高頻電子線路完整章節(jié)課件_02(2_1)剖析

1、1信息與控制學(xué)院付麗華2015-16（1）2上節(jié)回顧上節(jié)回顧1.1 1.1 通信及通信系統(tǒng)通信及通信系統(tǒng)1.21.2無線電波的基本特點(diǎn)無線電波的基本特點(diǎn)1.31.3線性電路與非線性電路線性電路與非線性電路u 通信系統(tǒng)的定義u 通信系統(tǒng)的基本組成：通信系統(tǒng)各部分的作用u 通信系統(tǒng)的分類：u 調(diào)制及調(diào)制：調(diào)制的三種方法解調(diào)及分類 u 無線電波的劃分無線電波的劃分u 無線電波的傳播無線電波的傳播特性特性u(píng) 定義：本課程中，除高頻小信號(hào)放大電路為線性外，其他均為非線性電路；u 區(qū)別：電路中器件特性為依據(jù)u 非線性電路的基本特點(diǎn)：具有頻率變換作用、分析上不適用疊加定理、近似按線性電路進(jìn)行分析3fcfI3

2、fLfffCLIfffICL=936KHz, 接收機(jī)中頻接收機(jī)中頻 =455KHz, 問接收機(jī)本振頻率問接收機(jī)本振頻率問多少？問多少？解：解：936KHz455KHz1391KHz答：接收機(jī)本振頻率為答：接收機(jī)本振頻率為1391KHz。42.2.如果高頻載波頻率為如果高頻載波頻率為150MHZ,150MHZ,問問/4/4天線應(yīng)長天線應(yīng)長？ 解：解：頻率等于光速頻率等于光速C C除以波長除以波長, ,即即 CC, ,則：則： CC , , 3 3 150150 2(2(米米), ), /4/42 24 40.5 (0.5 (米米) ) 答：答：/4/4天線應(yīng)天線應(yīng)0.50.5米長。米長。1081

3、06453. 3. 中波廣播波段的波長范圍為中波廣播波段的波長范圍為187560187560米米, ,問問其波率范圍為其波率范圍為? ? 解：解：頻率頻率 等于光速等于光速C C除以波長除以波長,即即 C, C, 則：則： 560560米時(shí)，米時(shí)， 3 3 560536 KHz560536 KHz 187187米時(shí)，米時(shí)， 3 3 1871604 KHz1871604 KHz 答：波率范圍為答：波率范圍為536 KHz 536 KHz 1604 KHz1604 KHz。 10810856本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容第第2 2章小信號(hào)選頻放大器章小信號(hào)選頻放大器2.1 LC2.1 LC諧振回路諧振回路 2.

4、1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性 2.1.2 2.1.2 阻抗變換電路阻抗變換電路 u【作業(yè)作業(yè)】p5,1.1p5,1.1、1.21.27第第2 2章章 小信號(hào)選頻放大器小信號(hào)選頻放大器 概述概述【應(yīng)用背景應(yīng)用背景】：u 在高頻電路中，調(diào)諧放大器是一種最基在高頻電路中，調(diào)諧放大器是一種最基本、最常見的電路形式。本、最常見的電路形式。u 它是高頻放大器的一種。它是高頻放大器的一種。【高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的構(gòu)成高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的構(gòu)成】u 是由調(diào)諧回路與晶體管相結(jié)合而成，是由調(diào)諧回路與晶體管相結(jié)合而成，u 其突出優(yōu)點(diǎn)是增益高，有明顯的選頻性其突出優(yōu)點(diǎn)是增益高，有明

5、顯的選頻性能，廣泛地應(yīng)用于各類能，廣泛地應(yīng)用于各類接收設(shè)備接收設(shè)備中。中。8第第2 2章章 小信號(hào)選頻放大器小信號(hào)選頻放大器概述概述【必要性必要性】 小信號(hào)放大：小信號(hào)放大： 選頻：選頻：u 接收機(jī)天線所感應(yīng)的信號(hào)，除了有要接收接收機(jī)天線所感應(yīng)的信號(hào)，除了有要接收的電臺(tái)信號(hào)外，還有許多不需要的信號(hào)的電臺(tái)信號(hào)外，還有許多不需要的信號(hào)（稱干擾信號(hào)）顯然如果采用沒有選擇性（稱干擾信號(hào)）顯然如果采用沒有選擇性的放大器進(jìn)行放大，勢(shì)必使要接收的信號(hào)的放大器進(jìn)行放大，勢(shì)必使要接收的信號(hào)被淹沒在其它電臺(tái)的干擾中。被淹沒在其它電臺(tái)的干擾中。u接收天線所感應(yīng)的電臺(tái)的高頻信號(hào)是很微弱的，一般只有幾微伏到幾毫伏，u而

