《高频复习资料》PPT课件.ppt

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1、绪 论,无线通信系统的基本工作原理发射设备的基本原理和组成接收设备的基本原理和组成无线电波的基本特点,主要内容：,1、无线通信系统的基本工作原理,无线通信系统组成框图,各部分作用信息源：提供需要传送的信息变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号之间的互相转换发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去传输媒质：信息的传送通道（自由空间）接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号受信人：信息的最终接受者,1、无线通信系统的基本工作原理,2、发送设备的基本原理和组成,信号在空间直接发送存在的问题天线尺寸 天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长的1/101），信号才能被天线有效的辐射出去。对

2、于音频范围20Hz20kHz来说，这样的天线不可能实现。信号选择 如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。,问题的解决调制什么是调制？把待传送信号“装载”到高频振荡信号上的过程。三种信号 调制信号、载波信号和已调信号三种方式 调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）,2、发送设备的基本原理和组成,典型发送设备的组成框图,2、发送设备的基本原理和组成,3、接收设备的基本原理和组成,信号的“卸载”解调什么是解调？从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。解调的三种方式 对调幅波的解调检波 对调频波的解调鉴频 对调相波的解调鉴相,典型接收设备的组成框图,3、接收设备的基本原

3、理和组成,4、无线电波的基本特点,无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有=c/f。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。无线电波的三种传播途径（如图）：,无线电波的波段划分表：,4、无线电波的基本特点,小 结,高频电子线路的典型应用是无线通信系统；无线通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部分组成；无线电信号的发射与接收的关键是调制与解调；高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本课程要解决的问题；了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本知识。,第1章 高频小信号放大器,小信号谐振放大器集中选频放大器,主要内容：,1.小信号谐振放大器,1、什么是谐振放大器？采用调谐回路作为负

4、载的放大器。选频或滤波是其基本特点。2、分类,1.小信号谐振放大器,3、主要性能指标 谐振电压增益Au0放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。通频带BW0.7放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。选择性 抑制比：d=20lgAu0/Au(dB)矩形系数：K0.1=BW0.1/BW0.7,4、单级单调谐放大器,1.小信号谐振放大器,集电极负载为LC并联谐振回路 采用了部分接入方式,单级单调谐放大器的性能分析：,谐振频率：,通频带：,矩形系数：,其中：C为等效的回路总电容。,其中：可见其矩形系数远大于1，选择性较差。,其中：Qe为回路的有载品质因数。有：,

5、5、多级单调谐放大器的性能指标,1.小信号谐振放大器,电压增益：如果有n级且各级增益相同,则：,Au,=,Au1 Au2 Au3 Aun,(Au1)n,=,通频带：,选择性：,N级的矩形系数为,2、集中选频滤波器,1,2 集中选频放大器,(1)陶瓷滤波器,1)陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”,2)两端陶瓷滤波器（外形及符号）,两个谐振频率：,3）三端陶瓷滤波器,集中选频放大器,实物图：,2、集中选频滤波器,集中选频放大器,(2)声表面波滤波器(SAWF),实物图：,声表面波滤波器应用实例：,V1是预中放部分，起前置放大作用；Z1为SAWF起集中选频作用；TA7680AP为彩电图像中频放大器

6、IC。,本章小结,高频小信号放大器分为宽带和窄带两类。扩展频带的方法有负反馈法、组合电路法和补偿法。小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成，具有选频或滤波功能。按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。集中选频放大器是由集中选频滤波器和宽带放大器组成。常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。,第2章 高频功率放大器,丙类谐振功放的特点 丙类谐振功放的工作原理 丙类谐振功放的性能分析 丙类谐振功放的电路宽带高频功率放大器简介,主要内容：,2.1 丙类谐振功放的特点,1.与低频功放相比较,工作频率和相对频带不同负载性质不同工作状态不同,对放大信号的要求不同

7、谐振网络的作用不同工作状态不同,2.与小信号谐振放大器比较,2.2 丙类谐振功放的工作原理,1.电路原理,三极管V在工作时应处于丙类工作状态，只有小部分时间导通。LC谐振回路起到滤波和匹配作用。基极电源VBB应小于死区电压以保证晶体管工作于丙类状态，一般VBB略小于0。集电极电压VCC是功率放大器的能量来源。,2.工作原理,2.2 丙类谐振功放的工作原理,因而：,设输入ui为一余弦信号:,则三极管的发射结电压：,因为管子只在小半周期内导通，因而iB为脉冲电流。放大后的iC也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得：,考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：,波形分析：,三极管输入特性基极脉冲电流及谐波分

