高频电子线路重点

高频电子线路重点内容第一章1.1通信与通信系统1.信息技术两大重要组成部分——信息传输和信息处理信息传输的要求主要是提高可靠性和有效性。信息处理的目的就是为了更有效、更可靠地传递信息。2.高频的概念所谓“高频”，广义上讲就是适于无线电传播的无线电频率，通常又称为“射频”。一、基本概念1.通信：将信息从发送者传到接收者的过程2.通信系统：实现传送过程的系统3.通信系统基本组成框图信息源是指需要传送的原始信息，如语言、音乐、图像、文字等，一般是非电物理量。原始信息经换能器转换成电信号（称为基带信号）后，送入发送设备，将其变成适合于信道传输的信号，然后送入信道。信道是信号传输的通道，也就是传输媒介。有线信道，如：架空明线，电缆，波导，光纤等。无线信道，如：海水，地球表面，自由空间等。不同信道有不同的传输特性，同一信道对不同频率信号的传输特性也是不同的。接收设备把有用信号从众多信号和噪声中选取出来，经换能器恢复出原始信息。4．通信系统的分类按传输的信息的物理特征，可以分为电话、电报、传真通信系统，广播电视通信系统，数据通信系统等；按信道传输的信号传送类型，可以分为模拟和数字通信系统；而按传输媒介（信道）的物理特征，可以分为有线通信系统和无线通信系统。二、无线电发送与接收设备1.无线通信系统的发射设备（1）振荡器：产生fosc的高频振荡信号，几十kHz以上。（2）高频放大器：一或多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至fc，并提供足够大的载波功率。（3）调制信号放大器：多级放大器组成，前几级为小信号放大器，用于放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。（4）振幅调制器：实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。2.无线通信系统的接收设备（1）高频放大器：由一级或多级小信号谐振放大器组成，放大天线上感生的有用信号；并利用放大器中的谐振系统抑制天线上感生的其它频率的干扰信号。可调谐。（2）混频器：两个输入信号。频率为fc的高频已调信号，本机振荡器产生的频率为fL的本振信号。将频率为fc的高频已调信号不失真的变换为载波频率为fI的中频已调信号（3）本机振荡：用来产生频率为fL=fc±fI的高频振荡信号，fL是可调的，并能跟踪fc。（4）中频放大器：由多级固定调谐的小信号放大器组成，放大中频信号。（5）检波器：实现解调功能，将中频调辐波变换为反映传送信息的调制信号。（6）低频放大器：由小信号放大器和功率放大器组成，放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。3.调制基本原理为什么无线电传播要用高频？由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息经转换而成的原始电信号一般是低频信号，波长很长。例如音频信号仅在l5kHz以内，对应波长为20km以上，要制造出相应的巨大天线是不现实的。另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。因此，为了有效地进行传输，必须采用几百kHz以上的高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上(这一过程称为调制)，然后经天线发送出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号上“卸取”下来(这一过程称为解调)。采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。传输的信号为什么要进行调制？传输信号波长与天线匹配的要求：在无线电通信中，由天线理论可知，要将电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和信号的波长为同一数量级。计算：发送f=1000Hz的音频信号，需要的天线长度。λ=c/f=300000000/1000=300000=300(公里)采用调制后，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分离,可以实现多路复用，提高频带的利用率。更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。1.1.3无线电波段的划分和无线电波的传播为了讨论问题的方便，将不同频率的电磁波人为地划分若干频段或波段，列表如下:波段名称波段范围频率范围频段名称超长波长波中波短波超短波(米波)10000－100000m1000－10000m100－1000m10－100m1－10m3－30kHz30－300kHz0.3－1.5MHz1.5－30MHz30－300MHz甚低频(VLF)低频(LF)中频(MF)高频(HF)甚高频(VHF)微波分米波厘米波毫米波亚毫米波10－100cm1－10cm1－10cm0.1－1mm0.3－3GHz3－30GHz30－300GHz300－3000GHz特高频(UHF)超高频(SHF)极高频(EHF)超级高频习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称为频段或波段。无线电波在空间传播的速度c=3×108m/s，则高频信号的频率与其波长的关系为：λ=c/f，f单位取Hz，λ单位用m。无线电波传播特性：无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等，由无线电信号的频率决定。电波的传播方式主要有：如下图。直射（视距）(a):电视、调频广播，移动通信，中继与卫星等；超短波绕射（地波）(b):波长长，地面吸收少，绕射能力强；广播、通信；中长波；条件：λ〉物体折射和反射（天波）(c):借助60~600km的电离层；广播、通信；短波；条件：物体〉λ散射传播(d):借助10~12km的对流层，适合400~6000MHz信号；条件：阻挡物体多，体积小于波长。