高频电路总复习

物理与电子工程学院电子信息科学与技术专业 总复习 教师 陈方林 重庆师范大学 总复习重庆师范大学 通信系统的基本组成 传输线 有线通信 发信源 发送设备 信道 接收设备 收信装置 噪声源 电信号 模拟信号 模拟通信系统 自由空间 无线通信 数字信号 数字通信系统 总复习重庆师范大学 课程所讲各章电路在通信系统中的位置 第4章振荡器 第3章高频功率放大器 低频放大电路 低频放大电路 第2章小信号谐振放大器 第5章变频器 第5 6章解调电路 第5 6章调制电路 总复习重庆师范大学 功能分类 高频部分 1 信号放大 小信号谐振放大器 高频功率放大器 2 信号产生 振荡器 3 信号变换 倍频器 混频器 调制器 解调器 调幅 调频 调相 检波 鉴频 鉴相 总复习重庆师范大学 小信号谐振放大器 主要是强调输入信号电平 电压 较低 放大器工作在它的线性范围 功用 放大 选频 小信号 谐振 调谐 放大器 采用谐振回路 选频网络 作为负载的放大器 增益 技术指标 通频带 选择性 稳定性 噪声系数 总复习重庆师范大学 LC谐振回路 谐振 电路中L C两组件之能量相等 当能量由电路中某一电抗组件释出时 且另一电抗组件必吸收相同之能量 即L C之间互相吞吐能量 即此两电抗组件间会产生一能量脉动 总复习重庆师范大学 LC谐振回路 1 电路 r0 串谐电路的空载谐振阻抗 R0 并谐电路的空载谐振阻抗 对信号源而言 RL C三者是并联关系 对信号源而言 RL C三者是串联关系 并联谐振回路 串联谐振回路 总复习重庆师范大学 LC谐振回路 2 谐振条件 当时 得谐振频率 并联谐振 串联谐振 3 品质因数 qualityfactor 总复习重庆师范大学 LC谐振回路 并联谐振 串联谐振 4 通频带 电感性 电容性 5 阻抗特性 电容性 电感性 总复习重庆师范大学 LC谐振回路 并联谐振 串联谐振 6 负载对谐振电路影响 品质因数下降 通频带变宽 总复习重庆师范大学 例1 串联回路如下图所示 信号源频率f 1MHz电压振幅V 0 1V 将1 1端短接 电容C调到100pF时谐振 此时 电容C两端的电压为10V 如1 1端开路再串接一阻抗Z 电阻和电容串联 则回路失谐 电容C调到200pF时重新谐振 此时 电容C两端的电压为2 5V 试求 线圈的电感L 回路品质因数Q以及未知阻抗Z 总复习重庆师范大学 解 1 计算L值 2 空载品质因数和有载品质因数 电容 3 计算阻抗 回路谐振电阻 总复习重庆师范大学 单级与多级调谐放大器 多级放大器 级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了 而通频带比单级放大器的通频带缩小了 且级数越多 频带越窄 总的矩形系数变小 单调谐放大器电路简单 调试容易 但 1 选频性能差 矩形系数大 离理想值1较远 2 增益 放大倍数 和通频带的矛盾比较突出 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 按导通角一般分为甲类 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 谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态 属于非线性电路 总复习重庆师范大学 高频功率放大器与小信号谐振放大器 相同之处 它们放大的信号均为高频信号 而且放大器的负载均为谐振回路 不同之处 为激励信号幅度大小不同 放大器工作点不同 晶体管动态范围不同 谐振功率放大器波形图 小信号谐振放大器波形图 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 1 Uj为截止电压 导通电压 2 为了保证在丙类工作 基极偏置电压EB应使晶体管工作在截止区 一般为负值 即静态时发射结为反偏 3 输入激励信号应为大信号 一般在0 5V以上 可达1 2V 甚至更大4 根据 大小的不同 晶体管的工作状态可分为 甲 乙 丙类 丁 戊 5 这样 晶体在周期内导通 基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号6 为了不失真地输出电压 高频功放应选用谐振回路作负载 完成选频和阻抗匹配的功能 其原因是集电极电流是周期性的高频脉冲 用谐振回路选出有用分量 将无用分量滤掉 通过谐振回路阻抗的调节 使谐振回路呈现最佳负载阻抗值 即匹配 使高频功放以高效率输出大功率 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 ic 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 放大器的输出功率 集电极电源供给功率 放大器集电极效率 波形系数或集电极电流利用系数 集电极电压利用系数 晶体管损耗功率 1 功率和效率 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 2 调制特性 Eb Ubm Rc保持恒定 放大器性能随Ec变化的特性 1 集电极调制特性 