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歡迎同學(xué)們選修祝同學(xué)們學(xué)習(xí)愉快學(xué)業(yè)有成0序本課程的特點(diǎn)通信(高頻)電子線路是在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的,也只有通過(guò)實(shí)踐才能得到深入的了解,它是“模擬電子線路”和“數(shù)字電路”的后繼課程,即我院電氣、測(cè)控、通信、信息工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。講授主要以通信系統(tǒng)為主線,并貫穿到現(xiàn)代電子設(shè)備中的各種高頻電路。力求適應(yīng)“打牢基礎(chǔ),拓展知識(shí)面,培養(yǎng)創(chuàng)新能力”的教學(xué)宗旨。
在學(xué)習(xí)本課程時(shí)必須要高度重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際,在實(shí)踐中積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。掌握先進(jìn)的高頻電路EDA技術(shù),通過(guò)典型電路實(shí)驗(yàn)仿真,也是學(xué)習(xí)本的本課一個(gè)重要內(nèi)容。目錄第1章通信系統(tǒng)導(dǎo)論第2章
通信(高頻)電子線路基礎(chǔ)第3章
高頻小信號(hào)放大電路第4章諧振功率放大電路第5章
正弦波振蕩器第6章調(diào)幅、檢波與混頻電路(線性頻率變換電路)第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路(非線性頻率變換電路)課程基本內(nèi)容與要求
范圍:通信領(lǐng)域中各種高頻電路(含非線性電路)的組成、工作原理及分析計(jì)算。主要內(nèi)容:分析和介紹了選頻網(wǎng)絡(luò)、高頻小信號(hào)放大器、高頻功率放大器、正玹波振蕩器、調(diào)制、解調(diào)、干擾和噪聲等?;疽螅阂笳莆栈靖拍罴胺治龇椒?,高頻發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的組成和基本電路設(shè)計(jì),掌握有關(guān)內(nèi)容的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。
第一章通信系統(tǒng)導(dǎo)論1.1
通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1
通信系統(tǒng)的基本組成框圖通信系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需設(shè)備的總和。收信者信號(hào)源輸入變換器信道發(fā)射機(jī)輸出變換器噪聲和干擾接收機(jī)圖1-1通信系統(tǒng)基本框圖★信號(hào)源常見的信號(hào)源有:攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、各種傳感器?!镙斎胱儞Q器主要作用是將要傳遞的非電量信息(如聲音、景物、溫度等)變換成電信號(hào)?!锇l(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)主要有兩大作用:調(diào)制和放大。調(diào)制就是將基帶信號(hào)變換成適合信道傳輸特性傳輸?shù)念l帶信號(hào)。調(diào)制的主要作用:
1、進(jìn)行頻譜搬移(將原來(lái)不適宜傳輸?shù)幕鶐盘?hào)搬移到適合傳輸?shù)哪骋粋€(gè)頻段上,再送入信道);2、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用(把多個(gè)信號(hào)分別安排在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)行傳輸);3、調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾能力。放大是指對(duì)基帶信號(hào)和頻帶信號(hào)的電壓和功率放大、濾波等處理的過(guò)程?!镄诺佬诺朗沁B接發(fā)、收兩端的信號(hào)通道,又稱傳輸媒介??煞譃橛芯€信道和無(wú)線信道?!锝邮諜C(jī)處理信道傳送過(guò)來(lái)的已調(diào)信號(hào)并恢復(fù)出與發(fā)送端相一致的基帶信號(hào)?!镙敵鲎儞Q器將接收機(jī)輸出的基帶信號(hào)變換成信號(hào)源提供的信息。電線、電纜、波導(dǎo)、光纜等海水、地球表面、自由空間等1.1.2無(wú)線電信號(hào)的發(fā)送與接收一、傳輸信號(hào)的基本方法語(yǔ)言、文字(最原始、最直接的手段)光通信(遠(yuǎn)距離、迅速準(zhǔn)確)電通信(有線通信、無(wú)線通信)二、發(fā)送端信號(hào)是如何傳送到遠(yuǎn)方?
