通信電路原理課件

緒論1.1.1通信系統(tǒng)組成的示意圖

*局域網(wǎng)基臺有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用電信網(wǎng)電話機計算機電視機計算機電視機收音機尋呼機計算機衛(wèi)星手機(765KM)(35860KM)手機(全球星系統(tǒng))*當(dāng)前移動，無線通信的發(fā)展WLANWPANHOME-RFHighPerformanceHighCostLowPerformanceLowCostWLAN:WirelessLocalAreaNets（手機無線上網(wǎng)）。WPAN:WirelessPersonalAreaNets(個人無線局域網(wǎng))。

又叫Bluetooth（‘藍牙’），工作范圍：10~100m。工作頻率范圍：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。全世界現(xiàn)已有1880家廠商支持V1.0B技術(shù)規(guī)范版本。HOME-RF:Home--RadioFrequency(家庭無線局域網(wǎng))。RFID：RadioFrequencyIdentification（非接觸識別系統(tǒng)）。RFID*1.1.2通信系統(tǒng)的基本特性一、傳輸距離傳輸距離是指信號從發(fā)送端到達接收端并能被可靠接收的最大距離。發(fā)送端的信號功率。信號通過信道的損耗。信號通過信道混入各種形式的干擾和噪聲。接收機的接收靈敏度。*二、通信容量通信容量是指一個信道能夠同時傳送獨立信號的路數(shù)。已調(diào)信號所占有的頻帶寬度。國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz。中波調(diào)幅廣播（535KHz~1605KHz），廣播電臺每個已調(diào)信號占有的頻帶寬度是9KHz。

我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～8MHz。信道多址復(fù)用的方式。頻分復(fù)用（FDMA）。時分復(fù)用（TDMA）。

碼分復(fù)用（CDMA）。*三、信號失真度信號失真度指的是接收設(shè)備輸出信號不同(失真）于發(fā)送端基帶信號的程度。信道特性不理想。對信號進行處理的電路（發(fā)送與接收設(shè)備）特性不理想。四、抗干擾能力信號通過信道時，總要混入各種形式的干擾和噪聲，使接收機輸出信號的質(zhì)量下降。提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。選用高質(zhì)量的調(diào)制和解調(diào)電路?？勺龅剑喝魏稳嗽谌魏螘r候和任何地點都可以實現(xiàn)通信。*1.1.3通信系統(tǒng)的信道一、衰減特性信道的衰減特性是指信號經(jīng)信道傳輸時，信號能量被衰減的程度。二、工作頻率范圍不同的信道具有不同的工作頻率范圍。三、頻率特性信道的頻率特性是指在信道的工作頻率范圍內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號通過時，由信道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。四、時變與時不變特性在某些信道中，信道的傳輸特性是隨時間變化的。例如：無線信道。五、干擾特性*移動通信中信道的特殊問題選擇性衰落（頻域）和延時擴展（時域）在城市環(huán)境中，樹林和建筑物等會對電磁波產(chǎn)生反射和散射，從而使到達接收點的信號，除直射波外還有多個反射波和散射波。使接收信號產(chǎn)生選擇性衰落和延時擴展。多卜勒頻移在高速移動情況下接收，還要考慮多卜勒頻率的影響。

在城市環(huán)境中，移動情況下的無線傳輸信道的傳輸特性是十分惡劣的。選擇性衰落使不同的頻率不同的衰減特性，產(chǎn)生失真。延時擴展對高速數(shù)據(jù)傳輸影響很大。*1.1.4通信系統(tǒng)中的信號基帶信號傳輸

信號頻帶：在通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男盘?，一般情況下都不是單一頻率的信號，而是含有一定頻率范圍內(nèi)的各頻率分量。而它所占有頻率范圍的大小，則稱為這個信號所占有的頻帶寬度。

舉例：對電話來說，它強調(diào)可懂度，而不要求音色等。國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz。在通信系統(tǒng)中，規(guī)定一路電話信號所占的帶寬為4kHz。又如，我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～8MHz等。

定義：稱這種直接表示原始信息的電信號為基帶信號。直接傳送基帶信號稱為基帶信號傳輸。電話電纜可傳輸電話基帶信號。視頻電纜可傳輸電視基帶信號。*載波信號傳輸

當(dāng)所使用信道的頻率特性不適于基帶信號傳輸時，可以利用調(diào)制技術(shù)將基帶信號的頻譜搬移到信道的工作頻率范圍內(nèi)。例如，為了實現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號搬移到中波波段的某一頻率附近。這種傳送基帶信號的方法稱為載波信號傳輸。舉例：三種調(diào)幅信號。設(shè)調(diào)制信號是單頻正弦信號：這是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波SAM。是調(diào)幅度。*信道復(fù)用

由于一個實際信道可用的通頻帶往往比一路基帶信號所占有的頻帶寬得多，為了充分利用信道，需要將多路基帶信號合成群路信號在信道中傳輸。在接收端再將群路信號分解為各基帶信號。根據(jù)復(fù)用方式不同，可分為頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用等。(FDMA,TDMA,CDMA)把載波抑制掉，是抑制載波調(diào)幅波SCAM。設(shè)調(diào)制信號是方波信號（0~1v），則是幅度鍵控調(diào)幅波ASK。CAD1-011.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備*緩沖級倍頻器放大級調(diào)制器功率放大器振蕩器低頻功放低頻放大調(diào)幅發(fā)射機方框原理圖波形2波形1波形3超外差接收機方框原理圖*高頻放大混頻器中頻放大解調(diào)器低頻放大輸入回路自動增益控制本地振蕩器波形4波形6波形5波形7*發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)：發(fā)送與接收設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。接收機要有足夠高的靈敏度（接收弱信號的能力）和足夠高的選擇性（區(qū)分不同已調(diào)信號的能力）。超外差接收原理：接收到的不同載頻的微弱高頻已調(diào)信號變成統(tǒng)一的中頻已調(diào)信號，再進行中頻放大，高增益高穩(wěn)定的中頻放大器容易實現(xiàn)。中波調(diào)幅廣播中頻是465KHz。電視圖象信號的中頻是38MHz。自動增益控制原理（AGC）：接收弱信號和強信號的時候，接收機能得到相差不多的信號。由于是采用無線調(diào)制傳輸，所以在發(fā)射機端有調(diào)制過程，在接收機端有解調(diào)制過程。*1.2信號傳輸?shù)幕締栴}1.2.1

信號通過線性系統(tǒng)在通信設(shè)備中，屬于線性系統(tǒng)的電路有線性放大器、濾波器、均衡器、相加（減）器、微分（積分）電路以及工作于線性狀態(tài)下的反饋控制電路等。理想線性系統(tǒng)的幅度頻率特性，相位頻率特性為線性函數(shù)即在本例中，K=若線性系統(tǒng)的特性不是理想的，則會產(chǎn)生信號的波形失真，但不會產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真稱為線性失真。*1.2.2信號通過非線性系統(tǒng)在通信電路中，屬于非線性系統(tǒng)的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。電路種類與形式很多，應(yīng)用很廣泛。因此，研究信號通過非線性系統(tǒng)的問題在通信電路原理分析中是很重要的。信號通過非線性系統(tǒng)后，最主要的特點是將產(chǎn)生新的頻率分量。

