通信電路原理課件

通信電路原理第1章緒論1.1通信系統(tǒng)的基本概念

1.1.1通信系統(tǒng)的組成

1.1.2通信系統(tǒng)的基本特性

1.1.3通信系統(tǒng)的通道

1.1.4通信系統(tǒng)中的信號(hào)

1.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備1.2信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}

1.2.1信號(hào)通過線性系統(tǒng)

1.2.2信號(hào)通過非線性系統(tǒng)

1.2.3

干擾1.3通信電路的基本形式31.1.1通信系統(tǒng)組成的示意圖

局域網(wǎng)基臺(tái)有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺(tái)同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用電信網(wǎng)電話機(jī)電腦電視機(jī)電腦電視機(jī)收音機(jī)尋呼機(jī)電腦衛(wèi)星手機(jī)(765KM)(35860KM)手機(jī)(全球星系統(tǒng))4當(dāng)前移動(dòng)，無線通信的發(fā)展WLANWPANHOME-RFHighPerformanceHighCostLowPerformanceLowCostWLAN:WirelessLocalAreaNets（手機(jī)無線上網(wǎng)）。WPAN:WirelessPersonalAreaNets(個(gè)人無線局域網(wǎng))。

又叫Bluetooth（‘藍(lán)牙’），工作範(fàn)圍：10~100m。工作頻率範(fàn)圍：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。全世界現(xiàn)已有1880家廠商支持V1.0B技術(shù)規(guī)範(fàn)版本。HOME-RF:Home--RadioFrequency(家庭無線局域網(wǎng))。RFID：RadioFrequencyIdentification（非接觸識(shí)別系統(tǒng)）。RFID51.1.2通信系統(tǒng)的基本特性一、傳輸距離傳輸距離是指信號(hào)從發(fā)送端到達(dá)接收端並能被可靠接收的最大距離。發(fā)送端的信號(hào)功率。信號(hào)通過通道的損耗。信號(hào)通過通道混入各種形式的干擾和雜訊。接收機(jī)的接收靈敏度。6二、通信容量通信容量是指一個(gè)通道能夠同時(shí)傳送獨(dú)立信號(hào)的路數(shù)。已調(diào)信號(hào)所佔(zhàn)有的頻帶寬度。國際規(guī)定電話信號(hào)的頻帶是300～3400Hz。中波調(diào)幅廣播（535KHz~1605KHz），廣播電臺(tái)每個(gè)已調(diào)信號(hào)佔(zhàn)有的頻帶寬度是9KHz。

我國採用的電視圖象信號(hào)的頻帶是0～8MHz。通道多址複用的方式。頻分複用（FDMA）。時(shí)分複用（TDMA）。

碼分複用（CDMA）。7三、信號(hào)失真度信號(hào)失真度指的是接收設(shè)備輸出信號(hào)不同(失真）於發(fā)送端基帶信號(hào)的程度。通道特性不理想。對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的電路（發(fā)送與接收設(shè)備）特性不理想。四、抗干擾能力信號(hào)通過通道時(shí)，總要混入各種形式的干擾和雜訊，使接收機(jī)輸出信號(hào)的品質(zhì)下降。提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。選用高質(zhì)量的調(diào)製和解調(diào)電路?？勺龅剑喝魏稳嗽谌魏螘r(shí)候和任何地點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)通信。81.1.3通信系統(tǒng)的通道一、衰減特性通道的衰減特性是指信號(hào)經(jīng)通道傳輸時(shí)，信號(hào)能量被衰減的程度。二、工作頻率範(fàn)圍不同的通道具有不同的工作頻率範(fàn)圍。三、頻率特性通道的頻率特性是指在通道的工作頻率範(fàn)圍內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號(hào)通過時(shí)，由通道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。四、時(shí)變與時(shí)不變特性在某些通道中，通道的傳輸特性是隨時(shí)間變化的。例如：無線通道。五、干擾特性9移動(dòng)通信中通道的特殊問題選擇性衰落（頻域）和延時(shí)擴(kuò)展（時(shí)域）在城市環(huán)境中，樹林和建築物等會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生反射和散射，從而使到達(dá)接收點(diǎn)的信號(hào)，除直射波外還有多個(gè)反射波和散射波。使接收信號(hào)產(chǎn)生選擇性衰落和延時(shí)擴(kuò)展。多蔔勒頻移在高速移動(dòng)情況下接收，還要考慮多蔔勒頻率的影響。

在城市環(huán)境中，移動(dòng)情況下的無線傳輸通道的傳輸特性是十分惡劣的。選擇性衰落使不同的頻率不同的衰減特性，產(chǎn)生失真。延時(shí)擴(kuò)展對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸影響很大。101.1.4通信系統(tǒng)中的信號(hào)基帶信號(hào)傳輸

信號(hào)頻帶：在通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男盘?hào)，一般情況下都不是單一頻率的信號(hào)，而是含有一定頻率範(fàn)圍內(nèi)的各頻率分量。而它所佔(zhàn)有頻率範(fàn)圍的大小，則稱為這個(gè)信號(hào)所佔(zhàn)有的頻帶寬度。

舉例：對(duì)電話來說，它強(qiáng)調(diào)可懂度，而不要求音色等。國際規(guī)定電話信號(hào)的頻帶是300～3400Hz。在通信系統(tǒng)中，規(guī)定一路電話信號(hào)所占的帶寬為4kHz。又如，我國採用的電視圖象信號(hào)的頻帶是0～8MHz等。

定義：稱這種直接表示原始資訊的電信號(hào)為基帶信號(hào)。直接傳送基帶信號(hào)稱為基帶信號(hào)傳輸。電話電纜可傳輸電話基帶信號(hào)。視頻電纜可傳輸電視基帶信號(hào)。11載波信號(hào)傳輸

當(dāng)所使用通道的頻率特性不適於基帶信號(hào)傳輸時(shí)，可以利用調(diào)製技術(shù)將基帶信號(hào)的頻譜搬移到通道的工作頻率範(fàn)圍內(nèi)。例如，為了實(shí)現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號(hào)搬移到中波波段的某一頻率附近。這種傳送基帶信號(hào)的方法稱為載波信號(hào)傳輸。舉例：三種調(diào)幅信號(hào)。設(shè)調(diào)製信號(hào)是單頻正弦信號(hào)：這是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波SAM。是調(diào)幅度。12通道複用

由於一個(gè)實(shí)際通道可用的通頻帶往往比一路基帶信號(hào)所佔(zhàn)有的頻帶寬得多，為了充分利用通道，需要將多路基帶信號(hào)合成群路信號(hào)在通道中傳輸。在接收端再將群路信號(hào)分解為各基帶信號(hào)。根據(jù)複用方式不同，可分為頻分複用、時(shí)分複用和碼分複用等。(FDMA,TDMA,CDMA)把載波抑制掉，是抑制載波調(diào)幅波SCAM。設(shè)調(diào)製信號(hào)是方波信號(hào)（0~1v），則是幅度鍵控調(diào)幅波ASK。CAD1-01131.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備緩衝級(jí)倍頻器放大級(jí)調(diào)製器功率放大器振盪器低頻功放低頻放大調(diào)幅發(fā)射機(jī)方框原理圖波形2波形1波形314超外差接收機(jī)方框原理圖高頻放大混頻器中頻放大解調(diào)器低頻放大輸入回路自動(dòng)增益控制本地振盪器波形4波形6波形5波形715發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)：發(fā)送與接收設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振盪器、及各種調(diào)製、解調(diào)器等。接收機(jī)要有足夠高的靈敏度（接收弱信號(hào)的能力）和足夠高的選擇性（區(qū)分不同已調(diào)信號(hào)的能力）。超外差接收原理：接收到的不同載頻的微弱高頻已調(diào)信號(hào)變成統(tǒng)一的中頻已調(diào)信號(hào)，再進(jìn)行中頻放大，高增益高穩(wěn)定的中頻放大器容易實(shí)現(xiàn)。中波調(diào)幅廣播中頻是465KHz。電視圖象信號(hào)的中頻是38MHz。自動(dòng)增益控制原理（AGC）：接收弱信號(hào)和強(qiáng)信號(hào)的時(shí)候，接收機(jī)能得到相差不多的信號(hào)。由於是採用無線調(diào)製傳輸，所以在發(fā)射機(jī)端有調(diào)製過程，在接收機(jī)端有解調(diào)制過程。161.2信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}1.2.1