根據(jù)電磁場(chǎng)理論,需要借助天線才能有效地把信號(hào)用電磁波輻射出去。基帶信號(hào)通常是低頻信號(hào),波長(zhǎng)很長(zhǎng)。為了有效地輻射,必須采用幾百千赫茲以上的高頻振蕩信號(hào)(載波信號(hào))作為運(yùn)載工具,將攜帶信息的基帶信號(hào)“裝載”到高頻信號(hào)上,即調(diào)制。三、無(wú)線電發(fā)射機(jī)方框圖高頻振蕩器高頻諧振放大器振幅調(diào)制器高頻功放變換器消息信號(hào)低頻放大器(2)高頻部分:高頻信號(hào)產(chǎn)生、放大、調(diào)制(1)低頻部分:信息變換與放大圖1-2無(wú)線發(fā)射機(jī)框圖調(diào)制方法:調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。
★調(diào)幅用調(diào)制信號(hào)去控制高頻振動(dòng)器的幅度,使其幅度的變化量隨調(diào)制信號(hào)成正比的變化。★調(diào)頻用調(diào)制信號(hào)去控制高頻振蕩器的頻率,使其頻率的變化量和調(diào)制信號(hào)成正比?!镎{(diào)相用調(diào)制信號(hào)去控制高頻振動(dòng)器的相位,使其相位的變化量和調(diào)制信號(hào)成正比。
基帶信號(hào)圖1-3基帶信號(hào)波形
1)AM波形—調(diào)制
圖1-4載波信號(hào)波形
圖1-5頻帶信號(hào)波形
圖1-6三種波形的示意圖
上面采用的是普通調(diào)幅器。如果應(yīng)用平衡調(diào)幅器,深藍(lán)色—頻帶信號(hào)波形;淺藍(lán)色—基帶信號(hào)波形;粉紅色—載波信號(hào)波形其頻帶波形如圖表5示。圖1-7平衡調(diào)幅波形深藍(lán)色—頻帶信號(hào)波形;淺藍(lán)色—基帶信號(hào)波形;粉紅色—載波信號(hào)波形比較圖4和圖5知,平衡調(diào)幅器的輸出信號(hào)中載波已被抑制。2)FM波形—調(diào)頻圖1-8基帶信號(hào)波形圖1-9載波信號(hào)波形圖1-10頻帶信號(hào)波形淺藍(lán)色—基帶信號(hào)波形;粉紅色—載波信號(hào)波形;深藍(lán)色—頻帶信號(hào)波形圖1-11三種信號(hào)波形3)PM波形—調(diào)相圖1-12基帶信號(hào)波形圖1-13載波信號(hào)波形圖1-14頻帶信號(hào)波形
圖1-15三種信號(hào)波形紅色—基帶信號(hào)波形;綠色—載波信號(hào)波形;黃色—頻帶信號(hào)波形1.1.3無(wú)線電接收機(jī)框圖接收機(jī)高頻諧振放大器
混頻器中頻放大器檢波器(解調(diào))低頻放大器本地振蕩器圖1-16超外差式無(wú)線電接收機(jī)的組成§1.2信號(hào)及其頻譜
基本通信信號(hào):基帶(消息)信號(hào)、高頻載波信號(hào)和已調(diào)(頻帶)信號(hào)。1、信號(hào)的表示方法電信號(hào)通常用數(shù)學(xué)函數(shù)、時(shí)域波形和頻譜來(lái)描述。(1)數(shù)學(xué)表達(dá)式
如:(2)波形表示(3)頻域表示如果我們把信號(hào)看成一個(gè)函數(shù),根據(jù)傅立葉變換的基本原理,那么任何復(fù)雜的信號(hào)都可以分解為許多不同頻率的正弦信號(hào)之和,因而“頻譜”即組成信號(hào)的各正弦分量按頻率分布的情況。我們常用頻譜圖來(lái)了解信號(hào)的頻率組成及其特點(diǎn)(變化規(guī)律、能量分布等)。oT/2T3T/22Tti信號(hào)中各種頻率正弦分量的相對(duì)振幅隨頻率而變化的關(guān)系圖。圖1-17信號(hào)的波形表示2、信號(hào)的頻譜
信號(hào)的特性可用信號(hào)頻譜表示。任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。從頻譜特性上看,帶寬就是信號(hào)能量的主要部分所占據(jù)的頻率范圍。對(duì)于周期性信號(hào),可以用傅立葉級(jí)數(shù)分解為許多離散的頻率分量—離散譜(各分量間成諧頻關(guān)系);非周期性信號(hào),可以表示為連續(xù)譜。單頻信號(hào):i(t)=2sin100t雙頻信號(hào):i(t)=2sin100t+cos200t