6、接收 設(shè)備內(nèi)解調(diào)器的輸入電壓，最好能達(dá)到 1 伏左右，u這就要求接收機(jī)對(duì)高頻信號(hào)的放大能力要達(dá)到幾千倍到10萬倍左右。 89第第2 2章章 小信號(hào)選頻放大器小信號(hào)選頻放大器概述概述【必要性必要性】u 為了解決這個(gè)問題，通常在放大器中接入為了解決這個(gè)問題，通常在放大器中接入選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)。這樣構(gòu)成調(diào)諧放大器，不僅具。這樣構(gòu)成調(diào)諧放大器，不僅具有放大作用，而且有有放大作用，而且有選頻選頻能力。能力。u 選頻網(wǎng)絡(luò)可以用 LC 諧振回路組成，也可以由集中選頻濾波器構(gòu)成。u 由集中選頻濾波器和寬帶放大器構(gòu)成的集中選頻放大器，它具有選擇性好、性能穩(wěn)定、不需調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)代通信設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。9

7、10 第第2 2章章 小信號(hào)選頻放大器小信號(hào)選頻放大器 LCLC諧振回路諧振回路 小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器 集中選頻放大器集中選頻放大器11u LCLC諧振回路是高頻電路里最常用的諧振回路是高頻電路里最常用的無源選頻無源選頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，包括：并聯(lián)回路、串聯(lián)回路絡(luò)，包括：并聯(lián)回路、串聯(lián)回路u 利用LC諧振回路的幅（度）頻（率）特性和相（位）頻（率）特性，完成：選頻：即從輸入信號(hào)中選擇出有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲（例如在選頻放大器和正弦波振蕩器中）轉(zhuǎn)換：進(jìn)行信號(hào)的頻幅轉(zhuǎn)換和頻相轉(zhuǎn)換（例如在斜率鑒頻和相位鑒頻電路里）。11122.1 LC2.1 LC諧振回路諧振回路概述概述【LC L

8、C 諧振回路作用諧振回路作用】u 用用L L、 C C元件還可以組成各種形式的阻抗變換元件還可以組成各種形式的阻抗變換電路和匹配電路。電路和匹配電路。u 所以，所以，LCLC諧振回路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是在高諧振回路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是在高頻電路里卻是不可缺少的重要組成部分，在頻電路里卻是不可缺少的重要組成部分，在各種功能的高頻電路單元里幾乎都離不開它。各種功能的高頻電路單元里幾乎都離不開它。u 因此本章先介紹因此本章先介紹LCLC并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的基本特性基本特性。諧振回路由電感線圈和電容器組成，它具有選擇信號(hào)及阻抗變換作用12132.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻

9、特性選頻特性【并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性】電流源電感L的等效損耗電阻，電容的損耗一般可以忽略。并聯(lián)回路兩端輸出電壓142.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性1) 1) 并聯(lián)諧振回路的等效阻抗并聯(lián)諧振回路的等效阻抗Z:Z: 通常通常r r很小很小, ,當(dāng)當(dāng)r rL ,Z ,Z可用下式表示可用下式表示 : : CjLjrCjLjrZIUSO/1)1)() 1 . 1 . 2()1(CLjrCLZ)2 . 1 . 2(152.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 2)2)并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)的等效阻抗并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)的等效阻

10、抗, ,簡稱諧振電簡稱諧振電阻阻u 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,稱并聯(lián)回路諧振稱并聯(lián)回路諧振, ,此此時(shí)并聯(lián)諧振回路諧振的等效阻抗為純電阻且最時(shí)并聯(lián)諧振回路諧振的等效阻抗為純電阻且最大大, ,從式從式(2.1.2)(2.1.2)可得可得: :CL1CrZRP1) 3 . 1 . 2(RP16 3) 3)并聯(lián)諧振回路的諧振頻率并聯(lián)諧振回路的諧振頻率 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,稱并聯(lián)回路諧振稱并聯(lián)回路諧振, ,此時(shí)并此時(shí)并聯(lián)諧振回路諧振的諧振頻率聯(lián)諧振回路諧振的諧振頻率 : : 或或CL100LC10LCf210)4 . 1 . 2(2.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性172.1.12.1.