信號(hào)通過線性系統(tǒng)在通信設(shè)備中，屬於線性系統(tǒng)的電路有線性放大器、濾波器、均衡器、相加（減）器、微分（積分）電路以及工作於線性狀態(tài)下的回饋控制電路等。理想線性系統(tǒng)的幅度頻率特性，相位頻率特性為線性函數(shù)即在本例中，K=若線性系統(tǒng)的特性不是理想的，則會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的波形失真，但不會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真稱為線性失真。171.2.2信號(hào)通過非線性系統(tǒng)在通信電路中，屬於非線性系統(tǒng)的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振盪器、及各種調(diào)製、解調(diào)器等。電路種類與形式很多，應(yīng)用很廣泛。因此，研究信號(hào)通過非線性系統(tǒng)的問題在通信電路原理分析中是很重要的。信號(hào)通過非線性系統(tǒng)後，最主要的特點(diǎn)是將產(chǎn)生新的頻率分量。

例：設(shè)非線性輸出輸入特性是設(shè)：則中有：直流分量；基波分量和諧波分量：組合頻率分量：18信號(hào)在傳輸過程中，不可避免地會(huì)受到各種無用信號(hào)的干擾，這些干擾是限制通信系統(tǒng)性能的主要因素。熱雜訊：自由電子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)與晶格碰撞，產(chǎn)生熱雜訊。存在於所有的電子器件和傳輸通道中?；フ{(diào)幹?jǐn)_：我們利用器件的非線性，產(chǎn)生需要的頻率分量，但是同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不需要的頻率分量，若濾除不乾淨(jìng)就會(huì)形成干擾。1.2.3干擾191.3通信電路的基本形式及它們之間的聯(lián)繫抽樣數(shù)據(jù)電路模擬電路數(shù)字電路抽樣電路編碼器濾波器解碼器模擬信號(hào)輸入模擬信號(hào)輸出抽樣信號(hào)數(shù)字信號(hào)20模擬電路：輸入輸出皆是模擬信號(hào)，處理的也是模擬信號(hào)。電路特性可用代數(shù)方程或微分方程表示，求解用拉氏變換。抽樣數(shù)據(jù)電路：輸入輸出皆是離散的時(shí)間序列信號(hào)。電路特性可用差分方程表示，求解用Z變換。數(shù)字電路：數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)時(shí)鐘信號(hào)抽樣，得抽樣信號(hào)。抽樣信號(hào)經(jīng)量化，編碼就得數(shù)字信號(hào)。21《通信電路原理》課程教學(xué)要求

希望能做到：堅(jiān)持基本要求，建立系統(tǒng)概念，增加機(jī)輔分析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

堅(jiān)持基本要求：課堂上佈置的為鞏固講課內(nèi)容的習(xí)題，每人必須獨(dú)立完成，每週交一次，統(tǒng)一交到主南308（電子工程系學(xué)生工作辦公室)。（平時(shí)成績(jī)20分）

增加機(jī)輔分析：每章均佈置若干機(jī)輔練習(xí)題（Pspice和Matlab的使用）。要求以宿舍為單位，在課外完成，每個(gè)宿舍交一份。（請(qǐng)注明寫程式同學(xué)姓名，平時(shí)成績(jī)10分）。

建立系統(tǒng)概念：安排幾次課外的課堂討論，主要目的是建立系統(tǒng)概念和機(jī)輔分析總結(jié)。討論方法是：有討論提綱，按宿舍準(zhǔn)備，課堂上各班有重點(diǎn)發(fā)言。（重點(diǎn)發(fā)言同學(xué)另加分）

激發(fā)學(xué)習(xí)興趣：通過完成這些綜合性的課外設(shè)計(jì)練習(xí)題和課堂討論，激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)同學(xué)之間相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。22習(xí)題一：1-4，1-5，1-6，1-7，1-9CAD1-01：用非線性VCVC實(shí)現(xiàn)一個(gè)幅度調(diào)製電路，如題圖

CAD1_01所示。輸入信號(hào)為兩個(gè)不同頻率的信號(hào)和，輸出實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)相乘，即。設(shè)是50kHz的正弦信號(hào)，是1kHz的調(diào)製信號(hào)。要求得到標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波SAM（調(diào)幅度=0.3和1.0）抑制載波調(diào)幅波SCAM幅度鍵控調(diào)幅波ASK

並分析上述三種調(diào)幅波的特點(diǎn)。題圖CAD1_01

幅度調(diào)製電路CAD1-0123附錄1.1.1:調(diào)幅發(fā)射機(jī)各處波形示意圖返回24附錄1.1.2:超外差接收機(jī)各處波形示意圖返回25附錄1.1.3:CAD1_01的參考網(wǎng)單檔12返回326******************************************CAD1_01:ANAMPLITUDE-MODULATEDCIRCUIT*XAM1:SAMWHENMA=0.3*V(2)ISTHEINPUTSIGNAL*V(3)ISTHEOUTPUTSIGNAL*XAM2:SAMWHENMA=1.0*V(5)ISTHEINPUTSIGNAL*V(6)ISTHEOUTPUTSIGNAL*XAM3:SCAM*V(8)ISTHEINPUTSIGNAL*V(9)ISTHEOUTPUTSIGNAL*XAM4:ASK*V(11)ISTHEINPUTSIGNAL*V(12)ISTHEOUTPUTSIGNAL******************************************27*******************************************CONNECTIONS:V1*|V2*||VO*|||.SUBCKTAM123R1101E9R2201E9RL301E6EMOD30POLY(2)(10)(20)00001.ENDSAM*****************************************XAM1123AMV1110SIN(0150K)V2120SIN(3.3311K)*****************************************282.1.1濾波器的特性時(shí)域特性：複頻域傳輸函數(shù)：式中所有係數(shù)均為實(shí)數(shù)，且分子多項(xiàng)式的階數(shù)m小於或等於分母多項(xiàng)式的階數(shù)n。29頻率特性用幅度-頻率特性和相位-頻率特性

(

)表示（用代入H(s)）：相位延時(shí)表示為：它表示的是一個(gè)角頻率為

的正弦信號(hào)通過濾波器後所產(chǎn)生的延時(shí)。群延時(shí)表示為：群延時(shí)描述的是一群不同頻率的信號(hào)通過濾波器後所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，它是在指定頻率範(fàn)圍內(nèi)，相位-頻率特性曲線在不同頻率處的斜率。302.1.2濾波器的分類按其頻率特性可分為低通（LPF），高通（HPF），帶通（BPF）和帶阻（BEF）濾波器。無源濾波器是由無源器件構(gòu)成。電阻，電感和電容組成的RLC濾波器。晶體濾波器是利用石英晶體薄片構(gòu)成。聲表面波濾波器(SAW)：利用壓電效應(yīng)構(gòu)成的。有源濾波器是指在所構(gòu)成的濾波器中，除無源器件外還含有放大器等有源電路。

RC有源濾波器（含有運(yùn)算放大器）。開關(guān)電容濾波器(SCF)。按處理的信號(hào)形式可分為模擬濾波器，數(shù)字濾波器和抽樣數(shù)據(jù)濾波器等。

按其所用器件的特點(diǎn)可分為無源和有源濾波器。31濾波器的理想幅度-頻率特性曲線按其幅度頻率特性可分為低通，高通，帶通和帶阻濾波器32濾波器的理想衰耗-頻率特性曲線按其衰耗頻率特性可分為低通，高通，帶通和帶阻濾波器332.2.1LC串、並聯(lián)諧振回路阻抗特性(導(dǎo)納特性)。諧振特性和回路諧振頻率。頻率特性（幅頻特性與相頻特性）。（什麼是諧波抑制度）信號(hào)源和負(fù)載特性。（包括阻抗變換電路）2.2LC濾波器（只討論並聯(lián)諧振回路）341.電路特點(diǎn)回路電感元件的固有損耗電阻。包括電感線圈導(dǎo)線的歐姆電阻、由趨膚效應(yīng)引起的高頻損耗電阻。

負(fù)載電阻。=可以得出：(當(dāng)Q>>1時(shí))等效並聯(lián)諧振電阻。回路空載（固有）品質(zhì)因數(shù)Q。（易測(cè)量）352.回路阻抗特性（導(dǎo)納特性）並聯(lián)回路端阻抗的模和相角隨頻率變化的關(guān)係為：36並聯(lián)回路的阻抗特性並聯(lián)回路的電抗特性電感電容373.諧振特性和回路諧振頻率諧振特性：並聯(lián)回路諧振時(shí)，流過其電抗支路的電流、比激勵(lì)電流大Q倍，故並聯(lián)諧振又稱電流諧振。

