高频复习

高频电子线路复习调制与解调调制：由携有信息的调制信号去控制载波信号的某一参数，使该参数按照调制信号的规律变化。调制信号：携有信息的电信号。(模拟或数字)载波信号：未调制的高频振荡信号。已调波信号：经过调制后的高频振荡信号。调制包括：调幅、调角（调频、调相）。解调：调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。基本概念LC并联振荡回路rQR20r为线圈和电容中的损耗电阻，Ro是等效到回路两端的并联谐振电阻感性容性2020111ω11π21QLCQLCf==高频小信号放大器•集电极负载为LC并联谐振回路，起选频、滤波作用。•电路的静态工作点保证电路工作在甲类状态。•变压器耦合可实现前后级阻抗匹配并隔直流。•调谐放大器的稳定性•影响调谐放大器稳定性的主要因素：三极管内部反馈：Cb’c的存在使输出电压的一部分反馈到输入端，引起输入电流变化。如果反馈在某个频率上满足正反馈条件，并足够大，就会产生自激振荡。改善措施：（1）减小反向传输导纳，尽量选用Cb’c小的高频放大器件；（2）从电路上设法消除晶体管的反向作用，使其单向化，具体方法主要有中和法和失配法。高频功率放大器丙类谐振功率放大器•为了提高效率，一般工作在丙类,放大器导电角小于90°（为兼顾输出功率和效率，一般选60°～70°）输入余弦波时，晶体管集电极电流为余弦脉冲，属于非线性电路。•采用谐振网络作负载。由于LC回路的选频作用，只选择基波成分，滤除其它谐波分量，其输出仍然是与输入信号同频率的余弦信号。•技术指标主要是：输出功率大、效率高。•工作频率高、相对通频带窄。工作于过压区时输出电压随调制信号呈线性变化。基极调制特性：调制信号改变基极电压工作于欠压区时输出电压随调制信号呈线性变化。放大特性放大AM信号工作在欠压区，放大FM信号工作在临界区或过压区负载特性临界状态可得到最大功率和效率，其负载是最佳负载丙类谐振功率放大器的工作状态和外部特性调制特性集电极调制:调制信号改变集电极电压起振条件：1AF1=AF平衡条件：振幅条件：相位条件:正反馈振荡器的平衡条件和起振条件正弦波振荡器反馈式振荡器是振荡回路通过正反馈网络与有源器件构成的电路决定振荡频率满足相位条件补充能量放大器选频网络反馈网络0∂)ω(∂:=iAiUuioujT振幅稳定条件0∂ω∂∂ω)(∂相位稳位++ZFZY条件：.()()()1≥ωωωjFjKjT=三点式振荡器要实现振荡，必须满足相位平衡条件与振幅平衡条件.为此电路组成结构必须遵循射同余异原则.cebX3X1X2与晶体管发射极相联结的电抗X1、X2性质必须相同。即射同不与晶体管发射极相联结的另一电抗X3的性质必须与其相反。即余异遵循以上原则就能满足：相位条件适当选择X1与X2的比值就能满足：振幅条件-++--++++3.电容三点式振荡器（Colpitts）（a）原理图（b）交流等效电路图4-9电容三点式振荡器及其等效电路0fLCπ21≈2121CCCCC+=优点：1）电容反馈三端电路的振荡波形好。2）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可达100MHz以上。缺点：调C1或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。一般工作在固定频率。21CCF=振幅条件：KF≥1（即K≥5）（=1/5）12石英晶体振荡器石英晶体振荡器是利用石英晶体作为选频滤波网络工作的，其频率稳定度很高，串联型石英晶体振荡器中，晶体的作用为选频短路线，并联型石英晶体振荡器中，晶体的作用为高Q值电感。串联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器（皮尔斯电路）200P330P20P4.7μH12P10P36P0.45-0.554705MHz47MHz容性感性06121MHz65105.01012π21ff=×××=06121MHz4107.410330π21ff=×××=调幅、检波和混频同属于频谱线性搬移电路，所以，它们的电路核心（基本结构）都是乘法器，二极管平衡电路、二极管环形电路和模拟乘法器都是典型的应用电路。