高频电子线路完整章节课件(胡宴如)

高频电子线路高等教育出版社，胡宴如、耿苏燕主编友情提示：如何学好高频课课程性质：理论联系实践，突出重点，重应用，强调物理概念，强调工程实践。每次课程结束附有小练习，望各位同学认真做答，内含各位同学期待的期末考试内容。期末考试开卷，不背公式，应用结论。从各个角度消化课堂知识。第一章绪论通信与通信系统无线电波的基本特点非线性电路的基本概念本课程的主要内容及特点主要内容：1.1、通信与通信系统通信系统：用电信号（或光信号）传输信号的系统称为通信系统，也称电信系统。通信系统的组成：一般通信系统由输入、输出变换器，发送、接收设备和信道等组成。1.1、通信与通信系统无线通信系统组成框图各部分作用1)信息源：提供需要传送的信息；2)输入变换器：将信息源（图像、声音等）的信息变换成电信号，把该信号称为基带信号；3)发射机：将基带信号进行某种处理，并以足够的功率送入信道，以实现有效的传送，其中最主要的处理为调制，调制后的信号称为已调信号，或已调波；1.1、通信与通信系统4）信道：信息的传送通道，又称传输媒介。信道可分为无线信道和有线信道两大类；5）接收机：把由信道传送过来的已调信号取出并进行处理，得到与发送相对应的原基带信号，把这一过程称为解调；6）输出变换器：把基带信号恢复成原来形式的信息。1.1、通信与通信系统通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。1）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为模拟信号）的通信系统,称为模拟通信系统。典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收设备的组成框图分别如图2和图3所示。图2为调幅发射机的组成框图。图3为超外差式调幅接收机的组成框图。2）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字信号）的通信系统,称为数字通信系统。1.1、通信与通信系统典型调幅发送设备的组成框图1.1、通信与通信系统1.1、通信与通信系统—调幅发射机各部分的作用高频振荡器：产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运载基带信号，称为载波，或载频。倍频器：输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，称为倍频器。作用提高高频振荡频率。高频放大器：把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。1.1、通信与通信系统—调幅发射机各部分的作用高频功率放大器与调幅器：作用是将输入的高频载波信号和低频调制信号变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送到天线，然后辐射到空间；话筒（拾音器）：输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；低频放大器：把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实现一定的调制度。调制1)什么是调制？把待传送基带信号（调制信号）“装载”到高频振荡信号上去的过程。2)三种信号调制信号、载波信号和已调信号3)三种调制方式调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）1.1、通信与通信系统—调幅发射机各部分的作用1.1、通信与通信系统为什么要调制因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：1)天线尺寸天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长λ的1/10~1），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音频范围20Hz~20kHz来说，这样的天线不可能实现。2)信号选择如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。三种调制方式用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参量，就可以实现调制。振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称为振幅调制，简称调幅；频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称为频率调制，简称调频；相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称为相位调制，简称调相。1.1、通信与通信系统—调幅发射机各部分的作用典型超外差调幅接收设备的组成框图1.1、通信与通信系统1.1、通信与通信系统超外差接收机1)什么是超外差接收机？为了提高接收机的性能，目前广泛采用超外差接收方式，超外差接收机的结构特点是具有混频器。接收机将天线接收的高频已调信号的载波信号经高频放大器进行初步的选择和放大，并抑制其它无用信号。高频放大器输出的载频为已调信号和本地振荡器所提供的频率为的高频等幅信号同时输入混频fLfC1.1、通信与通信系统器，在其输出端就可获得载频频率固定的信号，通常取＝－，把此频率称为中频信号，此中频信号经中频放大器放大到足够值，然后经解调器解调，可恢复出原基带信号，经低频放大后输出。2)混频器的作用混频的作用是将接收的已调信号的载频频率变为一固定中频信号。超外差接收机的结构特点是具有混频器。fififCfL1.1、通信与通信系统解调——信号的“卸载”1)什么是解调？从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。2)解调的三种方式①对调幅波的解调——检波②对调频波的解调——鉴频③对调相波的解调——鉴相1.2、无线电波的基本特点无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有λ=c/f。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。无线电波的三种传播途径（如图）：无线电波的波段划分表：1.2、无线电波的基本特点波段名称波长范围频段名称频率范围主要用途长波LW103~104m低频(LF)30~300kHz长距离点与点通信中波MW102~103m中频(MF)300~3000kHz广播、船舶、飞行通信短波SW10~102m高频(HF)3~30kHz短波广播、军事通信米波1~10m甚高频(VHF)30~300MHz电视、调频广播、雷达分米波1~10dm特高频(UHF)300~3000MHz电视、雷达、移动通信厘米波1~10cm超高频(SHF)3~30GHz雷达、中继、卫星通信毫米波1~10mm极高频(EHF)30~300GHz射电天文、卫星、雷达1.3、非线性电路的基本概念非线性元器件电子元器件按工作特性分为线性元器件和非线性元器件两种。