例：設(shè)非線性輸出輸入特性是設(shè)：則中有：直流分量；基波分量和諧波分量：組合頻率分量：*信號在傳輸過程中，不可避免地會受到各種無用信號的干擾，這些干擾是限制通信系統(tǒng)性能的主要因素。熱噪聲：自由電子的無規(guī)則熱運動與晶格碰撞，產(chǎn)生熱噪聲。存在于所有的電子器件和傳輸信道中?；フ{(diào)干擾：我們利用器件的非線性，產(chǎn)生需要的頻率分量，但是同時也會產(chǎn)生不需要的頻率分量，若濾除不干凈就會形成干擾。1.2.3干擾1.3通信電路的基本形式及它們之間的聯(lián)系*抽樣數(shù)據(jù)電路模擬電路數(shù)字電路抽樣電路編碼器濾波器解碼器模擬信號輸入模擬信號輸出抽樣信號數(shù)字信號*模擬電路：輸入輸出皆是模擬信號，處理的也是模擬信號。電路特性可用代數(shù)方程或微分方程表示，求解用拉氏變換。抽樣數(shù)據(jù)電路：輸入輸出皆是離散的時間序列信號。電路特性可用差分方程表示，求解用Z變換。數(shù)字電路：數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號。模擬信號經(jīng)時鐘信號抽樣，得抽樣信號。抽樣信號經(jīng)量化，編碼就得數(shù)字信號。*《通信電路原理》課程教學(xué)要求

希望能做到：堅持基本要求，建立系統(tǒng)概念，增加機輔分析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

堅持基本要求：課堂上布置的為鞏固講課內(nèi)容的習(xí)題，每人必須獨立完成，每周交一次，統(tǒng)一交到主南308（電子工程系學(xué)生工作辦公室)。（平時成績20分）

增加機輔分析：每章均布置若干機輔練習(xí)題（Pspice和Matlab的使用）。要求以宿舍為單位，在課外完成，每個宿舍交一份。（請注明寫程序同學(xué)姓名，平時成績10分）。

建立系統(tǒng)概念：安排幾次課外的課堂討論，主要目的是建立系統(tǒng)概念和機輔分析總結(jié)。討論方法是：有討論提綱，按宿舍準(zhǔn)備，課堂上各班有重點發(fā)言。（重點發(fā)言同學(xué)另加分）

激發(fā)學(xué)習(xí)興趣：通過完成這些綜合性的課外設(shè)計練習(xí)題和課堂討論，激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)同學(xué)之間相互協(xié)作的團隊精神。習(xí)題一：1-4，1-5，1-6，1-7，1-9*CAD1-01：用非線性VCVC實現(xiàn)一個幅度調(diào)制電路，如題圖

CAD1_01所示。輸入信號為兩個不同頻率的信號和，輸出實現(xiàn)兩信號相乘，即。設(shè)是50kHz的正弦信號，是1kHz的調(diào)制信號。要求得到標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波SAM（調(diào)幅度=0.3和1.0）抑制載波調(diào)幅波SCAM幅度鍵控調(diào)幅波ASK

并分析上述三種調(diào)幅波的特點。題圖CAD1_01

幅度調(diào)制電路CAD1-01附錄1.1.1:調(diào)幅發(fā)射機各處波形示意圖*返回附錄1.1.2:超外差接收機各處波形示意圖*返回*附錄1.1.3:CAD1_01的參考網(wǎng)單文件12返回3*******************************************CAD1_01:ANAMPLITUDE-MODULATEDCIRCUIT*XAM1:SAMWHENMA=0.3*V(2)ISTHEINPUTSIGNAL*V(3)ISTHEOUTPUTSIGNAL*XAM2:SAMWHENMA=1.0*V(5)ISTHEINPUTSIGNAL*V(6)ISTHEOUTPUTSIGNAL*XAM3:SCAM*V(8)ISTHEINPUTSIGNAL*V(9)ISTHEOUTPUTSIGNAL*XAM4:ASK*V(11)ISTHEINPUTSIGNAL*V(12)ISTHEOUTPUTSIGNAL**************************************************************************************CONNECTIONS:V1*|V2*||VO*|||.SUBCKTAM123R1101E9R2201E9RL301E6EMOD30POLY(2)(10)(20)00001.ENDSAM*****************************************XAM1123AMV1110SIN(0150K)V2120SIN(3.3311K)************************************************************************************XAM2456AMV1240SIN(0150K)V2250SIN(111K)*****************************************XAM3789AMV1370SIN(0150K)V2380SIN(011K)*****************************************XAM4101112AMV14100SIN(0150K)V24110PULSE(010000.5M1M)*****************************************.TRAN2E-62E-3.PROBE.END******************************************

濾波器2.1.1濾波器的特性時域特性：*復(fù)頻域傳輸函數(shù)：式中所有系數(shù)均為實數(shù)，且分子多項式的階數(shù)m小于或等于分母多項式的階數(shù)n。*頻率特性用幅度-頻率特性和相位-頻率特性

(

)表示（用代入H(s)）：相位延時表示為：它表示的是一個角頻率為

的正弦信號通過濾波器后所產(chǎn)生的延時。群延時表示為：群延時描述的是一群不同頻率的信號通過濾波器后所產(chǎn)生的時間延遲，它是在指定頻率范圍內(nèi)，相位-頻率特性曲線在不同頻率處的斜率。*2.1.2濾波器的分類按其頻率特性可分為低通（LPF），高通（HPF），帶通（BPF）和帶阻（BEF）濾波器。

無源濾波器是由無源器件構(gòu)成。電阻，電感和電容組成的RLC濾波器。晶體濾波器是利用石英晶體薄片構(gòu)成。聲表面波濾波器(SAW)：利用壓電效應(yīng)構(gòu)成的。有源濾波器是指在所構(gòu)成的濾波器中，除無源器件外還含有放大器等有源電路。

RC有源濾波器（含有運算放大器）。開關(guān)電容濾波器(SCF)。按處理的信號形式可分為模擬濾波器，數(shù)字濾波器和抽樣數(shù)據(jù)濾波器等。

按其所用器件的特點可分為無源和有源濾波器。*濾波器的理想幅度-頻率特性曲線按其幅度頻率特性可分為低通，高通，帶通和帶阻濾波器*濾波器的理想衰耗-頻率特性曲線按其衰耗頻率特性可分為低通，高通，帶通和帶阻濾波器2.2.1LC串、并聯(lián)諧振回路阻抗特性(導(dǎo)納特性)。諧振特性和回路諧振頻率。頻率特性（幅頻特性與相頻特性）。（什么是諧波抑制度）信號源和負載特性。（包括阻抗變換電路）*2.2LC濾波器（只討論并聯(lián)諧振回路）*1.電路特點回路電感元件的固有損耗電阻。包括電感線圈導(dǎo)線的歐姆電阻、由趨膚效應(yīng)引起的高頻損耗電阻。

負載電阻。=可以得出：(當(dāng)Q>>1時)等效并聯(lián)諧振電阻?；芈房蛰d（固有）品質(zhì)因數(shù)Q。（易測量）*2.回路阻抗特性（導(dǎo)納特性）并聯(lián)回路端阻抗的模和相角隨頻率變化的關(guān)系為：*并聯(lián)回路的阻抗特性并聯(lián)回路的電抗特性電感電容*3.諧振特性和回路諧振頻率諧振特性：并聯(lián)回路諧振時，流過其電抗支路的電流、比激勵電流大Q倍，故并聯(lián)諧振又稱電流諧振。

