发射机、频率合成器等电子设备中,广泛地运用了倍频器。

它的功能是将频率为f c 的输入信号变换成频率为nf c 的输出信号(n为正整数)。

采用倍频器的优点是:1.能降低电子设备的主振频率,对提高设备的频率稳定度有利。

因为振荡器的频率越高,频率稳定度就越差，一般主振器频率不宜超过5M Hz。

因此,当发射机频率高于5MHZ时,通常采用倍频器。

2.在通信机的主振器工作波段不扩展的条件下,可利用倍频器扩展发射机输出级的工作波段。

例如,主振器工作在(1.5～3)M Hz,在其后采用放大倍频级,该级在波段开关控制下,既能工作在放大状态,又能工作在二倍频或四倍频状态。

这样,随波段开关的改变,发射机输出级就可获得(1.5～3)MK(3～6)M怡和6～１2)ＭＨＺ三个波段的输出。

3.在调频和调相发射机中,采用倍频器可加大频移或相移,即可加深调制深度。

倍频器按其工作原理可分为三类。

一类是和丙类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获得倍频。

第二类是利用模拟乘法器实现倍频。

第三类是利用PN结电容的非线性变化,得到输入信号频率的谐波,经选频回路获得倍频,称为参量倍频器。

当工作频率为几十M Hz时,主要采用三极管丙类倍频器,而当工作频率高于１０００ＭＨＺ时,主要采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器。

乘法器构成的倍频器主要受乘法器的上限工作频率的限制。

目前,乘法器的上限工作频率可１０００ＭＨＺ本节仅介绍丙类倍频器的基本原理。

在丙类工作时,晶体管集电极电流脉冲中含有丰富的谐波分量。

如果把集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上。

那么,放大器只有二次谐波电压或三次谐波电压输出。

这样的丙类放大器就成为二倍频器或三倍频器。

倍频器的输入、输出电压瞬时值可写为ｕ b =U ｂm ｃｏｓωtｕｃ=ｕｃｎｍｃｏｓnωt而晶体管极间瞬时电压可写成为U ｂｅ=V ｂｂ+U bｍｃｏｓωtｕｃｅ=V ｃｃ-U ｃｎｍｃｏｓωt式中,U ｃｎm 为回路两端的n次谐波电压振幅。

1：请问pll在收音机中的原理是什么？能否说的详细一点。

比如说LC72191。

用来产生一个本机振荡频率，与要收听的电台所发射的频率产生差频，然后放大这个差频，再检波成为声音信号供人们收听。

2：压控振荡器压控振荡器的控制特性英文：voltage-controlled oscillator解释：频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO。

指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)。

其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。

图中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。

使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。

在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。

人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。

在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。

压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。

对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。

晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。

LC压控振荡器在任何一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC压控振荡器。

早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用变容二极管。

图2是克拉泼型LC压控振荡器的原理电路。

图中，T为晶体管，L为回路电感，C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常比Cv大得多。

当输入控制电压uc改变时，Cv随之变化，因而改变振荡频率。

这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为VCO输出频率与控制电压关系式中C0是零反向偏压时变容二极管的电容量；φ 是变容二极管的结电压；γ 是结电容变化指数。

实验六丙类倍频器一、实验原理
倍频器的作用：将输入信号频率成整数倍增加。

使用倍频器的优点：
（1）能降低主振级频率，使其稳定工作。

（2）扩展发射机的工作波段。

（3）提高发射机工作稳定性。

构建仿真电路如下图：
三极管请按如下选取：
二、倍频特性实验
1、输出波形观察(请将输出波形截图粘贴如下)
输出波形的频率为Hz
2、傅里叶分析
将原理图中的信号源频率改为500KHz，谐振网络元件参数不变，使电路成为2倍频器，观察并记录输入与输出波形，并与丙类功放实验结果比较，说明什么问题？通过傅里叶分析，观察结果。

（提示：在单击“仿真”菜单中中“分析”选项下的“傅里叶分析”命令，在弹出的对话框中设置。

在“分析参数”标签页中的“基本频率”中设置基波频率与信号源频率相同，谐波数量中设置包括基波在内的谐波总数，“取样的停止时间”中设置停止取样时间，通常为毫秒级。

在输出变量页中设置输出节点变量）
请将傅里叶分析结果粘贴如下。