要求:
组成:发送设备(发信机)、接受设备(收信机)、无线信道
原理:
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振荡器——>倍频器——>振幅调制器——>调制放大器
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-I2Xf9ER5-1687611826888)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\clip_image004.png)]
① 基带(消息)信号:没有进行调制的原始信号,也称调制信号
② 高频载波信号:主要指用于调制的高频振荡信号(载波),以及用于解调的本地振荡信号(或恢复载波)
③ 已调信号:调制信号对载波信号进行调制以后的信号
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狭义:短波波段。3~30MHz
广义:射频
传播方式:直射(视距)传播、绕射(地波)传播、折射、
反射(天波)、散射
决定方式:无线电信号的频率
PS:调制
概念:把信号变换成适合于信道(传输链路)中进行传输的形式的一种过程
无线电波的传播方式以及应用
波长与频率计算公式
光速: 3 × 1 0 8 3×10^8 3×108,其中, 1 M h z 1Mhz 1Mhz = 1 0 6 h z 10^6hz 106hz
主要元件:
电阻、电容、电感
二极管,晶体管和场效应管
① 电阻
低频:电阻特性
高频:电抗特性(阻碍电流变换,被发现于电感和电容中**)**
② 电容
阻抗特性: 1 j w C {1}\over{jwC} jwC1?
**品质因素: Q = ** $ {wL}\over{R}$
Q值越高,表示电感储能作用越强,损耗越小
③ 电感
阻抗特性:jwL
④ 二极管
⑤ 晶体管和场效应管
(1) 并联谐振回路
并联谐振频率:
概念:感抗和容抗相等的频率
符号: w 0 w_0 w0?(又称回路的中心频率)
公式:
振谐时: [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MvSjohwq-1687611826891)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613094255314.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WPV3n7ya-1687611826892)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220611105949204.png)]
品质因素:
概念:有功功率与总功功率之比
公式:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TplK7ZJm-1687611826893)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613094016277.png)]
回路振谐时的阻抗为特性阻抗:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LiijC6pU-1687611826893)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613094643279.png)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RxjeqXTA-1687611826894)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613094649099.png)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LatRATdU-1687611826894)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613094717145.png)]
在电感L的损耗电阻r相同的条件下,回路的品质因素Q与特性阻抗ρ成正比
振谐时
,回路阻抗R0最大(此时为纯电阻)
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gUxqnDWD-1687611826895)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\clip_image002-16550850248542.png)]
🔺w = w – w0 ——>失谐
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nSy7b4ya-1687611826895)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\clip_image003-16550850248553.png)]
(2) 串联谐振回路
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WtKSC4bM-1687611826896)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613100842494.png)]
两个重要参数:通频带和矩形系数
公式:
概念:
理想情况下放大器应对通频带内的各信号频谱分量予以同样的放大,而对通频带以外的邻近波道的干扰频率分量则应完全抑制,不予放大。谐振回路的幅频特性接近矩形的程度
性质:
