高频讲稿(2011-2012-1).doc

徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名尹慧授课班级电子10/通信10授课形式讲 授授课时间、地点第一周 B16-507授课时数2授课内容绪论：通信与通信系统教学目标知识目标1 了解无线通信技术的发展及应用；2 了解高频电子电路的特点及应用；3 理解通信系统组成的基本原理。能力目标1 联系实际运用理解无线通信技术的发展及应用；2 理解通信系统中为何要采用调制技术。3 了解无限电波的划分。思想目标理论联系实际，激发学习兴趣，培养创新意识。教学重点1 通信系统组成的基本原理；2 超外差接收系统的工作原理。教学难点1 高频电子电路的特点及应用；2超外差接收系统的选频率网络。更新补充删节内容无线通信的发展史使用教具多媒体技术课外作业 预习思考，参阅相关的参考书籍；P7:1.1.1课后总结教学内容与设计组织教学：引入新课：高频电子线路课程的研究对象是电子信息、通信等电子类专业的一门技术基础课，它的研究对象是通信系统中的发送设备和接收设备的各种高频功能电路的功能、原理和基本组成。由信息技术这一热门话题引入高频电子的学习,激发学生的学习兴趣。 绪论：通信与通信系统 新课讲授：一、绪论 无线通信的发展简史1、电学的发展：始于18世纪晚期至19世纪早期2、17451827伏特发明电池，开始有直流电路，不久出现低频交流电路，利用法拉第电磁感应定律制造出了变压器。3、1837年莫尔斯（F.B.Morse）发明了电报，创造了莫尔斯电码。（1844，美国）4、1876年贝尔发明了电话，后经爱迪生改进（美国）5、1864年物理学家麦克斯韦发表了电磁场动力理论，证明了电磁波的存在。（英国）6、1887年德国物理学叫赫兹实验证明了电磁波的客观存在。（德国）7、1895年马可尼贡献最大，首次在几百米的距离用电磁波进行通信，获得成功。1901年首次完成了横渡大西洋的通讯。（意大利）无线设备：发射用电火花发射机，电弧发生器或高频发电机接受设备：粉末（金属屑）检波器8、1904年弗莱明发明了电子二极管，之后进入无线电子学时代。（英国）9、1907年李.德.福雷斯特发明了电子三极管，1848年肖克莱发明了晶体三极管。20世纪60年代出现了集成电路。二、通信与通信系统消息 （NEWS，MESSAGE）：- 关于人或事物情况的报道。 - 通信过程中传输的具体对象：文字，语音，图象，数据等。信息 （INFORMATION）：- 有用的消息信号 （SIGNAL）：- 信息的具体存载体。输入变换器- 将输入信息变换为电信号。发送设备- 将输入电信号变换为适合于传输的电信号。传输信道- 信号传输的通道。 - 有线信道：平行线、同轴电缆或光缆，也可以是传输无线电波。 - 无线信道：自由空间或某种介质。接收设备- 将输入电信号变换为适合于变换的电信号。输出变换器- 将接收设备输出的电信号变换成原来的信息，如声音、文字、图像等。输 入变换器发 送设 备传 输信 道接 收设 备输 出变换器 图11 通信系统方框图通信系统分类：1） 按通信业务分类单媒体通信系统：如电话，传真等多媒体通信系统：如电视，可视电话，会议电话等实时通信系统：如电话，电视等非实时通信系统：如电报，传真，数据通信等单向传输系统：如广播，电视等交互传输系统：如电话，点播电视等窄带通信系统：如电话，电报，低速数据等宽带通信系统：如点播电视，会议电视，高速数据等2） 按传输媒体分类a)有线传输介质： 双绞线：（屏蔽双绞线，非屏蔽双绞线）损耗大，几千比特/秒 几百兆比特/秒 同轴电缆：损耗小，价高，抗干扰能力强，几百兆比特/秒 光纤：损耗小，价高，抗干扰能力强，带宽大，体积小，重量轻，几千兆比特/秒。实例：光纤 在几千米距离内，数据率 = 2 GHZ / S同轴电缆 在1千米距离内，数据率 = 几百MHZ / S双绞线 在1千米距离内，数据率 = 几MHZ / Sb)无线传输信道:自由空间或某种介质。三、无线电发送设备的组成与原理无线电发送是以自由空间为传输信道，把需要传送的信息(声音、文字或图像)变换成无线电波传送到远方的接收点。调制的必要性天线尺寸大于信号波长的十分之一，信号才能有效发射。例如 f = 1 kHz，则这显然是不现实的。1） 天线的尺寸问题；2）实现信道的频率复用；调制可以分为三类，即调幅、调频和调相。用基带信号去控制高频信号的某一参数，使该参数按照基带信号的规律变化的过程称为调制。