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第2章通信电子线路基础2.1高频电路中的有源器件2.2无源谐振电路分析2.3干扰和噪声2.1高频电路中的有源器件2.1有源器件任务:完成信号的放大、非线性变换等主要功能。二极管:检波、调制、解调、混频等变容二极管,PIN管等。BJT、FET:高频应用集成电路:通用集成宽带放大电路、专用高频集成电路。有源器件(被动器件)﹕在模拟和数字电路中施以外界信号﹐可以改变自已本身的基本特性.无源器件(主动器件)﹕在模拟和数字电路中施以外界信号﹐不会改变自已本身的基本特性.2.1.1BJT的高频小信号模型一、混合π等效电路混合型等效电路mvIrrrgEQeebem261)1(二、三极管的Y参数等效电路三极管处在小信号线性放大状态时,可以近似为线性器件。因此,我们避开三极管的内部结构,将其看成一个线性二端口网络,如下图所示,从而可以用网络参数等效电路来等效三极管。Uce+beceIbIcUbe+__(a)_yoeyfeUbe(b)IbIc+_UbeUce+yieyreUceY参数等效电路三极管的二端口模型三极管共发射极接法的y参数电流方程:ceoebefeccerebeiebUyUyIUyUyI_yoeyfeUbeIbIc+_UbeUce+yieyreUce0ceUbebieUIy0beUcebreUIy是输出交流短路时的输入导纳;是输入交流短路时的反向传输导纳,这是造成三极管输入回路与输入回路耦合的主要因数,也称为反馈导纳;其中:是输入端交流短路时的输出导纳,即受控电流源的内导纳。0ceUbecfeUIy0beUcecoeUIy是输出端交流短路时的正向传输导纳,这是体现三极管电流控制作用的参数,其作用相当于H参数等效电路中的;混合π等效电路和Y参数等效电路所反映的是同一只三极管,所以两种等效电路之间存在着确定的关系,根据Y参数的上述定义,从混合π等效电路可以推导出:)]([1)('''''''cbebebbbcbebebieCCjgrCCjgyebebrg''1)]([1'''''cbebebbbcbreCCjgrCjy)]([1'''''cbebebbbcbmfeCCjgrCjgy)]([1)](1[''''''''cbebebbbcbebmbbcboeCCjgrCjggrCjy,0ceUbebieUIy0beUcebreUIy0ceUbecfeUIy0beUcecoeUIy三点结论:1)Y参数与静态工作点有关;2)Y参数与三极管的工作频率有关。在下一章将要讨论的小信号谐振放大器中,由于电路的通频带很窄,三极管的工作频率被局限在一个较小的范围内,Y参数在此可以近似看成常数;ebcbebgCCj''')(1)('''cbebebCCrj3)如果工作频率对三极管来讲不是特别高,即满足:Y参数均为容性参数,为了今后分析电路方便,我们将Y参数记为:ieieieCjgYoeoeoeCjgYrerereCjgYmfegYrDCJ2.1.2二极管和场效应管的高频小信号模型一、二极管的高频小信号模型DTJDDCCCImVr26室温条件下:2.2无源谐振网络任务:信号传输、频率选择和阻抗变换等。一、LC串联谐振回路:r是L和C的损耗之和CLrZS)(CLjrCjLjrzs11LC10(1)串联谐振频率:(2)品质因数:回路谐振时无功功率与损耗功率之比CrrLQ001(3)特性阻抗ρ:谐振时容抗或感抗的值(4)广义失谐ξ:能够清楚的反映失谐的大小)()1()(1)(1)1(11)1(0000000QjrjQrrLjrCLrjrCLjrzs其中,CLCL001为感性阻抗,为容性阻抗;,,电路失谐;时,当,电路谐振时,=当ZZrZrZ0000通信电路中用到的谐振电路多为窄带电路,即ω与ω0很接近,则有,=-,令因为00000002))(()(QQ是失谐量,其中=则0022ffQQa、并联谐振频率LCfLCoo211或b、品质因数LggCQooo001c、广义失谐0002)(QQ二、并联谐振回路CLrIy+U-CLgoIy+U-1、基本概念:LC理想,g0是L和C的损耗之和。)1()(1)(1)1(11)1(10000000000000jgjQggCjgLCgjgLCjgLjCjgy2、并联谐振回路的幅频特性和相频特性d、通频带ooooQffBWQBW227.07.0或e、矩形系数95.97.01.01.0BWBWK幅频特性Uω0ωU00.707U0BW0.7∆ω0.7221)2(1ooooUQUUarctgQarctgooz)2(曲线越窄,选频特性越好,定义当U下降到U0的时,对应的频率范围为通频带——BW0.721ωz/2-/2相频特性ω0f、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响CLrCLRLRssIRoCLCLRLRssIC´LResI谐振频率:CLfo21(C´=C+CL)谐振阻抗:Re=Rs//Ro//RL有载品质因数:CRLRQoeoe通频带:QfBWo7.0例:已知并联谐振回路的fo=465KHz,C=200pF,BW0.707=8kHz,求:(1)回路的电感L和品质因数QL;(2)如将通频带加宽为10kHz,应在回路两端并接一个多大的电阻?