多頻信號(hào):占據(jù)一段頻帶寬度----帶寬離散譜連續(xù)譜B例1:圖示開關(guān)函數(shù)用傅里葉級(jí)數(shù)可分解為…2/-2/32/5
23252
o振幅f(Hz)250
(rad/s)100
01001K(
2t)
2t
o
1頻譜圖如右:圖1-18信號(hào)的譜圖1-19信號(hào)及其頻譜f(Hz)3003400o振幅
例2語(yǔ)音信號(hào)用傅里葉變換后的頻譜分布如圖。例1所示頻譜圖即為離散譜,例2所示話音頻譜圖為連續(xù)譜,數(shù)字信號(hào)的頻譜是離散譜。從頻譜圖即可知道信號(hào)能量分布情況,如語(yǔ)音信號(hào)的能量主要集中在1000Hz附近。一般數(shù)字信號(hào)的頻譜如下圖示:振幅f圖1-20語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖1-21數(shù)字信號(hào)的頻譜脈沖信號(hào)的分解1+3+5+7次諧波1+3次諧波1+3+5+7次諧波基波圖1-22脈沖信號(hào)的分解
如果我們用、、、分別表示基波、三次、五次、七次諧波頻率,則下圖表示其頻譜分布。
由譜線圖即可知道各脈沖直流分量的大小和頻率之間的關(guān)系。fi圖1-23脈沖信號(hào)的頻譜§1.3通信系統(tǒng)中的信道1.3.1傳輸信道
傳輸信道通??煞譃橛芯€信道和無(wú)線信道。1、有線信道雙絞線同軸電纜光纜適合遠(yuǎn)距離、大容量(帶寬可100THz)、高速(目前速率可達(dá)60Gbps)、低損耗(目前低于0.28dB/km)的通信系統(tǒng)。2、無(wú)線信道
無(wú)線信道包含地球表面、自由空間、海水等,這里只討論自由空間的傳輸特性。無(wú)線電信號(hào)在自由空間的傳播方式有三種:地波傳播(繞射波)特點(diǎn):波長(zhǎng)愈長(zhǎng),傳播損耗愈小。主要用于中、長(zhǎng)波無(wú)線電通信和導(dǎo)航。視距傳播(直射波)
特點(diǎn):收、發(fā)天線高架(高度比波長(zhǎng)大得多)。主要用于超短波、微波波段的通信和電視廣播。天波傳播(反射波)也稱電離層傳播特點(diǎn):損耗小,傳播距離遠(yuǎn)。主要用于短波、中波的遠(yuǎn)距離通信和廣播。繞射方式(沿地面?zhèn)鞑ィ┓瓷浞绞街鄙浞绞酱蟮卮蟮卮蟮仉婋x層三種傳播方式示意圖如下圖1-24無(wú)線電波的傳播方式1.3.2無(wú)線電波段的劃分
電磁波輻射的波譜很寬,在自由空間中,波長(zhǎng)與頻率存在以下關(guān)系:,c為光速。
例:多波段收音機(jī)Ⅱ:(8.5——18)MHzⅠ:(2.2——8.5)MHzⅢ:(18——30)MHzMW:FMSW:LM(535KHz——1605KHz)(88——108)MHz下圖給出電磁波譜覆蓋的頻率范圍:0246810121416182022電磁頻譜:頻率(10Hz)n次聲頻聲頻超聲頻射頻頻帶可見光X射線伽馬射線宇宙射線圖1-25電磁波譜漂亮范圍無(wú)線電波段的劃分波段名稱波長(zhǎng)范圍頻率范圍主要傳播方式和應(yīng)用舉例長(zhǎng)波波段1000—10000m30~300kHz低頻—LF地波;遠(yuǎn)距離通信、航海設(shè)備、無(wú)線電信標(biāo)中波波段100—1000m300~3000kHz中頻—MF地波、天波;導(dǎo)航、調(diào)幅廣播、業(yè)余無(wú)線電臺(tái)短波波段10—100m3~30MHz高頻—HF天波、地波;短波廣播、軍用(移動(dòng))通信、無(wú)線電臺(tái)超短波波段1—10m30~300MHz甚高頻—VHF直線傳播、對(duì)流層散射;電視、調(diào)頻廣播、雷達(dá)、空中交通管制;業(yè)余無(wú)線電臺(tái)分米波波段10—100cm300~3000MHz特高頻—UHF直線傳播、散射傳播;電視、遙測(cè)、雷達(dá)、中繼與衛(wèi)星通信厘米波波段1—10cm3~30GHz超高頻—SHF直線傳播;雷達(dá)、衛(wèi)星和空間通信、業(yè)余無(wú)線電臺(tái)毫米波波段0.1—1cm30~300GHz極高頻—EHF直線傳播;雷達(dá)、著陸設(shè)備、微波通信、無(wú)線電臺(tái)1.3.3無(wú)線通信系統(tǒng)的分類按工作頻段分:有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。按傳輸手段分:有無(wú)線通信、有線通信和光通信等。按通信方式分:主要有(全)雙工、半雙工和單工方式。按調(diào)制方式分:有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。按傳輸信號(hào)分:有模擬通信和數(shù)字通信,也可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。
