通信电子线路总复习解析课件.ppt
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1、通信电子线路,介绍信号传输和处理的基本电路,基本原理和基本分析方法。 介绍和分析无线通信系统中发送设备和接收设备的回路、高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、混频器以及调制、解调、干扰和噪声、整机电路等。,课程内容及要求,Chapter 1 通信系统导论,1.1 通信系统的组成,1.2 无线通信系统中的信道,1.4 数字通信系统,1.5 现代通信系统,1.3 通信系统信号的频谱表示法,无线电发射机方框图,1.1-4 无线电信号的接收,最简单的接收机原理框图,超外差式接收机方框图,选择性电路,消息信号源,放大器,调制器,高频振荡器,谐振放大器或倍频器,已调波放大器,发射天线,接收天线,
2、高频放大器,本地振荡器,混频器,中频放大器,解调器,放大器,视频显示器扬声器等等,无线电发射机和接收机原理框图,选择电路,数字通信的主要优点: (1) 有较强的抗干扰能力,通过再生中继技术可以消除噪声的积累,并能对信号传输中因干扰而产生的差错及时发现和纠正。 (2) 数字信号便于保密处理,易于实现保密通信。 (3) 数字信号便于计算机进行处理,使通信系统更加通用和灵活。 (4) 数字电路易于大规模集成,便于设备的微型化,缺点:数字信号占据频带较宽,频带利用率低。,1.5 现代通信系统,70年代以前,通信系统主要是模拟体制,接收机如前介绍的超外差接收机,7080年代无线电通信实现了模拟数字的大转
3、变,从系统控制(选台调谐、音量控制,均衡控制等)到信源编码、信道编码,以及硬件实现技术都无一例外地实现了数字化。现代超外差接收机可用下图来表示,它是一个模拟与数字的混合系统。,1.5.1 模拟与数字的混合系统,2.2 非线性电路分析基础,Chapter 2 通信电子线路分析基础,2.1 选频网络,2.1 选频网络,2.1.1 串联谐振回路2.1.2 并联谐振回路2.1.3 串、并联阻抗等效互换与 回路抽头时的阻抗变换2.1.4 耦合回路2.1.5 选择性滤波器,z = R + jx = R+j (L- ) =,广义失谐系数:,谐振曲线:,L R,例题1:,如图,设给定串联谐振回路的f0=1MH
4、z,Q0=50,若输出电流超前信号源电 压相位45,试求:1) 此时信号源频率f是多少?输出电流相对于谐振时衰减了多少分贝? 2) 现要在回路中的再串联一个元件,使回路处于谐振状态,应该加入何种元 件,并定性分析元件参数的求法。,因而,,从而可得:,1)串联谐振回路中,输出电流为:因此有, 则,,解:,由通频带的定义可知,当回路处于谐振状态时,,由已知条件 f0=1MHz,Q=50,得, L1/C, 故0, 即ff0,,又由已知条件知回路失谐状态时,输出电流超前信号源电压相位45,2)由上一问可知0,回路呈现容性,根据题设,为使回路达到谐振状态,只须回路中增加一个电感元件即可。根据谐振条件,假
5、设加入的电感为L,则有,,因为, 根据分贝定义,,即输出电流相当于谐振时衰减了3dB。,例题2:有一并联谐振回路如图,并联回路的无载Q值 Qp = 80,谐振电阻 Rp = 25k,谐振频率fo = 30MHz, 信号源电流幅度 Is = 0.1mA(1)若信号源内阻Rs = 10k,当负载电阻RL不接时,问通频带B和谐振时输出电压幅度Vo是多少?(2) 若Rs = 6k,RL = 2k,求此时的通频带B和Vo 是多少?,解:(1) Rs = 10k,,而,(2),故并联电阻愈小,即QL越低,通带愈宽。,例题:有一双电感复杂并联回路如图所示,巳知L1+L2=500 ,C=500PF,为了使电源
6、中的二次谐振能被回路滤除,应如何分配L1和L2?,C,R2,L1,L2,R1,uH,2.1.3 串、并联阻抗等效互换与抽头变换,1. 串并联阻抗的等效互换,所谓等效就是指电路工作在某一频率时,不管其内部的电路形式如何,从端口看过去其阻抗或者导纳是相等的。,故:,由于串联电路的有载品质因数与并联电路的有载品质因数相等,所以等效互换的变换关系为:,当品质因数很高(大于10或者更大)时则有,2. 回路抽头时阻抗的变化(折合)关系,接入系数:,接入系数P 即为抽头点电压与端电压的比,减小信号源内阻和负载对回路的影响。,抽头的目的:,低抽头向高抽头转换时,等效阻抗提高 倍,电流源减小P倍。,2.1.4