8、量集电极脉冲电流及谐波分量LC谐振回路两端电压波形晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形,3.功率与效率,2.2 丙类谐振功放的工作原理,电源提供功率：,输出功率：,集电极功耗：,效率：,其中：,为集电极电压利用系数。,为集电极电流利用系数（波形系数）。,2.3 丙类谐振功放的性能分析,1.动态线,可见，动态线和VCC，VBB，Uim，Ucm相关。,在以UBE作为参变量的三极管输出特性曲线上作出的交流负载线（如图）。,AB为动态线，且有：,2.三种工作状态,2.3 丙类谐振功放的性能分析,改变UBE、UCE将使动态点移动，使谐振功放工作于不同的三种状态：,欠压状态：临界状态：过压状态：,3.负

9、载特性指VCC、VBB、Uim不变时，谐振负载RP变化对放大器性能的影响。,2.3 丙类谐振功放的性能分析,观察集电极余弦脉冲变化,RP变化对集电极余弦脉冲的影响,4.调制特性集电极调制特性,2.3 丙类谐振功放的性能分析,特点：随着VCC增大，先后经历：过压临界欠压且不变。,指VBB、Uim、RP固定，VCC变化对放大器性能的影响。,作为集电极调制时应工作于过压区,4.调制特性基极调制特性,2.3 丙类谐振功放的性能分析,指 VCC、Uim、RP固定，VBB 变化对放大器性能的影响。,特点：随着VBB 增大，先后经历：欠压临界过压且 增大。,作为基极调制时应工作于欠压区。,5.放大特性,2.

10、3 丙类谐振功放的性能分析,特点：随着Uim的增大，先后经历：欠压临界过压且增大。,指VCC、VBB、RP固定，Uim变化对放大器性能的影响。,欠压时用于放大，过压时用于限幅。,2.4 丙类谐振功放的电路,1.基极馈电电路,2.7 宽带高频功率放大器简介,1.传输线变压器工作原理传输线变压器的工作方式是传输线原理与变压器原理的结合，其主要特点是工作频带极宽。如图1:1传输线变压器：,2.传输线变压器的应用,2.7 宽带高频功率放大器简介,功率合成与分配应用举例：,本章小结：,1.高频功率放大器分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。2.为了提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极电流

11、是失真严重的脉冲波形。3.谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种状态。4.谐振功率放大器电路包括集电极馈电电路、基极馈电电路和匹配网络等。5.传输线变压器是以传输线原理和变压器原理相结合的方式工作，因此具有良好的宽频带传输特性。,练习：1 已知谐振功率放大器输出功率P14W，C60，VCC20V，试求Pc和Ic0。,已知P14W，C60，VCC20V，则PDC=P1/C=4/0.66.67WPc=PDC P1=6.674=3.67WIc0=PDC/VCC=6.67/20（A）333.3mA,第3章 正弦波振荡器,反馈式振荡器的工作原理LC正弦波振荡器石英晶体振荡器RC振荡器负阻正弦波振荡器,主要

12、内容：,3.1 反馈式振荡器的工作原理,1、组成与分类,(1)组成,(2)分类,2、平衡条件与起振条件（1）振荡的建立过程,3.1 反馈式振荡器的工作原理,当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大反馈放大反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。,2、平衡条件与起振条件,3.1 反馈式振荡器的工作原理,振幅平衡条件：,(2)平衡条件,为维持等幅振荡所需满足的条件,因为:,所以:,又因为平衡时有:,所以:,因而可得

13、:,AF/A+F1,相位平衡条件：,AF1,A+F2n(n0,1,2,3,),2、平衡条件与起振条件,3.1 反馈式振荡器的工作原理,（3）起振条件,起振条件,为了振荡起来必需满足的条件,由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求UfUi，即：,A+F2n（n0，1，2，）,AF1,3、稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。,3.1 反馈式振荡器的工作原理,振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。,振荡频率的稳定度=,3.1 反馈式振荡器的工

