高頻電子線路PPT第

關(guān)于高頻電子線路PPT第第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日《通信電子線路》課程的目的:

為通信工程專業(yè)學(xué)生將來在通信信號發(fā)送、接收與處理設(shè)備的設(shè)計、制造、測試與使用奠定基礎(chǔ)。

1.使學(xué)生具有分析與設(shè)計高頻/非線性電子線路的能力;

2.能靈活運用有/無源的元器件進行高頻信號放大、調(diào)制與解調(diào)、高頻信號源功能電路的設(shè)計與實現(xiàn)；

3.高頻/非線性電子線路性能的測試與分析能力;

4.進一步學(xué)習(xí)射頻電子線路的能力和高頻/非線性電子線路的語言表達和交流能力。第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日第1章緒論1.1電子線路的分類1.2線性與非線性電子線路1.3非線性電子線路的應(yīng)用1.4本課程的特點與要求第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日1.1電子線路的分類一.按工作頻率

1)低頻電子線路：工作頻率低于300kHz。

2)中頻電子線路：工作頻率在300kHz～6MHz。廣播

3)高頻電子線路：工作頻率在6MHz～

300MHz。電視、短波通信等。

4）微波電子線路：頻率高于300MHz。衛(wèi)星電視、微波中繼通信、導(dǎo)航等。第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日二.按信號形式1)模擬電子線路：完成模擬信號的產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路。三.按集成度2）數(shù)字電子線路：完成數(shù)字信號產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路。1）集成電路：體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高、維修使用方便等優(yōu)點。2）分立電路：高頻、大功率電子線路還是以分立為主。第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日四.按元件性質(zhì):線性性和參數(shù)恒定性1）線性電子線路：由線性元件組成的電子線路。用線性代數(shù)方程、線性微分方程或線性差分方程來描述。3)恒定參數(shù)電子線路：由恒定參數(shù)元件組成的電子線路。2）非線性電子線路：由非線性元件組成的電子線路。用非線性代數(shù)方程、非線性微分方程或非線性差分方程來描述4)變參(時變)電子線路：含有時變參數(shù)元件的電子線路。本課程：通信電子線路是高頻模擬非線性變參工作頻率和信號形式---應(yīng)用對象集成度和元件性質(zhì)---內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日1）線性與非線性指的是輸入與輸出關(guān)系。這一輸入與輸出關(guān)系是由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)（丙類）和它的外部輸入（大信號）決定的。2)非線性---即不具有線性電子線路的線性特性：疊加性和均勻性，疊加定理不適用。從一般到具體主要有以下五點不同。1.2線性與非線性電子線路第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，沒有疊加定理。第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日在穩(wěn)定狀態(tài)下，非線性電子線路輸出變量中含有新的頻率分量。如：第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日3.

處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場效應(yīng)管、運算放大器等，它們的輸出響應(yīng)與輸入信號的大小和器件工作點的選取有關(guān)。

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流輸入信號大小的關(guān)系第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點的關(guān)系。第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日4.描述非線性有源器件特性的參量有三種：1）靜態(tài)參量，也稱為直流參量；設(shè)置與設(shè)計工作2）動態(tài)參量，也稱為交流參量；設(shè)置下的動態(tài)特性3）折合參量，也稱為平均參量。頻率相關(guān)的參量例如：晶體三極管在非線性狀態(tài)下工作，它的跨導(dǎo)要用直流跨導(dǎo)、交流跨導(dǎo)和平均跨導(dǎo)三個參量來表述。第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日直流跨導(dǎo)就是靜態(tài)工作點的電流與靜態(tài)工作點的電壓之比。如圖1.2(a)所示

圖1.2直流跨導(dǎo)與交流跨導(dǎo)(a)直流跨導(dǎo)示意圖；(b)交流跨導(dǎo)示意圖(1.2―1)第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日(1.2―2)

當輸入信號ui=Uimcosωt，晶體管的集電極電流為余弦脈沖時(見圖1.1(b))，利用傅立葉級數(shù)展開交流跨導(dǎo)是在靜態(tài)工作點處的電流增量與電壓增量之比。如圖1.2(b)所示，交流跨導(dǎo)第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日(1.2―3)

其中包含有直流、基波和各次諧波分量。取其中一個諧波分量的幅值Inm與輸入電壓幅值Uim相比，得到的比值gcn就是第n次諧波的平均跨導(dǎo)。如二次諧波的平均跨導(dǎo)為第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日5.非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。非線性微分方程的精確求解是一個難題，時至今日，二階以上的非線性微分方程還沒有實用的求解方法。在工程上一直沿用的是近似解法，本書也將采用這種方法。隨著計算技術(shù)的發(fā)展，二階以下的非線性微分方程可以采用計算機數(shù)值解法，這種方法將會逐步走向?qū)嵱?。?6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日1.3非線性電子線路的應(yīng)用

非線性電子線路是通信系統(tǒng),特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),是無線通信設(shè)備的重要組成部分。

1.3.1無線通信系統(tǒng)的組成Fig.1.3發(fā)射機典型結(jié)構(gòu)第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日Fig.1.4接收機典型結(jié)構(gòu)第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日本課程內(nèi)容緒論高頻功率放大器正弦波振蕩器噪聲與高頻小信號放大器振幅調(diào)制與解調(diào)混頻角度調(diào)制與解調(diào)反饋控制電路第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日1.4本課程的特點與要求

要求：1.理解并掌握具體功能的實現(xiàn)原理;2.