矩形系数总是大于1的,愈接近1,则实际曲线愈接近矩形,滤除邻近波道干扰信号的能力愈强,其选择性也就越好
公式:
并联谐振回路的相频特性
w
=
w
0
,
回路相移为
0
,回路阻抗最大且为纯电阻
失谐时,如果
w
<
w
0
,
回路呈感性,相移为正(
x
轴以上);
如果
w
>
w
0
,回路呈容性,相移为负(
x
轴以下)
w=w_0,回路相移为0,回路阻抗最大且为纯电阻\\失谐时,如果w<w_0,回路呈感性,相移为正(x轴以上);\\如果w>w_0,回路呈容性,相移为负(x轴以下)
w=w0?,回路相移为0,回路阻抗最大且为纯电阻失谐时,如果w<w0?,回路呈感性,相移为正(x轴以上);如果w>w0?,回路呈容性,相移为负(x轴以下)
图像:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jxnmg8GX-1687611826897)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613095809730.png)]
由图可知:Q值越大,斜率越大;Q值越小,线性范围越宽
串联谐振回路:[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-o2QBs3NR-1687611826897)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613101007098.png)]
与并联的图像相反,结论也相反
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tmraHgpg-1687611826898)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613101317050.png)]
信号源内阻与负载电阻接入谐振回路的影响
信号源与负载使Q下降,通频带变宽,选择性变差,其值越大,对回路Q影响越小
物理特性
具有压电效应
等效电路
其中,介入系数非常小,品质因素非常大
阻抗特性
w
<
w
q
呈容性
w
0
>
w
>
w
q
呈感性
w
>
w
0
呈容性
w<w_q呈容性\\w_0>w>w_q呈感性\\w>w_0呈容性
w<wq?呈容性w0?>w>wq?呈感性w>w0?呈容性
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YnQeSGpR-1687611826899)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613215727945.png)]
成因
导体或电阻中自由电子热运动而产生的起伏电压。
特性
温度越高,自由电子的运动越激烈,产生的起伏电压越大,噪声功率越大。
电阻热噪声功率与带宽成正比,单位频带内的最大噪声功率为kT(噪声功率谱密度),与频带无关。
白噪声:功率谱不随频率变化的噪声
计算方法
均方电压谱密度和均方电流谱密度(其中 k = 1.37 ? 1 0 ? 23 J / K , T 为绝对温度, B 为测量带宽 k= 1.37*10^{-23}J/K,T为绝对温度,B为测量带宽 k=1.37?10?23J/K,T为绝对温度,B为测量带宽)
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UH20lRVM-1687611826899)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613222054394.png)]
信噪比:信号/噪声
噪声系数
概念:输入端的信号噪声功率比/输出端的信号噪声功率比
公式:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-s3uM86Lm-1687611826900)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613223257858.png)]
注意:①噪声系数与输入信号大小无关,与输入噪声功率有关
②输出端阻抗匹配与否不影响噪声系数的大小,也就是说与输出端所接负载无关
③ 只适用于线性或准线性电路
噪声温度
公式:[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-geXCfPCF-1687611826900)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613224310706.png)]
噪声系数与灵敏度
灵敏度:保持接收机输出端信噪比一定时,接收机输入的最小信号电压或功率
公式:[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7PfpR32v-1687611826901)(C:\Users\kk\Desktop\期末\高频\images\高频电子线路\image-20220613224541548.png)]
主要性能指标
通频带:
? 其中:f0为回路谐振频率:
? L为回路电感; 为回路总电容
? QL为有载品质因素:
? $ g_∑$为回路总电导。
结论:
级数越多,谐振增益越大,选择性越好,通频带越窄。
电路组成:
工作特点:
以调谐回路做负载,完成滤波和阻抗变换
工作在C(丙)类状态,以高效输出大功率
工作在大信号状态:线性放大区和截至区
? η的物理意义:直流功率转换成交流功率的能力
三极管工作区间:放大区,晶体三极管的一个工作区域。在该区域内,发射结正偏,集电结反偏,基极电流控制集电极电流,两者近似于线性关系,在基极加上一个小信号电流,集电极有大信号电流输出,三极管有放大作用。
