清华大学高频电路(通信电路)期末考试题.pdf.pdf

考试课程 通信电路通信电路 a 卷卷 2008 年 1 月 9 日 清华大学本科生考试试题专用纸清华大学本科生考试试题专用纸 1 有一小信号跨导放大器以 lc 并联谐振回路作为其负载从而构成一个电压放大器 如图 1 所 示 其中电感的无载 q 值为 50 要求将有损电感等效为无损电感和电阻的并联 已知放大器 跨导 gm为 10ms 输出等效电流源电导 go为 0 1ms 输出并联电容 co为 30pf 负载电阻取值 满足最大功率匹配条件 15 分 1 给出输出电压和输入电压之 间的复频域传递函数关系 指出该电压放大器具有低 通 高通 带通 还是带阻 特性 2 现要求该电压放大器在中心 频率10mhz处有500khz的 带宽 求构成并联谐振回路 的电感 l 和电容 cl分别取 值为多大 3 作为电压放大器 中心频率处的电压放大倍数为多少 2 图 2 为一个典型的超外差式接收机前端电路系统方框图 30 分 调谐控制 图图 2 超外差式接收机前端电路方框图超外差式接收机前端电路方框图 1 请在试题纸虚框中填写正确的电路模块名称 答题纸上说明这 7 个模块的功能或作用 2 假设第 2 4 6 模块的噪声系数和增益依次分别为dbfn2 2 dbgm10 2 dbfn10 4 dbgm10 4 dbfn11 6 dbgm50 6 第 3 和第 5 模块为无源网络模块 具有带通特性 其 插入损耗和通带分别为dbl2 3 mhzbw20 3 dbl10 5 khzbw200 5 求从第 2 个模块 输入端口看入的总的噪声系数为多少 db 3 假设第6个模块后接入的解调器要求的输入信号的信噪比不能低于6db方可正确解调 求从第 2 模块看入的接收机灵敏度为多少 dbm 已知kjk 1038 1 23 kt290 4 假设输入为 88 108mhz 的共 100 个信道的射频信号 这 100 个信道可能同时有通信 发生 假设由于非线性失真等原因 在下变频器后极易产生 lorf ff 2的组合频率分量 请问中频频率应如何选择 可以避免这种组合频率干扰出现在中频带内 假设系统采 用高本振方案 3 图 3 为晶体调频电路 已知晶体的参数为 串联谐振频率mhzfq20 pfcq04 0 pfc2 0 其等效电路如图 b 所示 变容二极管特性如图 c 所示 调制信号如图 d 所 示 16 分 1 画出高频等效电路和变容二极管的直流通路 2 计算调频振荡器的载频 3 求该调频器的上下频偏 4 提出扩大该晶体调频电路频偏的方法至少两种 i r i v imv g o g o c l l c l r o v 跨导放大器 图图 1 具有具有 lc 并联谐振回路作为负载的放大器并联谐振回路作为负载的放大器 tv rfc v vcc 6 k18 k36 k100 f 01 0 k56 k15 k1 pf100 pf100 pf1000 f 1 a 晶体调频电路 q c q l 0 c t tv v2 v2 v0 6 2 4 6 8 4 2 pfcj pf10 b 晶体等效电路 c 变容管电容 电压关系图 d 调制信号波形 图图 3 晶体调频器晶体调频器 4 将图4 所示的电路框图分解 为如图虚框所示的两个子系 统 通过数学推导和功能分 析 说明 4 个乘法器的功能 以及两个子系统各完成什么 功能 两个子系统合并后的总 的系统完成什么功能 假设输 入信号为晶体提供的高稳定 度单频正弦信号 10 分 5 已知电压 单位 v 信号 表达式为 14 分 ttttttvo 463646366 10102cos6 110102cos4 010102cos6 110102cos4 0102cos4 1 这是什么形式的已调信号 2 将该表达式重新表述为用调制系数表示的表达式 3 求频带宽度和总功率 假设负载电阻为 1 4 如果该信号通过中心频率位于 1 001mhz 带宽为 3khz 的带通滤波器后 其输出为什 么形式的信号 5 对 4 输出信号 如何获得解调信号输出 解调后输出信号频率为多少 6 已知一阶环正弦波鉴相器输出最大电压为v5 2 vco 灵敏度vkhz10 自由振荡频率为mhz1 15 分 1 当输入信号为 vttvin 301096 1 sin2 6 时 环路可否锁定 试画出相图 图上需标出相 应参数 并用相图说明环路是否锁定 2 若能锁定 稳态相差为多少 此时控制电压为多少 若不能锁定 说明锁定条件 并 给出锁定临界处的稳态相差和控制电压分别为多少 3 该 pll 可否实现对输入信号 