无线电波的主要传播方式（a）直射传播;（b）地波传播;（c）天波传播;（d）散射传播1.2非线性电子线路的基本概念及本课程特点高频电子线路几乎都是由线性元件和非线性的器件组成的。其中的非线性器件可以用线性等效电路来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。本书的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都用非线性电路的分析方法来分析。①在学习本课程时，要抓住各种电路之间的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，而不要局限于掌握一个个具体的电路及其工作原理。(a)射线(b)(c)电离层(d)对流层②学习时要注意“分立为基础，集成为重点，分立为集成服务”的原则。③重视实验环节，坚持理论联系实际，在实践中积累丰富的经验。2.1谐振回路高频调谐放大器的功能及分类1.功能：放大和选频。放大是放大有用信号。选频是选择有用信号，抑制无用信号。2.分类：按信号大小分小信号、大信号调谐放大器；按调谐回路个数分单调谐、双调谐放大器；按器件分有晶体管、场效应管放大器；按电路组态分共e、共b、共c放大器。3.高频小信号放大器的两种主要类型：集中选频放大器、谐振放大器2.1.1LC并联谐振回路的选频特性一、LC并联谐振回路的选频特性1、CjLjRCjLjRZp11)()1(CLjRCLjXRCL（注意：LR)C1L(X(1)谐振条件：当回路总电抗X=0时，回路呈谐振状态(2)并联谐振阻抗CRLZpo=pRjXRCLZP（呈纯电阻，且取最大值）(3)谐振频率：由于，0X即，0C1L0=0LC10LCf2102、品质因数物理意义：谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比P2io2iR/uL/uQ=LRoP==poCR回路阻抗频率特性jXRCLZp)1(1/CLRLjRCL)1(1CLRLjRp)(1ooopRLjR又由于:QRLo，而o2o2oo)(=oo0))((o2其中：oopp2jQ1RZjRp1jpeZ其中：oQ2称广义失谐21ppRZ1tgp讨论：(1)当o，即CL10有00p并联LC谐振回路呈电感性(2)当o，即CL10有0oPZ0p并联LC谐振回路呈电容性3、谐振曲线定义：并联谐振回路中，回路电压与工作频率之间的关系常用的谐振曲线为归一化谐振曲线，即为poipiioipZiZiuuppRjR)1(211同样定义并联谐振回路端电压的相位为1tgP4、通频带定义：在并联谐振回路中•21ioiuu令：211所对应的频率范围由定义可得：127.0oQQBo7.02或Qfo结论：Q值越大频带越窄，回路损耗越小。5、回路的选择性由图2.1.3可以看出，LC谐振回路对偏离谐振频率信号的抑制作用，偏离越大，|ZP|/R0越小；而且回路Q值越大，曲线就越尖锐，说明回路的选频性能越好，回路Q值越小，曲线越平缓，回路的选频性能就越差。理想谐振回路的幅频特性曲线如图所示，它是高度为1，宽度为BW0.7的矩形。矩形系数Kr0.1定义：单位谐振曲线N（f）值下降到0.1时的频带范围与通频带之比，即7.01.01.0BWBWK,理想谐振回路K0.1＝1，实际回路的K0.1总是大于1，而且其数值越大，表示偏离理想值越大；其值越小，表示偏离理想值越小。Q2Q1Q11OQ2POQ1Q2P12QQ2Q1QNf107.01.0ff1f2f3f4f理想的幅频特性07.BW01.BW实际单级单调谐LC谐振回路的矩形系数：95.9991.0K。它是一个与回路的Q值以及谐振频率f0无关的定值，偏离理想回路值较大。例1设一并联谐振回路，谐振频率f0=10MHz，回路电容C＝50pF，试计算所需的线圈电感L。又若线圈品质因素为Q＝100，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽为0.5MHz,则应在回路上并联多大电阻才能满足要求？解：（1）计算L值HCfCL07.5)2(112020（2）回路的谐振电阻和带宽kLQRp8.311007.5102100670kHzQfB1000（3）求满足0.5MHz带宽的并联电阻设回路并联电阻为，回路有载品质因数为LQ20105.0101066'0BfQLpppLRRRRRRLQ并并并＝∥0将已知条件带入，可得：kR97.7并二、变压器和LC分压式阻抗变换电路1.变压器的耦合联接设初级线圈数为N1，，次级线圈数为N2。在变压器紧耦合时，负载电阻RL与等效负载R‘L的关系为R‘L＝（N1/N2）2RL2.自耦变压器的耦合联接R‘L＝（N13/N23）2RL2.2.1单级单调谐放大器一、基本电路与工作原理1.组成2.元件作用3.工作原理高频信号电压互感耦合基极电压管子be结基极电流管子放大作用集电极电流谐振回路选频回路谐振电压互感耦合负载电流iL在负载上产生较大的高频信号电压二、电路分析1.直流通路2.交流通路3.高频Y参数等效电路晶体管接入回路的接入系数n1＝N12/N13负载接入回路的接入系数n2＝N45/N13I‘S＝n12IS＝n1YfeUbeg‘oe＝n12goe，C‘oe＝n12Coeg‘L＝n22gL，C‘L＝n22CLG＝g‘oe＋g‘L＋gPC＝C‘oe＋C‘L＋C导纳Y＝G＋jwC＋1/jwL输出电压U‘o＝－I‘s/Y＝－n1YfeUbe/Y＝Uo/n2三、性能指标分析1.电压增益Au＝U0Ube－n1n2Yfe/〔G（1＋j2QLf/f0）〕当回路谐振时，f＝0，放大器谐振电压增益为Auo＝－n1n2Yfe/GAuo＝n1n2Yfe/G＝n1n2Yfe/（n12goe＋n22gL＋gP）2.功率增益Gpo＝PoPi＝U2oU2i＝A2uo3.单调谐放大器的通频带4.单调谐放大器的选择性矩形系数K0.1=BW0.1/BW0.7＝102－19.95》12.2.2多级单调谐回路谐振放大器一、双级单调谐放大器1、电路图2、性能指标（n级相同电压增益的单调谐放大器级联）（1）.电压增益Au＝Au1