通信电路1

高频电子线路（一）华南师范大学中医药与光子学技术实验室二零一四年学习方法各章独立，通过系统框图联系。原理（物理意义）与运用（数学公式）。不要执着推导过程，要抓重点。模拟电路是基础。作业：抽查。成绩：0.3+0.7。绪论课本名称：通信线路通信：无线通信、有线通信无线通信：使用高频。原因：发射：天线尺寸要与信号波长同一数量级。如：半波天线，1/4波长天线，5/8波长天线频段分配。通信的条件与过程信息源：原始信息（光、温度、声音等）输入变换器：传感器（转换成电信息）发送设备：低频→高频信道：地波、天波、直线、卫星接收设备：高频→低频输出变换器：还原信息收信者噪声源：内、外受信者输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器噪声源信息源低频、高频的转换调制：用原始电信号（调制信号、基带信号）去控制高频振荡信号（载波信号）的某个参数。调幅、调频、调相。解调：从高频已调波（频带信号）中恢复原始电信号。UWm0uW(t)tUcmuc(t)uAM(t)UmaxUminUcm0包络tt(a)0tucuWtuFMt无线通信的发送、接收系统音频或视频信号音频或视频放大调制高频功放高频放大混频中频放大解调音频或视频功放本地振荡高频放大倍频高频振荡受信者输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器噪声源信息源无线模拟发送、接收系统方框图超外差方式接收端,混频电路与本地振荡电路一起可以把不同载频的各高频信号变换为同一载频（称为中频）的高频信号.音频或视频信号音频或视频放大调制高频功放高频放大混频中频放大解调音频或视频功放本地振荡高频放大倍频高频振荡音频或视频信号音频或视频放大信源编码信道编码高频放大倍频高频振荡调制高频功放高频放大混频中频放大解调音频或视频功放本地振荡信道译码信源译码无线数字频带传输发送、接收系统方框数字与模拟系统：调制解调有些区别。第一章基础知识本课程的基础是模拟电路：如基本放大电路（共射、共基、共集）。LC谐振回路的选频特性和阻抗变换特性。集中选频滤波器电噪声反馈控制电路原理及其分析方法LC谐振回路的选频特性和阻抗变换特性LC谐振回路是通信电路中最常用的无源网络：选频：谐振放大器、振荡器频幅转换、频相转换：鉴频电路阻抗变换：达到最佳负载阻抗的匹配元件→空载LC回路→实际回路电阻元件的交流电路电阻两端的电压与电流同相。瞬时功率：)t(2cos)]t(2cos1[)]t(2cos1[2)t(sin2UIUIUIIUIUuipmmmm特点：p=0，吸收能量，转为热能。周期平均：P=UI=RI2=U2/R电感元件交流电路在参考方向相同时，电感元件电压的有效值等于电流的有效值与感抗的乘积，电压的相位比电流超前90°。瞬时功率)t(2sin)t(2sin2)t()costsin()90tsin()tsin(UIIUIUIUuipmmmmmmp为交变量（幅值UI，角频率2ω）特点：不消耗能量，只不断进行电能与磁场能之间的转换。p为正，将电能转为磁场能储存，p为负，将磁场能转为电能。周期平均：P=0电容元件的交流电路参考方向相同时，电流比电压超前90°瞬时功率)t(2sin)t(2sin2)t()costsin()90tsin()tsin(UIIUIUIUuipmmmmmmp为交变量（幅值UI，角频率2ω，与电感相同）。特点：不消耗能量，只不断进行电能与电场能之间的转换。p为正，将电能转为电场能储存，p为负，将电场能转为电能。周期平均：P=0无功功率、有功功率无功功率：将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。它不对外作功，不转化为机械能、光能、热能。单位：乏(Var)。纯电感、电容上电压与电流乘积，虚数。有功功率：将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。单位：瓦(W)。电阻消耗功率为电压与电流乘积，实数。有功功率无功功率eQ品质因数Q值定义电阻与电抗元件的串、并等效转换要求：阻抗相等。RpXpZp(j)(a)(b)RsXsZs(j)ssspppppppppppjXRZXXRRjRXRXjXRZ222222//要使Ｚp＝Ｚs，必须满足:ppppsppppsXXRRXRXRXR222222ssspssspXXRXRXRR2222品质因数Q值定义ppsseXRRXQ有功功率无功功率sepsepXQXRQR2211)1(结论：转换后，电抗元件的性质不变，数值基本不变。并联电阻值大于串联电阻值。作用：实际电感：损耗电阻不可忽略。电感Q值：几十到一、二百电容Q值：几十到几万111)1(22一般esepsepQXQXRQRspsepXXRQR2计算常用spsepXXRQR2ppsseXRRXQLC谐振回路的选频特性回路的阻抗rLCcI&sI&rLI&sI&LCcI&sI&gI&sI&LI&e01e0RgeogLjcjZ11谐振频率LCfLC21100或讨论并联谐振回路谐振电阻rLCcI&sI&rLI&sI&LCcI&sI&gI&sI&LI&e01e0Rg回路空载Q值：谐振频率下，无功与有功功率比rrLrQReo2020000001eegCLgQ注意概念！rLCcI&sI&rLI&sI&LCcI&sI&gI&sI&LI&e01e0Rg回路电压U随信号频率而变化。