7、耦合回路,1、概述,单振荡回路缺点:,1、选频特性不够理想2、阻抗变换不灵活、不方便,电感耦合回路,电容耦合回路,(3)全谐振: 调节初级回路的电抗及次级回路的电抗,使两个回路都单独的达到与信号源频率谐振,即x11 = 0,x22 = 0,这时称耦合回路达到全谐振。 在全谐振条件下,两个回路的阻抗均呈电阻性。 z11 = R11,z22 = R22,但R11 Rf1,Rf2 R22。,次级电流达到可能达到的最大值,如果改变M,使R11 = Rf1,R22 = Rf2,满足匹配条件,则称为最佳全谐振。此时,,此时互感和耦合系数分别为:,2.1.5 选择性滤波器,一、LC集中选择性滤波器:1. L
8、C集中选择性滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等形式。带通滤波器在某一指定的频率范围f1 f2之中,信号能够通过,而在此范围之外,信号不能通过。,二、石英晶体滤波器,为了扩大感性区加宽滤波器的通带宽度,通常可串联一电感或并联一电感来实现。 可以证明串联一电感Ls则减小q,并联一电感Ls则加大p,两种方法均扩大了石英晶体的感性电抗范围。,2.2.2 非线性电路的分析方法,非线性电路不具有叠加性与均匀性。 在分析非线性电路时,常常用到幂级数分析法、指数函数分析法、折线分析法、时变参量分析法、开关函数分析法等。,幂级数分析法,折线分析法,时变参量分析法,开关函数分析法,Chapter3 高频小信号放
9、大器,3.1概述3.2晶体管高频小信号等效电路与参数3.3单调谐回路谐振放大器3.4谐振放大器的稳定性3.5调谐放大器的常用电路与集成电路 谐振放大器, 放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz, 频谱宽度在 几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。,几十V几mV,1V左右,3.1概述,1.高频小信号放大器的特点:, 信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器),1) 增益:(放大系数),电压增益: 功率增益:,3、高频小信号放大器的质量指标,2) 通频带: 放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时,所对应的频率范围称为放大器的通频带,用B=2f 0.7表示。 2f 0.7也称为3分贝
10、带宽。,增益和稳定性是一对矛盾通频带和选择性是一对矛盾,单调谐回路放大器谐振电压增益,功率匹配条件:,带宽增益乘积为一常数,3-1 设工作频率f =30MHz,晶体管的正向传输导纳 y fe =58.3ms, gie=1.2ms,Cie=12PF, goe=400 s, Coe=9.5pF,回路电感L=1.4 H,接入系数P1=1,P2=0.3空载品质因数Q0=100(假设yre=0),求:1.单级放大器谐振时的电压增益 2.通频带2 f 0.7, 3.谐振时回路外接电容C 4.若R4=10 k,试计算并比较在回路中并上R4前后的通频带和增益。,例 题,分析:根据电压增益表达式 ,应先求出总电
11、导g首先将图中的负载画出其等效电路如图所示,,解:因为回路谐振电阻RP=Q00L=1006.28301061.410-626k,因此回路总电导 g=Gp+,若下级采用相同晶体管时,即gie1=gie2=1.2ms 则,=0.038410-3+0.410-3+(0.3)21.210-3=0.5510-3S, 回路总电容为,故外加电容C应为,通频带为, 电压增益为, 若R4=10k,则,因此并上电阻R4后增益降低,带宽加宽。,故,而,则,4、多级单调谐回路谐振放大器,如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成,则 Am=,3.4.1自激产生的原因,3. 4谐振放大器的稳定性,失配法 使GL或gs的