11、1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 4)4)品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q Q, ,簡稱簡稱Q Q值值 在在LCLC諧振回路中諧振回路中, ,為了評(píng)價(jià)諧振回路損耗的大為了評(píng)價(jià)諧振回路損耗的大小小, ,引入了品質(zhì)因數(shù)引入了品質(zhì)因數(shù)Q,Q,通常稱為通常稱為Q Q值值. . Q Q值的定義值的定義: : 諧振回路諧振時(shí)的感抗諧振回路諧振時(shí)的感抗( (或容抗或容抗) )與回路等效與回路等效損耗電阻損耗電阻r r之比之比, ,即即 將式將式(2.1.4)(2.1.4)代入式代入式(2.1.5),(2.1.5),則得則得 rrLQC001rCLQ)5 . 1 . 2()6 . 1 . 2(182.1.12

12、.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)QQ與并聯(lián)諧振電阻與并聯(lián)諧振電阻 的關(guān)系的關(guān)系 一般一般LCLC諧振回路的諧振回路的QQ值在幾十到幾百范圍值在幾十到幾百范圍內(nèi)內(nèi),Q,Q值越大值越大, ,回路的損耗越小回路的損耗越小, ,其選頻特性就越其選頻特性就越好。將式好。將式(2.1.6)(2.1.6)代入代入(2.1.3)(2.1.3)可得可得 RPCLQrCLRP)7 . 1 . 2(192.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 5)5)并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性 將式將式(2.1.3)(2.1.3)、(2.1.4)(

13、2.1.4)、(2.1.5)(2.1.5)代入代入(2.1.2)(2.1.2)可得并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性電性可得并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性電性: : (2.1.8)(2.1.8) rCLjZRP110001rLjRP001jQRP202.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 6 6) )并聯(lián)回路阻抗頻率特性和相頻特性并聯(lián)回路阻抗頻率特性和相頻特性 通常，諧振回路主要研究諧振頻率通常，諧振回路主要研究諧振頻率 附近附近特性。由于特性。由于 十分接近十分接近 ，故可以近似認(rèn)為，故可以近似認(rèn)為 ， ，并令，并令 ，則式則式(2.1.8)(2.1.8)可寫成可寫成 (2.1.9

14、) (2.1.9) 002002000021jQzRP212.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性u(píng)則并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性和相頻特性可分則并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性和相頻特性可分別為：別為： 阻抗頻率特性阻抗頻率特性 (2.1.10) (2.1.10) 相頻特性相頻特性 (2.1.11) (2.1.11) 0122QRPZ02arctan Q222.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 根據(jù)式根據(jù)式(2.1.10)(2.1.10)和式和式(2.1.11)(2.1.11)可作出可作出并聯(lián)諧并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性曲線振回路的阻抗頻率特性曲線

15、(a)(a)和相頻特性曲和相頻特性曲線線(b)(b) 圖圖2.1.2 2.1.2 并聯(lián)諧振回路特性曲線并聯(lián)諧振回路特性曲線 232.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性由圖可見，并聯(lián)諧振回當(dāng)由圖可見，并聯(lián)諧振回當(dāng) ，即諧，即諧振時(shí)回路阻抗最大且為振時(shí)回路阻抗最大且為純電阻純電阻，相移，相移 。 u 時(shí)，阻抗下降，相移增大。時(shí)，阻抗下降，相移增大。u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，回路呈容性，相移時(shí)，回路呈容性，相移 為負(fù)值，為負(fù)值，最大趨于負(fù)最大趨于負(fù)9090；u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，回路呈感性，相移為正值，最時(shí)，回路呈感性，相移為正值，最大趨于大趨于9090。u取不同的取不同的 值，可以作出不同的阻抗