式中，為回路無阻尼振盪頻率。當(dāng)Q>>1時(shí)：串聯(lián)回路諧振時(shí)，電容器上電壓是激勵(lì)電壓的Q倍，故串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。所以品質(zhì)因數(shù)Q易測(cè)量。回路諧振頻率：384.頻率特性，通頻帶和諧波抑制度頻率特性：並以=時(shí)的輸出電壓對(duì)歸一化，可得並聯(lián)諧振回路的相對(duì)幅頻特性與相頻特性，其值分別如下：通頻帶：BW=39諧波抑制度例：若Q=100，二次諧波抑制度並聯(lián)回路相對(duì)幅頻特性405.信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)並聯(lián)諧振回路的影響減小，通頻帶加寬，選擇性變壞。可見，在有信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻情況下，為了對(duì)並聯(lián)諧振回路的影響小，需要應(yīng)用阻抗變換電路。影響諧振回路諧振頻率。所以並聯(lián)諧振回路希望用恒流源激勵(lì)。416.阻抗變換電路(1)全耦合變壓器等效從功率等效角度證明：理想變壓器無損耗：42(2)雙電容耦合電路11負(fù)載電阻是通過雙電容分壓接入並聯(lián)諧振回路的,稱為部分接入法,令接入係數(shù)可得(p<1)43(3)雙電感抽頭耦合電路負(fù)載電阻是通過雙電感抽頭接入並聯(lián)諧振回路的,稱為部分接入法,令接入係數(shù)(P<1)可得44(4)應(yīng)用部分接入法的選頻電路接入係數(shù)對(duì)回路有載品質(zhì)因數(shù)影響明顯減小。45例1：串聯(lián)回路如下圖所示。信號(hào)源頻率F=1MHz。電壓振幅V=0.1V。將1-1端短接，電容C調(diào)到100PF時(shí)諧振。此時(shí)，電容

C兩端的電壓為10V。如1-1端開路再串接一阻抗Z（電阻和電容串聯(lián)），則回路失諧，電容C調(diào)到200PF時(shí)重新諧振。此時(shí)，電容C兩端的電壓為2.5V。試求：線圈的電感L，回路品質(zhì)因數(shù)Q以及未知阻抗Z。462.2LC濾波器2.2.2一般LC濾波器1.網(wǎng)路綜合方法完成濾波器的設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：描述問題：首先要給出濾波器的技術(shù)指標(biāo)，描述濾波器的衰減特性曲線。與理想特性之間主要的區(qū)別在於：逼近問題：尋找逼近衰減特性曲線的可實(shí)現(xiàn)的傳輸函數(shù)。常用的逼近方法有巴特沃斯逼近，切比雪夫逼近，橢圓逼近和貝塞爾逼近。實(shí)現(xiàn)問題：在設(shè)計(jì)中，一般只給出了低通濾波器的數(shù)據(jù)。高通，帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)，可以通過對(duì)低通濾波器的變換得到，因此通常稱低通濾波器為原型濾波器。通帶衰耗不為零；阻帶衰耗不為無窮大。通帶和阻帶之間有過渡帶。通帶和阻帶內(nèi)不一定平坦，可有起伏。下圖472.描述問題（十個(gè)參數(shù)）00Ar表示通帶內(nèi)最大波紋衰減；

r表示稱波紋帶寬；As表示阻帶最小衰減；

s表示阻帶邊緣角頻率；

p表示通帶內(nèi)幅度起伏；

s表示阻帶內(nèi)幅度起伏；

c稱為截止頻率；還有特徵阻抗。其中：Ap表示最大通帶衰減；

p表示通帶角頻率；返回483.逼近問題：四種逼近衰減特性曲線的方法和濾波器的歸一化設(shè)計(jì)（1）四種逼近衰減特性曲線的方法一、巴特沃斯逼近（Butterworth）（幅度最大平坦型）0式中n為濾波器的階數(shù)，

c為截止頻率。幅頻特性和相頻特性是平坦的。適用於一般性濾波。49二、切比雪夫逼近（Chebyshev）（等波紋型）0式中

為小於1的實(shí)常數(shù)，它決定通帶波紋

，它們之間的關(guān)係為為切比雪夫多項(xiàng)式。三、貝塞爾逼近（Beseel）（相位平坦）：在整個(gè)通帶內(nèi)，相位-頻率特性的起伏最小或最平的逼近稱為貝塞爾逼近。四、橢圓逼近：使幅度-頻率特性具有陡峭的邊緣或狹窄的過渡頻帶的逼近稱為橢圓逼近。

幅頻和相頻特性在通帶內(nèi)有小的起伏。適用於調(diào)製與解調(diào)電路。50（2）濾波器的歸一化設(shè)計(jì)一般網(wǎng)路結(jié)構(gòu)為梯形網(wǎng)路,共有2n階次。

網(wǎng)路綜合：在使用上述四種濾波器時(shí)，可根據(jù)所需頻率特性利用查表的方法得到相應(yīng)的傳輸函數(shù)和電路。濾波器的歸一化設(shè)計(jì)：為了這些數(shù)據(jù)表格的通用性，將濾波器的阻抗用負(fù)載阻抗進(jìn)行了歸一化，頻率用截止頻率進(jìn)行了歸一化。工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格：濾波器計(jì)算曲線，濾波器衰減特性曲線，濾波器群延時(shí)特性曲線和數(shù)據(jù)表和低通濾波器歸一化元件值表等。51一、濾波器阻抗歸一化要求：用負(fù)載阻抗進(jìn)行了歸一化；保持濾波器各元件間的阻抗關(guān)係不變。

歸一化公式：52二、濾波器頻率歸一化要求：用截止頻率進(jìn)行了歸一化；保持濾波器各元件間的阻抗關(guān)係不變。歸一化公式：(與頻率無關(guān))53三、真正元件值計(jì)算

要將工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格中歸一化元件值和歸一化頻率標(biāo)定成實(shí)際截止頻率和負(fù)載阻抗時(shí)的元件值，應(yīng)該按下式計(jì)算：544.實(shí)現(xiàn)問題：低通濾波器的設(shè)計(jì)和頻率變換.網(wǎng)路變換（1）低通濾波器的設(shè)計(jì)利用濾波器計(jì)算曲線，確定濾波器的階次n。選擇電路。滿足同一要求的低通濾波器電路都有兩種結(jié)構(gòu)，它們互為對(duì)偶，一般選擇電感少的電路。根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)和求得的階次n，從歸一化元件值表中查得歸一化元件值。使用上頁公式求得各元件的實(shí)際值並畫出電路圖。信號(hào)源電阻和負(fù)載電阻Rs和RL，通常取二者相等。

（幅度最大平坦型，等波紋型………)根據(jù)低通濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，選擇低通濾波器的形式。55（2）高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)原型濾波器：高通，帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)，可以通過對(duì)低通濾波器的變換得到，因此通常稱低通濾波器為原型濾波器。兩樣變換：為利用低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得到高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)，需要經(jīng)過頻率變換和網(wǎng)路變換。頻率變換：頻率變換是將原型低通濾波器的特性曲線變換得到高通、帶通和帶阻濾波器的特性曲線。就是設(shè)計(jì)一種變換關(guān)係，將s平面的軸映射到平面的軸。網(wǎng)路變換:頻率變換完成後，還需要將頻率映射關(guān)係對(duì)頻率特性的影響直接表示為對(duì)濾波器元件的變化，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)通過變換所得的濾波器，這種元件的變化稱為網(wǎng)路變換。56一、頻率變換：低通到高通的頻率變換00低通到高通的頻率變換的映射關(guān)係為：

低通特性中的=0和=兩點(diǎn)分別變換為=和=0兩點(diǎn)。（低通的通帶變換為高通的阻帶，……）變換式中的負(fù)號(hào)是為滿足網(wǎng)路變換中元件性質(zhì)變化而設(shè)定的。（L變換為C，C變換為L(zhǎng)）兩個(gè)頻率特性曲線以為中心成幾何對(duì)稱（?。?7低通到帶通的頻率變換低通到帶通的頻率變換的映射關(guān)係為：式中W為帶通濾波器的相對(duì)帶寬，由右式表示：通帶的上邊界頻率為，通帶的下邊界頻率為，通帶的中心頻率為，由右式表示：低通到帶阻的頻率變換低通到帶阻的頻率變換的映射關(guān)係為：式中W為帶阻濾波器的相對(duì)帶寬，由右式表示：通帶的上邊界頻率為，通帶的下邊界頻率為，通帶的中心頻率為，由右式表示：58二、網(wǎng)路變換：低通到高通的網(wǎng)路變換設(shè)原型低通中電感和電容的實(shí)際元件值分別為和，當(dāng)變換到高通時(shí)，利用頻率變換式可得：該式表明，原型低通濾波器中的電感轉(zhuǎn)換到高通濾波器時(shí)，應(yīng)該變化為電容，其值由上式確定。由於是容抗，須取負(fù)號(hào)，故頻率變換式中應(yīng)有一負(fù)號(hào)。