式中，為回路無阻尼振蕩頻率。當(dāng)Q>>1時：串聯(lián)回路諧振時，電容器上電壓是激勵電壓的Q倍，故串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。所以品質(zhì)因數(shù)Q易測量?；芈分C振頻率：*4.頻率特性，通頻帶和諧波抑制度頻率特性：并以=時的輸出電壓對歸一化，可得并聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性與相頻特性，其值分別如下：通頻帶：BW=*諧波抑制度例：若Q=100，二次諧波抑制度并聯(lián)回路相對幅頻特性*5.信號源內(nèi)阻和負載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響減小，通頻帶加寬，選擇性變壞。可見，在有信號源內(nèi)阻和負載電阻情況下，為了對并聯(lián)諧振回路的影響小，需要應(yīng)用阻抗變換電路。影響諧振回路諧振頻率。所以并聯(lián)諧振回路希望用恒流源激勵。*6.阻抗變換電路(1)全耦合變壓器等效從功率等效角度證明：理想變壓器無損耗：*(2)雙電容耦合電路11負載電阻是通過雙電容分壓接入并聯(lián)諧振回路的,稱為部分接入法,令接入系數(shù)可得(p<1)*(3)雙電感抽頭耦合電路負載電阻是通過雙電感抽頭接入并聯(lián)諧振回路的,稱為部分接入法,令接入系數(shù)(P<1)可得*(4)應(yīng)用部分接入法的選頻電路接入系數(shù)對回路有載品質(zhì)因數(shù)影響明顯減小。*例1：串聯(lián)回路如下圖所示。信號源頻率

F=1MHz。電壓振幅V=0.1V。將1-1端短接，電容C調(diào)到100PF時諧振。此時，電容

C兩端的電壓為10V。如1-1端開路再串接一阻抗Z（電阻和電容串聯(lián)），則回路失諧，電容C調(diào)到200PF時重新諧振。此時，電容C兩端的電壓為2.5V。試求：線圈的電感L，回路品質(zhì)因數(shù)

Q以及未知阻抗Z。*

例2：并聯(lián)回路如下圖所示。已知：==5UH，Q=100。==8PF，=40K。=10K。試求：無阻尼諧振頻率；等效諧振電阻R；

不接，BW如何變？*2.2LC濾波器2.2.2一般LC濾波器1.網(wǎng)絡(luò)綜合方法完成濾波器的設(shè)計的要點：描述問題：首先要給出濾波器的技術(shù)指標(biāo)，描述濾波器的衰減特性曲線。與理想特性之間主要的區(qū)別在于：逼近問題：尋找逼近衰減特性曲線的可實現(xiàn)的傳輸函數(shù)。常用的逼近方法有巴特沃斯逼近，切比雪夫逼近，橢圓逼近和貝塞爾逼近。實現(xiàn)問題：在設(shè)計中，一般只給出了低通濾波器的數(shù)據(jù)。高通，帶通和帶阻濾波器的設(shè)計，可以通過對低通濾波器的變換得到，因此通常稱低通濾波器為原型濾波器。通帶衰耗不為零；阻帶衰耗不為無窮大。通帶和阻帶之間有過渡帶。通帶和阻帶內(nèi)不一定平坦，可有起伏。下圖*2.描述問題（十個參數(shù)）00Ar表示通帶內(nèi)最大波紋衰減；

r表示稱波紋帶寬；As表示阻帶最小衰減；

s表示阻帶邊緣角頻率；

p表示通帶內(nèi)幅度起伏；

s表示阻帶內(nèi)幅度起伏；

c稱為截止頻率；還有特征阻抗。其中：Ap表示最大通帶衰減；

p表示通帶角頻率；返回*3.逼近問題：四種逼近衰減特性曲線的方法和濾波器的歸一化設(shè)計（1）四種逼近衰減特性曲線的方法一、巴特沃斯逼近（Butterworth）（幅度最大平坦型）0式中n為濾波器的階數(shù)，

c為截止頻率。幅頻特性和相頻特性是平坦的。適用于一般性濾波。*二、切比雪夫逼近（Chebyshev）（等波紋型）0式中

為小于1的實常數(shù)，它決定通帶波紋

，它們之間的關(guān)系為為切比雪夫多項式。三、貝塞爾逼近（Beseel）（相位平坦）：在整個通帶內(nèi)，相位-頻率特性的起伏最小或最平的逼近稱為貝塞爾逼近。四、橢圓逼近：使幅度-頻率特性具有陡峭的邊緣或狹窄的過渡頻帶的逼近稱為橢圓逼近。

幅頻和相頻特性在通帶內(nèi)有小的起伏。適用于調(diào)制與解調(diào)電路。*（2）濾波器的歸一化設(shè)計一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為梯形網(wǎng)絡(luò),共有2n階次。

網(wǎng)絡(luò)綜合：在使用上述四種濾波器時，可根據(jù)所需頻率特性利用查表的方法得到相應(yīng)的傳輸函數(shù)和電路。濾波器的歸一化設(shè)計：為了這些數(shù)據(jù)表格的通用性，將濾波器的阻抗用負載阻抗進行了歸一化，頻率用截止頻率進行了歸一化。工程設(shè)計數(shù)據(jù)表格：濾波器計算曲線，濾波器衰減特性曲線，濾波器群延時特性曲線和數(shù)據(jù)表和低通濾波器歸一化元件值表等。*一、濾波器阻抗歸一化要求：用負載阻抗進行了歸一化；保持濾波器各元件間的阻抗關(guān)系不變。

歸一化公式：*二、濾波器頻率歸一化要求：用截止頻率進行了歸一化；保持濾波器各元件間的阻抗關(guān)系不變。歸一化公式：(與頻率無關(guān))*三、真正元件值計算

要將工程設(shè)計數(shù)據(jù)表格中歸一化元件值和歸一化頻率標(biāo)定成實際截止頻率和負載阻抗時的元件值，應(yīng)該按下式計算：*4.實現(xiàn)問題：低通濾波器的設(shè)計和頻率變換.網(wǎng)絡(luò)變換（1）低通濾波器的設(shè)計利用濾波器計算曲線，確定濾波器的階次n。選擇電路。滿足同一要求的低通濾波器電路都有兩種結(jié)構(gòu)，它們互為對偶，一般選擇電感少的電路。根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)和求得的階次n，從歸一化元件值表中查得歸一化元件值。使用上頁公式求得各元件的實際值并畫出電路圖。信號源電阻和負載電阻Rs和RL，通常取二者相等。

（幅度最大平坦型，等波紋型………)根據(jù)低通濾波器的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，選擇低通濾波器的形式。*（2）高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計原型濾波器：高通，帶通和帶阻濾波器的設(shè)計，可以通過對低通濾波器的變換得到，因此通常稱低通濾波器為原型濾波器。兩樣變換：為利用低通濾波器的設(shè)計數(shù)據(jù)得到高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計，需要經(jīng)過頻率變換和網(wǎng)絡(luò)變換。頻率變換：頻率變換是將原型低通濾波器的特性曲線變換得到高通、帶通和帶阻濾波器的特性曲線。就是設(shè)計一種變換關(guān)系，將s平面的軸映射到平面的軸。網(wǎng)絡(luò)變換:頻率變換完成后，還需要將頻率映射關(guān)系對頻率特性的影響直接表示為對濾波器元件的變化，這樣才能真正實現(xiàn)通過變換所得的濾波器，這種元件的變化稱為網(wǎng)絡(luò)變換。*一、頻率變換：低通到高通的頻率變換00低通到高通的頻率變換的映射關(guān)系為：

低通特性中的=0和=兩點分別變換為=和=0兩點。（低通的通帶變換為高通的阻帶，……）變換式中的負號是為滿足網(wǎng)絡(luò)變換中元件性質(zhì)變化而設(shè)定的。（L變換為C，C變換為L）兩個頻率特性曲線以為中心成幾何對稱（?。?低通到帶通的頻率變換低通到帶通的頻率變換的映射關(guān)系為：式中W為帶通濾波器的相對帶寬，由右式表示：通帶的上邊界頻率為，通帶的下邊界頻率為，通帶的中心頻率為，由右式表示：低通到帶阻的頻率變換低通到帶阻的頻率變換的映射關(guān)系為：式中W為帶阻濾波器的相對帶寬，由右式表示：通帶的上邊界頻率為，通帶的下邊界頻率為，通帶的中心頻率為，由右式表示：*二、網(wǎng)絡(luò)變換：低通到高通的網(wǎng)絡(luò)變換設(shè)原型低通中電感和電容的實際元件值分別為和，當(dāng)變換到高通時，利用頻率變換式可得：該式表明，原型低通濾波器中的電感轉(zhuǎn)換到高通濾波器時，應(yīng)該變化為電容，其值由上式確定。由于是容抗，須取負號，故頻率變換式中應(yīng)有一負號。