基带信号也称为调制信号；未调制的高频信号称为载波信号； 经调制后的高频信号称为已调信号。用基带信号去控制高频信号的振幅，称为调幅 AM用基带信号去控制高频信号的频率，称为调频 FM用基带信号去控制高频信号的相位， 称为调相 PM图12是调幅广播发射机的方框图，它由三部分组成。主振器缓冲器高频放大器振幅调制器高频功率放大器低频放大器前置放大器声电变换器 图12 调幅广播发射机的方框图1） 低频部分。由声电变换器(话筒)和低频放大器组成，实现声电变换，并对音频电信号进行放大，使其满足调制器的要求。2） 高频部分。由主振器、缓冲器、高频电压放大器、振幅调制器和高频功率放大器组成，实现载波的产生、放大、振幅调制和高频功率放大。3）传输线和天线部分。将已调波通过天线以电磁波形式辐射出去。二、无线电接收设备的组成与原理 无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息信号。图13是一个最简单的接收机的方框图，它由接收天线、选频电路、检波器和输出变换器(耳机)四部分组成。选 频电 路检波器 图13 最简单的接收机方框图直接放大式接收机的方框图如图14所示。选 频电 路检波器低频电压放大器低频功率放大器高频放大器 图14 直接放大式接收机方框图直接放大式接收机的特点是灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率的接收。但是，在用于多个电台接收时，其调谐比较复杂。再则，高频小信号放大器的整个接收频带内，频率高端的放大倍数比低端要低。因此，对不同的电台其接收效果也就不同。为了克服这样的缺点，现在的接收机几乎都采用超外差式线路。图15所示是超外差式接收机的方框图。超外差式接收机的中频放大器的中心频率是固定不变的，而且接收机的主要放大倍数由中频放大器承担，所以，整机增益在接收频率范围内，高端和低端的差别就会很小。对于调谐来说，仅对混频器的选频输入回路和本机振荡器进行同步调谐，这是容易实现的。 混频器检波器低频电压放大器低频功率放大器中 频放大器本机振荡器 图15 超外差式接收机的方框图。超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。可以同时兼顾高灵敏度与高选择性，这是非常重要的。本课程讲授的各功能电路，大多属于非线性电子线路。非线性电子线路的分析方法与线性电子线路的分析方法是不相同的。因而，在学习本课程的各功能电路时，要根据不同电路的功能和特点，掌握各个功能电路的实现方法和基本原理；要根据输入信号的大小和器件的工作状态的不同选用不同的近似分析法，系统地了解非线性电子线路的分析方法。高频电子线路的理论与实践必须紧密联系，要学会用理论去指导实验和分析实验现象，从而得出合理的结论，这对从事科学研究和电子系统开发会有很大帮助。三、无线信道及传播方式表l一1列出了无线电波的频段划分、主要传播方式和用途等。表中列出的频段、传播方式和用途的划分是相对而言的，相邻频段间无绝对的分界线。表l一1 无线电波的频段、传播方式和用途频带波长名称主要传播方式典型应用3 30kHz100 10 km甚低频地波远距离导航；声纳；电报；电话30 300kHz10 1 km低频（长波）地波导航系统；航标信号；电报；通信0.3 3MHz1000 100 m中频（中波）地波或天波调幅广播；舰船无线通信；测向；遇险和呼救3 30MHz100 10 m高频（短波）天波或地波调幅广播；短波通信；飞机与船通信；岸与船通信30 300MHz10 1 m甚高频（超短波）直线传播电视广播；调频广播；航空通信；导航设备0.3 3GHz100 10 cm特高频（分米波）直线传播电视；雷达；遥控遥测；导航；卫星通信；移动通信；3 30GHz10 1 cm超高频（厘米波）直线传播卫星；空间通信；微波接力；机载雷达；气象雷达30 300GHz10 1 mm极高频（毫米波）直线传播雷达着陆系统；射电天文无线电波在空中传播的速度和光速相同,为c=3108m/s,高频信号的频率f(Hz) 与其波长（m）的关系为： 中波AM广播典型频率范围526.5kHz1605.5kHzAM广播短波典型频率范围3.226.1MHz；FM广播典型频率范围 87108MHz无线电波的主要传播方式地波：沿地面传播。适用波长：中、长波，超长波。特点：传输特性稳定，传输距离远。主要用于导航和播送标准的时间信号。