R L R_L RL?上升,使 U c U_c Uc?上升, u C E m i n u_{CEmin} uCEmin?下降,放大器从欠压区经临界状态过渡到过压区。
(1)临界状态( R L = R L c r R_L=R_{Lcr} RL?=RLcr?):输出功率最大,效率较高
(2)过压状态($ R_L>R_{Lcr}$ ):效率高,损耗小
(3)欠压状态( R L < R L c r R_L<R_{Lcr} RL?<RLcr?):输出电流受电阻RL的影响小,近似为交流恒流源特性。但是效率低,集电极损耗大
(1)如果对已调波放大,应使放大器工作在欠压区,保证包络不失真。(B类工作状态)
(2)如果作恒压输出,应使放大器工作在过压区,起到限幅的作用。
在欠压区,Uc基本上与UBB成线性关系,可完成基极调制。
过压区可完成集电极调制
直流馈电线路
馈电形式
串联馈电
并联馈电
组成
其中放大器通常是以某种选频网络(如谐振回路)作负载,是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。
反馈系统的环路增益:
当 T ( j w ) = 1 时,回路自激;当 ∣ T ( j w ) ∣ > 1 时,振荡器为增幅振荡;当 ∣ T ( j w ) ∣ < 1 时,振荡器为减幅振荡 当T(jw)=1时,回路自激;当|T(jw)|>1时,振荡器为增幅振荡;当|T(jw)|<1时,振荡器为减幅振荡 当T(jw)=1时,回路自激;当∣T(jw)∣>1时,振荡器为增幅振荡;当∣T(jw)∣<1时,振荡器为减幅振荡
工作原理 —— 振荡三条件
自激振荡条件:
振幅平衡条件决定了振荡器输出振幅大小。 条件--
相位平衡条件决定了振荡器输出信号频率的大小。 条件--
持续振荡需满足:起振条件,平衡条件,稳定条件
放大器在小信号时工作于甲类,以保证起振时有较大的环路增益
分类
电容反馈振荡器
电感反馈振荡器
组成原则
①变压器耦合–> 靠同名端保证
②三点式 --> 靠电容、电感的正确接法来保证正反馈的条件
原理图:
晶体管:射同余异(X1,X2同性质,X3性质相反)
电路中三个电抗元件不能同时为感抗或容抗,应由两种不同性质的电抗元件组成。
起振条件
当f02<f<f03,则电路可能振荡,属于电容反馈振荡器
当f02>f>f03时,电路可能振荡属于电感反馈振荡器
当f01=f02<f<f03时,电路可能振荡属于电容反馈振荡
当f01>f02=f03,此时电路不可能振荡。
电路振荡频率——振荡频率可用回路谐振频率来近似
反馈系数
F = C1/C2
F并非越大越好
电感反馈振荡器实际电路图
w ≈ w 0 = 1 L C w ≈ w_0= \sqrt {\frac {1} {LC}} w≈w0?=LC1??
与电感相比
电容振荡频率可以更高,波形更好
改进电路
克拉拨振荡器
改进之处:在谐振回路电感支路中串接一个电容
C1、C2越大,p越小,耦合越弱;克拉拨振荡器的频率稳定度越高
西勒振荡器
总结
频率稳定性因素—— w 0 , Q L , Ψ f + Ψ F ′ w_0,Q_L,\Psi_f+\Psi_F' w0?,QL?,Ψf?+ΨF′?
L、C的稳定度将影响ω1的稳定度
Ψ f + Ψ F ′ \Psi_f+\Psi_F' Ψf?+ΨF′? 的绝对值越小,频率稳定度越高。
Q L Q_L QL?越大,频率稳定度越高
具体措施
提高振荡回路的标准性(采用温度系数较小的电感电容,加恒温槽);应选择fT较高的晶体管;应选择fT较高的晶体管
优点:频率稳定度高(标准性高,接入系数很小,品质因素极高)
组成
原理:电阻R0消耗的能量完全由负电阻-R0提供,LC振荡器将形成等幅振荡,一直持续下去。
普通调幅波表达式:
总结
惰性失真
原因:RC过大,放电过慢
底部切削失真(负峰失真)
原因:检波电路的交流负载电阻和直流负载电阻相差太大
含义:
又称变频,是使信号自某一频率变换成另一频率的过程。
中频 $ f_I(中频信号) = f_L(本振信号)- f_c(输入信号)$
解法
干扰频率和中频一样 ——中频干扰
干扰频率=中频*2+干扰 —— 镜像干扰
第六章例题:
R I = R L / 2 = 2.35 K Ω U D = 8.5 V R_I=R_L/2 = 2.35KΩ\\U_D=8.5V RI?=RL?/2=2.35KΩUD?=8.5V
调频波和调相波的比较:
在调谐放大器的 LC 回路两端并上一个电阻 R ,可以(加宽放大器的通频带)
通频带越大矩形系数越小
高频小信号放大器的主要技术指标有(选择性)(增益)(通频带)
小信号谐振放大器的主要特点是以(LC谐振回路)作为放大器的交流负载,具有(放大)和(选频)功能
谐振功放中,LC谐振回路的作用是(选频)和(阻抗匹配)
谐振功放电路的组成特点(谐振回路作为负载)(基极反偏)(放大器工作在丙类)–原因:效率高
当f = fs(石英串联谐振频率)时,石英晶体呈阻性,可构成串联型晶体振荡器;
当f > fp(石英并联谐振频率)时,等效阻抗呈容性
(a) 并联型晶体振荡器,石英晶体在回路中起电感作用。
(b) 串联型晶体振荡器,石英晶体串联谐振时等效为短路元件接入正反馈电路
并联式晶振电路中的石英晶体必须作为振荡回路中的电感元件(串联中为短路)
自动相位控制简称APC
自动增益控制简称AGC –作用使输出信号幅度保持恒定或仅在很小的范围变化
AFC电路的作用是 维持工作频率稳定
振幅调制,检波,变频电路属于线性频率变换电路,而调频,调相,鉴频,鉴相电路择时域非线性频率变换电路
锁相环由(鉴相器)(环路滤波器)和(压控振荡器)三部分组成
相位鉴频器是由(频相转换网络)和(鉴相器)组成
在抑制载波的双边带信号的基础上,产生单边带信号的方法有(滤波法)和(相移法)
为了提高效率,高频功率放大器多工作在(丙类)或(丁类)状态
522.2;4k
调制的原因?常用的模拟调制方式有哪些?
