電子線路(高頻部分)課件

1、電子線路電子線路(高頻部分高頻部分)教師:熊愛民基礎(chǔ)部分一、緒論 1 非線性電子線路的作用 各種電子器件都是非線性器件，因此，所有包含電子器件的電子線路都是非線性電路。 電路的線性與非線性都有作用 線性：小信號(hào)放大，要求不失真 非線性：功率放大、振蕩、頻率變換2 相關(guān)概念 通信系統(tǒng)：一切將信息從發(fā)送者傳送到接收者的過(guò)程都可看作為通信(Communication)，實(shí)現(xiàn)這種信息傳送過(guò)程的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。 整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)射裝置、接收裝置和傳輸媒質(zhì)所組成 發(fā)射裝置包括換能器、發(fā)射機(jī)(Transmitter)和發(fā)射天線(Antenna)三部分。 根據(jù)傳播媒質(zhì)分有線無(wú)線兩大類通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成

2、 通信系統(tǒng)的模型 信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端圖1-43 通信的分類通常，有線通信亦可進(jìn)一步再分類，如明線通信、電纜通信、光纜通信等。無(wú)線通信常見的形式有微波通信、短波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、散射通信等，其形式較多。另外：通常信道中傳送的信號(hào)可分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，由此通信亦可分為數(shù)字通信和模擬通信。 按工作頻段分按工作頻段分 表 1 - 1 通信使用的頻段及主要用途 續(xù)表續(xù)表 無(wú)線電波傳播方式 1 沿地面?zhèn)鞑?波長(zhǎng)在200m以上，即頻率在1 500kHz以下的中、長(zhǎng)波段的電磁波主要沿著地球表面?zhèn)鞑ァＲ驗(yàn)榇蟮乇砻媸菍?dǎo)體，當(dāng)電磁波在其上傳播時(shí)，一部分電磁波能量被損耗掉，

3、并且頻率越高，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重，損耗就越大，所以頻率更高的電磁波不適宜沿地面?zhèn)鞑ァ?2 電離層傳播 波長(zhǎng)為10m一200m，即頻率為1 500kHz一30MHz的短波段，電磁波主要靠電離層傳播，電離層(Ionosphere Layer)處在大氣上層，它的形成是由于太陽(yáng)和星際空間的輻射引起大氣電離的結(jié)果。電磁波到達(dá)電離層后，一部分能量被吸收，一部分能量被反射與折射到地面。頻率越高，電磁波被電離層吸收的能量就越小。但當(dāng)頻率超過(guò)一定值后，電磁波就會(huì)穿過(guò)電離層，不再返回地面。因此，頻率更高的電磁波不能依靠電離層傳播。 3直線傳播 波長(zhǎng)在10m以下，即頻率在30MHz以上的超短波段，電磁波主要沿空間直線傳

4、播。由于地球表面是彎曲的，這種傳播的距離只能限制在視線范圍內(nèi)。 可見，在這三種傳播方式中，靠電離層反射或折射傳播方式的傳播距離最長(zhǎng)，直線傳播方式的傳播距離最短，沿地球表面?zhèn)鞑シ绞降膫鞑ゾ嚯x介于兩者之間。調(diào)制的概念所謂調(diào)制是指：由攜有信息的電信號(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化的一種處理方式。 通常將攜有信息的電信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)稱為載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)稱為已調(diào)波信號(hào)。 A調(diào)幅：受控的參數(shù)是高頻振蕩的振幅，則這種調(diào)制稱為振幅調(diào)制，簡(jiǎn)稱為調(diào)幅，相應(yīng)的已調(diào)波信號(hào)稱為調(diào)幅波信號(hào)； B調(diào)頻與C調(diào)相：如果受控的參數(shù)是高頻振蕩的頻率或相位，則這種