原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到高通濾波器時(shí)，應(yīng)該變化為電感，其值由下式確定。59低通到帶通的網(wǎng)路變換設(shè)原型低通中電感和電容的實(shí)際元件值分別為和，當(dāng)變換到帶通時(shí)，利用頻率變換式可得其中該式表明，原型低通濾波器中的電感轉(zhuǎn)換到帶通濾波器時(shí)，變化為電感Ls和電容Cs的串聯(lián)，其數(shù)值由上式確定。其中它表明，原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶通時(shí)，變化為電感LP和電容CP的並聯(lián)，其取值由上式確定。原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶通時(shí)，利用頻率變換式可得60低通到帶阻的網(wǎng)路變換設(shè)原型低通中電感和電容的實(shí)際元件值分別為和，當(dāng)變換到帶阻時(shí)，利用頻率變換式可得：其中可以看出，原型低通濾波器中的電感轉(zhuǎn)換到帶阻濾波器時(shí)，變化為電感Lp和電容Cp的並聯(lián)，其數(shù)值由上式確定。其中它表明，原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶阻時(shí)，變化為電感Ls和電容Cs的串聯(lián)，其取值由上式確定。原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶阻時(shí)，利用頻率變換式可得：61例2.2.1設(shè)計(jì)一個(gè)幅度平坦低通濾波器，要求從0-2.5千赫茲衰減不大於1分貝，20千赫茲以上衰減大於35分貝，信號(hào)源和負(fù)載電阻均為600歐姆。（上冊(cè)P59）一、選擇低通濾波器的形式。根據(jù)幅度平坦的要求，選擇巴特沃斯濾波器。Ap表示最大通帶衰減；

p表示通帶角頻率；As表示阻帶最小衰減；

s表示阻帶邊緣角頻率；由題意可得：最大通帶衰減Ap是1分貝；通帶頻率是2.5千赫茲。阻帶最小衰減As是35分貝；阻帶頻率是20千赫茲。62在Ap或Ar軸上找到給定值的點(diǎn)P1（Ap=1dB），在As軸上找到給定值的點(diǎn)P2（As=35dB），連接P1和P2點(diǎn)並延長(zhǎng)與第三根縱軸相交於P3點(diǎn)。通過P3點(diǎn)作平行於W軸的直線，與從

W軸上的y1點(diǎn)引出的與W軸成垂直的直線相交於P4點(diǎn)，如果點(diǎn)落在n與(n-1)的衰減線之間，則選擇n=3。這個(gè)過程的示意如圖所示。n二、利用濾波器計(jì)算曲線，確定濾波器的階次n。技術(shù)指標(biāo)中，只給出從0～2.5千赫茲衰減不大於1分貝，並未給出截止頻率，所以需要確定截止頻率。為此，先利用給出的條件，估計(jì)一個(gè)帶寬比為20/2.5=8，利用給定的Ap=1dB，As=35dB和y1=8。63利用圖2.2.24可以查出，階次為3的巴特沃斯濾波器，當(dāng)通帶內(nèi)衰減為1分貝時(shí)，其對(duì)應(yīng)的歸一化頻率是0.8，由此可以得出截止頻率為2.5/0.8=3.13千赫茲。三.

應(yīng)用表2.2.1查出電路結(jié)構(gòu)和歸一化元件值。其中，歸一化元件值為：利用此結(jié)果重新計(jì)算帶寬比20/3.13=6.39，再利用圖2.2.23查階次為3的衰減As，結(jié)果為48分貝，滿足要求。（講義P59錯(cuò)為38分貝）。由此，可以確定所需要的階次為3。64可得計(jì)算實(shí)際元件值的表示式將歸一化元件值代入，即可得實(shí)際元件值為歐姆微法微法毫亨65無源LC濾波器的缺點(diǎn)：當(dāng)工作頻率較低時(shí)，所需要的電感和電容數(shù)值都很大，使得濾波器的體積和重量大。特別是電感，它的損耗大，製造工藝比電容複雜，並且容易受到外界電磁場(chǎng)的干擾，在電子系統(tǒng)集成化和對(duì)體積與功耗要求越來越小的情況小，這個(gè)缺點(diǎn)顯得越來越明顯。下麵介紹的有源RC濾波器和抽樣數(shù)據(jù)濾波器可以克服這些缺點(diǎn)。662.3聲表面波濾波器（SAW）表面波傳播方向聲表面波濾波器是一種以鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛或石英等壓電材料為基體構(gòu)成的一種電聲換能元件。體積小、重量輕。中心頻率可以適合於高頻、超高頻（幾MHz～1GHz）工作。幅頻特性為：相對(duì)通頻帶有時(shí)可以達(dá)到50%。

接入實(shí)際電路時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)良好的匹配。用與積體電路相同的平面加工工藝。製造簡(jiǎn)單、重複性好。672.4有源RC濾波器優(yōu)點(diǎn)它不需要電感線圈，容易實(shí)現(xiàn)集成化。RC濾波器很小，有源濾波器很大。濾波器構(gòu)成以無源LC濾波器為原型。用一些基本單元電路構(gòu)成濾波器，例如用有源RC積分器和加法器等。實(shí)現(xiàn)方法運(yùn)算仿真法。用一階和二階電路的級(jí)聯(lián)得到所需濾波器的方法。682.4有源RC濾波器優(yōu)點(diǎn)：它不需要電感線圈，容易實(shí)現(xiàn)集成化。

RC

濾波器很小，有源濾波器很大。濾波器構(gòu)成：以無源LC濾波器為原型。用一些基本單元電路構(gòu)成濾波器，例如用有源RC積分器和加法器等。實(shí)現(xiàn)方法：運(yùn)算仿真法。用一階和二階電路的級(jí)聯(lián)得到所需濾波器的方法。（*）692.4.1構(gòu)成有源RC濾波器的單元電路1.加法器2.積分器一般積分器70有損積分器差動(dòng)積分器712.4.2運(yùn)算仿真法實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器設(shè)計(jì)過程是：根據(jù)對(duì)濾波器性能的需要，設(shè)計(jì)一個(gè)無源LC濾波器作為原型；列出原型無源LC濾波器的電路方程，將其表示成適合於積分器實(shí)現(xiàn)的形式；（統(tǒng)一為電壓變數(shù)，即對(duì)電壓的積分得到電壓。）用積分器和加法器實(shí)現(xiàn)電路方程；根據(jù)原型濾波器中元件數(shù)值，確定積分器等電路中元件參數(shù)。下麵以具體例子說明其實(shí)現(xiàn)過程。72（1）基於節(jié)點(diǎn)<1>和<3>，可以列出描述該電路的一個(gè)微分方程組，如下式所示：為了使電路簡(jiǎn)化，最好電路類型統(tǒng)一。在本例中，統(tǒng)一為電壓變數(shù)。73考慮到RS＝RL，變換得：簡(jiǎn)化後可得：74（2）實(shí)現(xiàn)此方程組的功能框圖如下圖所示。75（3）用有源RC積分器實(shí)現(xiàn)該微分方程阻的電路圖如下圖所示。762.5抽樣數(shù)據(jù)濾波器抽樣數(shù)據(jù)濾波器是處理抽樣信號(hào)的電路.。它與模擬濾波器的區(qū)別是模擬濾波器處理的是連續(xù)時(shí)間信號(hào)；它與數(shù)字濾波器的區(qū)別是數(shù)字濾波器處理的是數(shù)字信號(hào)，即時(shí)間和幅度均為離散的信號(hào)，而這種濾波器處理的是時(shí)間離散但幅度連續(xù)的信號(hào)。開關(guān)電容和開關(guān)電流濾波器是抽樣數(shù)據(jù)濾波器,正在獲得廣泛的應(yīng)用。抽樣數(shù)據(jù)電路是一種離散時(shí)間電路，輸入和輸出信號(hào)都是抽樣信號(hào)，描述這類電路輸出-輸入關(guān)係的數(shù)學(xué)表示是差分方程。組成這類電路的基本單元包括：比例器，延時(shí)器，相加器，相乘器，積分器和微分器等77有源RC濾波器電路特性，決定於電阻R和電容C的絕對(duì)值。開關(guān)電容