§1.4數(shù)字通信系統(tǒng)
傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。通常其模型如下圖示。信息源加密器調(diào)制器信道解密器譯碼器解調(diào)器編碼器受信者噪聲源圖1-26數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)包括了兩個(gè)重要變換:消息和數(shù)字基帶信號(hào)之間的變換;數(shù)字基帶信號(hào)和信道信號(hào)之間的變換。
用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)高頻正弦波信號(hào)進(jìn)行的調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。
根據(jù)基帶信號(hào)控制載波的參數(shù)不同,數(shù)字調(diào)制通常分為振幅鍵控調(diào)制、頻率鍵控調(diào)制和相位鍵控調(diào)制三種基本方式。振幅鍵控(Amplitude-shiftkeying)(ASK)
載波振幅受基帶信號(hào)控制相位鍵控(Phase-shiftkeying)(PSK)
載波相位受基帶信號(hào)控制,當(dāng)基帶信號(hào)時(shí),載波起始相位為0;當(dāng)時(shí),載波起始相位為。頻率鍵控(Frequency-shiftkeying)(FSK)
載波頻率受基帶信號(hào)控制,當(dāng)時(shí),載波頻率為;當(dāng)時(shí),載波頻率為。數(shù)字通信的主要特點(diǎn)
☆
抗干擾能力強(qiáng);
☆
可靠性高;
☆
便于實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)通信;
☆
便于加密處理,易于實(shí)現(xiàn)保密通信;
☆
有利于設(shè)備的微型化。數(shù)字通信的主要缺點(diǎn)
☆比模擬信號(hào)占用帶寬更寬;
☆頻帶利用率低。1.4現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)就是模擬和數(shù)字混合的通信系統(tǒng)?,F(xiàn)代超外差接收機(jī)可用下圖表示,其實(shí)就是一個(gè)模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)。寬帶RF放大器IF放大器本振(數(shù)字頻率合成可控振蕩源)DSP解調(diào)DACADC混頻圖1-27現(xiàn)代超外差接收機(jī)框圖本課程的特點(diǎn)
基礎(chǔ)性:是通信系統(tǒng),特別是無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ);
實(shí)踐性:具有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐性;
多樣性:一種功能可由多種電路實(shí)現(xiàn);一種電路可實(shí)現(xiàn)多種功能。
第二章通信電子線路分析基礎(chǔ)§2.1選頻網(wǎng)絡(luò)2.1.1引言1、選頻的基本概念
選頻就是從眾多的頻率中選出需要的頻率分量,濾除或抑制不需要的頻率分量。2、選頻網(wǎng)絡(luò)的分類
諧振回路(由L、C組成)各種濾波器單諧振回路耦合諧振回路LC集中濾波器
聲表面波濾波器陶瓷濾波器石英晶體濾波器3、選頻回路的指標(biāo)
典型選頻網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性(幅頻和相頻)如下圖示:中心頻率。通頻帶寬。圖2-1選頻網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性帶內(nèi)波動(dòng)。選擇性(或帶外衰減)與矩形系數(shù)。常用矩形系數(shù)
