载波通信基本原理知识（PPT58页)

引言:载波通信基本原理通信系统的一般模型信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端模拟载波通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源调制•将音频信号加载在高频载波信号（通常用正弦波）上，经过高频放大后，通过天线发送出去，就形成无线电广播。•音频信号加载到载波信号上的过程，称为调制。根据调制方式不同，分成：调幅（AM）调频（FM）调幅（AM）调幅：是使载波的振幅随着调制信号的变化规律而变化；设调制信号为UΩ(t)=UΩmcosΩt载波信号为UC(t)=Ucmcosωct调幅波的表示为:UAM(t)=Umo(1+macosΩt)cosωct它保持着高频载波的频率特性，调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。调频（FM）调频：使载波频率按照调制信号幅值的改变而改变的调制方式设调制信号为UΩ（t）=UΩmcosΩt载波信号为UC（t）=UCmcosωCt调频时，载波电压振幅度Ucm不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化，即为ω(t)=ωc+KfUΩ(t)=ωc+Δω(t)调频波的表示式为调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；而当调制信号负的绝对值最大时，调频波最稀疏，频率最低。])(cos[0dttUKtUtUtfcFM调频波的波形示意：第6章正弦波振荡电路如何产生载波?信号产生电路(振荡器—Oscillators)主要性要求能：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定概述1.产生振荡的条件放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RL微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。;ioUUAu•••;ofUUFu•••1uuFA••—振幅平衡条件π2FAAFn—相位平衡条件n=0,1,2,1uuFA••6.1正弦波振荡电路的基本原理起振条件iouuAuofuuFuπ2AFn放大器Au反馈网络FuUoUfUi1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu1AuFu1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf起振稳幅1AF••2.正弦波振荡电路的起振与稳定过程负反馈放大电路的自激振荡现象AAAFf=1相位条件又可写为幅度条件1||FAAF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3…将||=0改写为：1FAFA1FA1||=0根据反馈基本方程，可知当时，相当放大倍数无穷大，也就是不需要输入放大电路就有输出，放大电路产生了自激。3.正弦波振荡电路与负反馈自激振荡电路的区别AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以：F=0，AF=A+F=A。左图是一个同相比例放大电路，其输入、反馈、净输入和输出信号的相位关系如右图所示。因运放输出与输入相移为0，若附加相移达到180，则可形成正反馈。同相比例运算电路矢量图同相比例运算电路6.2.1正弦波振荡电路的组成和分类1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.选频率网络—实现单一频率的振荡4.稳幅环节—使振荡稳定、波形好满足振荡条件组成:6.2正弦波振荡电路的组成、分类和分析方法分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi判断:1.检查电路组成2.“Q”是否合适3.是否满足起振条件6.2.2振荡电路的分析方法6.3.1文氏桥式振荡电路选频网络自激反馈信号6.3RC振荡电路1.电路组成用RC电路构成选频网络的振荡电路可分为文氏桥式移相式和双T式等电路形式R1C1串联阻抗：212ofZZZUUF)j/1(111CRZ222222j1)j/1//(CRRCRZR2C2并联阻抗：选频特性：++++Ru+-o-fu+12RC12C2.RC串并联网络的选频特性定性分析：（1）当信号的频率很低时。R111CR221C其低频等效电路为：其频率特性为：当ω=0时，uf=0，│F│=0=+90°F当ω↑时，uf=↑，│F│↑↓F++++fo-+R21u-uC+0|F|0φF90°（2）当信号的频率很高时。＜＜R111C＜＜R221C其高频等效电路为：其频率特性为：当ω=∞时，uf=0，│F│=0=-90°F当ω↓时，uf=↑，│F│↑↓F++++ou-f-u+2C+1R0|F|0φF-90°ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°F0|F|0φF90°0|F|0φF-90°定量分析)j/1(111CRZ222222j1)j/1//(CRRCRZR1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：212ofZZZUUF频率特性：++++Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：)j(3100F式中：RC10可见：当时，│F│最大，且=0°RC10F│F│max=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：RC10当时，│F│=│F│max=1/30FRC10RCf210φFo+90°o|F|1/3nAF21)相位条件RCf2102)振荡条件21fRR1f2RRRf不能太大，否则正弦波将变成方波应使：1uuFA••31F•1.1RRAf•3.