振幅调制、解调及解调t0uAMUcm(1-ma)Ucm(1+ma)Ucm包络Ucm(1+macosΩt)uAM(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct7.5V2.5VfUm/V0fc+Ffc-FfcUcm1/2maUcm1/2maUcm例：u(t)=(5+2.5cos2π×103t)cos2π×104t=5(1+0.5cos2π×103t)cos2π×104t调幅:标准调幅（AM）双边带调幅（DSB）和单边带调幅（SSB）BAM=2FmaxPav=Pc(1+ma2)21信号带宽：信号总功率：RUPcmc22uSDB(t)=maUcmcosΩtcosωctuSDB(t)=maUcmcos(ωc-Ω)t+maUcmcos(ωc+Ω)t2121振幅振幅差频和频双边带调幅（DSB）2.大信号包络检波器只适于普通调幅波的检波。包络检波器的失真主要是惰性失真和负峰切割失真同步检波器可用于各种调幅波的检波，但要求同步电压信号与载波同频同相检波是调幅的逆过程，其频谱变换也与调幅相反，即把调幅波的频谱由高频不失真地搬到低频，其频谱向左搬移了fC。可见，检波器也是频谱线性搬移电路。1.检波有包络检波和同步检波两种方式混频也是频谱线性搬移，只改变载波频率不改变调制方式和频谱内部结构，常用作信号频率的变换。收音机的变频器电路fI=465kHzfL700±465kHzfAM700kHzfI•共基调射变压器耦合本机振荡器•基极注入调幅信号，射极注入本振信号的三极管混频fc与fL同步调谐保持差为中频调频（FM）：载波的幅度不变，而瞬时角频率ωC（t）随调制信号uΩ作线性变化。调频属于频谱的非线性变换，频谱结构要发生变化调频波的基本性质调频波表达式为uFM(t)=Ucmcos(ωct+mfsinΩt)mf:调频指数，表示调频信号的最大相位偏移mf=Δfm/FΔfm：调频波最大频偏，表示FM波频率摆动的幅度频率调制与解调2.波形特点角频偏与调制信号一致相移落后调制信号π/2(Δφ(t)=∫0tuΩ(t)dt=mfsinΩt)FM信号的变化规律与频偏一致3.频谱特点单频偏调制的调角波有许多对边频分量，对称分布在载波两侧，谱线间隔为F各边频振幅取决于mf由贝塞尔函数确定，奇数分量上下边频振幅相等相位相反，偶数分量上下边频振幅相等相位相同，当mf=2.405时，载波分量为0若UΩm不变，改变F，Δf不变，带宽几乎不变化⊿ωm=kfUΩm多频时频谱的变化当然复杂得多，但分析表明，以上公式仍然适用，只是F应当用Fmax代替。在调频广播中，Δfm=75kHz,Fmax=15kHzmf=5,BW=180kHz5.功率关系在Ucm一定时，调频波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，改变mf平均功率不变,只改变载波与各边频的功率分配4.通频带理论上，调频波带宽无穷大；实际上，信息主要集中在幅度大于1%的分量中，带宽为：RUPPcmcFM22BW=2(m+1)F=2(Δfm+F)uFM（t）=50cos（2π×106t＋10sin2π×103t）VuFM(t)=Ucmcos(ωct+mfsinΩt)BW=2(m+1)F=2(Δfm+F)例题载波频率fc=1MHz,调制信号频率F=1kHz,载波振幅Uc=50V最大频偏Δfm=10kHz,调频表达式？带宽？=2（10+1）=22kHzmf=Δfm/F=10一、调频电路与鉴频器调频有两种方法：直接调频和间接调频直接调频的特点是电路简单，可得到较大频偏，但频率稳定度差。间接调频是借用调相的方式来实现调频。其振荡器与调制器是分开的，中心频率稳定度高，但设备较复杂。