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 2 调制特性 Ec Ubm Rc保持恒定 放大器性能随Eb变化特性 2 基极调制特性 总复习重庆师范大学 高频功率放大器 2 调制特性 Ec Eb Rc保持恒定 放大器性能随Ubm变化的特性 3 振幅特性 总复习重庆师范大学 采用倍频器的主要原因 可降低主振频率FM 频率 PM 相位 发射机中 用于增加调制度 可减小输出 输入信号之间的影响 提高发射机的工作频率稳定性 倍频器 总复习重庆师范大学 振荡器的实质 能量转换器件 在没有外加信号的情况下 自动地将直流电源能量转换为交流振荡能量的装置 自激振荡 放大器的实质 能量转换器件 比较 在外加信号的激励下 将直流电源能量转换为交流振荡能量的装置 总复习重庆师范大学 振荡器主要技术指标 1 振荡频率f及频率范围 2 频率稳定度 调频广播和电视发射机要求 10 5 10 7左右标准信号源 10 6 10 12要实现与火星通讯 10 11要为金星定位 10 123 振荡的幅度和稳定度 总复习重庆师范大学 反馈型正弦波振荡器定义 将放大器的输出信号经过正反馈电路回授到输入端 作为其输入信号来控制能量转换 从而产生等幅 持续的振荡 从反馈放大器到反馈振荡器 反馈放大器 反馈振荡器 条件 总复习重庆师范大学 反馈型正弦波振荡器各种条件 振幅平衡条件 相位平衡条件 平衡条件 起振条件 稳定条件 振幅稳定条件 相位稳定条件 增幅振荡 相位起振条件 总复习重庆师范大学 三端式 三点式 LC正弦振荡器 定义 由LC回路引出三个端点分别与晶体管三个电极相连的振荡器 总复习重庆师范大学 三端式振荡器的构成原则 综述 1 X1 X2应为同性质的电抗元件 即与晶体管发射极相连的两个电抗元件性质相同 要么均为感性元件 要么均为容性元件 2 X3与X1 X2的电抗性质相反 即不与晶体管发射极相连的另一电抗元件与其余性质相反 简称为 射同余异 或 射同集反 三端式振荡器相位判据 总复习重庆师范大学 石英晶体振荡器的谐振原理 石英晶体的压电效应 当机械力作用于晶体片时 片的两面将产生电荷 反之 晶体片两面加不同极性的电压时 晶体的几何尺寸被压缩或伸张 则 当高频交流电压加于晶体片两端时 晶体片将随交变信号的变化而产生机械振动 当f外加 f固有 则产生谐振现象 总复习重庆师范大学 石英晶体振荡器电路 一 并联晶振电路 二 串联晶振电路 三 泛音晶振电路 晶体工作在并联谐振频率fp与串联谐振频率fq之间 在fp附近 晶体等效为电感 晶体工作在串联谐振频率fq 晶体等效为短路 电阻 晶体工作在谐波频率上 总复习重庆师范大学 通过调制发射信号的原因 天线尺寸的限制 远距离传输 只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时 电信号才能以电磁波形式有效辐射 可实现的回路带宽低频信号频率变化范围很大 声音300 3400Hz 很难做出参数在如此宽范围内变化的天线和调谐回路 区别不同的频段信号 多路传输 有利于接收来自不同发射机的信号 因为不同发射机有不同的载波频率 总复习重庆师范大学 调制分类 调制分类 连续波调制 载波调制 脉冲调制 二次调制 调幅 AM 调频 FM 调相 PM 脉幅调制 PAM 脉宽调制 PWM 脉位调制 PPM 调角 总复习重庆师范大学 AM信号波形特征 波形特征 1 调幅波的振幅 包络 变化规律与调制信号波形一致 2 调幅波频率 即变化快慢 与载波频率一致 总复习重庆师范大学 波形特征 3 调幅度ma反映了调幅的强弱程度 一般ma值越大调幅越深 总复习重庆师范大学 调幅波的频谱特征 结论 调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波信号两侧的过程 总复习重庆师范大学 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 1 DSB SC AM波数学表达式 抑制载波后 2 DSB SC AM波形特征 总复习重庆师范大学 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 2 总复习重庆师范大学 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 2 DSB波的频谱成份中抑制了载波分量 调制信号 载波 3 DSB SC AM波频谱特征 总复习重庆师范大学 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 2 3 DSB SC AM波频谱特征 调制信号 载波 总复习重庆师范大学 2 调幅分类 高电平调制 功放与调制电路合二为一 发射机的最后一级 丙类功放 主要用于AM调制 广播发射机 低电平调制 先调制后功放 发射机功放的前级 线性功放 主要用于DSB SSB及FM信号 总复习重庆师范大学 2 高电平调幅电路 特点 输出功率大 可提高整机效率 一般以调谐功率放大器为基础 将调制信号加到调谐功率放大器某个电极上 控制高频电压振幅 