原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到高通濾波器時，應(yīng)該變化為電感，其值由下式確定。*低通到帶通的網(wǎng)絡(luò)變換設(shè)原型低通中電感和電容的實際元件值分別為和，當(dāng)變換到帶通時，利用頻率變換式可得其中該式表明，原型低通濾波器中的電感轉(zhuǎn)換到帶通濾波器時，變化為電感Ls和電容Cs的串聯(lián)，其數(shù)值由上式確定。其中它表明，原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶通時，變化為電感LP和電容CP的并聯(lián)，其取值由上式確定。原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶通時，利用頻率變換式可得*低通到帶阻的網(wǎng)絡(luò)變換設(shè)原型低通中電感和電容的實際元件值分別為和，當(dāng)變換到帶阻時，利用頻率變換式可得：其中可以看出，原型低通濾波器中的電感轉(zhuǎn)換到帶阻濾波器時，變化為電感Lp和電容Cp的并聯(lián)，其數(shù)值由上式確定。其中它表明，原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶阻時，變化為電感Ls和電容Cs的串聯(lián)，其取值由上式確定。原型低通濾波器中的電容轉(zhuǎn)換到帶阻時，利用頻率變換式可得：*例2.2.1設(shè)計一個幅度平坦低通濾波器，要求從0-2.5千赫茲衰減不大于1分貝，20千赫茲以上衰減大于35分貝，信號源和負載電阻均為600歐姆。（上冊P59）一、選擇低通濾波器的形式。根據(jù)幅度平坦的要求，選擇巴特沃斯濾波器。Ap表示最大通帶衰減；

p表示通帶角頻率；As表示阻帶最小衰減；

s表示阻帶邊緣角頻率；由題意可得：最大通帶衰減Ap是1分貝；通帶頻率是2.5千赫茲。阻帶最小衰減As是35分貝；阻帶頻率是20千赫茲。*在Ap或Ar軸上找到給定值的點P1（Ap=1dB），在As軸上找到給定值的點P2（As=35dB），連接P1和P2點并延長與第三根縱軸相交于P3點。通過P3點作平行于W軸的直線，與從

W軸上的y1點引出的與W軸成垂直的直線相交于P4點，如果點落在n與(n-1)的衰減線之間，則選擇n=3。這個過程的示意如圖所示。n二、利用濾波器計算曲線，確定濾波器的階次n。技術(shù)指標(biāo)中，只給出從0～2.5千赫茲衰減不大于1分貝，并未給出截止頻率，所以需要確定截止頻率。為此，先利用給出的條件，估計一個帶寬比為20/2.5=8，利用給定的Ap=1dB，As=35dB和y1=8。*利用圖2.2.24可以查出，階次為3的巴特沃斯濾波器，當(dāng)通帶內(nèi)衰減為1分貝時，其對應(yīng)的歸一化頻率是0.8，由此可以得出截止頻率為2.5/0.8=3.13千赫茲。三.

應(yīng)用表2.2.1查出電路結(jié)構(gòu)和歸一化元件值。其中，歸一化元件值為：利用此結(jié)果重新計算帶寬比20/3.13=6.39，再利用圖2.2.23查階次為3的衰減As，結(jié)果為48分貝，滿足要求。（講義P59錯為38分貝）。由此，可以確定所需要的階次為3。*可得計算實際元件值的表示式將歸一化元件值代入，即可得實際元件值為歐姆微法微法毫亨*無源LC濾波器的缺點：當(dāng)工作頻率較低時，所需要的電感和電容數(shù)值都很大，使得濾波器的體積和重量大。特別是電感，它的損耗大，制造工藝比電容復(fù)雜，并且容易受到外界電磁場的干擾，在電子系統(tǒng)集成化和對體積與功耗要求越來越小的情況小，這個缺點顯得越來越明顯。下面介紹的有源RC濾波器和抽樣數(shù)據(jù)濾波器可以克服這些缺點。*

CAD1_02.根據(jù)題2-11中設(shè)計的低通濾波器的參數(shù)，用PSpice程序進行分析，驗證是否滿足設(shè)計要求，若不符合設(shè)計要求，請對濾波器各元件參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整。CAD2_01.根據(jù)題2-11中的設(shè)計指標(biāo)要求，用Matlab程序設(shè)計Butterworth低通濾波器。CAD1-02CAD2-01*2.3聲表面波濾波器（SAW）表面波傳播方向聲表面波濾波器是一種以鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛或石英等壓電材料為基體構(gòu)成的一種電聲換能元件。體積小、重量輕。中心頻率可以適合于高頻、超高頻（幾MHz～1GHz）工作。幅頻特性為：相對通頻帶有時可以達到50%。

接入實際電路時，必須實現(xiàn)良好的匹配。用與集成電路相同的平面加工工藝。制造簡單、重復(fù)性好。2.4有源RC濾波器優(yōu)點它不需要電感線圈，容易實現(xiàn)集成化。RC濾波器很小，有源濾波器很大。濾波器構(gòu)成以無源LC濾波器為原型。用一些基本單元電路構(gòu)成濾波器，例如用有源RC積分器和加法器等。實現(xiàn)方法運算仿真法。用一階和二階電路的級聯(lián)得到所需濾波器的方法。**2.4有源RC濾波器優(yōu)點：它不需要電感線圈，容易實現(xiàn)集成化。

RC

濾波器很小，有源濾波器很大。濾波器構(gòu)成：以無源LC濾波器為原型。用一些基本單元電路構(gòu)成濾波器，例如用有源RC積分器和加法器等。實現(xiàn)方法：運算仿真法。用一階和二階電路的級聯(lián)得到所需濾波器的方法。（*）*2.4.1構(gòu)成有源RC濾波器的單元電路1.加法器2.積分器一般積分器*有損積分器差動積分器*2.4.2運算仿真法實現(xiàn)有源RC濾波器設(shè)計過程是：根據(jù)對濾波器性能的需要，設(shè)計一個無源LC濾波器作為原型；列出原型無源LC濾波器的電路方程，將其表示成適合于積分器實現(xiàn)的形式；（統(tǒng)一為電壓變量，即對電壓的積分得到電壓。）用積分器和加法器實現(xiàn)電路方程；根據(jù)原型濾波器中元件數(shù)值，確定積分器等電路中元件參數(shù)。下面以具體例子說明其實現(xiàn)過程。*（1）基于節(jié)點<1>和<3>，可以列出描述該電路的一個微分方程組，如下式所示：為了使電路簡化，最好電路類型統(tǒng)一。在本例中，統(tǒng)一為電壓變量。*考慮到RS＝RL，變換得：簡化后可得：*（2）實現(xiàn)此方程組的功能框圖如下圖所示。*（3）用有源RC積分器實現(xiàn)該微分方程阻的電路圖如下圖所示。*2.5抽樣數(shù)據(jù)濾波器抽樣數(shù)據(jù)濾波器是處理抽樣信號的電路.。它與模擬濾波器的區(qū)別是模擬濾波器處理的是連續(xù)時間信號；它與數(shù)字濾波器的區(qū)別是數(shù)字濾波器處理的是數(shù)字信號，即時間和幅度均為離散的信號，而這種濾波器處理的是時間離散但幅度連續(xù)的信號。開關(guān)電容和開關(guān)電流濾波器是抽樣數(shù)據(jù)濾波器,正在獲得廣泛的應(yīng)用。抽樣數(shù)據(jù)電路是一種離散時間電路，輸入和輸出信號都是抽樣信號，描述這類電路輸出-輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)表示是差分方程。組成這類電路的基本單元包括：比例器，延時器，相加器，相乘器，積分器和微分器等有源RC濾波器電路特性，決定于電阻R和電容C的絕對值。開關(guān)電容