熟練掌握各有源器件和無源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)特性;3.學(xué)會非線性電子線路的分析方法;4.清楚近似的條件。特點：1.高頻，非線性

2.是具體功能和性能的硬件實現(xiàn)

3.多采用工程近似分析法第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日要點回顧：1.通信電子線路的定義；2.通信電子線路的主要特點，與前所學(xué)的比較；3.非線性現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述；4.主要困難。第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日建議學(xué)習(xí)方法：1.從目標要求---實現(xiàn)原理;再由原理確定有源器件和網(wǎng)絡(luò)及其工作狀態(tài)；2.對同一對象數(shù)學(xué)表達式，圖示和物理過程語言描述能進行相互轉(zhuǎn)換；3.抓住主要矛盾進行工程近似分析；4.課后復(fù)習(xí)，不清楚的及時提問；5.適當獨立練習(xí)。第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日無線電波的傳播特性介紹傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后,電波的能量會擴散,接收機只能收到其中極小的一部分。在傳播過程中,電波的能量會被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射,或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象,從而造成到達接收機時的強度大大衰減。根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象,電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等,如圖1—5所示。決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日

圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）直射傳播;（b）地波傳播;（c）天波傳播;（d）散射傳播第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日1.地波：其傳播情況取決于地面條件。

1）地面對電磁波有吸收現(xiàn)象。

2）電磁波頻率越低，損耗越小。

3）電磁波具有繞射的特性。地波傳播適用于長波、中波（即中、低頻）多用于遠距離通信與導(dǎo)航。2.天波：是經(jīng)過距地面60—600Km的電離層反射后，傳播到接收點的電磁波。主要優(yōu)點是用較小的功率進行遠距離通信。天波傳播適用于短波波段。3.散射傳播：主要發(fā)生在10—12Km范圍內(nèi)的對流層。散射特性是具有很強的方向性和隨機性，還有一定的散射損耗。傳播距離100—500km，適用頻率在400—600MHz。4.視距傳播：頻率較高的超短波及其更高頻率的無線電波，主要沿空間直線傳播。第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日結(jié)論：長波信號以地波繞射為主，中波和短波信號可以以地波和天波兩種方式傳播，超短波以上頻段信號大多以直射方式傳播，也可用對流層散射的方式傳播。第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日附：選頻網(wǎng)絡(luò)

選頻網(wǎng)絡(luò)---諧振回路和濾波器---的作用是選出需要的頻率分量并濾除不需要的分量。諧振回路：由電容和電感組成濾波器：石英晶體的，陶瓷的，聲表面波的等。第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日1）LC串聯(lián)諧振回路。下圖是最簡單的串聯(lián)振蕩回路。第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日a）回路阻抗：第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號U,則發(fā)生串聯(lián)諧振時因阻抗最小,流過電路的電流最大,其值為

回路諧振時的感抗或容抗ρ=ω0L=1/ω0C=√L/C

稱為特性阻抗。b)諧振頻率：電抗最小，就是純電阻電感上的電壓：電容上的電壓：第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日c)品質(zhì)因素：LC串聯(lián)回路為了有好的選頻特性，品質(zhì)因素都是遠大于1。

在諧振時，電容和電感上的電壓將會遠大于外加電壓，在選電容和電感器件的耐壓值要特別注意。因此，串聯(lián)諧振回路也稱為電壓諧振回路。第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日串聯(lián)諧振回路的諧振曲線

在任意頻率下的回路電流I

與諧振電流之比為：第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日廣義失諧系數(shù)則：d)廣義失諧系數(shù)ξ。當加信號的頻率ω與回路諧振頻率ω0之差Δω=ω-ω0時所以因此第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日e)通頻帶(回路帶寬):當保持外加信號的幅值不變而改變其頻率時,將回路電流值下降為諧振值的1/√2

時對應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶，用B來表示。即ξ=±1對應(yīng)的頻寬：f)信號源內(nèi)阻與負載電阻對串聯(lián)諧振回路的影響通常把不考慮信號源內(nèi)阻和負載電阻時回路自身的Q值叫無載(空載)Q值。把考慮信號源內(nèi)阻RS和負載電阻RL影響時的Q值叫有載QL值。QL=ω0L/(r+RS+RL)串聯(lián)諧振回路適用于恒壓源和負載較小的電路。第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日2）LC并聯(lián)諧振回路圖4并聯(lián)諧振回路與諧振等效電路。a）回路阻抗第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日b）諧振頻率：使Zp的虛部為0的頻率就是諧振頻率：諧振時回路的阻抗最大，且為純阻性，稱為諧振電阻：即當ω=ωp