16、頻率特性值，可以作出不同的阻抗頻率特性曲線和相頻特性曲線，如圖曲線和相頻特性曲線，如圖(2.1.2)(2.1.2)所示。并且，所示。并且， 值大，值大， 就大，阻抗頻率特性曲線更尖銳，相移就大，阻抗頻率特性曲線更尖銳，相移曲線在諧振頻率附近變化更陡峭。曲線在諧振頻率附近變化更陡峭。NoImage000000QQRP242.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性【并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性】 1 1、電壓諧振曲線、電壓諧振曲線 當(dāng)維持信號(hào)源當(dāng)維持信號(hào)源 的幅值不變時(shí)，只改變其頻的幅值不變時(shí)，只改變其頻率，并聯(lián)回路兩端電壓率，并聯(lián)回路兩端電壓 變

17、化規(guī)律與回路阻抗變化規(guī)律與回路阻抗頻率特性相同。則頻率特性相同。則 (2.1.13)ISUOffURIUjQjQPPS0002211252.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 1)1)輸出電壓的幅頻特性輸出電壓的幅頻特性 (2.1.14) 2)2)輸出電壓的相頻特性輸出電壓的相頻特性 (2.1.15）ffQUUP011220ffQ02arctan262.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性3)3)電壓諧振曲線電壓諧振曲線 圖2.1.3 并聯(lián)諧振回路輸出電壓調(diào)諧曲線 272.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 2 2、通

18、頻帶、通頻帶 1)通頻帶的定義通頻帶的定義 當(dāng)占有一定頻帶寬度的信號(hào)在并聯(lián)回路中當(dāng)占有一定頻帶寬度的信號(hào)在并聯(lián)回路中傳輸時(shí)，由于幅頻特性曲線的不均勻性，輸出傳輸時(shí)，由于幅頻特性曲線的不均勻性，輸出電壓便不可避免產(chǎn)生頻率失真，為了限制諧振電壓便不可避免產(chǎn)生頻率失真，為了限制諧振回路頻率失真的大小而規(guī)定了諧振回路的通頻回路頻率失真的大小而規(guī)定了諧振回路的通頻 帶。當(dāng)帶。當(dāng) 值由最大值值由最大值 1 下降到下降到 0.707 時(shí)，所占有的頻帶寬度時(shí)，所占有的頻帶寬度 就是回路的通頻就是回路的通頻 帶，用帶，用 表示。表示。 UUP021BW7 . 0282.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路

19、的選頻特性選頻特性 2) 2)通頻帶的表達(dá)式通頻帶的表達(dá)式 (2.1.16) 式式(2.1.16)說明，回路說明，回路Q值越高，幅頻特性曲線值越高，幅頻特性曲線越尖銳，通頻帶越窄；回路諧振頻率越高，通越尖銳，通頻帶越窄；回路諧振頻率越高，通頻帶越寬。頻帶越寬。QfBW07.0292.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 3 3、選擇性、選擇性 選擇性是指回路從含有各種不同頻率信號(hào)總選擇性是指回路從含有各種不同頻率信號(hào)總和中選出有用信號(hào)、抑制干擾信號(hào)的能力和中選出有用信號(hào)、抑制干擾信號(hào)的能力。回路?；芈返闹C振曲線越尖銳，對(duì)無用信號(hào)的抑制能力就越的諧振曲線越尖銳，對(duì)無用信號(hào)

20、的抑制能力就越強(qiáng)，選擇性就越好。一般諧振回路工作在所需信強(qiáng)，選擇性就越好。一般諧振回路工作在所需信號(hào)的中心頻率上。號(hào)的中心頻率上。 選擇性可用通頻帶以外無用信號(hào)的輸出電壓選擇性可用通頻帶以外無用信號(hào)的輸出電壓 與諧振時(shí)輸出電壓與諧振時(shí)輸出電壓 之比來表示，之比來表示， 越小，說明諧振回路抑制無用信號(hào)的能力越強(qiáng)，越小，說明諧振回路抑制無用信號(hào)的能力越強(qiáng)， 選擇性越好。選擇性越好。 U0UPUUP0302.1.12.1.1并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的選頻特性選頻特性 1) 20dB選擇性選擇性 在實(shí)際應(yīng)用中，選擇在實(shí)際應(yīng)用中，選擇 性常用諧振回路輸出信性常用諧振回路輸出信 號(hào)號(hào) 下降到輸出電壓下降到輸出電壓 的的0.1倍，即下降倍，即下降 20dB的通帶，用的通帶，用 來表示，如圖來表示，如圖2.1.4所示。所示。 越小，回路的選越小，回路的選 擇性就越好。擇性就越好。 圖圖2.1.4U0UP