來(lái)表征濾波器的選擇性。理想濾波器的等于1插入損耗。通帶內(nèi)濾波器的輸入電壓和輸出低壓之比稱為插入損耗。輸入輸出阻抗。相頻特性。要求相頻特性接近線性。選頻網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)的特性如圖2-2示。即和,即要求網(wǎng)絡(luò)對(duì)組成信號(hào)的所有頻率分量放大相同的倍數(shù),對(duì)所有頻率分量延遲相同的時(shí)間,則輸出波形不變。
相頻特性曲線的斜率稱為群延時(shí)。如果濾波幅頻特性不均勻,會(huì)產(chǎn)生頻率失真。當(dāng)不為常數(shù)時(shí),將產(chǎn)生相位失真。幅頻特性相頻特性oo圖2-2理想選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性2.1.2串聯(lián)諧振回路諧振回路是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。只有一個(gè)回路的振蕩電路稱為簡(jiǎn)單振蕩回路或單振蕩回路,分為串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路。如圖2-3示為串聯(lián)諧振回路,r是L和C的損耗之和。一、諧振及諧振條件
阻抗
回路電抗時(shí),稱為回路諧振。簡(jiǎn)單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小或最大值的特性。這個(gè)特定頻率稱為諧振頻率。r圖2-3串聯(lián)諧振回路諧振條件二、諧振特性
諧振角頻率回路阻抗的模、電抗和幅角隨角頻率的變化曲線如圖2-4示。
由圖知,當(dāng)時(shí),;容性感性圖2-4串聯(lián)諧振回路的阻抗特性當(dāng)時(shí),呈感性,電流滯后電壓,;當(dāng)時(shí),呈容性,電流超前電壓,;當(dāng)時(shí),,達(dá)串聯(lián)諧振。注:為電流相角,。品質(zhì)因素Q回路諧振時(shí)回路感抗值(或容抗值)與回路電阻之比。式中,為特性阻抗。
Q的另一種理解:諧振時(shí)回路儲(chǔ)能與耗能之比。表示回路損耗大小特性阻抗
:諧振時(shí)回路的容抗或感抗。廣義失諧系數(shù)
:表示回路失諧量的大小。
通信電路中用到的諧振電路多為窄帶電路,即ω與很接近,則有電壓特性
串聯(lián)諧振時(shí)流過(guò)電路的電流最大,稱為諧振電流。電感及電容上的電壓為最大,其值為電阻上電壓值(即外加恒壓源的電壓值)的Q倍。
即Q=VCO/VS三、諧振曲線和通頻帶串聯(lián)諧振回路中電流幅值與信號(hào)源頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。幅頻特性:我們用歸一化幅頻曲線來(lái)表示其選頻特性。
失諧頻率對(duì)應(yīng)的輸出電流幅度與諧振時(shí)的輸出電流幅度之比。當(dāng)信號(hào)頻率位于諧振頻率附近時(shí),所以歸一化選頻特性曲線的模為1圖2-5選頻特性曲線由曲線知,諧振點(diǎn)時(shí)輸出電流最大,回路阻抗最小;回路Q值越高,選擇性越好。即對(duì)同一失諧頻率,Q越大的回路輸出電流越小。通頻帶:令時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為通頻帶。計(jì)算可得或
可知,Q值與通頻帶寬成反比,對(duì)于高頻窄帶選頻回路,要求回路的Q值較高。Q值大,曲線尖銳,選擇好;Q值小,曲線鈍,通頻帶寬。相頻特性曲線若設(shè)即所以回路電流的相角
是阻抗幅角的負(fù)值,即是說(shuō)曲線如圖2-6示。
圖2-6相頻特性曲線四、信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響
通常把沒(méi)有接入信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路本身的值叫做無(wú)載(空載值)。把接入信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的值叫有載值。即用表示:
