通信电子线路课件

模拟集成电路系统电子信息工程学院电工电子教学基地无线电发送系统的原理高频振荡高放或倍频调幅功放低放话筒产生一个等幅高频正弦信号将声音变成音频信号，为信息源。对高频信号放大或倍频，以产生具有一定幅度的载波信号。调制器：是以调制信号去控制载波信号振幅，使其振幅随调制信号成比例变化。对音频信号进行放大，以满足调制要求。超外差式无线电接受机原理框图混频器高频放大器电台选择电路中频放大器（2-3级）解调器（检波器）音频放大器扬声器本机振荡器AGC电路结论：（1）上述发送、接收原理框图，基本适合其它无线通信系统，如：无绳电话、遥控电视。（2）上述框图中，除音频放大以外，都属于模拟集成系统的课程内容。第二节通信电路系统的发展趋势•电子系统的集成化——可使系统体积更小更可靠.•通信系统的数字化——可使系统的传输质量更好.•电子系统的现场可编程化—可使系统的构成更灵活.•电子系统的智能化—可使系统的自动化程度更高。一、模拟电子电路系统的集成化：•由于器件的发展给电子技术领域带来一次又一次革命。（解决了焊接、安装、调试、器件的分散性问题）•现代CAD技术的发展，使计算机设计、仿真、调试成为现实。（摆脱了实验板、烙铁、基本实验仪器）•由于信息产业的发展，社会进入信息时代，社会进步体现为3C:(communication通信control控制computer计算机)•近几十年来集成电路发展成小规模、中规模、大规模及超大规模（几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件）数字比模拟的优点：1．家用电视机收看数字节目，不受大气、噪声的影响，不受电动机和气车点火系统的干扰。2．城市高楼林立，电波传播过程会产生不同程度的反射，导致图像重叠的“鬼影”;•而数字电视加装鬼影抵消器，可消除该影响。3．模拟电视节目，沿长途线路传输时，其沿线噪声、非线形积累非常严重。•而数字电视信号经过多个再生中继机，噪声和非线性不会累加。综上所述：1．通信系统的数字化是明显的趋势。一些原由模拟电路实现的功能改用数字化实现。可以使原来不完善的性能得已完善。(但不能完全取代；高精度、大功率、大电容、电感)2．虽然模拟电路数字化是明显的趋势，但由于模拟系统的制式应用广泛，如立即数字化资金负担沉重，因此，完全数字化尚待时日。3．数字电路的速度，在某些领域还不能满足需要，有待于集成电路的继续发展。因此，长时间内，将是模拟、数字并存；或模拟、数字混合构成的局面。第二章小信号调谐放大器第0节概述第一节调谐回路与阻抗变换电路第二节高频单调谐放大器第三节多级调谐放大器及稳定性第四节集成调谐放大器及集中选择滤波器第0节小信号调谐放大器概述•放大器的分类：1.信号频率分：低频：音频0——20kHz高频：20kHz——300MHz2.输入信号大小分：小信号：电压放大，甲类，线性。大信号：功率放大，丙类，非线性。3.从通信对象上分：窄带：以调谐回路为负载。宽带：非调谐回路为负载。第二章小信号调谐放大器第0节概述第一节调谐回路与阻抗变换电路第二节高频单调谐放大器第三节多级调谐放大器及稳定性第四节集成调谐放大器及集中选择滤波器第0节小信号调谐放大器概述•小信号调谐放大器与宽带放大器的区别1.负载是具有选频作用的LC调谐回路；2.上限截频/下限截频近似等于或略大于一，即窄带。•基本构成及完成的作用包括:甲类放大+调谐回路（可以是LC回路、石英晶体、压电陶瓷或声表面波器件）两部分。完成“选频”放大的作用。•主要指标要求：电压增益高、选择性好、通频带合适、稳定性高。第一节调谐回路与阻抗变换电路一、LC单调谐回路:分为：串联谐振回路并联谐振回路1.串联谐振回路ULrC•如图所示：为LC串联回路。回路电流为:)1(11rCLjrUCjLjrUZUIIZ（1）组成：L、C为纯电感和电容。r是回路的损耗(主要是电感线圈损耗)•当信号频率发生变化时，感抗、容抗、电流均随之变化。