vtttvin 46 108sin3102sin5 的解调 为什么 若不能 如何调整 pll 使之能够实现对该信号的解调 lpf1 lpf2 lpf2 vco 90 dt d tvv iimin0 sin ooomout tvv cos 图图 4 某个系统框图某个系统框图 2007 年秋季学期通信电路试题答案 a 卷 1 1 解 解 1 第一问共 第一问共 5 分分 szg v zvg v v sh om i oim i o 1 分 2 0 0 2 0 2 1 1 1 s q s s q a lcc g ss c g s ggg g sl ccsggg g v lpo m lolpo m 2 分 其中 g g a m v lpo gggg 0 0 q c gp lo ccc lc 1 0 l c g q 1 具有带通特性 2 分 2 第 第 2 问共问共 7 分分 根据上述分析 有如下方程成立 mf lc 1022 1 00 1 分 20 500 101 0 khz mhz bw f l c g q 1 分 这里有三个未知数 gcl 只有两个方程 考虑到当 pol ggg 1 分 时 负载可以获得最大功率输出 因此也作为一个条件 则有第三个方程 0 0 22 q c ggggggg opolpo 1 分 由第 1 第 2 方程 有 0 0 0 0 2 q c g c g cq 故而有 pf m m q q q g c318 50 20 21 102 20 1 02 21 2 0 0 0 1 分 pfccc ol 28830318 1 分 h c l 796 0 102318 11 22 0 1 分 3 第 第 3 问共问共 3 分分 2007 年秋季学期通信电路试题答案 a 卷 2 ms ms q c gp4 0 50 20 0 0 1 分 msggg pol 5 04 01 0 1 分 msgggg lpo 1 10 1 10 ms ms g g a m v 1 分 题注 如果将有损电感等效为无损电感和电阻串联的 并指出具有低通或带通特性的 不扣 分 本题用来考察放大概念 并联 lc 谐振回路诸多性质 带通滤波概念 以及匹配概念 本题共 15 分 2 答 答 1 第 第 1 问共问共 14 分分 天线 可将电磁波能量从自由空间有效耦合到接收机 低噪声放大器 以较小额外附加噪声的代价对微弱的射频信号进行放大 同时提供足够的 增益用于抑制后级电路噪声 镜像抑制滤波器 用于抑制包括镜像干扰信号在内的所有射频通带之外的无用的射频信号 下变频器 混频器 将射频信号频谱平移到中频频段 信道选择滤波器 用于选择信道 滤除信道外的所有其他信号 包括前级电路的失真 中频放大器 在固定中频上提供足够的放大倍数 利于后级电路继续进行信号处理 本地振荡器 通过改变其频率 可将位于不同频率的不同信道的射频信号下变频到固定中 频上进行信号处理 名字正确 1 分 功能解释正确 1 分 第一问共 14 分 2 第 第 2 问共问共 6 分分 585 1 2 2 dbfn 1010 2 dbgm 0 5 分 585 1 2 3 dbfn 631 0 3 m g 0 5 分 1010 4 dbfn 1010 4 dbgm 0 5 分 1010 5 dbfn 1 0 5 m g 0 5 分 59 1211 6 dbfn 10000050 6 dbgm 0 5 分 5432 6 432 5 32 4 2 3 2 1111 mmmm n mmm n mm n m n nn gggg f ggg f gg f g f ff 2 分 1 010631 0 10 159 12 10631 0 10 110 631 0 10 110 10 1585 1 585 1 837 1 143 0 426 1 059 0 585 1 05 5 1 分 db7 0 5 分 答 从第二端口看入的总噪声系数为 7db 3 第 第 3 问共问共 5 分分 fktfsnrp nosi minmin 2 分 dbm k 108 5317413 200log1017476 3 分 答 接收机灵敏度为 108dbm 2007 年秋季学期通信电路试题答案 a 卷 3 4 第 第 4 问共问共 5 分分 假设中频为 if f 则高本振方案中本振频率为 rfiflo fff 0 5 分 100 个信道的中心频率分别为 rf fmhzmhzmhzmhz 9 107 5 88 3 88 1 88 0 5 分 对应的本振频率为 lo f ifififif fmhzfmhzfmhzfmhz 9 107 