通信电路第1章

第1章基础知识1.1ＬＣ谐振回路的选频特性和阻抗变换特性1.2集中选频滤波器1.3电噪声1.4反馈控制电路原理及其分析方法第1章基础知识第1章基础知识串、并联阻抗等效互换1串、并联等效互换的模型电路BX1RXR1AABX2R2为了分析电路的方便，常需把串联电路变换为并联电路。其中X1为电抗元件（纯电感或纯电容），xR为1X的损耗电阻；1R为与1X串联的外接电阻，2X为转换后的电抗元件，2R为转换后的电阻。第1章基础知识ssspppppppppppjXRZXXRRjRXRXjXRZ222222//ppppsppppsXXRRXRXRXR222222(1.1.1)(1.1.2)2等效互换原理分析RpXpZp(j)(a)(b)RsXsZs(j)等效互换的原则：等效互换前的电路与等效互换后的电路阻抗相等即要使Ｚp＝Ｚs，必须满足:第1章基础知识按类似方法也可以求得:ssspssspXXRXRXRR2222(1.1.3)(1.1.4)由Q值的定义可知：ppssXRRXQ(1.1.5)第1章基础知识将式（1.1.5）代入式(1.1.3)和(1.1.4)，可以得到下述统一的阻抗转换公式，同时也满足式(1.1.1)和(1.1.2)。spspXQXRQR2211)1((1.1.6)(1.1.7)由式(1.1.7)可知，转换后电抗元件的性质不变，即电感转换后仍为电感，电容转换后仍为电容。当Q1时，则简化为：spspXXRQR2(1.1.8)(1.1.9)第1章基础知识1.1LC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。利用LC谐振回路的幅频特性和相频特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声，而且还可以进行信号的频幅转换和频相转换。另外，用L、C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在通信电路中却是不可缺少的重要组成部分。第1章基础知识LC选频网络在通信电路中被广泛应用：具有选频特性：选出所需频率信号滤除不需（干扰）频率信号通信电路中常用的选频网络分为两大类①LC谐振回路：单LC谐振回路（串联，并联）双调谐回路②各种滤波器：LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器第1章基础知识1.1.1选频网络的基本特性要求选频电路的通频带宽度与传输信号有效频谱宽度相一致。理想的选频电路通频带内的幅频特性fof1f22Δf0.72Δf0.1理想实际α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.200df)f(dH通频带外的幅频特性应满足0)f(H理想的幅频特性应是矩形，既是一个关于频率的矩形窗函数。矩形窗函数的选频电路是一个物理不可实现的系统，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形定义矩形系数K0.1表示选择性：7.01.01.0BWBWKBW0.7称为通频带：)(202127.0ffffBW显然，理想选频电路的矩形系数K0.1=1，而实际选频电路的矩形系数均大于1。第1章基础知识ReoLCRSiSRLCRSiSLC选频回路LC谐振回路分为：电路特点：谐振特性选频特性并联LC谐振回路串联LC谐振回路1电路结构并联LC谐振回路串联LC谐振回路CRLReo回路谐振电阻RLCRSuS第1章基础知识2回路阻抗)1(1LCjgZpeoCjLjRZ1s)CL(jR1返回RLCRSuSZSReoLCRSiSZP第1章基础知识RLCRSuSRLCRSiS3回路谐振特性(1)谐振条件：当回路总电抗X=0时，回路呈谐振状态(2)并联谐振阻抗poZ=eoR（呈纯电阻，且取最大值）串联谐振阻抗RZso（呈纯电阻，且取小大值）(3)谐振频率：由于，0X即，0C1L0=0LC10LC21f0返回ReoLCRSiSSOZ)1(1LCjgZeoPjXR)C1L(jRZSOSPOZ第1章基础知识RLCRSuSReoLCRSiS4品质因数物理意义：谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比+ui-iioQ=RLoQ0eooeooCRgC（请注意：R与Reo的关系）CRLReo返回第1章基础知识RLCRSuSRLCRSiS5回路阻抗频率特性返回02201arctan11eegLCLCgZ221CLrZrCL1arctan第1章基础知识图1.1.5(a)串联谐振回路的阻抗特性；(b)并联谐振回路的阻抗特性Z()()Z()2π()02πZ()()()2πZ()02π讨论：(1)当o，即CL100p并联LC谐振回路呈电感性，0s串联LC谐振回路呈电容性(2)当o，即CL100p并联LC谐振回路呈电容性，0s串联LC谐振回路呈电感性在实际选频应用时，串联回路适合与信号源和负载串联连接，使有用信号通过回路有效地传送给负载；并联回路适合与信号源和负载并联连接，使有用信号在负载上的电压振幅最大。第1章基础知识20200/21211)(egfLfCUUfN由Ｎ（ｆ）定义可知，它的值总是小于或等于１。(6)归一化谐振曲线。谐振时，回路呈现纯电导，且谐振导纳最小（或谐振阻抗最大）。回路电压U与外加信号源频率之间的幅频特性曲线称为谐振曲线。谐振时，回路电压U00最大。任意频率下的回路电压U与谐振时回路电压U00之比称为归一化谐振函数，用Ｎ（ｆ）表示。Ｎ（ｆ）曲线又称为归一化谐振曲线。