濾波器（SCF）電路特性，決定于開關(guān)的時鐘頻率和電路中電容器之間的比值。在集成電路中，所能做到的電容器之間比值的精度和穩(wěn)定度遠高于電阻R和電容C的絕對值的精度和穩(wěn)定度。濾波器構(gòu)成以無源LC濾波器為原型?；締卧娐罚悍e分器和加法器等。*優(yōu)點*在用抽樣數(shù)據(jù)電路實現(xiàn)濾波器時，經(jīng)常是以模擬LC濾波器為原型進行設(shè)計，其設(shè)計過程為：1、根據(jù)所需濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計無源LC濾波器，稱為原型濾波器。2、根據(jù)設(shè)計結(jié)果，列出該原型濾波器的S域方程。3、選擇Z域與S域的映射關(guān)系，將S域積分器映射到Z域，得到Z域方程。4、用抽樣數(shù)據(jù)電路實現(xiàn)Z域方程，得到抽樣數(shù)據(jù)濾波器電路。從上述過程中可以看出，Z域與S域的映射關(guān)系選擇得不同，可以導(dǎo)致所得的抽樣數(shù)據(jù)電路不同，和與原型濾波器的性能之間的差異不同。因此，選擇映射關(guān)系是一個重要的問題。*其設(shè)計過程為：1、根據(jù)所需濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計無源LC濾波器，稱為原型濾波器。2、根據(jù)設(shè)計結(jié)果，列出該原型濾波器的S域方程。3、選擇Z域與S域的映射關(guān)系，將S域積分器映射到Z域，得到Z域方程。

Z域與S域的映射關(guān)系選擇得不同，可以導(dǎo)致所得的抽樣數(shù)據(jù)電路不同。4、用抽樣數(shù)據(jù)電路實現(xiàn)Z域方程，得到抽樣數(shù)據(jù)濾波器電路。*2.5.1

抽樣數(shù)據(jù)單元電路一、基本開關(guān)電容單元在(n-1)TC－時刻，開關(guān)S1導(dǎo)通，輸入電壓v1向電容器C1充電。此后，S1和S2均斷開，電容器兩端電壓將保持(n-1)TC＋時刻值。開關(guān)S2在(n-1/2)TC－時刻開始導(dǎo)通，電容器C1兩端電壓充電到等于v2的電壓。此后，S1和S2斷開。*基本開關(guān)電容單元電路工作過程：

考慮在一個時鐘周期里電荷的變化量，它應(yīng)該是從(n-1)TC＋時刻到nTC－時刻期間內(nèi)的變化量，即：如果在一個時鐘周期內(nèi)，v1(t)和v2(t)近似沒有變化，可以表示為：在一個時鐘周期內(nèi)的平均電流為：與電阻的表示式比較：可以將基本開關(guān)電容單元等效為電阻，其阻值為：使用沖激時鐘信號，電容器中存儲電荷的變化是瞬時完成的。*二、簡單RC積分電路上圖是簡單RC電路，下圖是用基本開關(guān)電容單元代替上圖中的電阻而構(gòu)成的開關(guān)電容電路。*簡單RC積分電路工作過程：抽樣：在時刻，開關(guān)S1閉合，對輸入信號進行抽樣。保持：在時刻，因S1和S2均斷開，C1上電壓將保持此值。分配：在時刻，開關(guān)S2閉合，C1上儲存的電荷在C1與C2上分配并保持電壓相同。保持：在時刻，因S1和S2均斷開，C1與C2上電壓將保持此值。抽樣：在時刻，開關(guān)S1閉合，對輸入信號進行抽樣。保持：在時刻，因S1和S2均斷開，

C1與C2上電壓將保持原值。*分配：在時刻，開關(guān)S2閉合，C1上儲存的電荷和C2上儲存的電荷在C1與C2上分配并保持電壓相同。

電容器C2兩端電壓即為輸出電壓v2(t)，它的表示式為：在v2(t)圖中，實線所示為開關(guān)電容電路的輸出電壓，虛線所示為RC電路的輸出電壓，從圖中可以看出，只有時鐘頻率很高時，實線所示的開關(guān)電容電路的輸出電壓才接近虛線所示的RC電路的輸出電壓，即這兩個電路具有相同的功能。當(dāng)TC<<1條件不滿足時，就不能簡單地用基本開關(guān)電容單元代替RC電路中的電阻的方法從RC電路得到開關(guān)電容電路。*三、比例與延時電路*比例與延時電路工作過程：抽樣：在nTC時刻，開關(guān)S1閉合，對輸入信號進行抽樣，并在電容器C1上建立起等于該時刻的輸入電壓值。

保持：在時刻，因S1和S2均斷開，C1上電壓將保持此值。分配：在時刻，開關(guān)S2閉合，因為運算放大器的虛地特性，電容器C1上儲存的電荷完全轉(zhuǎn)移到電容器C2上，C1兩端電壓為零，C2兩端電壓為vi(nTC)C1/C2。保持：在時刻，S1和S2均斷開，所有電容器上的電壓均保持(n+1/2)TC時刻的值。輸出電壓與電容器C2兩端電壓反相：*四、積分電路：（作為習(xí)題）*積分器電路工作過程：（作為習(xí)題）抽樣：在時刻，開關(guān)S1閉合，對輸入信號進行抽樣，并在電容器C1上建立起等于該時刻的輸入電壓值。保持：在時刻，因S1和S2均斷開，C1和C2上的電壓值將保持。分配：在時刻，開關(guān)S2閉合，因為運算放大器的虛地特性，電容器C1上儲存的電荷完全轉(zhuǎn)移到電容器C2上，使C1兩端電壓為零，轉(zhuǎn)移到C2上的電荷量為，與原來儲存的電荷累加，使C2兩端電壓增加

輸出電壓與電容器C2兩端電壓反相：*2.5.2

抽樣數(shù)據(jù)濾波器用開關(guān)電容單元電路構(gòu)成，稱為開關(guān)電容濾波器。開關(guān)電容濾波器與模擬有源濾波器比較，具有穩(wěn)定和準(zhǔn)確的時間常數(shù)，因而有穩(wěn)定和準(zhǔn)確的頻率特性。開關(guān)電容濾波器通常使用MOS工藝制作，便于與數(shù)字電路集成在一個芯片上，提高系統(tǒng)集成的程度。舉例：無源LC濾波器用開關(guān)電容電路實現(xiàn)的方法。*其設(shè)計過程為：根據(jù)所需濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計無源LC濾波器，稱為原型濾波器。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，列出該原型濾波器的S域方程。用開關(guān)電容電路實現(xiàn)圖所示電路，可以有兩種情況：第一種情況：若開關(guān)電容電路的工作滿足的條件，可以利用前述等效電阻的概念，即可得到原型濾波器的開關(guān)電容實現(xiàn)。第二種方法:當(dāng)開關(guān)電容電路的工作頻率較高，達不到滿足的條件時，需要建立S域與Z域之間的映射關(guān)系，利用這種映射關(guān)系將S域的積分器傳輸函數(shù)變換成Z域的積分器傳輸函數(shù)，再用開關(guān)電容電路實現(xiàn)這個Z域傳輸函數(shù)。*滿足條件時，上圖所示模擬原型濾波器的開關(guān)電容實現(xiàn)。*