鉴频是调频的逆过程。鉴频器的作用是从高频调频信号中解调出调制信号Sd=Δuo/Δf鉴频曲线的调整方法：1）中心点（零点）2）对称性3）线性范围•鉴频方法鉴频的方法很多，但主要可归纳为如下几类：1）首先进行波形变换，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调幅波(即FM—AM波)，然后用振幅检波器将振幅的变化检测出来。(振幅鉴频器)如斜率、双斜率、差分等2）先将调频信号送入频率-相位线性变换网络，变换成相位与瞬时频率成正比的FM-PM信号，然后通过相位检波器还原出原调制信号。(相位鉴频器)如叠加、比例、正交等3）对调频波通过零点的数目进行计数，因为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率。这种鉴频器叫做脉冲计数式鉴频器4）利用锁相环路鉴频：锁相鉴频器接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于种种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大，微弱时可以是几微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏。也就是说最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。AGC电路的作用就是在输入信号变化很大时，尽量保持接收机输出信号的幅度恒定或只有很小的变化。使接收机对弱信号能有效地放大，强信号时不至于阻塞或过载。自动增益控制(AGC)电路1.AGC电路的作用反馈控制电路锁相环路PLL锁相环路是一种自动相位控制系统，它以消除频率误差为目的，但并不直接利用频率误差信号，而是利用相位误差信号去消除频率误差，环路锁定后，只有恒定的相位差没有频率误差，所以，它比用频率误差去减小频率差的AFC电路更优越，后者总是存在剩余频差。在现代各种电子系统中，特别是在接收机中，PLL是应用广泛的一种反馈控制电路。•锁相环路基本构成：1）鉴相器PD：鉴相器是一个相位比较器，将输入信号相位与VCO输出信号相位比较，得到的误差电压ud(t)，是两者相位差的函数。ud(t)=Udsinθe(t)2）环路滤波器LF：环路滤波器(LF)是一个低通滤波器，其作用是滤除鉴相器输出电压ud(t)中的高频分量，得到缓变的控制电压uc(t)。uc(t)=F(p)ud(t)3）压控振荡器VCO：压控振荡器是一种电压-频率变换器，它的瞬时振荡频率ωo(t)受uc(t)控制，使ωo与ωi的相位差不断减小，最后ωo=ωi，相位差恒定。ωo=ωr+Kouc(t)•锁相环路的特性环路锁定后，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余频差（有固定相位差）良好的窄带滤波特性环路锁定后没有剩余频差自动频率跟踪特性环路相当于一个高频窄带滤波器，在几十MHz频率上，其带宽可达几十Hz甚至几Hz，这连晶体都难以达到。环路在锁定时，输出信号频率和相位能在一定范围内跟踪输入信号频率和相位的变化，跟踪带大于捕捉带。易于集成化组成环路的基本部件都易于集成，已有大量模拟和数字锁相环路集成电路商品成批生产。应用之一：锁相倍频、分频当反馈环路是分频器时→倍频电路当反馈环路是倍频器时→分频电路应用之二：锁相调频和鉴频•锁相环路的应用输出滤波器PDLFVCOuFMuΩ应用之三：调幅波的同步检波利用锁相环路可以从输入调幅波信号中获取与发射机载波同频同相的参考信号用来进行同步检波。应用之四：锁相接收机通过锁相环VCO产生本振频率，实现对输入信号频率的跟踪，可有效提高信噪比大大提高接收机对微弱信号的接收能力，解决了卫星通信的一大难题。应用之五：锁相频率合成器利用锁相环路实现频率合成，是现代频率合成技术的主流和发展方向。电路简单，便于集成，易与计算机系统连接。