空间波：沿空间直线传播（视距传播）。适用波长：超短波以上。特点：传输距离有限。主要用于中继通信、调频、何电视广播以及雷达、导航系统中。天波：主要依靠电离层的折射和反射进行传播。适用波长：1.530MHz范围的短波。特点：电离层状态随时间而变化，电波的传播不稳定。主要用于远距离无线电广播、电话通信以及中距离小型移动电台等。四、非线性电路1、线性电路定义：全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路。2、非线性电路定义：至少含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态的电路。3、线性元件与非线性元件：线性元件： R、L、C 非线性元件： 二极管、三极管.非线性元件在正弦波作用下的波形五 、非线性电路的基本特点1、能产生新的频率分量, 具有频率变换作用;2、不能采用迭加定理加以分析;3、Q 合适且信号小时,可按线性电路处理。通常采用工程近似解析法加以分析小结：总计本次可得重点定义，定理，掌握无线电波的特点，以及传播方式。布置作业：预习思考，参阅相关参考书籍5补充知识，拓展学生的知识面10举例介绍3010定义讲解，强调掌握10举例讲解举例讲解10105徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名尹慧授课班级电子10/通信10授课形式理实一体 授课时间、地点第二周、第三周 B16-507授课时数6授课内容项目一：小信号选频放大电路的制作 素质目标知识目标1、了解并联谐振放大器的工作原理，谐振放大器的稳定性。2、理解并掌握谐振放大器的作用与主要性能指标。能力目标1、学会分析LC并联谐振回路（选频网络）。2、能通过实验仿真出LC回路的频率响应曲线与输出电压波形。3、能动手装调出小信号谐振放大器，并使用相关仪器进行测试。思想目标 进一步激发学习兴趣， 培养良好的思维品质。教学重点1、LC并联谐振回路（选频网络）选频原理。教学难点1、通频带与选择性的辨证分析；通频带的测量更新补充删节内容电路的设计步骤、电路的排版使用教具实物教学、电路仿真、实践操作课外作业 P28:2-1 ，课外阅读相关参考书籍;课后总结 教学内容与设计组织教学：提问复习：1、线性电路与非线性电路的定义？2、非线性电路的基本特点？引入任务项目： 由高频信号的接收引入今天的新课，信号是如何接收，具体电路。 项目一：小信号选频放大电路的设计与制作知识点讲解：一、LC并联谐振回路1、电路图及等效电路；一个LC并联电路，由于电感L有损耗，可等效为如图所示的电路。(a) (b)LC并联谐振回路并联回路的导纳为式中，2、回路谐振频率和有载品质因数则并联谐振回路的阻抗的模及相角为 并联回路的幅频特性和相频特性曲线结论：由幅频特性曲线和相频特性曲线可以看出，当时，回路谐振，回路等效为纯电阻，其阻值最大为R，随着w偏离wo，阻抗值越来越小；w wo 时，回路呈容抗特性，w wo 时，回路呈感抗特性。在回路加电流源I激励时，输出电压时，。3、通频带占有一定频带的信号在并联谐振回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性而不可避免地产生频率失真。通频带实际上是为了限制频率失真的大小而规定的一个值。值由最大值下降到0.707时，所确定的频带宽度2f 就是回路的通频带BW0.7。该式表明：回路Q越高，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄；回路谐振频率越高，通频带越宽。4、选择性选择性指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、排除无用信号的能力。回路谐振曲线越尖锐,则选择性越好。计算选择性BW0.1 = 10 f 0 / Q通带与选择性的综合评价计算矩形系数K 0.1 矩形系数越接近1，选择性越好，正常使用时，谐振回路的谐振频率应调谐在所需信号的中心频率上。题：L = 180 mH, C = 140 pF, r = 10 W , 试求 （1） f0、 Q、Rp ；（2）f=10kHz 、50kHz 时的等效阻抗和相移。二、信号源及负载对谐振回路的影响有载品质因数： 空载品质因数：结论：信号源及负载使回路品质因数下降, 通频带变宽，选择性变差。五、思考讨论题1、LC并联谐振回路有何基本特性?