時，回路為純電阻；當ω>ωp

時，感抗大于容抗，電容支路電流大，回路呈容性；當ω<ωp

時，容抗大于感抗，電感支路電流大，回路呈感性。第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日電容支路的電流：電感支路的電流：回路在諧振時的阻抗：c)品質(zhì)因素：所以，并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。諧振時，諧振電阻上的電流為Is時，第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日d)廣義失諧系數(shù)：e)通頻帶：得通頻帶：所以第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日所以當RS

和/或RL

較大時，并聯(lián)振蕩回路QL→QP。f)信號源內(nèi)阻和負載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響有載品質(zhì)因素：第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日要點回顧：無線電波傳輸：天波與地波；濾波器：串/并聯(lián)LC回路濾波原理；串/并聯(lián)LC回路的結(jié)構(gòu)，阻抗特性和諧振頻率；串/并聯(lián)LC回路中各電壓/流之間的關(guān)系；品質(zhì)因素的意義；串/并聯(lián)LC回路的主要應(yīng)用。第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日例1

設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載,信號中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF。試計算所需的線圈電感值。若回路品質(zhì)因數(shù)為Q=100,試計算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需的帶寬B=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?

第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日將fP以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,L以微亨（μH）為單位，上式可變?yōu)橐粚嵱糜嬎愎?

將fP=fs=10MHz代入,得(2)回路諧振電阻和帶寬：解：(1)計算L值。第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日回路帶寬為(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1,并聯(lián)后的總電阻為R1∥RP,總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式,有此時要求的帶寬B=0.5MHz,故第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日

需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。回路總電阻為：第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日要點回顧：無線電波傳輸：天波與地波；濾波器：串/并聯(lián)LC回路濾波原理；串/并聯(lián)LC回路的結(jié)構(gòu)，阻抗特性和諧振頻率；串/并聯(lián)LC回路中各電壓/流之間的關(guān)系；品質(zhì)因素的意義；串/并聯(lián)LC回路的主要應(yīng)用。第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日例2一并聯(lián)振蕩回路,無載品質(zhì)因數(shù)Qp=80,諧振電阻Rp=25kΩ,諧振頻率f0=30MHz,信號源電流幅值Is=0.1mA。

(1)若信號源內(nèi)阻Rs=10kΩ,無負載電阻RL時，問通頻帶B和諧振時輸出電壓幅度是多少?(2)當負載電阻RL=2kΩ時，問通頻帶B和諧振時輸出電壓幅度又是多少?第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日解1）因為Rs=10kΩ，所以輸出電壓：有載Q值：所以通頻帶：2）當RL=2kΩ,總電阻R=1/(1/25+1/10+1/2)=1.56kΩ,

所以輸出電壓：Vo=0.1×1.56=0.156V。所以通頻帶：第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日一.抽頭并聯(lián)振蕩回路作用：實現(xiàn)阻抗匹配或阻抗變換。阻抗變換與阻抗匹配U—部分電抗兩端電壓UT—總電抗兩端的電壓

并聯(lián)LC回路作為負載的，且在諧振頻率附近，即帶寬內(nèi)來進行阻抗變換，被變換對象(電阻)變換前后所消耗的功率相等。即為在一定條件下的等效變換。接入系數(shù)（或抽頭系數(shù)）p的定義：與外電路相聯(lián)的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。也可用電壓比來表示。第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日圖6幾種常見抽頭振蕩回路第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日假設(shè):LC諧振回路諧振時兩端的電壓是UT，C2兩端的電壓是U1，電阻R折合到諧振回路兩端的電阻R0。根據(jù)電阻上消耗的功率相等。接入系數(shù)第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日在諧振和高Q值時：L1第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日4)在回路失諧不大，又p不很小時：(a)(b)(c)求下面各圖從輸入端看過去的電阻第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日圖(a)圖(b)圖(c)第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日二.信號源的等效折合1)電壓源的折合:

U=pUT第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日諧振時的回路電流IL和IC與I的關(guān)系（假設(shè)Ri無限大）：2）電流源的折合因為是等效變換，即變換前后信號源提供的功率不變第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日3)電容的折合：第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日例3：如圖所示的抽頭并聯(lián)諧振回路，已知：L=100uH,C1=40pF,C2=50pF,回路空載品質(zhì)因素Q0=100,負載RL=8kΩ,CL=10pF。信號源內(nèi)阻Rs=0.6kΩ。1）要求總負載與信號源匹配時，求信號源接入點L2的大??；2）求回路的諧振頻率和通頻帶。解：1）負載與信號源匹配就是要求負載電阻等于信號源內(nèi)阻。所以要把負載RL和回路諧振電阻R0一起變換到信號源輸入端時應(yīng)與Rs相等。第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日回路空載的諧振電阻：RL變換到回路上的電阻：回路兩端的總電阻：將回路兩端的總電阻變換到信號源的輸入端時應(yīng)滿足：第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日2）回路的總電容：回路的諧振頻率：回路兩端等效總電阻：有載Q值：通頻帶：第59頁，共66頁，2023年，2月20日，星期日例4

如圖，抽頭回路由電流源激勵,忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)和輸出電壓u1(t)的表示式及回路帶寬。第60頁，共66頁，2023年，2月2