5、調(diào)制稱為頻率調(diào)制或相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱為調(diào)頻或調(diào)相，并統(tǒng)稱為調(diào)角，相應(yīng)的已調(diào)波信號(hào)分別稱為調(diào)頻波信號(hào)或調(diào)相波信號(hào)，并統(tǒng)稱為調(diào)角波信號(hào)。 解調(diào)就是調(diào)制的逆過(guò)程，它的作用是將已調(diào)波信號(hào)變換為攜有信息的電信號(hào)。調(diào)制的作用 調(diào)制在無(wú)線通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要。 首先，只有饋送到天線上的信號(hào)波長(zhǎng)與天線的尺寸可以相比擬時(shí)，天線才能有效地輻射和接收電磁波。如果將頻譜分布在低頻區(qū)的調(diào)制信號(hào)(例如語(yǔ)言信號(hào)，頻譜分布在300Hz3 000Hz)，直接饋送到天線上，則要將它有效地變換為電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射，天線的長(zhǎng)度就要幾百km。顯然，這是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在通過(guò)調(diào)制，將調(diào)制信號(hào)頻譜轉(zhuǎn)移到頻率較高的載波信號(hào)頻率附近，構(gòu)成已調(diào)

6、波信號(hào)。再將這種頻率足夠高的已調(diào)波信號(hào)加到天線上去，發(fā)射天線的尺寸就可顯著縮小。 其次，接收機(jī)必須具有任意選擇某電臺(tái)發(fā)送的信息而抑制其它電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾的能力，而調(diào)制可使各電臺(tái)發(fā)送的信息(變換為電信號(hào))載到不同頻率的載波信號(hào)上，這樣，接收機(jī)就能根據(jù)載波信號(hào)頻率選擇出所需電臺(tái)發(fā)送的信息，而抑制其它電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾。二、非線性器件的基本特點(diǎn)就電路功能而言，上述各種非線性電子線路可以歸納為以下三類： 第一類是實(shí)現(xiàn)功率放大功能的電路。這類電路可以在輸入信號(hào)作用下將直流電源所提供的功率部分地變換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化的輸出信號(hào)功率，并使輸出信號(hào)功率大于輸入信號(hào)功率。例如功率放大器以及電子線

7、路(線性部分)中討論過(guò)的各種小信號(hào)放大器均屬此類。 必須指出，功率放大器與小信號(hào)放大器都具有實(shí)現(xiàn)功率放大的功能，但是，兩者在要求上卻有明顯區(qū)別。對(duì)小信號(hào)放大器的要求，主要體現(xiàn)在增益、頻率響應(yīng)和穩(wěn)定性等方面；而對(duì)功率放大器的要求，除了增益、頻率響應(yīng)、穩(wěn)定性以外，最主要的是在保證功率管安全工作的條件下，高效率地輸出盡可能大且失真在允許范圍內(nèi)的功率。 第二類是實(shí)現(xiàn)振蕩功能的電路。這類電路能在不加輸入信號(hào)時(shí)穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號(hào)。 第三類是實(shí)現(xiàn)波形變換和頻率變換功能的電路。這類電路能在輸入信號(hào)作用下產(chǎn)生與輸入信號(hào)波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。屬于這類功能電路的有：調(diào)制電路、解調(diào)電

8、路、混頻電路和倍頻電路等。1、非線性器件特性的參數(shù) 非線性器件有多種含義不同的參數(shù)，而且這些參數(shù)都是隨激勵(lì)量的大小而變化的。 分析非線性電子線路的性能時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際工作情況選用不同的參數(shù)。而對(duì)于線性器件來(lái)說(shuō)，卻只有一種參數(shù)(例如，電阻器的參數(shù)是電阻R)，并其值是恒定的。2、非線性器件特性的控制變量 分析非線性器件的響應(yīng)特性時(shí)，必須注明它的控制變量?？刂谱兞坎煌璺蔷€性器件特性的函數(shù)也不同。3、不滿足疊加原理 在分析非線性器件對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)，不能采用線性器件中行之有效的原理。三、選頻網(wǎng)絡(luò)三、選頻網(wǎng)絡(luò) 1.概念從非線性器件直接產(chǎn)生的或由外部引入的（干擾等）眾多頻率分量中取出有用分量，濾除其

9、它的無(wú)用分量同時(shí)在有些非線性電路中（特別是功率電路）兼作阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)其它相關(guān)概念通頻帶理想幅頻特性幅頻特性：選擇性（增益）相頻特性：時(shí)延特性群延時(shí)線性網(wǎng)絡(luò)（不失真）(f) f0 f線性網(wǎng)絡(luò)相頻特性常用選頻網(wǎng)絡(luò)（）串聯(lián)諧振回路I(j)=vs(j)/R+j( L- 1/ C)其中 R=r+Rs+RL 當(dāng)=0=1/LC回路電流最大,V與I同相 I0=V/R有載品質(zhì)因素: Qe= 0L/R=1/ 0CR= L/C /RI(j)=I0/(1+j) = Qe(/ 0-0/)則:幅頻I()= I0/(1+2) 相頻I()=-arctan串聯(lián)諧振電路幅頻與相頻圖串聯(lián)諧振電路討論 1 .幅頻特性圍繞0兩側(cè)非嚴(yán)格