解:(1)HCfLo58021212558.BfQoL谐振时的阻抗:Ro=QLωoL98.4KΩ(2)设要并接的电阻为RL,由题意知546.BfQoLKLQRRRoLLoo8.78//KRRRooL6.39511102261206221211244651020010100.5864465200fLCLfCmH2由得:()03034651058.125810LL0.707fQfQB0.707由B得:对于收音机的中频放大器,其中心频率f0=465kHz,BW0.707=8kHz,回路电容C=200PF,(1)试计算回路电感和QL值。(2)若电感线圈的QO=100,问在回路上应并联多大的电阻才能满足要求。解(1):答:回路电感为0.586mH,有载品质因数为58.125,这时需要并联237.66kΩ的电阻。电感的Q值:是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高,其损耗越小,效率越高。(2)kLQRo22.17110586.01046521003300电感的等效损耗电阻kLQRoL52.9910586.0104652125.5833LRRR//0kRL66.237解得电路总的等效损耗电阻图示为波段内调谐用的并联振荡回路,可变电容C的变化范围为12~260pF,Ct为微调电容,要求此回路的调谐范围为535~1605kHz,求回路电感L和Ct的值,并要求C的最大和最小值与波段的最低和最高频率对应。解:12min12max,1122(1210)1122(26010)tttCCCLCLCLCLC33根据已知条件,可以得出:回路总电容为因此可以得到以下方程组16051053510答:电容Ct为19pF,电感L为0.3175mH.解得Ct=19pFL=0.3175mH3、部分接入的并联谐振回路(抽头并联谐振回路)目的:实现阻抗匹配;减小负载对谐振回路的影响信号源的阻抗匹配Rs=Ri负载的阻抗匹配RL=R0阻抗匹配CLrRLRssIRiRoa、自耦变压器部分接入电路1、电感抽头接入回路L1与L2间无互感2、电感抽头接入回路L1与L2间有互感M3、电感抽头接入回路L1与L2间完全耦合接入系数:211LLLUUnT接入系数:MLLMLn211接入系数:1323NNn接入系数:TUUn2SRnRRss:折算到谐振回路两端时当将部分到全部—增大折算到信号源两端时:当将0R全部到部分—减小信号源的匹配:Rs=R0'1323NN020RnR可以通过改变电感抽头的位置来实现信号源的阻抗匹配。从功率相等的关系看:2112121111CCCCCCCCUUnTb、电容抽头部分接入电路可以通过改变电容的分压比来实现信号源的阻抗匹配。2SRnRRss:折算到谐振回路两端时当将接入系数:信号源的匹配:osRR负载部分接入电路——实现阻抗变换接入系数:1323NNnLLLRnRR21:折算到谐振回路两端时将接入系数:211CCCnLLLRnRR21:折算到谐振回路两端时将例:图示电路是一电容抽头的并联振荡回路,信号角频率ω=10106rad/s。试计算谐振时回路电感L和有载QL值(设线圈Qo值为100);并计算输出电压与回路电压的相位差。解:由题意知s/rado61010FCCCCC802121HCLo12512msLQQCgooooo125112.0211CCCnmsgngLL501257.28)(110LggLgQoLoL112221221111111CjCCRRCjRCjRCjCjRCjRUULLLLLLo71.510111121arctgCCRCarctgL三、耦合谐振回路——双调谐回路1、单调谐回路中通频带和选择性问题单调谐回路中Q值越高,谐振曲线越尖锐,通频带越窄,选择有用信号的能力越强——即选择性越好。但在需要保证一定通频带的条件下,又要选择性好,对于单调谐回路来说是难以胜任的。采用耦合振荡回路就可以解决单调谐回路中通频带和选择性的矛盾。耦合系数——反映两回路的相对耦合程度。定义为耦合元件电抗的绝对值与初、次级回路中同性质元件电抗值的几何平均值之比。21LLMk耦合系数k通常在0~1之间,k0.05称为弱耦合;k0.05称为强耦合;k=1称为全耦合。2、耦合谐振回路及特性分析a、两个概念耦合因数——表示耦合与Q共同对回路特性造成的影响。kQQ电路中:在等振等))((21CCCCCCCCkb、频率特性分析0221211ZIZIEZIZImm设:初级回路总阻抗为Z1,次级回路总阻抗为Z2,两回路之间的耦合阻抗为Zm,则两回路方程为:L1L2C1r1C2r2+_I2EI1整理上式,得右式12212212)(IZZZZZZZImmm为了简化分析,只讨论等振、等Q电路。等振:指初、次级回路谐振频率相等;等Q:指初、次级回路Q相等。得到归一化幅频特性:2222max22412II21max22201rrEII达到最大值,为时,=,=当的表达式,可以得到,代入,==222222111112100201)1()1(),1()1(IMjZjrCLjrZjrCLjrZQQQmee22222124)1(rrEI不同η值时的频率特性曲线:η=1η1η11ξ0max22IIη=1,称为临界耦合,曲线为单峰。QfBo27.015.3K1.0η1,称为欠耦合(松耦合)η1,称为过耦合(强耦合),曲线为双峰。η=2.41
本文标题:第2章 通信电子线路基础
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