四、積分器電路工作過程分析：是（）時鐘控制。

CAD1-03*CAD1_03.用有源RC電路實現(xiàn)題2-11的低通濾波器，并分析其中所用運算放大器的參數(shù)對濾波器特性的影響，這些參數(shù)包括：（1）輸入與輸出阻抗；（2）增益；（3）頻率特性。請對分析結(jié)果作簡要說明。【提示】運算放大器可選用

A741的典型參數(shù)代入，再進一步分析各種參數(shù)變化時對濾波器特性的影響。

寬帶放大器*3.1引言3.1.1高頻（小信號）放大器分類和在通信系統(tǒng)中的位置

發(fā)射機中間各級的寬帶功率放大器。工作于甲類或甲乙類狀態(tài)。（*）。（大信號，負載是傳輸線變壓器。）

用于發(fā)射機末級，工作于丙類狀態(tài)。（大信號非線性電路）*

射頻前端電路（RFFront-EndIC）：輸入回路；高頻放大；本地振蕩器；混頻器。輸出中頻信號。（這是重點）

高頻放大和中頻放大是高頻小信號放大器。

具有低通傳輸特性的負反饋控制系統(tǒng)（自動增益控制AGC）。*3.1.2對高頻小信號放大器的要求

工作頻率高。目前廣泛使用的GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的手機中，為900MHz和1800MHz（1900MHz）。

增益夠大，多級級聯(lián)時工作穩(wěn)定性好。

通頻帶夠?qū)?。因此，引出增益帶寬乘積GBP作為衡量寬帶放大器的質(zhì)量指標(biāo)。

放大器的噪聲低。實現(xiàn)途徑：

選用好器件。選用特征頻率高和小的晶體管。

采用頻帶較寬的電路。例如共基極放大電路，共發(fā)一共基放大電路。

在線路上可以采用負反饋的方法。

負載是諧振回路和聲表面波濾波器等。附錄3.1.1

輸出信號幅度保持穩(wěn)定。用自動增益控制（AGC）電路。附錄3.1.2*3.2晶體管的高頻小信號等效電路和參數(shù)3.2.1晶體管的混合

等效電路

基極體電阻。在共基電路，會引起高頻負反饋。

集電結(jié)勢壘電容，約為幾PF?？梢院雎浴?/p>

發(fā)射結(jié)擴散電容，約為10～500PF。

所以希望和盡量小。*3.2.2晶體管的高頻參數(shù)（1）截止頻率：

共發(fā)電路的電流放大系數(shù)b值下降至低頻值的時的頻率稱為b截止頻率，用表示。（2）特征頻率：指=1時的頻率。

特征頻率是晶體管在共發(fā)射極運用時能得到電流增益的最高頻率極限。

特征頻率是高于截止頻率,約等于的倍。

特征頻率與阻容乘積成反比，后者又決定于晶體管的靜態(tài)工作點，因此，也是靜態(tài)工作點的函數(shù)。

當(dāng)時，存在近似關(guān)系。

特征頻率是可查手冊的，也可由儀器測量得到。*（3）最高振蕩頻率：

晶體管的功率增益=1時的工作頻率稱為最高振蕩頻率。

（4）截止頻率，和的關(guān)系：

晶體管的共基極電流放大系數(shù)是：其中是低頻時共基極短路電流放大系數(shù)，是下降到時的頻率。可推出：

因為<1，由上可得出三個頻率參數(shù)、和的近似關(guān)系：最高，次之，最低。*3.3高頻小信號寬帶放大器3.3.1雙極型晶體管共發(fā)射放大電路的高頻特性

根據(jù)密勒定理，可將跨接電容用并接在輸入和輸出端的兩個電容和代替。*

通常>>1，它們?yōu)椋?/p>

由于很小，其容抗與相比較，可忽略不計。

等效輸入電容為：

應(yīng)用式，得到：式中D稱為密勒效應(yīng)D因子。

可求得共發(fā)放大器源電壓增益的高頻邊界角頻率為：*

共發(fā)放大器的增益帶寬積GBP：由上式可以得出如下結(jié)論：（1）.為獲得較大的GBP和高頻邊界角頻率值，應(yīng)選用小、小而高的晶體管。（2）.增大，可以增大中頻源電壓增益，但由于D因子增大，將減小，因而的選擇應(yīng)兼顧和的要求。（3）.管子選完后，為提高值，信號源內(nèi)阻應(yīng)盡可能小，即放大器的輸入信號盡量接近恒壓源。例：CAD1-04*3.3.2雙極型晶體管共基放大電路的高頻特性

在圖中，考慮到的值較小，為了分析簡單，突出重點，暫時把忽略之。

和并聯(lián)，設(shè)=+，得簡化后的等效電路圖。*由以上分析可知：（1）集電結(jié)電容是作為輸出電容跨接在輸出端，因而不存在密勒倍增效應(yīng)，其輸入電容就是。可見，共基放大電路輸入電容要比共射放大電路輸入電容小很多。（2）共基電路的輸入電阻為，它比共射電路輸入電阻小很多?？梢?，輸入電阻小、輸入電容小是共基放大電路具有很好的高頻響應(yīng)特性的主要原因。（3）共基極短路電流放大系數(shù)a的截止頻率比較高（比截止頻率大b

倍），因此，共基極放大器的頻率特性比共發(fā)射極放大器好。（4）由于共基放大器不存在密勒效應(yīng)，在多級級聯(lián)時可以大大減小晶體管內(nèi)部反饋的作用，組成多級放大器時比較穩(wěn)定。（5）共基極放大器雖然具有上述這些優(yōu)點，但是，由于集電極電流總是小于發(fā)射極電流，即它的電流放大倍數(shù)恒小于1。在多級級聯(lián)時，常采用共發(fā)一共基組合電路的。*3.3.3共發(fā)──共基級聯(lián)電路的高頻特性

共發(fā)一共基組合放大電路的交流通路如左圖所示。晶體管、分別構(gòu)成共發(fā)、共基組態(tài)電路。

共發(fā)──共基組合放大單元電路最突出的特點是高頻響應(yīng)特性好，頻帶寬。

一般情況下組合放大電路的上限截止頻率主要取決于共發(fā)電路。現(xiàn)在利用共基電路輸入阻抗低的特點，將它作為共發(fā)電路的負載阻抗，從下式可知：

使得共發(fā)電路的密勒效應(yīng)因子D減小，從而可以有效地提高共發(fā)電路的高頻邊界頻率，也就是提高了組合電路的高頻邊界頻率。例：CAD1-06*3.3.5自動增益控制（AGC）電路可控增益放大器控制電壓產(chǎn)生低通電平檢測電路比較器參考電壓

上圖為自動增益控制電路組成框圖。

自動增益控制電路是一種在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種自動控制電路。

自動增益控制是通過圖中所示非線性閉合環(huán)路實現(xiàn)的。*1、對AGC控制特性的要求0

當(dāng)輸入信號小于門限電壓時，系統(tǒng)無控制作用。此時，輸出電壓為輸入電壓的線性函數(shù)。

當(dāng)輸入信號較強而其幅度超過時，AGC作用才反映出來。此時，隨著的增強，輸出電壓基本保持不變，或僅有極小的變化。

當(dāng)輸入信號很強時，AGC的作用消失，其目的在于防止由于AGC環(huán)路的作用，系統(tǒng)工作產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。

上述AGC由于輸入電壓必須大于某一門限才起作用，因此又稱為延遲AGC。。*2、增益控制電路

采用變跨導(dǎo)晶體管構(gòu)成的可控增益放大電路。這種放大器，當(dāng)控制電壓使其靜態(tài)工作點移動時，放大器的增益也隨之改變，達到增益可控的目的。