為回路本身的損耗??梢?。因此串聯(lián)諧振回路適用于信號(hào)源內(nèi)阻很?。ê銐涸矗┖拓?fù)載電阻不大的情況。否則,
值太小使其選頻特性變壞(通頻帶過(guò)寬)。2.1.3并聯(lián)諧振回路一、諧振回路與諧振條件如圖2-7示為并聯(lián)諧振回路及其等效電路。圖中L、C是理想器件,是L和C的損耗之和,當(dāng)時(shí),其中,電納時(shí),并聯(lián)回路諧振。CLrIy+U-CLgoIy+U-圖2-7并聯(lián)諧振回路及其等效電路教材P19(2-18)諧振條件二、諧振特性諧振頻率
若不滿足,則準(zhǔn)確的并聯(lián)回路諧振角頻率
若時(shí),或品質(zhì)因素廣義失諧系數(shù)
特性阻抗
回路諧振時(shí),其特性阻抗不變。電流特性阻抗特性:回路并聯(lián)諧振時(shí),呈現(xiàn)純電阻;阻抗為最大。因?yàn)榛芈穼?dǎo)納
所以,,其中,
圖2-8阻抗特性和幅角特性回路阻抗特性及幅角特性如圖2-8示。呈現(xiàn)感性;呈現(xiàn)容性;三、并聯(lián)諧振回路的幅頻特性和相頻特性參閱教材P21式(2-25)、(2-27)知
幅頻特性UξU00.707U0BW0.7?ω0.7ω
z
/2-/2
相頻特性圖2-9諧振回路的幅頻特性和相頻特性定義當(dāng)U下降到U0的時(shí),對(duì)應(yīng)的頻率范圍為通頻帶—
。通頻帶矩形系數(shù)
四、直接接入信號(hào)源和負(fù)載的LC并聯(lián)諧振回路若一個(gè)具有品質(zhì)因素的并聯(lián)諧振回路LC接有負(fù)載和有內(nèi)阻為的信號(hào)源時(shí),如圖2-10示。
CLrRsRLCLC′LRe諧振頻率:式中,(C′=C+CL)圖2-10等效變換示意圖RoCCLRsRLL諧振阻抗:Re=Rs//Ro//RL有載品質(zhì)因素:通頻帶:
因此,,并聯(lián)諧振回路適用于信號(hào)源內(nèi)阻RS很大,負(fù)載電阻RL也較大的情況,以使較高而獲得較好的選擇性。例2-1已知并聯(lián)振蕩回路的,
,求(1)回路的電感L和有載;(2)若將通頻帶加寬到10KHz,應(yīng)在回路兩端并接一個(gè)多大的電阻?解(1)根據(jù)諧振頻率公式有
由通頻帶公式得諧振時(shí)的阻抗(諧振電阻)教材P20(2-21)(2)設(shè)并聯(lián)電阻為RL,由題意知品質(zhì)因素將改變,即
則由公式知故并聯(lián)電阻為-例2-2設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率,回路電容,(1)試計(jì)算所需的線圈電感值;(2)若回路品質(zhì)因素為,試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。(3)若放大器所需的帶寬,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大的電阻才能滿足帶寬要求?解(1)計(jì)算L值:
(2)回路諧振電阻和帶寬:回路帶寬為
(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為,并聯(lián)后的總電阻為
,總的回路有載品質(zhì)因素為
。由帶寬公式,有此時(shí)要求的帶寬B=0.5MHz,故回路總電阻為需并聯(lián)電阻為習(xí)題:1-1,1-3,2-4,2-12,2-13
2.1.4
回路抽頭時(shí)阻抗的變換(折合)關(guān)系目的:實(shí)現(xiàn)阻抗匹配;減小負(fù)載對(duì)諧振回路的影響。
信號(hào)源的阻抗匹配
Rs=Ri負(fù)載的阻抗匹配
RL=R0阻抗匹配CLR'LCLRLR'LU1U2(b)(a)RsCLRirRoRL圖2-11阻抗變換示意圖(b)幾種常見的抽頭回路LCR0UUTLC1C2R0UUTLC1C2R1UUTLCR1U1UTLC1C2R1U1UT圖2-12幾種常見的抽頭振蕩回路定義接入系數(shù)如圖2-12示,也可定義為接入部分的阻抗值與總阻抗值的比。一、諧振電路部分接入電路—實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的阻抗匹配電感部分接入電路圖2-13電感部分接入示意圖信號(hào)源諧振電路接入系數(shù):或當(dāng)將折算到諧振回路兩端時(shí):部分到全部—阻抗增大;