即 输出电压幅度受调制信号控制的调谐功率放大器 分为 基极调幅集电极调幅 用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压 以实现调幅 1 基极调幅 基极调幅的基本电路 总复习重庆师范大学 2 高电平调幅电路 2 集电极调幅 用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压 以实现调幅 集电极调幅的基本电路 工作原理 集电极调幅电路可以看为一个电源电压随调制信号变化的调谐功率放大器 综合电源电压为 总复习重庆师范大学 开关函数 低电平调幅 由于u2 t 是周期信号 所以开关函数S t 亦为周期函数 其周期与u2相同 波形如图示 是一个振幅为1的矩形脉冲序列 将S t 展开为傅立叶级数 u2 t 0 t 0 t S t 1 总复习重庆师范大学 低电平调幅电路 主要用于DSB SSB调幅 1 单二极管电路 电流id的频谱成分有 总复习重庆师范大学 低电平调幅电路 主要用于DSB SSB调幅 1 单二极管电路 如果选频回路调谐于频率 c 且带宽为B 2 则电流id的频谱成分只剩下 c c c 与AM波的频率成分相同 总复习重庆师范大学 低电平调幅电路 主要用于DSB SSB调幅 2 二极管平衡电路 频谱成分 与单二极管电路相比 频谱中减少了载波及载波的偶次谐波分量 总复习重庆师范大学 低电平调幅电路 主要用于DSB SSB调幅 2 二极管平衡电路 如果选频回路的谐振频率为 c 且带宽为B 2 则电压vL的频谱成分只剩下 c c 与DSB调幅波的频率成分相同 总复习重庆师范大学 低电平调幅电路 主要用于DSB SSB调幅 3 二极管环形电路 频谱成分有 2n 1 c 2n 1 c 与二极管平衡电路相比 频谱中减少了调制信号的频率分量 其性能更接近理想的乘法器 二极管平衡电路频谱成分有 总复习重庆师范大学 低电平调幅电路 主要用于DSB SSB调幅 3 二极管环形电路 经滤波后 如果选频回路谐振于频率为 c 且带宽为B 2 总复习重庆师范大学 振幅解调 检波 方法分类 总复习重庆师范大学 包络检波原理 从已调波中检出包络信息 只适用于AM信号 总复习重庆师范大学 二极管峰值包络检波器 检波器的输出电压 uo t u t U0 输出电压uo的大小与输入电压ui的峰值 包络 接近相等 故称为峰值包络检波 总复习重庆师范大学 二极管峰值包络检波器 性能指标 1 传输系数 检波效率 2 输入电阻 总复习重庆师范大学 二极管峰值包络检波器 性能指标 3 检波失真 惰性失真 对角线失真 放电失真 失真原因 放电时间常数RC太大 放电慢 以致电容C上的电荷跟不上调幅波包络的变化 避免失真 总复习重庆师范大学 二极管峰值包络检波器 性能指标 3 检波失真 负峰切割失真 割底失真 避免失真 交 直流负载电阻越悬殊 ma越大 越容易发生该失真 作为反向偏压加在二极管上 总复习重庆师范大学 二极管峰值包络检波器 性能指标 应用例 二极管峰值包络检波器 原电路正常工作 1 若检波电容C加倍 易产生 2 若电路参数保持正常工作时的值不变 加大输入调幅波的调制度ma时 易产生 A 底部切割失真 负峰切割失真 B 惰性失真 对角线切割失真 C 惰性和底部切割失真 总复习重庆师范大学 同步检波原理 由于DSB SSB信号的包络不同于原调制信号 不能用包络检波器 只能用同步检波器 但需注意同步检波过程中 为了正常解调 必须恢复载波信号 而且所恢复的载波必须与原调制载波同步 即同频同相 同步检波的原理框图 乘积型同步检波器 叠加型同步检波器 总复习重庆师范大学 变频器 混频器 总复习重庆师范大学 变频器 混频器 混频电路可用乘法器或非线性电路完成 总复习重庆师范大学 1 用调制信号去控制高频振荡的幅度 使其幅度的变化量随调制信号成正比地变化 这一过程称为幅度调制 经过幅度调制后的高频振荡称为幅度调制波 简称调幅波 AM 普通调幅波 高 低电平调制电路DSB 抑制载波的双边带调幅波SSB 抑制载波的单边带调幅波 二极管平衡 环形调制电路 2 解调是调制的逆过程 幅度调制波的解调简称检波 AM 二极管峰值包络检波器 惰性失真 割底失真DSB SSB 同步检波器 同频 同相 3 混频器 频率变换装置 频谱搬移 fI fL fc 非线性器件或乘法器 总复习重庆师范大学 AM调制 AM DSB 属于频谱线性搬移电路 调制信号寄生于已调信号的振幅变化中 FM PM 属于频谱的非线性搬移电路 已调波为等幅波 调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中 SSB 总复习重庆师范大学 1 什么叫调角 2 瞬时频率和瞬时相位有什么关系 3 调频波和调相波的数学表达式 信息寄载在瞬时频率偏移中 信息寄载在瞬时相位偏移中 总复习重庆师范大学 4 各指什么 它们之间有什么关系 与调制频率无关 与调制频率无关 5 有效带宽 总复习重庆师范大学 直接调频思路 调制信号 振荡频率 找到可变电容 或电感 且其电容量C 或电感量L 能够受调制信号的控制即可 总复习重庆师范大学 变容二极管直接调频电路 工作