12、数值增大,因而使输入或输出回路与 晶体管失去匹配。(增益低)失配法:信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配; 晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。 即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性,单向化的方法有: 中和法 消除yre的反馈中和法: 外加一个电容抵消正反馈电容的作用.(仅一个频率),4.1概述,4.2谐振功率放大器的工作原理,4.3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,4.4晶体管功率放大器的高频特性,4.5高频功率放大器的电路组成,4.6 晶体管倍频器,Chapter4 谐振功率放大器,2、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题:高效率输出高功率输出联想对比:谐振功率放大器与高频小信号谐
13、振放大器;谐振功率放大器与低频功率放大器;,1、使用谐振功率放大器的目的放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。,4.1概述,5、工作状态:,功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式,为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。,(a)甲类 class-A amplifier,(b)乙类 class-B amplifier,(c)甲乙类 class-AB amplifier,(d)丙类 class-C amplifier,4.2谐振功率放大器的工作原理,4.2谐振功率放大器的工作原理,4.2谐振功率放大器的工作原理,临界时,Po最大,发射机末级,过压区,可集电极调幅,欠
14、压区,可基极调幅,例4-1 谐振功率放大器输出功率Po已测出,在电路参数不变时,为提高Po采用提高Vbm的办法。但效果不明显,试分析原因,并指出为了达到Po明显提高的目的,可采用什么措施?答:说明放大器工作在过压工作状态,为了达到Po明显提高的目的可以减小Rp或增加Vcc。,4.4.1直流馈电电路,4.4.2输出回路和级间耦合回路,集电极馈电电路,基极馈电电路,级间耦合网络,输出匹配网络,4.4谐振功率放大器的电路组成,优点:在并馈电路中,信号回路两端均处于直流地电位,即零电位。对高频而言,回路的一端又直接接地,因此回路安装比较方便,调谐电容C上无高压,安全可靠;,缺点:在并馈电路中,LC处于
15、高频高电位上,它对地的分布电容较大,将会直接影响回路谐振频率的稳定性;,串联电路的特点正好与并馈电路相反。,1. 集电极馈电电路,在功放级输出功率大于1W时,基极偏置常采用自给偏置方法。自偏置方法具有在输入信号幅度变化时自动稳定输出电压的作用。,基极扩散电阻,当激励加大时, IE0(IB0)增大,使偏压加大,因而又使IE0的相对增加量减小;反之,当激励减小时, IE0减小,偏压也减小,因而IE0的相对减小量也减小。,2. 基极馈电电路,1. 级间耦合网络,4.4.2输出回路和级间耦合回路,2) 降低级间耦合回路的效率,这样下级输入阻抗的变化相对于回路本身的损耗而言就不显得重要了。,1) 使中间
16、级放大器工作于过压状态,使它近似为一个恒压源。其输出电压几乎不随负载变化。,2. 输出匹配网络,使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配,以保证放大器传输到负载的功率最大。,抑制工作频率范围以外的频率,即它应有良好的滤波作用。,有效地传送功率到负载,但同时又应尽可能地使这几个电子器件彼此隔离,互不影响。,)复合输出回路,M,PA在微欠压时获得最大输出功率,分析本例是一综合应用题,将复合输出回路的调整与各级电压变化对谐振功率放大器工作状态的变化联系起来,同时根据已知参量,利用转移特性方程可求出相应的功率参数。,已知,,所以,联立解式、可知,天线功率,根据转移特性,有,故,4.6 晶体管倍频器,负
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