电路的振荡频率和起振条件(1)振荡频率nA2在f0处,0F满足相位条件：nFA2(2)起振条件为使电Au为非线性，起振时，应使Au3，稳幅后Au=3。CR1RfRiUoUCRfU正温度系数负温度系数热敏电阻稳幅)/1(1fuffRRART4.负反馈支路的稳幅作用R1R2oUV1V2R3Au1+R2/R1=3为使失真小：R22R1R22R1R3Au1+(R2+R3)/R13起振时信号小，二极管电阻大12.4kR27.1kf0=1.94kHzRCf210二极管稳幅7.2k6.2k22k4.3k0.01F7.2k0.01F输出频率的调整：RCfo21通过调整R或/和C来调整频率。uoC：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。_+RFRCCRKKR1R1R2R2R3R3A电子琴的振荡电路电路：2121RRCfoRF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21_+A_+RfR1C1C2R2AUoC3'R通常选取CCCC321RRR21RCf3210此时振荡频率：起振条件：Rf12R优点：结构简单、经济缺点：选频作用差，频率调节不便，输出波形差，输出幅度不够稳定。6.3.2RC移相式振荡电路_+RfR1CCR1R2R32CUoR3应略小于2R此时RCf210略大于RCf510输出信号的频率稳定性较高，输出波形的线性失真较小。但调节不便。6.3.3双T式振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式LRCIs.)1(j1/CRRLRCLZZ6.4LC振荡电路6.4.1LC并联谐振电路的频率1.谐振频率f010，LCωLCfπ2102.谐振阻抗Z0RCLZ03.回路品质因数QCLRCRωRLωQ1100CωQLQωZ0004.频率特性)1(j1/ωRCωRLRCLZ)//(j1000ffffQZ0ZZ0Q大Q小0f90º90ºQ增大幅频特性相频特性Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。20020)//(1ffffQZZ)](arctan[00ffffQz5.阻抗与相位LC+VCCTRERB1RB2CECB180A180F0AF—满足相位平衡条件LCf210×同名端同极性6.4.2变压器反馈式振荡电路把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。LC三点式正弦波发生电路图a）电感三点式b）电容三点式三点式LC振荡电路C+VCCTRERB1RB2CECBL1L2C1×M123oU•iU•fU•6.4.3电感三点式LC振荡电路)2(2121210CMLLLCf优点：缺点：易起振(L间耦合紧)；易调节(C可调)。输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。考毕兹振荡器(Colpitts)×LCCCCLCf212102121+VCCTRERB1RB2CECBLC1C2123LC3oU•iU•fU•6.4.4电容三点式LC振荡电路优点：波形较好缺点：2)T极间电容影响f01)调频时易停振3211111CCCC212130LCLCfC3的改进1.结构和符号化学成分SiO2结构晶片涂银层焊点符号*6.5石英晶体(Crystal)振荡电路6.5.1石英晶体简介2.压电效应形变形变机械振动外力压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。3.等效电路rC0CLL—晶体的动态电感(103~102H)(大)C—晶体的动态电容(0.1pF)(小)r—等效摩擦损耗电阻(小)1qqqCLrQCo—晶片静态电容(几~几十pF)1qqqCLrQ大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性21qqSCLf21q0q0qPCCCCLf10qSCCf5.使用注意2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。1)要接一定的负载电容CL(微调)，以达标称频率。1.并联式石英晶体振荡电路fsffp，晶体呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC×6.5.2石英晶体振荡电路2.串联式石英晶体振荡电路f=fs，晶体呈纯阻+VCCVRERB1RB2CBLC×一、信号产生电路的分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(低频)LC振荡器(高频)石英晶体振荡器(振荡频率精确)方波、三角波、锯齿波等。小结二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路1.振荡条件—振幅平衡条件π2FAAFn—相位平衡条件n=0,1,2,1uuFA••判断电路是否起振采用瞬时极性法，即断开反馈网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。2.振荡电路的两种结构放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi3.选频电路及其特性1)RC串并联式幅频特性0Fu.31相频特性0f90°–90°当=0=1/RC时Fu=1/3.=0º电路2)LC并联谐振回路LuCr–+iiLiC阻抗幅频特性电路0ZZ0阻抗相频特性0f90º–90º谐振频率LCf210谐振阻抗rCLZ0回路品质因数CLrCrrLQ1100三、正弦波振荡电路1.RC桥氏振荡电路CR1RfRiUoUCRfU•••振荡频率RCf2π10振荡条件3uA即1f2RR自动稳幅措施：使电Au成为非线性Rf串接二极管(图略)Rf串接负温度系数热敏电阻R1采用正温度系数热敏电