濾波器（SCF）電路特性，決定於開關(guān)的時(shí)鐘頻率和電路中電容器之間的比值。在積體電路中，所能做到的電容器之間比值的精度和穩(wěn)定度遠(yuǎn)高於電阻R和電容C的絕對(duì)值的精度和穩(wěn)定度。濾波器構(gòu)成以無源LC濾波器為原型?；締卧娐罚悍e分器和加法器等。優(yōu)點(diǎn)78在用抽樣數(shù)據(jù)電路實(shí)現(xiàn)濾波器時(shí)，經(jīng)常是以模擬LC濾波器為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過程為：1、根據(jù)所需濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)無源LC濾波器，稱為原型濾波器。2、根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，列出該原型濾波器的S域方程。3、選擇Z域與S域的映射關(guān)係，將S域積分器映射到Z域，得到Z域方程。4、用抽樣數(shù)據(jù)電路實(shí)現(xiàn)Z域方程，得到抽樣數(shù)據(jù)濾波器電路。從上述過程中可以看出，Z域與S域的映射關(guān)係選擇得不同，可以導(dǎo)致所得的抽樣數(shù)據(jù)電路不同，和與原型濾波器的性能之間的差異不同。因此，選擇映射關(guān)係是一個(gè)重要的問題。79其設(shè)計(jì)過程為：1、根據(jù)所需濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)無源LC濾波器，稱為原型濾波器。2、根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，列出該原型濾波器的S域方程。3、選擇Z域與S域的映射關(guān)係，將S域積分器映射到Z域，得到Z域方程。

Z域與S域的映射關(guān)係選擇得不同，可以導(dǎo)致所得的抽樣數(shù)據(jù)電路不同。4、用抽樣數(shù)據(jù)電路實(shí)現(xiàn)Z域方程，得到抽樣數(shù)據(jù)濾波器電路。802.5.1

抽樣數(shù)據(jù)單元電路一、基本開關(guān)電容單元在(n-1)TC－時(shí)刻，開關(guān)S1導(dǎo)通，輸入電壓v1向電容器C1充電。此後，S1和S2均斷開，電容器兩端電壓將保持(n-1)TC＋時(shí)刻值。開關(guān)S2在(n-1/2)TC－時(shí)刻開始導(dǎo)通，電容器C1兩端電壓充電到等於v2的電壓。此後，S1和S2斷開。81基本開關(guān)電容單元電路工作過程：

考慮在一個(gè)時(shí)鐘週期裏電荷的變化量，它應(yīng)該是從(n-1)TC＋時(shí)刻到nTC－時(shí)刻期間內(nèi)的變化量，即：如果在一個(gè)時(shí)鐘週期內(nèi)，v1(t)和v2(t)近似沒有變化，可以表示為：在一個(gè)時(shí)鐘週期內(nèi)的平均電流為：與電阻的表示式比較：可以將基本開關(guān)電容單元等效為電阻，其阻值為：使用沖激時(shí)鐘信號(hào)，電容器中存儲(chǔ)電荷的變化是暫態(tài)完成的。82二、簡(jiǎn)單RC積分電路上圖是簡(jiǎn)單RC電路，下圖是用基本開關(guān)電容單元代替上圖中的電阻而構(gòu)成的開關(guān)電容電路。83簡(jiǎn)單RC積分電路工作過程：抽樣：在時(shí)刻，開關(guān)S1閉合，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣。保持：在時(shí)刻，因S1和S2均斷開，C1上電壓將保持此值。分配：在時(shí)刻，開關(guān)S2閉合，C1上儲(chǔ)存的電荷在C1與C2上分配並保持電壓相同。保持：在時(shí)刻，因S1和S2均斷開，C1與C2上電壓將保持此值。抽樣：在時(shí)刻，開關(guān)S1閉合，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣。保持：在時(shí)刻，因S1和S2均斷開，

C1與C2上電壓將保持原值。84分配：在時(shí)刻，開關(guān)S2閉合，C1上儲(chǔ)存的電荷和C2上儲(chǔ)存的電荷在C1與C2上分配並保持電壓相同。

電容器C2兩端電壓即為輸出電壓v2(t)，它的表示式為：在v2(t)圖中，實(shí)線所示為開關(guān)電容電路的輸出電壓，虛線所示為RC電路的輸出電壓，從圖中可以看出，只有時(shí)鐘頻率很高時(shí)，實(shí)線所示的開關(guān)電容電路的輸出電壓才接近虛線所示的RC電路的輸出電壓，即這兩個(gè)電路具有相同的功能。當(dāng)TC<<1條件不滿足時(shí)，就不能簡(jiǎn)單地用基本開關(guān)電容單元代替RC電路中的電阻的方法從RC電路得到開關(guān)電容電路。85三、比例與延時(shí)電路86比例與延時(shí)電路工作過程：抽樣：在nTC時(shí)刻，開關(guān)S1閉合，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣，並在電容器C1上建立起等於該時(shí)刻的輸入電壓值。

保持：在時(shí)刻，因S1和S2均斷開，C1上電壓將保持此值。分配：在時(shí)刻，開關(guān)S2閉合，因?yàn)檫\(yùn)算放大器的虛地特性，電容器C1上儲(chǔ)存的電荷完全轉(zhuǎn)移到電容器C2上，C1兩端電壓為零，C2兩端電壓為vi(nTC)C1/C2。保持：在時(shí)刻，S1和S2均斷開，所有電容器上的電壓均保持(n+1/2)TC時(shí)刻的值。輸出電壓與電容器C2兩端電壓反相：87四、積分電路：（作為習(xí)題）88積分器電路工作過程：（作為習(xí)題）抽樣：在時(shí)刻，開關(guān)S1閉合，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣，並在電容器C1上建立起等於該時(shí)刻的輸入電壓值。保持：在時(shí)刻，因S1和S2均斷開，C1和C2上的電壓值將保持。分配：在時(shí)刻，開關(guān)S2閉合，因?yàn)檫\(yùn)算放大器的虛地特性，電容器C1上儲(chǔ)存的電荷完全轉(zhuǎn)移到電容器C2上，使C1兩端電壓為零，轉(zhuǎn)移到C2上的電荷量為，與原來儲(chǔ)存的電荷累加，使C2兩端電壓增加

輸出電壓與電容器C2兩端電壓反相：892.5.2

抽樣數(shù)據(jù)濾波器用開關(guān)電容單元電路構(gòu)成，稱為開關(guān)電容濾波器。開關(guān)電容濾波器與模擬有源濾波器比較，具有穩(wěn)定和準(zhǔn)確的時(shí)間常數(shù)，因而有穩(wěn)定和準(zhǔn)確的頻率特性。開關(guān)電容濾波器通常使用MOS工藝製作，便於與數(shù)字電路集成在一個(gè)晶片上，提高系統(tǒng)集成的程度。舉例：無源LC濾波器用開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)的方法。90其設(shè)計(jì)過程為：根據(jù)所需濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)無源LC濾波器，稱為原型濾波器。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，列出該原型濾波器的S域方程。用開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)圖所示電路，可以有兩種情況：第一種情況：若開關(guān)電容電路的工作滿足的條件，可以利用前述等效電阻的概念，即可得到原型濾波器的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)。第二種方法:當(dāng)開關(guān)電容電路的工作頻率較高，達(dá)不到滿足的條件時(shí)，需要建立S域與Z域之間的映射關(guān)係，利用這種映射關(guān)係將S域的積分器傳輸函數(shù)變換成Z域的積分器傳輸函數(shù)，再用開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)這個(gè)Z域傳輸函數(shù)。91滿足條件時(shí)，上圖所示模擬原型濾波器的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)。92習(xí)題四：2-15，2-16四、積分器電路工作過程分析：是（）時(shí)鐘控制。

CAD1-03933.1引言3.1.1高頻（小信號(hào)）放大器分類和在通信系統(tǒng)中的位置

發(fā)射機(jī)中間各級(jí)的寬頻功率放大器。工作於甲類或甲乙類狀態(tài)。（*）。（大信號(hào)，負(fù)載是傳輸線變壓器。）

用於發(fā)射機(jī)末級(jí)，工作於丙類狀態(tài)。（大信號(hào)非線性電路）94

射頻前端電路（RFFront-EndIC）：輸入回路；高頻放大；本地振盪器；混頻器。輸出中頻信號(hào)。（這是重點(diǎn)）

高頻放大和中頻放大是高頻小信號(hào)放大器。

具有低通傳輸特性的負(fù)回饋控制系統(tǒng)（自動(dòng)增益控制AGC）。953.1.2對(duì)高頻小信號(hào)放大器的要求

工作頻率高。目前廣泛使用的GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的手機(jī)中，為900MHz和1800MHz（1900MHz）。