14、作原理,4、频率准确度与稳定度,（1）频率准确度,绝对频率准确度：,相对频率准确度：,fff0,（2）频率稳定度,3.2 LC正弦波振荡器,a.判断Uf和Ui是否同相 b.判断是否为正反馈,1、变压器反馈式正弦波振荡器,相位条件：,起振条件：,振荡频率：,优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。,集电极调谐型,电路特点：,缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很高的场合。,电路的三种形式,发射极调谐型,基极调谐型,2、三点式振荡器,3.2 LC正弦波振荡器,X1与X2电抗性质相同X3与X1（或X2）电抗性质相反,(1)三点式振荡器一般组成原则,设回路谐振时有电流,在流动，则有：,（jX

15、1+jX2+jX3)=0,即：X1+X2+X3=0,根据：,得三点式的一般组成原则：,一般形式,(2)电容三点式（Colpitts，考毕兹电路）,优点：高次谐波成份小，波形好。缺点：调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入电容和输出电容影响。,三极管三极分别与电容的三个引出端相连，反馈电压取自C2上。,交流通路的基本形式,振荡频率：,反馈系数：,电路特点：,(3)电感三点式（Hartley，哈特莱电路）,优点：易起振，调节频率基本不影响反馈系数。缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。,交流通路的基本形式：,三极管三个电极分别与电感三个引出端相连，反馈电压取自L2上。,振荡频率：,反馈系数：

16、,电路特点：,其中：,优点：振荡频率和反馈系数互不影响。缺点：调节C3改变频率时影响振幅。一般用于固频振荡器。,3.2 LC正弦波振荡器,3、改进型电容三点式振荡器,交流通路的基本形式：,(1)克拉泼(Clapp)振荡器,电感L支路中串联了小电容C3,振荡频率：,电路特点：,具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，频率基本上仅由C3和C4及L决定；调节C4时不影响电路增益，输出幅度稳定。,(2)西勒(Seiler)振荡器,交流通路的基本形式：,在L两端又并联了一可调电容C4,振荡频率：,电路特点：,3.3 石英晶体振荡器,(3)晶体特点,振荡频率稳定振动的多谐性并联负载电容,1、石英晶体及其

17、特性,(1)结构及外形,(2)符号及等效电路,根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：,3.3 石英晶体振荡器,2、串联谐振频率与并联谐振频率,晶体的电抗频率特性曲线,等效为串联谐振时的串联谐振频率,等效为并联谐振时的并联谐振频率,典型电路举例：,3.3 石英晶体振荡器,3、串联型石英晶体振荡器,基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振，使正反馈最强而满足振荡。,图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。,图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。,4、并联型晶体振荡器,3.3 石英晶体振荡器,几种电路形式（交流等效）：,晶体一般工作在fs和fp之间，在电路中等效一特殊电感。

18、,基本原理：,皮尔斯(Pierce)电路,密勒(Miller)电路,3.4 RC振荡器,1、RC串并联网络的频率特性,分析可得：,图中电压传输系数为：,幅频特性：,相频特性：,2、基本RC桥式振荡器,3.4 RC振荡器,对于运放来说Au远大于3，为保证能够进入平衡，引入文氏电桥振荡器,(1)相位条件,(2)振幅条件,(3)振荡频率,根据AuFu1，而谐振时Fu=1/3，则,与,反相,同相，,处）。,则,与,满足相位条件。,（在,与,同相，,振幅起振条件：Au 3振幅平衡条件：Au=3,外稳幅原理：通过非线性器件Rf2自动调整反馈强弱。2.负阻振荡原理,3.4 RC振荡器,3、文氏电桥振荡器,由

19、图根据起振条件有：,因而可得：,振幅起振条件：,振幅平衡条件：,可见，要求Rf2在起振过程中要由2Rf1=2Rf1,即要求Rf2具有负温度系数。随着时间进行，电路温度上升，则Rf2将减小，并最终达到平衡状态。,反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和晶体振荡器。振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡稳定条件。LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器有串联型和并联型两种。RC振荡器的振荡频率较低。常用的RC振荡器是文氏电桥振荡器，其振荡频率f01（2RC），只取

20、决于R、C的数值。,本章小结：,3、振荡电路如下图所示，已知L25H，Q100，C1500pF，C21000pF,C3为可变电容，且调节范围为1030pF，试求：计算振荡频率f0的变化范围。,解：此电路为克拉泼振荡器。10（MHZ）5.8（MHZ）,第4章 调幅、检波与混频,调幅波的基本性质 调幅电路 检波器 混频器,主要内容：,4.1 调幅波基本性质,1、调幅波的数学表达式和波形,（a）调制信号（b）载波信号（c）ma1时,(1)数学表达式,(2)波形,2、调幅波的频谱与带宽,4.1 调幅波基本性质,3、调幅波的功率关系,4.1 调幅波基本性质,(2)上(下)边频功率:,(1)载波功率:,(