原因:①信号不进行调制发射天线太长,无法假设②信号不调制传播会互相干扰,无法接收
方式:调相,调幅,调频
石英晶体有什么特点?为什么用它制作的振荡器频率较高?
①晶体的谐振频率较稳定,具有非常高的稳定性,接入系数非常小,晶体在工作频率附近阻抗变化较大,有很高的并联谐振阻抗
综上所述,频率高
LC谐振回路是高频电路中应用最广泛的无源网络,主要在电路中完成哪些功能?
阻抗变换,信号选择与滤波,相频转换和移相
当谐振功率放大器的输入激励信号为余弦波时,为什么集电极电流为余弦脉冲波形?但放大器为什么又能输出不失真的余弦波电压?
因为谐振功率放大器在丙类状态(导通时间小于半个周期),所以集电极电流为周期性余弦脉冲电流;但其负载为调谐回路振谐在基波频率,可以选出ic的基波分量,故在负载两端得到的电压仍然与信号同频的完整正弦波。
Ucc、Ubb、Ubm、RL四个外界因素只变化其中的一个时,高频功放的工作状态如何变化?
Ucc 增大,Ubb 反向增大,过压——>临界——>欠压
Ubm,RL,Re 增大,欠压——>临界——>过压
基极——欠压,集电极——过压;功放放大振幅调制信号——欠压,且乙类工作;功放放大等幅度——临界
为什么晶体振荡器的频率稳定度高?
回路标准性高,外电路接入系数小,Q值高
振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件分别是什么?
特点:欠压输出功率和效率都比较低,临界输出功率和效率都比较高,过压输出电压基本不发生变化,电压利用率较高
调频波的总功率与未调载波功率是相等的(√)
RC相移振荡器由于采用RC相移网络作为选频网络,故具有相位稳定作用(√)
非线性器件二次幂以上的项,将使混频器发生非线性失真,并且输入高频信号越大,非线性失真也越大(√)
克拉泼振荡电路较考毕兹振荡电路(基本型电容反馈三端式振荡电路)的频率稳定度高,是因为接入了一个小的电容C3,从而减小晶体管输入,输出电容对振荡回路的影响(√)
调谐功率放大器采用的是折线近拟分析法(√)
在调频波中,频偏越大,频带也越宽(√)
P C 集电极功耗; P 0 直流输入功率 ( m a x ) ; P 1 高频一周功率 P_C集电极功耗;P_0直流输入功率(max);P_1高频一周功率 PC?集电极功耗;P0?直流输入功率(max);P1?高频一周功率
由高频功率晶体管2SC3102组成的谐振功率放大器,其工作频率f=520MHz,输出功率P1=60W,Vcc=12.5V。(1)当集电极效率η=60%时,试计算集电极功耗Pc和集电极电流直流分量Ico; (2)若保持P1不变,将η提高到80%,试问此时Pc减少了多少?
一晶体管组成的单回路中频放大器,如图所示。已知fo=465kHz,晶体管经中和后的参数为:gie=0.4mS,Cie=142pF,goe=55μS,Coe=18pF,Yfe=36.8mS,Yre=0,回路等效电容C=200pF,中频变压器的接入系数p1=N1/N=0.35,p2=N2/N=0.035,回路无载品质因数Q0=80,设下级也为同一晶体管,参数相同。试计算:(1)回路有载品质因数 QL和 3dB带宽 B0.7;(2)放大器的谐振电压增益。