谐振时，回路呈现纯电导，回路电压最大。归一化谐振函数N(f)：任意频率时的回路电压U与谐振时回路电压U00之比，小于1.202000/21211)(eessgfLfCRIZIUUfNZIUseogLjcjZ112002011)(ffffQfNLCcI&sI&gI&sI&LI&e01e0Rg定义相对失谐ffff00定义相对失谐ffff00，当失谐不大，即ｆ与ｆ0相差很小时,000000002)(2)()(fffffffffffffff2020211)(ffQfN通频带(带宽)：BW0.7N(f)1理想的幅频特性实际的幅频特性0.70.1f3f1f0f2f4BW0.7BW0.1f21211)(2020ffQfN此时：00127.02QffffBW通频带与回路Ｑ值(即选择性)是互相矛盾的两个性能指标。一个理想的谐振回路，其幅频特性曲线应该是通频带内完全平坦，信号可以无衰减通过，而在通频带以外则为零，信号完全通不过。矩形系数:K0.1衡量实际幅频特性曲线接近理想幅频特性曲线的程度，理想为1.7.01.01.0BWBWKN(f)1理想的幅频特性实际的幅频特性0.70.1f3f1f0f2f4BW0.7BW0.1f002341.0110QfffBW95.911027.01.01.0BWBWK一个单谐振回路的矩形系数是一个定值，与其回路Ｑ值和谐振频率无关，且这个数值较大，接近10，说明单谐振回路的幅频特性不大理想。串联LC回路LrCI&ZCLjrZ1LCf210rLQ002200011)(QIIfN007.0QfBW阻抗特性曲线谐振时，串联电流最大，并联电压最大。归一化谐振函数相同。并联、串联LC回路的对比Z()()Z()2π()02πZ()()()2πZ()02π串联并联阻抗变换电路为什么需要？实际电路，考虑所有的电阻：电感损耗电阻、电源内阻、负载电阻。sI&RsCLRe0RLsI&R∑CLRΣ=Rs∥RL∥Re0RggggeLs10LRLgQee000001LRLgQe001eQfBW07.0Ｑe＜Ｑ0，比单纯LC网络选择性变差。实际还要考虑电源、负载的电抗分量，因此，对回路的谐振频率也有影响。阻抗变换电路作用：减少负载、电源对LC回路的影响，获得最佳负载阻抗。两种阻抗变换电路：纯电感或纯电容阻抗变换电路、LC选频匹配电路。sI&RsCLRe0RLsI&R∑CL纯电感或纯电容阻抗变换电路关键：负载部分接入，RL’与RL的关系自耦变压器电路初、次级匝数比1：n，n=N2/N1初次级功率相等，初次级电压比为1：nsI&RsCL(b)LR13sI&RsCL(a)13N12RLN2sI&RsCL(b)LR13sI&RsCL(a)13N12RLN2对于自耦变压器，ｎ总是小于或等于１。ｎ越小,则ＲL′越大，负载对回路的影响越小。定义接入系数n。LLRUPRUP222'21121,21LLRnR2'1nUUPP1,2121接入系数使用前提外电路的分流原电路因此外电路加入，不影响原电路的电压比。如果实际参数不符合以上假设，不能用接入系数变压器阻抗变换电路同样分析接入系数：n=N2/N1sI&RsCLRLsI&RsCL(b)(a)22N1N2LR1111LLRnR2'1电感分压式电路通过串、并等效变换。接入系数：n=L2/(L1+L2)sI&Rs(a)13RLCL22L1sI&Rs(b)13CLRLLLRnR2'1电容分压式电路接入系数：n=C1/(C1+C2)(b)sI&Rs(a)13RLLC1C22CsI&Rs13LC1C2LRLLRnR2'1例：某接收机输入回路，已知Ｃ1=5pF，Ｃ2=15pF，Ｒs=75Ω，ＲL=300Ω。为了使电路匹配，即负载ＲL等效到ＬＣ回路输入端的电阻ＲL′＝Ｒs，线圈初、次级匝数比Ｎ1／Ｎ2应该是多少？RsLRN1N2LRC2C1RLL解：由图可见，这是自耦变压器电路与电容分压式电路的级联。ＲL等效到Ｌ两端的电阻为LLLLRRCCCRnR161212122ＲL″等效到输入端的电阻：LLLLRNNRNNRnR22122121'16如要求ＲL′＝Ｒs，则。所以sLRRNN22116125.01621LsRRNNRsLRN1N2LRC2C1RLLLC选频匹配电路倒L型网络：由两异性电抗元件X1、X2组成。从串并转换，第一种增大负载电阻，第二种减少负载电阻。X1X2R2R1X1XpRpR1(a)(c)X2X1R2R1X1RsR1(b)(d)Xs提高了负载值,)1(221RQRe1,21RRQQe计算其他参数。值可通过)()(21211121222RRRRQRXXRRRRQXepeX1X2R2R1X1XpRpR1在X1与Xp并联谐振时，有：X1+Xp=0,R1=RpX2X1R2R1X1RsR1Xs在X1与Xs串联谐振时：X1+Xs=0,R1=Rs)(||||||12111121222RRRRQXXRRRRQRXese112RRQe)1(1221RQRRes降低了负载值例：已知某电阻性负载为10Ω，设计一个匹配网络，使该负载在20MHz时转换为50Ω。解：要求将负载值增大，因此使用网络的形式为X1X2R2R1WW2510501050||20)1050(10||12XXpFXCHXL31825102021||116.01020220||611622如负载由10Ω电阻和0.2μH电感串联组成，又该怎样设计匹配网络?0.2μH电感在20MHz时的电抗值为318pZ＝50100.16W1.25102.01020266LXLW1.51.2520