21、4)调幅信号总功率:,(3)上下边频总功率:,4、双边带调制与单边带调制,4.1 调幅波基本性质,(1)双边带-抑制载波只传送上下边带,(2)单边带-抑制载波和其中一个边带,4.2 调幅电路,1、调幅电路的类别,2、基极调幅电路（欠压状态）,4.2 调幅电路,(2)电路及波形,(1)基本原理,用调制信号控制丙类谐振功放的基极偏压，从而实现调幅。,用调制信号控制丙类谐振功放的集电极电压，从而实现调幅。,4.2 调幅电路,3、集电极调幅电路（过压状态）,(1)基本原理,(2)电路及波形,作用：实现两个模拟信号相乘。,4.2 调幅电路,4、模拟乘法器调幅电路,(1)模拟乘法器简介,(2)调幅电路,符

22、号：,4.2 调幅电路,5、二极管平衡调幅电路,(1)电路组成原理,(2)电路工作原理,二极管平衡调幅电路工作原理,分析如下：,设,上式是在忽略高次方项后得出的，可见含有频率分量F、fcF，只要在输出端用一中心频率为fc、带宽为2F的带通滤波器，就可以取出分量 fcF，实现双边带调制。,有：,4.3 检波器,(3)分类,1、检波器概述,(1)作用,(2)实质,从高频调幅波中解调出原调制信号,检波器实际上是一种频谱搬移电路,2、大信号包络检波器,4.3 检波器,(1)电路组成,(2)工作原理,4.3 检波器,3、大信号包络检波器的惰性失真,RL CL过大使二极管在截止期间CL的放电速度太慢，以致

23、跟不上调幅波包络的下降速度，出现如图所示的失真现象。,(1)形成原因,(2)波形现象,(3)避免条件,相当于给V加了一额外的反偏电压，当RL比Ri2大得多的情况下，URL就很大使得输入调幅波包络的大小在某个时段小于URL，导致V在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“负峰切割失真”。,4.3 检波器,4、大信号包络检波器的负峰切割失真,图中：,波形：,也就是说，负峰切割失真本质上是由于检波器交、直流负载不等而引起，为此可采用如图的措施来减小交直流负载的差别。,4.3 检波器,5、克服负峰切割失真的方法,为了避免负峰切割失真，必须,因而：,分析可知其中含有频率分量0、F、2fc、(2

24、fcF)用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,4.3 检波器,6、同步检波器,(1)电路特点,对AM、DSB、SSB等调幅波均适用。,工作时需要有一同步参考信号(与载波同频同相)。,(2)同步检波原理,设：,则：,4.4 混频器,变频是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。,1、变频器的作用,(1)文字描述,(2)框图描述,(3)表达式描述,(5)频谱描述,4.4 混频器,1、变频器的作用,(4)波形描述,4.4 混频器,经带通后取出差频分量，即得到中频信号，其中频电流为：,2、混频的基本原理,设：,根据非线性器件的幂级数展开式：,代入两信号分析可得其中含有,频率分量：,失真：

25、输出中频信号的频谱结构与输入信号的不同干扰：混频器产生的大量不需要的组合频率分量,4.4 混频器,3、主要性能指标,(1)混频增益,(2)选择性,要求选频网络的选择性好,矩形系数接近于1。,(3)失真与干扰,4、混频电路二极管平衡混频,4.4 混频器,分析如下：,带通后得：,4、混频电路三极管混频(1)基本原理利用三极管ic和uBE的非线性来进行频率变换(2)几种基本形式,4.4 混频器,5、混频干扰(1)组合频率干扰混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干扰(2)副波道干扰由于接收机前端选择性不好,外界干扰信号窜入而引起的干扰(最强两个:中频干扰和镜像干扰)(3)交叉调制干扰在有用中频信

26、号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起(4)互调干扰干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引起,4.4 混频器,练习：画出二极管平衡混频器的原理电路，简述混频器的干扰和失真有哪些？,组合频率干扰；中频干扰；镜像干扰；交调干扰；互调各干扰；包洛失真；阻涉失真,本章小结：,调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的包络反映了调制信号变化的规律。调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场合。检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失真。常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混