(1.1.15)第1章基础知识ffffQQLgLLLCgLCee000000000001所以2002011)(ffffQfN由式（１.1.13）和式（1.1.14）可得:(1.1.16)(1.1.17)第1章基础知识000000002)(2)()(fffffffffffffff定义相对失谐ffff00，当失谐不大，即ｆ与ｆ0相差很小时,(1.1.18)所以2020211)(ffQfN(1.1.19)第1章基础知识2(7)通频带、选择性、矩形系数。LC回路的Ｑ0越大，谐振曲线越尖锐，选择性越好。为了衡量回路对于不同频率信号的通过能力，定义归一化谐振曲线上Ｎ（ｆ）≥1/率范围为回路的通频带（又称为带宽），用ＢＷ0.7（或ＢＷ）表示。在图上ＢＷ0.7＝ｆ2－ｆ1，取21211)(2020ffQfN可得1200ffQ第1章基础知识1)(20020fffQ1)(20010fffQ2)(20120fffQ即(1.1.20)(1.1.21)式（1．1．20）减去式（1．1．21），可得所以00127.0QfffBW(1.1.22)结论：Q值越大选择性越好，但通频带越窄。第1章基础知识矩形系数Ｋ0.1定义为单位谐振曲线Ｎ（ｆ）值下降到０.１时的频带范围ＢＷ0.1与通频带ＢＷ0.7之比，即:7.01.01.0BWBWK由定义可知，Ｋ0.1是一个大于或等于１的数，其数值越小，则对应的幅频特性越理想。(1.1.23)第1章基础知识例1.1求并联谐振回路的矩形系数.解：根据BW0.1的定义，参照图1.1.3，f3与f4处的单位谐振函数值为101211)(2020ffQfN用类似于求通频带ＢＷ0.7的方法可求得002341.0110QfffBW(1.1.24)第1章基础知识95.911027.01.01.0BWBWK由上式可知，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。所以(1.1.25)第1章基础知识图1.1.6并联谐振回路与信号源和负载的连接sIRsCLRe0RLsIR∑CL(b)(a)1.1.2阻抗变换电路阻抗变换电路是一种将实际负载阻抗变换为前级网络所要求的最佳负载阻抗的电路。有助于提高整个电路的性能。第1章基础知识由式（1．1．14）可知，回路的空载Ｑ值为LRLgQee000001而回路有载Ｑ值为LRLgQe001(1.1.27)此时的通频带为eQfBW07.0其中，回路总电导，回路总电阻RΣ=Rs∥RL∥Re0，ｇs和ｇL分别是信号源内电导和负载电导。RggggeLs10第1章基础知识简单的将信号源和负载与并联谐振回路并接，对回路的性能有以下影响：1、有载Q值变小，使通频带变宽，回路的选择性变差；2、信号源和负载电阻常不相等，即阻抗不匹配，当相差较多时，负载上得到的功率可能很小。3、若考虑信号源输出电容和负载电容，则回路的谐振频率将受影响。采用阻抗变换电路，使信号源或负载不直接并入回路的两端，而是经过一些简单的变换电路，把它们折算到回路两端。通过改变电路的参数，达到要求的回路特性。采用阻抗变换电路提高回路的有载Q值，尽量消除接入信号源和负载对回路的影响。第1章基础知识1.1)nNNnUUPP11,212121自耦变压器阻抗变换电路sIRsCL(b)LR13sIRsCL(a)13N12RLN2第1章基础知识因为LLRUPRUP22221121,'21所以LLLLLLgngRnRnUURR2'2'2221'11或对于自耦变压器，n总是小于或等于１，所以ＲＬ等效到初级回路后阻值增大，从而对回路的影响将减小。n的大小反映外部接入负载对回路影响大小的程度，将其定义为接入系数。第1章基础知识2）图1.1.8（a）所示为变压器阻抗变换电路，（ｂ）图所示为考虑次级负载以后的初级等效电路，RL′是ＲL等效到初级的电阻。若Ｎ1、Ｎ2分别为初、次级电感线圈匝数，则接入系数n＝N2／N1。图1.1.8变压器阻抗变换电路sIRsCLRLsIRsCL(b)(a)22N1N2LR1111第1章基础知识利用与自耦变压器电路相同的分析方法，将其作为无损耗的理想变压器看待，可求得ＲL折合到初级后的等效电阻为LLLLgngRnR2'2'1或(1.1.29)第1章基础知识3）图1.1.9（ａ）所示为电容分压式阻抗变换电路，（b）图所示是ＲL等效到初级回路后的初级等效电路。图1.1.9电容分压式阻抗变换电路(b)sIRs(a)13RLLC1C22CsIRs13LC1C2LR第1章基础知识利用串、并联等效转换公式，先将RL和C2转换为串联形式，再与C1一起转换为并联形式，在ω2R2L(C1+C2)21时，可以推导出ＲLLLLRnRCCCR2221111(1.1.30)其中ｎ是接入系数，在这里总是小于１。如果把RL折合到回路中1、2两端，则等效电阻为LLRCCR212''(1.1.31)第1章基础知识接入系数的概念接入系数表示接入部分所占的比例。对于自耦变压器接入方式，接入系数n表示全部线圈N1中，N2所占的比例。n1，调节n可改变折算电阻RL’的数值。n越小，RL与回路接入部分越少，对回路影响越小，RL’越大。12NNn第1章基础知识电感分压式阻抗变换电路sIRs(a)13RLCL22L1sIRs(b)13CLRL4）电感分压式电路第1章基础知识4）电感分压式电路图1.1.10（ａ）所示为电感分压式阻抗变换电路，它与自耦变压器阻抗变换电路的区别在于Ｌ1与Ｌ2是各自屏蔽的，没有互感耦合作用。（ｂ）图是ＲL等效到初级回路后的初级等效电路，Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2。ＲL折合到初级回路后的等效电阻为LLLRnRLLLR2221211(1.1.32)其中ｎ是接入系数，在这里总是小于１。第1章基础知识例１.２某接收机