增益夠大，多級(jí)級(jí)聯(lián)時(shí)工作穩(wěn)定性好。

通頻帶夠?qū)挕Ｒ虼?，引出增益帶寬乘積GBP作為衡量寬頻放大器的品質(zhì)指標(biāo)。

放大器的雜訊低。實(shí)現(xiàn)途徑：

選用好器件。選用特徵頻率高和小的電晶體。

採用頻帶較寬的電路。例如共基極放大電路，共發(fā)一共基放大電路。

線上路上可以採用負(fù)回饋的方法。

負(fù)載是諧振回路和聲表面波濾波器等。附錄3.1.1

輸出信號(hào)幅度保持穩(wěn)定。用自動(dòng)增益控制（AGC）電路。附錄3.1.2963.2電晶體的高頻小信號(hào)等效電路和參數(shù)3.2.1電晶體的混合

等效電路

基極體電阻。在共基電路，會(huì)引起高頻負(fù)回饋。

集電結(jié)勢(shì)壘電容，約為幾PF。可以忽略。

發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容，約為10～500PF。

所以希望和儘量小。973.2.2電晶體的高頻參數(shù)（1）截止頻率：

共發(fā)電路的電流放大係數(shù)b值下降至低頻值的時(shí)的頻率稱為b截止頻率，用表示。（2）特徵頻率：指=1時(shí)的頻率。

特徵頻率是電晶體在共發(fā)射極運(yùn)用時(shí)能得到電流增益的最高頻率極限。

特徵頻率是高於截止頻率,約等於的倍。

特徵頻率與阻容乘積成反比，後者又決定於電晶體的靜態(tài)工作點(diǎn)，因此，也是靜態(tài)工作點(diǎn)的函數(shù)。

當(dāng)時(shí)，存在近似關(guān)係。

特徵頻率是可查手冊(cè)的，也可由儀器測(cè)量得到。98（3）最高振盪頻率：

電晶體的功率增益=1時(shí)的工作頻率稱為最高振盪頻率。

（4）截止頻率，和的關(guān)係：

電晶體的共基極電流放大係數(shù)是：其中是低頻時(shí)共基極短路電流放大係數(shù)，是下降到時(shí)的頻率?？赏瞥觯?/p>

因?yàn)?lt;1，由上可得出三個(gè)頻率參數(shù)、和的近似關(guān)係：最高，次之，最低。993.3高頻小信號(hào)寬頻放大器3.3.1雙極型電晶體共發(fā)射放大電路的高頻特性

根據(jù)密勒定理，可將跨接電容用並接在輸入和輸出端的兩個(gè)電容和代替。100

通常>>1，它們?yōu)椋?/p>

由於很小，其容抗與相比較，可忽略不計(jì)。

等效輸入電容為：

應(yīng)用式，得到：式中D稱為密勒效應(yīng)D因數(shù)。

可求得共發(fā)放大器源電壓增益的高頻邊界角頻率為：101

共發(fā)放大器的增益帶寬積GBP：由上式可以得出如下結(jié)論：（1）.為獲得較大的GBP和高頻邊界角頻率值，應(yīng)選用小、小而高的電晶體。（2）.增大，可以增大中頻源電壓增益，但由於D因數(shù)增大，將減小，因而的選擇應(yīng)兼顧和的要求。（3）.管子選完後，為提高值，信號(hào)源內(nèi)阻應(yīng)盡可能小，即放大器的輸入信號(hào)儘量接近恒壓源。例：CAD1-041023.3.2雙極型電晶體共基放大電路的高頻特性

在圖中，考慮到的值較小，為了分析簡(jiǎn)單，突出重點(diǎn)，暫時(shí)把忽略之。

和並聯(lián)，設(shè)=+，得簡(jiǎn)化後的等效電路圖。103由以上分析可知：（1）集電結(jié)電容是作為輸出電容跨接在輸出端，因而不存在密勒倍增效應(yīng)，其輸入電容就是。可見，共基放大電路輸入電容要比共射放大電路輸入電容小很多。（2）共基電路的輸入電阻為，它比共射電路輸入電阻小很多。可見，輸入電阻小、輸入電容小是共基放大電路具有很好的高頻回應(yīng)特性的主要原因。（3）共基極短路電流放大係數(shù)a的截止頻率比較高（比截止頻率大b

倍），因此，共基極放大器的頻率特性比共發(fā)射極放大器好。（4）由於共基放大器不存在密勒效應(yīng)，在多級(jí)級(jí)聯(lián)時(shí)可以大大減小電晶體內(nèi)部回饋的作用，組成多級(jí)放大器時(shí)比較穩(wěn)定。（5）共基極放大器雖然具有上述這些優(yōu)點(diǎn)，但是，由於集電極電流總是小於發(fā)射極電流，即它的電流放大倍數(shù)恒小於1。在多級(jí)級(jí)聯(lián)時(shí)，常採用共發(fā)一共基組合電路的。1043.3.3共發(fā)──共基級(jí)聯(lián)電路的高頻特性

共發(fā)一共基組合放大電路的交流通路如左圖所示。電晶體、分別構(gòu)成共發(fā)、共基組態(tài)電路。

共發(fā)──共基組合放大單元電路最突出的特點(diǎn)是高頻回應(yīng)特性好，頻帶寬。

一般情況下組合放大電路的上限截止頻率主要取決於共發(fā)電路?，F(xiàn)在利用共基電路輸入阻抗低的特點(diǎn)，將它作為共發(fā)電路的負(fù)載阻抗，從下式可知：

使得共發(fā)電路的密勒效應(yīng)因數(shù)D減小，從而可以有效地提高共發(fā)電路的高頻邊界頻率，也就是提高了組合電路的高頻邊界頻率。例：CAD1-061053.3.5自動(dòng)增益控制（AGC）電路可控增益放大器控制電壓產(chǎn)生低通電平檢測(cè)電路比較器參考電壓

上圖為自動(dòng)增益控制電路組成框圖。

自動(dòng)增益控制電路是一種在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小範(fàn)圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路。

自動(dòng)增益控制是通過圖中所示非線性閉合環(huán)路實(shí)現(xiàn)的。1061、對(duì)AGC控制特性的要求0

當(dāng)輸入信號(hào)小於門限電壓時(shí)，系統(tǒng)無控制作用。此時(shí)，輸出電壓為輸入電壓的線性函數(shù)。

當(dāng)輸入信號(hào)較強(qiáng)而其幅度超過時(shí)，AGC作用才反映出來。此時(shí)，隨著的增強(qiáng)，輸出電壓基本保持不變，或僅有極小的變化。

當(dāng)輸入信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，AGC的作用消失，其目的在於防止由於AGC環(huán)路的作用，系統(tǒng)工作產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。

上述AGC由於輸入電壓必須大於某一門限才起作用，因此又稱為延遲AGC。。1072、增益控制電路

採用變跨導(dǎo)電晶體構(gòu)成的可控增益放大電路。這種放大器，當(dāng)控制電壓使其靜態(tài)工作點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，放大器的增益也隨之改變，達(dá)到增益可控的目的。

改變放大器的集電極電壓，或改變放大器的交變負(fù)載，均可實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器增益的控制。

下麵兩種分別適用於積體電路和較高工作頻率的增益控制電路。（1）差分放大器增益控制電路（2）電控衰減器增益控制電路108舉例：AGC電壓至下級(jí)中放至低放109習(xí)題五：3-1，3-2，CAD1-04CAD1-06110附錄3.1.1高頻小信號(hào)放大器電路返回111主中放聲表面波濾波器（SAW）匹配網(wǎng)路含有聲表面波濾波器放大電路返回附錄3.1.2112CAD1-04題圖CAD1_04所示為單管共發(fā)射極放大電路的原理圖。設(shè)電晶體的參數(shù)為：，，，400MHz，。調(diào)節(jié)偏置電壓使。返回題圖CAD1_04共發(fā)射極放大電路原理圖(+12V)2k

20k

113（1）計(jì)算電路的上限頻率和增益-帶寬積G*BW；（2）將改為200

，其他參數(shù)不變，重複（1）的計(jì)算；（3）將改為1k

，其他參數(shù)不變，重複（1）的計(jì)算；（4）將改為9PF，其他參數(shù)不變，重複（1）的計(jì)算；（5）將從400MHz改為800MHz，其他參數(shù)不變，重複（1）的計(jì)算。根據(jù)上述結(jié)果討論，，，對(duì)高頻特性的影響。返回114CAD1-06題圖CAD1_06所示是某積體電路的一個(gè)CE-CB組合放大單元。假設(shè)各管參數(shù)相同：，=60