當(dāng)將折算到信號(hào)源兩端時(shí):全部到部分—阻抗減小;電容抽頭部分接入電路接入系數(shù):如圖2-14示。電壓源和電流源的折合在阻抗匹配時(shí),電壓源和電流源也需要折合。如圖2-15示。圖2-14電容部分接入示意圖因?yàn)榈刃ё儞Q前后其功率不變,所以有
因?yàn)?,則
而根據(jù)定義,可知。在保持功率不變時(shí),電壓源和電流源的變比是而不是。圖2-15信號(hào)源折合示意圖dbdba因此,電壓源和電流源由部分到全部變換時(shí),均減小了倍。諧振時(shí)的回路電流和與的比值不再是Q倍。因?yàn)椋ㄊ钦鬯愕街C振回路的電阻)而,則接入系數(shù)越小,與的比值越小。二、負(fù)載部分接入電路——實(shí)現(xiàn)負(fù)載的阻抗匹配
圖2-16中,(不考慮互感)。將部分接入電阻等效為全部接入電阻。由于等效,兩電阻上的功率相等,即,
而,因此將部分接入的電阻變?yōu)槿拷尤霑r(shí),阻抗擴(kuò)大倍;將全部接入的電阻變?yōu)椴糠纸尤耄瑒t電阻縮小倍。
圖2-17中,接入系數(shù):
將折算到諧振回路兩端時(shí)
U1U2圖2-16負(fù)載部分接入示意圖圖2-17負(fù)載部分接入示意圖負(fù)載電容的折合,如圖2-18示。根據(jù)功率不變的原理,有所以。即電容減小,阻抗增大。
圖2-18負(fù)載電容部分接入示意圖結(jié)論:抽頭改變時(shí),的比值改變,即值改變。抽頭由部分到全部時(shí),等效導(dǎo)納降低了倍,值提高許多。即等效電阻提高了倍,并聯(lián)電阻增大,值提高。圖2-19P23三、回路的插入損耗由于回路存在諧振電阻,它會(huì)消耗功率。因此信號(hào)源送來(lái)的功率有一部分被回路電導(dǎo)所消耗,而不能全部傳給負(fù)載。
回路本身引起的損耗稱為插入損耗,用表示。圖2-20是考慮信號(hào)源內(nèi)阻、負(fù)載電阻和回路損耗的并聯(lián)電路。無(wú)損耗時(shí)的功率圖2-20若,則為無(wú)損耗。例2-3
如圖2-21示,抽頭回路由電流源激勵(lì),忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。
解:由于忽略了回路本身
的固有損耗,因此可以認(rèn)為Q→∞。由圖可知,回路電容為
諧振角頻率為
10uH2000pF2000pF圖2-21
抽頭回路電阻的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為回路兩端電壓u(t)與i(t)同相,電壓振幅故輸出電壓為
回路有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬2.1.5耦合振蕩回路-雙調(diào)諧回路耦合振蕩回路由兩個(gè)或兩個(gè)以上的單振蕩回路通過(guò)不同的耦合方式組成。單振蕩回路:存在通頻帶和選擇性的矛盾;阻抗變換不靈活、不方便;
二、常見的兩種耦合回路
初級(jí)回路與次級(jí)回路(或負(fù)載回路)。
1、兩個(gè)概念
耦合系數(shù)K:耦合元件電抗的絕對(duì)值與初、次級(jí)回路中同性質(zhì)元件電抗值的幾何平均值之比。圖2-22
常見的兩種耦合回路(a)互感耦合回路(b)電容耦合回路初級(jí)回路次級(jí)回路互感耦合電容耦合按耦合參量的大小:強(qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合。弱耦合:k<0.05;強(qiáng)耦合:k>0.05;臨界耦合:k=1。耦合因數(shù)2、頻率特性分析描述一個(gè)回路對(duì)耦合的另一個(gè)回路中電流的影響可用反射阻抗表示。等振:指初、次級(jí)回路諧振頻率相等;等Q:指初、次級(jí)回路Q相等?,F(xiàn)以互感耦合回路為例來(lái)分析其原理和特性。圖2-23為圖2-22(a)的等效電路。設(shè):初級(jí)回路總阻抗為,次級(jí)回路總阻抗為,兩回路之間的耦合阻抗為,則兩回路方程為:圖2-23
互感耦合回路等效電路整理上式可得為了簡(jiǎn)化分析,只討論等振、等Q電路。注得到歸一化幅頻特性不同η值時(shí)的頻率特性曲線:
η=
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