27、频器、三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。,练习：已知负载电阻RL上调幅波的数学表达式为,求：1）画出其波形.2）Uc?ma=?3）已调波电压的最大振幅和最小振幅值.4）若RL=1K，求、。,vc=100v.M=1/2,VAMmax=（1+m）Vc=1.5 x100=150v VAMmin=（1-m）Vc=o.5x100=50v,第5章 调角与解调,调角波的基本性质调频波调相波调频电路直接调频间接调频鉴频器斜率鉴频相位鉴频,内容提要,5.1 调角波的基本性质,调频波数学表达式、频偏及相偏波形调相波数学表达式、频偏及相偏波形调角波的频谱与带宽单频调制时调频波与调相波的比较,调频波数学表达式、

28、频偏及相偏,瞬时频率：频偏：最大频偏：瞬时相位：相偏：最大相偏：表达式：,调相波数学表达式、频偏及相偏,瞬时相位：相偏：最大相偏：瞬时频率：频偏：最大频偏：表达式：,调角波的频谱与带宽,频谱分布特点：,BW2mF=2fm（宽带调角信号）,带宽估算方法：,当m远小于1时：,当m远大于1时：,BW=2F（窄带调角信号）,单频调制时两种调角信号的比较,5.2 调频电路,直接调频电路,变容二极管调相电路矢量合成法间接调频可变时延法调相,间接调频电路,变容二极管调频电路晶体振荡器调频电路集成调频电路,直接调频变容二极管调频,电路组成：,变容二极管特性：,工作原理：,直接调频晶体振荡器调频,电路特点,原理

29、电路,等效电路,谐振特性,必须满足：,因而，频偏很小。,才能够振荡,直接调频集成调频电路,锁相调频把调制信号u(t)加在锁相环VCO的频率控制端，使VCO的频率随调制信号作线性变化，就可以达到调频目的。,电路框图：,工作原理：,间接调频电路原理,先对调制信号进行积分，再用积分后的信号对载波进行调相，就可以间接地得到所需的调频波。,电路,原理,本质上是个调相电路,特点：,间接调频电路变容二极管调相,工作时回路处于失谐状态，使回路电压超前或滞后电流，实现调相。,Cj随调制信号变化,积分电路,调相输入,调频输入,练习：在变容管直接调频电路中，如果加到变容管的交流电压振幅超过直流偏压的绝对值，则对调频

30、电路有什么影响？,在变容管直接调频电路中，如果加到变容管的交流电压振幅超过直流偏压的绝对值，则对调频电路有什么影响？,答：如果加到变容管的交流电压振幅超过直流偏压的绝对值，则在信号的一个周期内的某些时间，变容二极管有可能会正向导通，则失去结电容随反偏电压变化的特性，因而不能实现调频。,鉴频实现原理鉴频特性,鉴频器的两个性能指标：,鉴频灵敏度SD,单位频偏所产生的输出电压的大小,线性范围（带宽）鉴频特性中近似直线的范围,斜率鉴频 原理,鉴频实现原理鉴频实现方法,相位鉴频 原理,脉冲计数式鉴频原理,斜率鉴频器单失谐回路,输入的调频波经LC失谐回路变换为调幅-调频波，然后经V、C1、RL所组成的包络

31、检波器解调出原调制信号。,电路组成,工作原理,频-幅转换原理：,调频信号中心频率fc失谐于谐振回路的谐振频率f0，调频波的中心频率fc处于回路谐振曲线的倾斜部分，接近直线段的中心点A，则失谐回路可将调频波变换为随瞬时频率变化的调幅调频波。,调频波经两个失谐回路转换为两个调幅-调频波，再经各自的包络检波器，得到两反相的输出信号，然后合成得到总的输出信号。,斜率鉴频器双失谐回路,电路组成,工作原理,本章小结,在调角信号中频偏和相偏分别反映了调制信号的变化规律。调频的方法有直接调频法和间接调频法两种。斜率鉴频和相位鉴频是两种主要鉴频方式，集成斜率鉴频和乘积型相位鉴频，便于集成，调频容易、线性度好，应用广泛。斜率鉴频器是先频幅转换，后包络检波；相位鉴频器是先频相转换，后鉴相。,练习3、载波振荡频率fc=25MHZ，振幅Ucm=4V；调制信号为单频余弦波，频率为F=400HZ；最大频偏fm=10kHZ。(1)分别写出调频波和调相波的数学表达式。,解：（1）因为，所以 所以：,