改變放大器的集電極電壓，或改變放大器的交變負載，均可實現(xiàn)對放大器增益的控制。

下面兩種分別適用于集成電路和較高工作頻率的增益控制電路。（1）差分放大器增益控制電路（2）電控衰減器增益控制電路*舉例：AGC電壓至下級中放至低放*習(xí)題五：3-1，3-2，CAD1-04CAD1-06附錄3.1.1高頻小信號放大器電路*返回*主中放聲表面波濾波器（SAW）匹配網(wǎng)絡(luò)含有聲表面波濾波器放大電路返回附錄3.1.2CAD1-04題圖CAD1_04所示為單管共發(fā)射極放大電路的原理圖。設(shè)晶體管的參數(shù)為：，，，400MHz，。調(diào)節(jié)偏置電壓使。*返回題圖CAD1_04共發(fā)射極放大電路原理圖(+12V)2k

20k

*（1）計算電路的上限頻率和增益-帶寬積G*BW；（2）將改為200

，其它參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；（3）將改為1k

，其它參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；（4）將改為9PF，其它參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；（5）將從400MHz改為800MHz，其它參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算。根據(jù)上述結(jié)果討論，，，對高頻特性的影響。返回CAD1-06題圖CAD1_06所示是某集成電路的一個CE-CB組合放大單元。假設(shè)各管參數(shù)相同：，=60

，，，=400MHz。*返回11k

8.2k

3.8k

1.8k

1k

6k

3k

5.6k

500

200

(+12V)題圖CAD1_06CE-CB組合放大電路*返回（1）作直流分析，求電路的靜態(tài)工作點。（2）作交流分析，求，的幅頻特性曲線，確定其中頻增益及上限截止頻率。（3）若在兩端并入一只47

F的電容，求的幅頻特性曲線，確定其中頻增益和上限截止頻率。（4）若將晶體管去掉，直接接在的集電極（即將由，組成的CE-CB組合放大單元變成由組成的單管CE放大電路），分別求并入和不并入兩種情況下的幅頻特性曲線，確定其中頻增益及上限截止頻率，并與上面的計算結(jié)果相比較，說明為什么不同，產(chǎn)生的原因是什么？CAD1_04的參考網(wǎng)單文件*(+12V)2k

20k

200

返回CAD1_06的參考網(wǎng)單文件*11k

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5.6k

500

200

(+12V)返回*3.4放大器的噪聲3.4.1電阻的熱噪聲3.4.2電子器件的噪聲（*）3.4.3噪聲系數(shù)3.4.4級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲3.4.5接收機的靈敏度與最小可檢測信號3.4.6噪聲溫度3.4.7低噪聲放大器的設(shè)計*3.4.1電阻的熱噪聲（1）電阻熱噪聲的主要特性

噪聲的計量：

在一個相當(dāng)長的觀測時間內(nèi)，噪聲電流（或電壓）的平均值趨于零。

噪聲功率則趨于一有限值。

噪聲功率也用方均值表示。

電阻熱噪聲產(chǎn)生機理：

自由電子的無規(guī)則熱運動。

自由電子與晶格碰撞，產(chǎn)生持續(xù)時間的電脈沖。

電阻熱噪聲是無數(shù)個電脈沖疊加的結(jié)果。*

電阻熱噪聲的功率譜密度：

電阻熱噪聲的功率譜密度，或噪聲電壓功率譜密度，單位是W/Hz。

右式，為自由電子每秒鐘的碰撞次數(shù)。事實上，由于通信系統(tǒng)的實際工作頻率f<<a

，故右上式也常簡化右下式為：

電阻器單位頻帶噪聲功率在很寬的頻率范圍內(nèi)均為一恒定值故類比光學(xué)中的白色光功率譜在可見光頻段內(nèi)均勻分布的特點，命名這種噪聲為“白噪聲”。

在有效頻帶內(nèi)，功率譜分布不均勻的噪聲稱為“有色噪聲”。白噪聲通過有限頻帶網(wǎng)絡(luò)后，變成了有色噪聲。*（2）電阻的噪聲等效電路從時域角度得到：從頻域角度得到：*3.4.2電子器件的噪聲（*）（1）晶體管的噪聲

電阻熱噪聲：各電極的體電阻（基極體電阻）自由電子熱運動產(chǎn)生的噪聲。

散粒噪聲：這是電子流的不均勻性引起的。（白噪聲）

分配噪聲：載流子在基區(qū)分配比例隨機變化所產(chǎn)生的噪聲稱為分配噪聲。

（有色噪聲）1/f噪聲：低頻時比較顯著。在1KHz以上，則可以忽略。

（有色噪聲）*（2）場效應(yīng)管的噪聲

溝道熱噪聲：由導(dǎo)電溝道電阻產(chǎn)生的噪聲。與一般電阻不同，溝道電阻的大小是受到柵極電壓控制。

：場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)。

柵極散粒噪聲：是由于柵極內(nèi)電荷不規(guī)則起伏引起的。（白噪聲）：柵極泄漏電流。

柵極感應(yīng)噪聲：溝道中的起伏噪聲通過溝道與柵極之間的電容，在柵極上感應(yīng)產(chǎn)生的噪聲。工作頻率越高，該噪聲影響越大。（有色噪聲）1/f噪聲：與雙極型晶體管一樣，場效應(yīng)管也存在1/f噪聲，其產(chǎn)生機理和形態(tài)與雙極晶體管大致相同。（有色噪聲）*3.4.3噪聲系數(shù)

在標(biāo)準(zhǔn)信號源激勵下，網(wǎng)絡(luò)輸入信噪比與其輸出信噪比的比值。即信噪比變壞的程度。放大器標(biāo)準(zhǔn)信號源（1）噪聲系數(shù)的幾種描述：“標(biāo)準(zhǔn)信號源”是指信號電壓為，內(nèi)阻為，并僅含有產(chǎn)生的白噪聲的信號源。*

網(wǎng)絡(luò)輸出端的輸出噪聲功率由兩部分構(gòu)成，即通過網(wǎng)絡(luò)后的輸入噪聲功率和網(wǎng)絡(luò)附加的噪聲功率。

網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率與輸入噪聲功率在輸出端的比值。可見標(biāo)準(zhǔn)信號源很重要。為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各有噪元件產(chǎn)生的噪聲功率在其輸出端的反映。上式表明，任何實際網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)，都是在理想網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)（=1）的基礎(chǔ)上，加上某一噪聲系數(shù)的增量。該增量與成正比，與和成反比。*（2）噪聲系數(shù)的計算：

信噪比的特點分析在計算輸入信噪比時，與和之間是否匹配無關(guān)。在計算輸出信噪比時，與輸出端是否匹配無關(guān)。

額定功率和額定功率增益額定功率是指信號源（包括噪聲源）能夠輸出的最大功率。額定功率增益是指放大器輸入端和輸出端分別匹配時的功率增益。*舉例：設(shè)網(wǎng)絡(luò)輸入端匹配設(shè)網(wǎng)絡(luò)輸出端匹配*3.4.4級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2

和分別為兩網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益。和分別為兩網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。和分別表示兩網(wǎng)絡(luò)的附加噪聲功率。由得到：而級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總的輸出噪聲功率為：*如令為級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總功率增益：上式說明：級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)，主要由網(wǎng)絡(luò)前級的噪聲系數(shù)確定。前級的噪聲系數(shù)越小，功率增益越高，則級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)就越小。依此類推，N級級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總的噪聲系數(shù)為：則級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲系數(shù)為：*3.4.5接收機的靈敏度與最小可檢測信號

接收機的靈敏度是當(dāng)接收端處于匹配時，為保證一定的輸出信噪比，接收端所需要的最小有用信號功率。由

接收機的最小可檢測信號電壓式中為接收機的輸入電阻。得到：*

舉例：輸入電阻為的接收機，噪聲系數(shù)為6dB，BW=1MZ。當(dāng)要求輸出信噪比為1，接收機的最小有用信號功率和電壓為多少？還可以表示為：噪聲系數(shù)為6dB，=4。當(dāng)輸入電阻為時，最小可檢測信號電壓為：*3.4.6噪聲溫度