非线性元器件和线性元器件主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，它的参数和外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性器件。图1.3.1为线性与非线性电阻器件的伏安特性曲线。从图可见线性电阻器件的伏安特性是过坐标原点的一条直线，即流过电阻器的电流i与加在电阻器两端的电压u成正比；而非线性电阻器件的伏安特性是非线性的，即流过非线性电阻器的电流i与加在电阻器两端的电压u不成正比。1.3、非线性电路的基本概念线性电路全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路，称为线性电路。非线性电路电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工作点Q处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是基于这一点为基础的。1.3、非线性电路的基本概念非线性电路的基本特点1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换作用；2）非线性电路分析上不适用叠加定理；3）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。1.4、本课程的主要内容及特点本课程主要是研究通信系统中共用的基本单元电路，其内容包括高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电路、混频电路、反馈控制电路等。除了高频小信号放大器为线性电路，其余都属于非线性电子线路。因此要注意以下几点：1）非线性电子线路分析的复杂性；2）非线性电子线路种类和电路形式的多样性；3）非线性电子线路具有很强的实践性。小结高频电子线路的典型应用是通信系统；通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部分组成；电信号的发射与接收的关键是调制与解调；高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本课程要解决的问题；了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本知识。课堂练习一1.如果广播电台发射的信号频率为fcfLfffCLIfffICL=936KHz,fI接收机中频=455KHz,问接收机本振频率问多少？解：＝936KHz＋455KHz＝1391KHz答：接收机本振频率为1391KHz。课堂练习二2.如果高频载波频率为150MHZ,问λ/4天线应长？解：∵频率等于光速C除以波长λ,即ƒ＝C∕λ,则：λ＝C∕ƒ,λ＝3×÷150×＝2(米),λ/4＝2÷4＝0.5(米)答：λ/4天线应0.5米长。108106课堂练习三3.中波广播波段的波长范围为187~560米,问其波率范围为?解：∵频率ƒ等于光速C除以波长λ,即ƒ＝C∕λ,则：λ＝560米时，ƒ＝3×∕560≈536KHzλ＝187米时，ƒ＝3×∕187≈1604KHz答：波率范围为536KHz～1604KHz。108108第2章小信号选频放大器—概述在高频电路中，调谐放大器是一种最基本、最常见的电路形式。它是高频放大器的一种。高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。接收天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收设备内解调器的输入电压，最好能达到1伏左右，这就要求接收机对高频信号的放大能力要达到几千倍到10万倍左右。第2章小信号选频放大器—概述另外接收机天线所感应的信号，除了有要接收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用LC谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。第2章小信号选频放大器LC谐振回路小信号谐振放大器集中选频放大器主要内容：2.1LC谐振回路—概述LC谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。利用LC谐振回路的幅（度）频（率）特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以2.1LC谐振回路—概述进行信号的频幅转换和频相转换（例如在斜率鉴频和相位鉴频电路里）。另外，用L、C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离不开它。因此本章先介绍LC并联谐振回路的基本特性。2.1.1并联谐振回路的选频特性谐振回路谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择信号及阻抗变换作用。LC并联谐振回路图2.1.1是电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。r是电感L的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。为电流源，为并联回路两端输出电压。根据电路分析基础知识，可以直接给出LC并联谐振回路的某些主要参数及其表达式：.ISUO2.1.1并联谐振回路的选频特性•并联谐振回路的阻抗频率特性图2.1.1并联谐振回路2.1.1并联谐振回路的选频特性1)并联谐振回路的等效阻抗Z:通常r很小,当r＜＜ωL,Z可用下式表示:CjLjrCjLjrZIUSO)1)(()1.1.2()1(CLjrCLZ)2.1.2(2.1.1并联谐振回路的选频特性2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称谐振电阻当时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,从式(2.1.2)可得:CL1CrZRP1)3.1.2(RP2.1.1并联谐振回路的选频特性3)并联谐振回路的谐振频率当时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的谐振频率:或CL100LC10LCf210)4.1.2(2.1.1并联谐振回路的选频特性4)品质因数Q,简称Q值在L