说明Q对回路特性的影响。解：并联谐振回路具有谐振特性，当外加信号频率与回路谐振频率相等，即回路调谐时，回路两端输出电压为最大，且相移为零；当外加频率与回路谐振频率不相等时，即回路失谐时，回路两端输出电压迅速下降，相移值增大。利用回路的谐振特性，通过调谐，可以从各种不同信号频率的信号总和中选出有用信号、滤除无用信号，这称为谐振回路的选频作用。当谐振回路Q值越大，回路谐振频率越尖锐，其选频作用越好，但通频带将会变窄。2、并联谐振回路的品质因数是否越大越好？说明如何选择并联谐振回路的有载品质因数Qe的大小。解：并联谐振回路的品质因数不是越大越好。因为Qe值增大后虽然抑制带外干扰信号能力增强，但通频带也随之变小，因此，在实际应用中，为了保证有良好的选择性，应在满足通频带的要求下，力求增大回路的有载品质因数，即可按Qe f0/BW0.7来选择回路的有载品质因数。二、操练：仿真训练：（1）利用EWB软件绘制出如附图1.1所示的高频小信号谐振放大器实验电路。（2）当接上信号源Us（50mV/6MHZ/0）时，开启仿真实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到附图1.2所示的输入、输出波形。附图1.2 高频小信号谐振放大器的输入、输出波形图（3）观察并对比输入与输出波形，估算此电路的电压增益。（4）双击波特图仪，适当选择垂直坐标与水平坐标的起点、终点值，即可看到附图1.3所示的高频小信号放大器的幅频特性曲线。从波特图仪上的幅频特性曲线分析此电路的带宽与矩形系数。（5）改变电阻R4的阻值，观察频带宽度的变化。附图1.3 高频小信号谐振放大器的幅频特性曲线三、小信号调谐放大器的实际制作与调试1、用万能电路板正确焊接出已仿真的过的小信号调谐放大器。2、使用用函数信号发生器和示波器对焊接电路进行调试，估算其谐振频率。课堂总结： 总结本次课需要学生掌握的重点内容，强调需要理解的内容。作业：习题2-1 ，课外阅读相关参考书籍5引导学生进行公式的推导与论证4040引导学生对问题进行分析与讨论5引导学生对问题进行分析与讨论855徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名尹慧授课班级电子10/通信10授课形式理实一体授课时间与地点第三周、第四周 B16-507授课时数6授课内容 项目二：正弦波振荡器的制作教学目标知识目标1、 理解反馈式振荡器电路组成及工作原理。2、理解振荡器的起振条件、平衡条件。能力目标1、掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理。2、掌握反馈振荡器的起振条件和平衡条件。3、能仿真并设计制作及调试出电容三点式振荡电路思想目标 培养良好的思维品质，养成良好的学习习惯。教学重点反馈式振荡器电路组成及工作原理。教学难点1、反馈式振荡器的稳定条件。2、反馈振荡器能否振荡的判断方法。更新补充删节内容无使用教具多媒体、实物教学、电路仿真、实践操作课外作业 P86:4-6，仿真报告、阅读相关工具书，查阅相关器件参数；课后总结教学内容与设计组织教学：复习提问：复习高频电路组成框图。引入新课：由载波引入本次新课内容。新课讲授： 项目二：正弦波振荡器的设计与制作一、反馈振荡器产生振荡的基本原理1、正弦波振荡器由放大器、反馈网络和选频网络组成。2、工作原理：开关在位置时：经放大器放大后输出，经过反馈网络后在反馈网络输出端得到反馈信号 ,与大小相等相位相同。开关转2位置时：放大器和反馈网络构成闭合环路，此时在没有外加输入信号的情况下，输出端仍维持一定幅度的电压 ，产生自激振荡。二、振荡的平衡条件：振幅条件和相位条件必须同时满足。 相位平衡条件确定振荡频率，振幅平衡条件确定振荡输出信号幅值。三、起振条件四、 三点式振荡器的基本工作原X1、X2的电抗性质必须相同，X3与X1、X2的电抗性质必须相异。与E相连的为同性质电抗，不与E端相连的为异性质电抗。三个电抗元件X1、X2、X3组成LC谐振回路，回路三个引出端分别与晶体管三个电极相连，谐振回路既是晶体管的集电极负载，又是正反馈选频网络。电容三点式振荡电路考毕兹振荡器1电路组成2相位平衡条件3起振条件和振荡频率五、电感三点式振荡电路哈特莱振荡器1电路组成2相位平衡条件3起振条件和振荡频率4优缺点六、三点式振荡电路判别法则 Xce和Xbe电抗性质相同，Xcb和它们电抗性质相反七、改进型