，，，=400MHz。返回11k

8.2k

3.8k

1.8k

1k

6k

3k

5.6k

500

200

(+12V)題圖CAD1_06CE-CB組合放大電路115返回（1）作直流分析，求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）作交流分析，求，的幅頻特性曲線，確定其中頻增益及上限截止頻率。（3）若在兩端併入一只47

F的電容，求的幅頻特性曲線，確定其中頻增益和上限截止頻率。（4）若將電晶體去掉，直接接在的集電極（即將由，組成的CE-CB組合放大單元變成由組成的單管CE放大電路），分別求併入和不併入兩種情況下的幅頻特性曲線，確定其中頻增益及上限截止頻率，並與上面的計(jì)算結(jié)果相比較，說明為什麼不同，產(chǎn)生的原因是什麼？116CAD1_04的參考網(wǎng)單檔(+12V)2k

20k

200

返回1173.4放大器的雜訊3.4.1電阻的熱雜訊3.4.2電子器件的雜訊（*）3.4.3雜訊係數(shù)3.4.4級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雜訊3.4.5接收機(jī)的靈敏度與最小可檢測(cè)信號(hào)3.4.6雜訊溫度3.4.7低雜訊放大器的設(shè)計(jì)1183.4.1電阻的熱雜訊（1）電阻熱雜訊的主要特性

雜訊的計(jì)量：

在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，雜訊電流（或電壓）的平均值趨於零。

雜訊功率則趨於一有限值。

雜訊功率也用方均值表示。

電阻熱雜訊產(chǎn)生機(jī)理：

自由電子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。

自由電子與晶格碰撞，產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間的電脈衝。

電阻熱雜訊是無數(shù)個(gè)電脈衝疊加的結(jié)果。119

電阻熱雜訊的功率譜密度：

電阻熱雜訊的功率譜密度，或雜訊電壓功率譜密度，單位是W/Hz。

右式，為自由電子每秒鐘的碰撞次數(shù)。事實(shí)上，由於通信系統(tǒng)的實(shí)際工作頻率f<<a

，故右上式也常簡(jiǎn)化右下式為：

電阻器單位頻帶雜訊功率在很寬的頻率範(fàn)圍內(nèi)均為一恒定值故類比光學(xué)中的白色光功率譜在可見光頻段內(nèi)均勻分佈的特點(diǎn)，命名這種雜訊為“白雜訊”。

在有效頻帶內(nèi)，功率譜分佈不均勻的雜訊稱為“有色雜訊”。白雜訊通過有限頻帶網(wǎng)路後，變成了有色雜訊。120（2）電阻的雜訊等效電路從時(shí)域角度得到：從頻域角度得到：1213.4.2電子器件的雜訊（*）（1）電晶體的雜訊

電阻熱雜訊：各電極的體電阻（基極體電阻）自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的雜訊。

散粒雜訊：這是電子流的不均勻性引起的。（白雜訊）

分配雜訊：載流子在基區(qū)分配比例隨機(jī)變化所產(chǎn)生的雜訊稱為分配雜訊。

（有色雜訊）1/f雜訊：低頻時(shí)比較顯著。在1KHz以上，則可以忽略。

（有色雜訊）122（2）場(chǎng)效應(yīng)管的雜訊

溝道熱雜訊：由導(dǎo)電溝道電阻產(chǎn)生的雜訊。與一般電阻不同，溝道電阻的大小是受到柵極電壓控制。

：場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)。

柵極散粒雜訊：是由於柵極內(nèi)電荷不規(guī)則起伏引起的。（白雜訊）：柵極洩漏電流。

柵極感應(yīng)雜訊：溝道中的起伏雜訊通過溝道與柵極之間的電容，在柵極上感應(yīng)產(chǎn)生的雜訊。工作頻率越高，該雜訊影響越大。（有色雜訊）1/f雜訊：與雙極型電晶體一樣，場(chǎng)效應(yīng)管也存在1/f雜訊，其產(chǎn)生機(jī)理和形態(tài)與雙極電晶體大致相同。（有色雜訊）1233.4.3雜訊係數(shù)

在標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源激勵(lì)下，網(wǎng)路輸入信噪比與其輸出信噪比的比值。即信噪比變壞的程度。放大器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源（1）雜訊係數(shù)的幾種描述：“標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源”是指信號(hào)電壓為，內(nèi)阻為，並僅含有產(chǎn)生的白雜訊的信號(hào)源。124

網(wǎng)路輸出端的輸出雜訊功率由兩部分構(gòu)成，即通過網(wǎng)路後的輸入雜訊功率和網(wǎng)路附加的雜訊功率。

網(wǎng)路輸出雜訊功率與輸入雜訊功率在輸出端的比值。可見標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源很重要。為網(wǎng)路內(nèi)部各有噪元件產(chǎn)生的雜訊功率在其輸出端的反映。上式表明，任何實(shí)際網(wǎng)路的雜訊係數(shù)，都是在理想網(wǎng)路雜訊係數(shù)（=1）的基礎(chǔ)上，加上某一雜訊係數(shù)的增量。該增量與成正比，與和成反比。125（2）雜訊係數(shù)的計(jì)算：

信噪比的特點(diǎn)分析在計(jì)算輸入信噪比時(shí)，與和之間是否匹配無關(guān)。在計(jì)算輸出信噪比時(shí)，與輸出端是否匹配無關(guān)。

額定功率和額定功率增益額定功率是指信號(hào)源（包括雜訊源）能夠輸出的最大功率。額定功率增益是指放大器輸入端和輸出端分別匹配時(shí)的功率增益。126舉例：設(shè)網(wǎng)路輸入端匹配設(shè)網(wǎng)路輸出端匹配1273.4.4級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雜訊網(wǎng)路1網(wǎng)路2

和分別為兩網(wǎng)路的額定功率增益。和分別為兩網(wǎng)路的雜訊係數(shù)。和分別表示兩網(wǎng)路的附加雜訊功率。由得到：而級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總的輸出雜訊功率為：128如令為級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總功率增益：上式說明：級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雜訊係數(shù)，主要由網(wǎng)路前級(jí)的雜訊係數(shù)確定。前級(jí)的雜訊係數(shù)越小，功率增益越高，則級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雜訊係數(shù)就越小。依此類推，N級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總的雜訊係數(shù)為：則級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效雜訊係數(shù)為：1293.4.5接收機(jī)的靈敏度與最小可檢測(cè)信號(hào)

接收機(jī)的靈敏度是當(dāng)接收端處於匹配時(shí)，為保證一定的輸出信噪比，接收端所需要的最小有用信號(hào)功率。由

接收機(jī)的最小可檢測(cè)信號(hào)電壓式中為接收機(jī)的輸入電阻。得到：130

舉例：輸入電阻為的接收機(jī)，雜訊係數(shù)為6dB，BW=1MZ。當(dāng)要求輸出信噪比為1，接收機(jī)的最小有用信號(hào)功率和電壓為多少？還可以表示為：雜訊係數(shù)為6dB，=4。當(dāng)輸入電阻為時(shí)，最小可檢測(cè)信號(hào)電壓為：1313.4.6雜訊溫度

網(wǎng)路的雜訊性能也可以用雜訊溫度來表示。但要注意的是，網(wǎng)路的雜訊溫度不是該網(wǎng)路的實(shí)際物理溫度，而是用以表徵該網(wǎng)路雜訊性能的一種假想溫度。

實(shí)際網(wǎng)路用一無雜訊網(wǎng)路和一雜訊源等效。設(shè)是由信號(hào)源內(nèi)阻在一假想溫度下產(chǎn)生的雜訊電壓。此溫度是網(wǎng)路的等效雜訊溫度。132當(dāng)網(wǎng)路雜訊較小時(shí)，用雜訊溫度來表示更方便些。舉例：=1.1=1.05

網(wǎng)路的雜訊溫度與網(wǎng)路的雜訊係數(shù)相類似，兩者具有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)係。由得到：1333.4.7低雜訊放大器的設(shè)計(jì)（1）電晶體放大器的雜訊係數(shù)