5 88 3 88 1 88 0 5 分 lorf ff 2产生的频率分量位于 1 ifif ffmhz 9 127 9 87 1 88216 176 2 ifif ffmhz 7 127 7 87 3 88216 176 100 ifif ffmhz 1 108 1 68 9 107216 176 可见 如果 100 个信道都有信号 lorf ff 2占用的频带宽度为 if f 9 127 1 68 0 5 分 这个频带不能落入khzfif100 频率范围内 因此 1 0 9 127 1 68 ifif ff 0 5 分 或者 1 0 9 127 1 68 mhzfif 9 63 34 0 5 分 或者 if f21 0 9 127 1 68 if f 0 5 分 因此 中频选择应该为 mhzfif34 1 分 考虑到本振频率应该在有用信带之外以防止本振泄漏等问题 因此可取mhzfif20 又考 虑到当mhzfif64 时 中频频率过于接近射频频率 故而舍弃 因此最终取 mhzfmhz if 3420 额外加 2 分 题注 最后一问如果全部答对 得 5 分 进一步分析有一定道理得 额外加 2 分 本题是综 合题 用于考察超外差式接收机中的种种概念 因此占分比重较大 总共 30 分 3 解 解 1 第第 1 问共问共 6 分分 图略 正确画出高频等效电路者 4 分 正确画出直流通路者 2 分 2 第第 2 问共问共 4 分分 qj cccccc串并串串 021 1 分 pfcc100 21 pfcj4 0 pfc2 0 pfcq04 0 mh mpc l qq q 583 1 20204 0 11 22 1 分 ppppppcccccc qj 03972 0 04 0 24100100 021 串并串串串并串串 1 分 2007 年秋季学期通信电路试题答案 a 卷 4 mhz lc fc0700073 20 2 1 1 分 3 第 第 3 问共问共 4 分分 ppppppcccccc qjuu 03960 0 04 0 22100100 021 串并串串串并串串 0 5 分 mhz lc f u u 1017022 20 2 1 0 5 分 khzfff cuu 7 31 1 分 ppppppcccccc qjud 03980 0 04 0 27100100 021 串并串串串并串串 0 5 分 mhz lc f d d 0490777 20 2 1 0 5 分 khzfff dcd 9 20 1 分 4 第 第 4 问共问共 2 分分 扩大频偏的两种方法 倍频法 提高振荡器振荡频率 串并电感 2 分 题注 本题考察直接调频基本概念 晶体振荡器和变容管基本认知 4 解 鉴相功能解 鉴相功能 4 分 鉴频功能分 鉴频功能 4 分 加速捕获分 加速捕获 2 分 共分 共 10 分 分 ooiooi omim outinup tt vkv vkvv 00 sinsin 2 edooi omim d kt vkv v sinsin 2 0 因此上面的乘法器和其后的低通滤波器完成了鉴相功能 2 分 因此上虚框子系统为一锁相环系统 2 分 下面两个乘法器和其后低通同样完成鉴相功能 分别为 edd kv sin 1 edd kv cos 2 0 5 分 第一路经过微分电路 为 eedp kv cos 1 0 5 分 两路信号相乘 为 ooiooi d eeddown t k kv 22cos1 2 cos 00 2 22 1 分 完成鉴频功能 1 分 因此下虚框子系统为一 afc 环 1 分 两个子子系统合并后 可以加速锁相环捕获过程 降低捕获时间 在输出输入频率相差较大 时 afc 环起作用 迅速拉近频率 当频率接近时 锁相环起主要作用 迅速捕获 2 分 题注 本题为提高题 考察 afc 环 pll 环 加速捕获等概念 2007 年秋季学期通信电路试题答案 a 卷 5 5 解 解 3 3 2 2 2 2 14 1 为双音调制的调幅波 3 分 2 ttt ttttt tt ttt tt ttttvo 436 46366 4646 36366 4636 46366 102cos8 0102cos2 01102cos4 102cos102cos2 3102cos102cos8 0102cos4 10102cos6 110102cos6 1 10102cos4 010102cos4 0102cos4 10102cos6 110102cos4 0 10102cos6 110102cos4 0102cos4 3 分 3 khzb