10、對(duì)稱 2.諧振時(shí),在L 與C 上產(chǎn)生的電壓均為Vs的Qe倍,相位超前或滯后900 3.通頻帶BW0.7=f0/Qe 4.Qe越大,回路對(duì)干擾的抑制能力越強(qiáng) Qe= 0L/(r+Rs+R)= Q0/(1+Rs/r+R/r) Q0 =0L/r為固有品質(zhì)因素 Rs 與R對(duì)電路的影響 Rs 與R 減小， Qe提高(2)并聯(lián)諧振電路 導(dǎo)納Y(j)=1/Re+j(C-1/L)其中e=Rp/Rs/RLV(j)=Is(j)Re/1+jRe(C-1/L)當(dāng)=0=1/LC回路電壓最大,V與I同相 0= Is(j0)Re有載品質(zhì)因素: Qe= e/0L=0CRe= C/L Re(j)=0/(1+j) = Qe(/

11、0-0/)則:幅頻()=0/(1+2) 相頻()=-arctanQe=Q0/(1+Rp/ Rs+Rp/ RL) Q0 =Rp/0L為固有品質(zhì)因素并聯(lián)諧振電路討論 1 .幅頻特性圍繞0兩側(cè)非嚴(yán)格對(duì)稱 2.諧振時(shí),在L 與C 上產(chǎn)生的電流均為s的Qe倍,相位滯后或超前900 3.通頻帶BW0.7=f0/Qe 4.Qe越大,回路對(duì)干擾的抑制能力越強(qiáng)Qe=Q0/(1+Rp/ Rs+Rp/ RL) Q0 =Rp/0L為固有品質(zhì)因素Rs 與R對(duì)電路的影響 Rs 與R 增大， Qe提高實(shí)際并聯(lián)諧振回路 Y(j)=1/Rs+1/RL+jC+1/(r+jL)諧振頻率=P=01-(1/Q0)2 其中0 =1/LC

12、為回路自然諧振頻率Q0 0/r為的固有品質(zhì)因素即P0當(dāng)Q0足夠大時(shí)(Q010), P=0一般實(shí)際情況都滿足這種情況此時(shí)，也等效為三個(gè)電阻與并聯(lián)諧振則Q02r 0/r 這是重要的阻抗變換關(guān)系不變，變（）阻抗變換網(wǎng)絡(luò) A.采用理想變壓器的阻抗變換網(wǎng)絡(luò) 理想變壓 n=W1/W2(耦合系數(shù)為1，無(wú)漏感) V2=V1/n I2=-nI1 次級(jí)外接電阻R (或阻抗Z)時(shí),呈現(xiàn)在初級(jí)的電阻值為Ri=n2R (或n2Z) 反之 ,初級(jí)接電阻Ri 轉(zhuǎn)換到次級(jí)電阻為Ri/n2 考慮初次級(jí)損耗電阻RT1、RT2,則呈現(xiàn)在初級(jí)上的電阻為Ri=RT1+n2(RT2+R), 此時(shí)變壓器效率為n2R/ RT1+n2(RT2

13、+R)電感分壓電路由功率相等原則得到Ri=(V1/V2)2R當(dāng)RL2時(shí),輸入電壓V1Ij(L1+L2+2M)輸出電壓V2Ij(L2+M)此時(shí)Ri (L1+L2+2M)/(L2+M)2R L1=W12L0 ; L2=W22L0 ; M=W1 W2L0L0為每匝線圈的電感量得到: Ri (W1+W2)/W22R Ri n2R反之(可逆性) 電容分壓電路由功率相等原則得到Ri=(V1/V2)2R當(dāng)R1/(C2)時(shí),V2V1C1/(C1+C2)此時(shí)Ri (C1+C2)/C12R= n2R 反之(可逆性) 例題分析 輸入信號(hào)源通過(guò)電容分壓器接入 負(fù)載通過(guò)電感分壓接入如圖b 注意=1+2+2n1=(1+2)/1 n2=(W1+W2)/W2 回路的有載品質(zhì)因素為：e=Q0/(1+RP/n12Rs+RP/n