共基極放大器的雜訊等效電路

等效電路中四個(gè)雜訊源基本上是彼此獨(dú)立的。134

信號(hào)源內(nèi)阻

的熱雜訊電壓方均值。

基極電阻

的熱雜訊電壓方均值。

發(fā)射結(jié)的散粒雜訊。

集電結(jié)的分配雜訊。

電晶體放大器的雜訊係數(shù)135討論：

雜訊係數(shù)與工作頻率的關(guān)係

工作頻率較低時(shí)，雜訊係數(shù)幾乎與工作頻率無關(guān)。主要是基極電阻的熱雜訊和散粒雜訊，是白雜訊。

工作頻率較高時(shí)，雜訊係數(shù)隨工作頻率增加而增加。這是高頻區(qū)，除熱雜訊和散粒雜訊外，主要是分配雜訊。

工作頻率很低時(shí)，雜訊不可忽略。附錄3.2.1136

雜訊係數(shù)與信源內(nèi)阻的關(guān)係

信源內(nèi)阻較小時(shí)，雜訊係數(shù)與信源內(nèi)阻近似成反比。

信源內(nèi)阻較大時(shí)，笫四項(xiàng)不可忽略。

信源內(nèi)阻有最佳值，使雜訊係數(shù)最小。

雜訊係數(shù)與電晶體工作狀態(tài)的關(guān)係

雜訊係數(shù)是，和的函數(shù)。

而，和與電晶體工作狀態(tài)有關(guān)。附錄3.2.1137（2）場(chǎng)效應(yīng)管放大器的雜訊係數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的雜訊有四個(gè)耒源：柵極散粒雜訊；溝道熱雜訊；

柵極感應(yīng)雜訊和1/f雜訊。笫一種和笫二種雜訊是主要的，尤其以笫二種雜訊最重要。笫二種雜訊的場(chǎng)效應(yīng)管雜訊等效電路見下圖。138

場(chǎng)效應(yīng)管放大器的雜訊係數(shù)為場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電導(dǎo)；為信號(hào)源的內(nèi)電導(dǎo)；為場(chǎng)效應(yīng)管溝道熱雜訊的等效雜訊電阻。

在高頻放大電路中（笫一級(jí)），通常選擇雜訊係數(shù)最小。即所謂最小雜訊係數(shù)匹配。139（3）減少雜訊係數(shù)的措施

選用低雜訊器件和元件

選用和雜訊係數(shù)小的電晶體。

選用場(chǎng)效應(yīng)管（砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）。

謹(jǐn)慎選用電阻元件，選用金屬膜電阻。

正確選擇電晶體放大器的直流工作點(diǎn)

對(duì)不同的信號(hào)源內(nèi)阻，最佳的是不同的。

用改變的方法耒獲得低雜訊放大。

選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻

信源內(nèi)阻有最佳值，使雜訊係數(shù)最小。140

選擇合適的工作帶寬

選用合適的放大電路

熱雜訊是主要耒源之一，所以降低接收機(jī)前端主要器件的工溫度，對(duì)減小雜訊係數(shù)是有意義的。

共發(fā)-共基放大器和共源-共柵放大器是低雜訊電路。141習(xí)題六：3-4，3-7，3-9，3-10CAD2_02142CAD2_02:考慮一個(gè)被雜訊污染的信號(hào)，很難看出它所包含的頻率分量。應(yīng)用傅立葉變換可以在雜訊中發(fā)現(xiàn)淹沒在其中的信號(hào)。

Y=fft（X,n）即是採用n點(diǎn)的FFT變換。舉例：一個(gè)由50MHz和120MHz正弦信號(hào)構(gòu)成的信號(hào)，受零均值隨機(jī)雜訊的干擾，數(shù)據(jù)採樣率為1000Hz.現(xiàn)可通過fft函數(shù)來分析其信號(hào)頻率成份。

參考程式：t=0

0.001

0.6；

X=Sin(2

pi

50

t)+Sin(2

pi

120

t)；

y=X+1.5

randn[1,length(t)]；

Y=fft(y,512)；

P=Y.

Conz(Y)/512；

f=1000

(0:255)/512；

plot[f,P(1:256)]

這樣可得到信號(hào)功率譜密度圖。

1434.1非線性電路的基本概念與非線性元件4.1.1非線性電路的基本概念電路是若干無源元件或（和）有源元件的有序聯(lián)結(jié)體。它可以分為線性與非線性兩大類。1、從元件角度：線性元件：元件的值與加於元件兩端的電壓或電流大小無關(guān)。例如：R，L，C。非線性元件：元件的值與加於元件兩端的電壓或電流大小有關(guān)。例如：電晶體的，變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容。時(shí)變參量元件：元件的參數(shù)按一定規(guī)律隨時(shí)間變化時(shí)。例如：變頻器的變頻跨導(dǎo)。實(shí)際上，絕大多數(shù)物理器件，作為線性元件工作是有條件的，或者是近似的。1442、從電路角度：線性電路：線性電路是由線性元件構(gòu)成的電路。它的輸出輸入關(guān)係用線性代數(shù)方程式或線性微分方程表示。線性電路的主要特徵是具有疊加性和均勻性。非線性電路：非線性電路中至少包含一個(gè)非線性元件，它的輸出輸入關(guān)係用非線性函數(shù)方程（非線性代數(shù)方程或超越方程）或非線性微分方程表示。非線性電路不具有疊加性與均勻性。這是它與線性電路的重要區(qū)別。由於非線性電路的輸出輸入關(guān)係是非線性函數(shù)關(guān)係，當(dāng)信號(hào)通過非線性電路後，在輸出信號(hào)中將會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)所沒有的頻率成分，也可能不再出現(xiàn)輸入信號(hào)中的某些頻率成分。這是非線性電路的重要特性。時(shí)變參量電路：若電路中僅有一個(gè)參量受外加信號(hào)的控制而按一定規(guī)律變化時(shí)，稱這種電路為參變電路，外加信號(hào)為控制信號(hào)。例如：模擬相乘器與變頻器。1454.1.2非線性元件的特性工作特性是非線性（大信號(hào)工作狀態(tài)）。具有頻率變換作用（產(chǎn)生新頻率）。不滿足疊加原理。1、工作特性的非線性它們的特性曲線的函數(shù)關(guān)係大體上可分為指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)兩大類。前者在先修課程中已有介紹。變電容半導(dǎo)體二極體（簡(jiǎn)稱變?nèi)莨埽┑墓ぷ髟砗吞匦?。常用的非線性元件有半導(dǎo)體二極體、雙極型半導(dǎo)體三極管、各類場(chǎng)效應(yīng)管和變?nèi)荻O體等。146變電容半導(dǎo)體二極體（簡(jiǎn)稱變?nèi)莨埽┑墓ぷ髟砗吞匦裕鹤內(nèi)莨苁抢肞N結(jié)來實(shí)現(xiàn)的。變?nèi)莨芾玫氖莿?shì)壘電容。PN結(jié)是反向偏置的。

V=0時(shí)變?nèi)莨艿牡刃щ娙轂樽內(nèi)葜笖?shù)是，它是一個(gè)取決於PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分佈情況的係數(shù)。緩變結(jié)變?nèi)莨?，?1/3。突變結(jié)變?nèi)莨?，?1/2。超突變結(jié)變?nèi)莨?，?2。接觸電位差為：1472、非線性元件的頻率變換作用如果輸入端加上兩個(gè)正弦信號(hào)：3、非線性電路不滿足疊加原理則不會(huì)出現(xiàn)組合頻率成分：產(chǎn)生新頻率成分：1484.2非線性電路的分析方法4.2.1非線性電路與線性電路分析方法的異同點(diǎn)

線性電路具有疊加性和均勻性。非線性電路不具有疊加性和均勻性。線性系統(tǒng)傳輸特性只由系統(tǒng)本身決定，與激勵(lì)信號(hào)無關(guān)。而非線性電路的輸出輸入特性則不僅與系統(tǒng)本身有關(guān)，而且與激勵(lì)信號(hào)有關(guān)。線性電路可以用線性微分方程求解並可以方便地進(jìn)行電路的頻域分析。但是，由於非線性電路要用非線性微分方程表示，因此對(duì)非線性電路進(jìn)行頻域分析與是比較困難的。基爾霍夫電流和電壓定律對(duì)非線性電路和線性電路均適用。只能針對(duì)某一類非線性電路採用對(duì)它比較合適的分析手段（非線性電阻電路）。1494.2.2非線性電阻電路的近似解析分析1、冪級(jí)數(shù)分析法將非線性電阻電路的輸出輸入特性用一個(gè)N階冪級(jí)數(shù)近似表示，借助冪級(jí)數(shù)的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的解析分析。例如，設(shè)非線性元件的特性用非線性函數(shù)來描述。如果的各階導(dǎo)數(shù)存在，則該函數(shù)可以展開成以下冪級(jí)數(shù)：若函數(shù)