網(wǎng)絡(luò)的噪聲性能也可以用噪聲溫度來表示。但要注意的是，網(wǎng)絡(luò)的噪聲溫度不是該網(wǎng)絡(luò)的實際物理溫度，而是用以表征該網(wǎng)絡(luò)噪聲性能的一種假想溫度。

實際網(wǎng)絡(luò)用一無噪聲網(wǎng)絡(luò)和一噪聲源等效。設(shè)是由信號源內(nèi)阻在一假想溫度下產(chǎn)生的噪聲電壓。此溫度是網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度。*當(dāng)網(wǎng)絡(luò)噪聲較小時，用噪聲溫度來表示更方便些。舉例：=1.1=1.05

網(wǎng)絡(luò)的噪聲溫度與網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)相類似，兩者具有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。由得到：*3.4.7低噪聲放大器的設(shè)計（1）晶體管放大器的噪聲系數(shù)

共基極放大器的噪聲等效電路

等效電路中四個噪聲源基本上是彼此獨立的。*

信號源內(nèi)阻

的熱噪聲電壓方均值。

基極電阻

的熱噪聲電壓方均值。

發(fā)射結(jié)的散粒噪聲。

集電結(jié)的分配噪聲。

晶體管放大器的噪聲系數(shù)*討論：

噪聲系數(shù)與工作頻率的關(guān)系

工作頻率較低時，噪聲系數(shù)幾乎與工作頻率無關(guān)。主要是基極電阻的熱噪聲和散粒噪聲，是白噪聲。

工作頻率較高時，噪聲系數(shù)隨工作頻率增加而增加。這是高頻區(qū)，除熱噪聲和散粒噪聲外，主要是分配噪聲。

工作頻率很低時，噪聲不可忽略。附錄3.2.1*

噪聲系數(shù)與信源內(nèi)阻的關(guān)系

信源內(nèi)阻較小時，噪聲系數(shù)與信源內(nèi)阻近似成反比。

信源內(nèi)阻較大時，笫四項不可忽略。

信源內(nèi)阻有最佳值，使噪聲系數(shù)最小。

噪聲系數(shù)與晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系

噪聲系數(shù)是，和的函數(shù)。

而，和與晶體管工作狀態(tài)有關(guān)。附錄3.2.1*（2）場效應(yīng)管放大器的噪聲系數(shù)場效應(yīng)管的噪聲有四個耒源：柵極散粒噪聲；溝道熱噪聲；

柵極感應(yīng)噪聲和1/f噪聲。笫一種和笫二種噪聲是主要的，尤其以笫二種噪聲最重要。笫二種噪聲的場效應(yīng)管噪聲等效電路見下圖。*

場效應(yīng)管放大器的噪聲系數(shù)為場效應(yīng)管的輸入電導(dǎo)；為信號源的內(nèi)電導(dǎo)；為場效應(yīng)管溝道熱噪聲的等效噪聲電阻。

在高頻放大電路中（笫一級），通常選擇噪聲系數(shù)最小。即所謂最小噪聲系數(shù)匹配。*（3）減少噪聲系數(shù)的措施

選用低噪聲器件和元件

選用和噪聲系數(shù)小的晶體管。

選用場效應(yīng)管（砷化鎵金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管）。

謹慎選用電阻元件，選用金屬膜電阻。

正確選擇晶體管放大器的直流工作點

對不同的信號源內(nèi)阻，最佳的是不同的。

用改變的方法耒獲得低噪聲放大。

選擇合適的信號源內(nèi)阻

信源內(nèi)阻有最佳值，使噪聲系數(shù)最小。*

選擇合適的工作帶寬

選用合適的放大電路

熱噪聲是主要耒源之一，所以降低接收機前端主要器件的工溫度，對減小噪聲系數(shù)是有意義的。

共發(fā)-共基放大器和共源-共柵放大器是低噪聲電路。*CAD2_02:考慮一個被噪聲污染的信號，很難看出它所包含的頻率分量。應(yīng)用傅立葉變換可以在噪聲中發(fā)現(xiàn)淹沒在其中的信號。

Y=fft（X,n）即是采用n點的FFT變換。舉例：一個由50MHz和120MHz正弦信號構(gòu)成的信號，受零均值隨機噪聲的干擾，數(shù)據(jù)采樣率為1000Hz.現(xiàn)可通過fft函數(shù)來分析其信號頻率成份。

參考程序：t=0

0.001

0.6；

X=Sin(2

pi

50

t)+Sin(2

pi

120

t)；

y=X+1.5

randn[1,length(t)]；

Y=fft(y,512)；

P=Y.

Conz(Y)/512；

f=1000

(0:255)/512；

plot[f,P(1:256)]

這樣可得到信號功率譜密度圖。

*附錄3.2.1白噪聲區(qū)高頻區(qū)低頻區(qū)3dB/倍頻程6dB/倍頻程返回1返回2

正弦波振蕩器

*5.1引言（1）定義：振蕩器是一種不需外加信號激勵而能自動將直流能量變換為周期性交變能量的裝置。（2）分類：按振蕩波形分類：振蕩器分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。輸出波形接近于理想正弦波的稱為正弦波振蕩器，波形為方波、矩形波或其它波形的稱為非正弦波振蕩器。按工作機理分類：根據(jù)產(chǎn)生振蕩的機理，正弦振蕩器還可分為反饋振蕩器和負阻振蕩器。按選頻網(wǎng)絡(luò)分類：分為RC振蕩器、LC振蕩器、晶體振蕩器以及壓控振蕩器（VCO）、壓控晶體振蕩器（VCXO）等。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，相繼又出現(xiàn)了集成振蕩器、開關(guān)電容振蕩器等。*（3）應(yīng)用：無線電發(fā)射機用它產(chǎn)生載荷信息的載波信號。超外差接收機用它產(chǎn)生本地振蕩信號。各種電子測量設(shè)備和計時儀表用它產(chǎn)生頻率（或時間）基準(zhǔn)信號。工業(yè)生產(chǎn)部門廣泛應(yīng)用的高頻電加熱設(shè)備等。（4）基本構(gòu)成：一個由儲能元件構(gòu)成的決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)。一個在規(guī)定頻段內(nèi)具有能量變換（或放大）作用的換能機構(gòu)。（有源器件──放大器）一個有助于補充元器件能量損耗和保證振蕩器工作穩(wěn)定的反饋電路。一個對振蕩強度具有自動調(diào)整作用的非線性元件。事實上，在晶體管正弦振蕩器中，晶體管既起著能量變換的作用，又起著調(diào)整和控制振蕩強度的非線性作用。*（5）分析方法：由于正弦波振蕩器是一個含有非線性元件和儲能元件的閉環(huán)系統(tǒng)，或者說是一個非線性動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，因此要對它進行分析，至少需求解一個二階以上的非線性微分方程。但這類方程的求解是很煩冗的。求解一個二階以上的非線性微分方程，需采用CAD方法。為便于定性分析闡明振蕩器的振蕩特性，本章在進行電路分析時，仍采用電路參數(shù)的準(zhǔn)線性分析法和零極點分析法。反饋振蕩器是一個非線性閉環(huán)系統(tǒng)，其特性需用非線性系統(tǒng)的分析方法來加以分析。

在振蕩的初始階段，系統(tǒng)內(nèi)流通的信號比較微弱，因此，可以引用線性系統(tǒng)的分析方法，來確定這一時期振蕩器的工作狀態(tài)。*5.2LC振蕩器的基本工作原