•当频率为某一特定值（=0）时，X=0，电流最大，且电路为纯阻性——处于谐振状态。•当0时（失谐），X0，电流减小；失谐越大，电流越小，体现了选频作用。（2）原理：（3）回路谐振频率：LC10回路电流为:jIrCLjrUZUIm1)1(1广义失谐相对失谐回路最大电流CL001由此时：=0；I=Im=U/r此为谐振电流。I为复数：21)(mIIarctan)(幅频特性相频特性rCL1（4）回路的品质因数CLrCrrLQ1100•是谐振回路的重要指标之一，表征了LC回路的损耗效应对品质因数的影响。即：r大则Q低（损耗功率大），r小则Q高，Q越高越好。（5）串联谐振特性曲线：000021QrLrCL202)2(1111)(QIIm幅频特性•据此画出特性曲线如图：可见，回路失谐（即0）时，电流减小，体现出回路的选频作用。Q=50mII0ff结论：（1）f=f0时，电流最大（谐振）；ff0时，电流减小（失谐）。（2）Q大，曲线越陡，选频作用越好。Q小，曲线越平缓，选频作用越差。1并联谐振电路CRLIU1.并联谐振回路他和串联谐振回路是对偶的，因此所得公式类似。即：jULCjGIUm1)1(2.回路谐振频率LC103.回路的品质因数LCGGCLRQ100说明G越大，其分流越大，损耗的能量越大，Q值越低。jIIm1LC10CLrCrrLQ1104.谐振特性曲线：20)2(11)(QUUm谐振特性曲线10.707Q1Q221QQ0mUUB1B2结论：（1）=0时，电压最大（谐振）；0时，电压减小（失谐）。（2）Q大，曲线越陡，选频作用越好。Q小，曲线越平缓，选频作用越差。（3）(或f)小，回路为感性。(或f)大，回路为容性。容性感性三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响isRSCSLRPC1RLCLiSLRC•显见，由于信号源内阻抗和负载阻抗的介入：电路可改画为：简化后电路为：LPsRRRR////LsCCCC////1（1）考虑信号源内阻抗和负载阻抗时：RQ0C（2）回路总电容损耗增大(并联)（1）回路总电阻0000QLRLRQL回路的品质因数为：由上式可知：LC10回路谐振频率（2）阻抗匹配问题：•调谐回路的目的要传送信号能量，所以只有Rs、RL与回路电阻匹配时才能获得最大功率。•对于并联谐振，由于Rs与RL的存在，使0,fQ并可能导致阻抗不匹配。•为解决上述问题：采取信号源和负载不直接与调谐回路相接——通过阻抗变换电路接入。四、常用阻抗变换电路•变压器耦合式阻抗变换电路•电容分压式阻抗变换电路•电感分压式阻抗变换电路21NNn（一）变压器耦合式阻抗变换电路1.变压器变换电路：2.当为理想变压器时，阻抗变换关系：初、次级线圈匝比：R1C1LRLN1N2ZLiSCLLLRnR2'LLCnC2'1iSCL’R1C1LRL’ZL’•按折合前后消耗功率相等的原则：'211222//LLLLRUPRRUPR消耗的功率：折合后消耗的功率：折合前21PP'2122//LLRURU3.应用：收音机中放负载回路；电视机图象中放、伴音中放等。iSRCL'1LCCC'//1LRRR•把以上电路简化后：iSCL’R1C1LRL’ZL’其中：•为了减小负载对LC回路的影响，适当调整变比n。(二)电容分压式阻抗变换电路1.阻抗电变换路：2.阻抗变换关系：LLRCCCR2121'4.应用：放大器负载回路；电视机天线回路等。LRn2C1iSRSLC2RLU1U2iSRSLC2RLU1U2iSRSLC2RLU1U2iSRSLC2RLU1U23.电路优点：电路简单、不消耗功率。iSRSLC1C2RL’•按折合前后消耗功率相等的原则：LLRURU22'21（三）电感分压式阻抗变换电路1.电路iSRCML1L2N1N2RLU2U1iSRCLRL’LLLLRnRMLMLLRUUR22221221'22(1)若耦合系数(k=M/L)为1，化减后则有LLLRnRNNNR22221'（2）耦合系数为零0（即M=0）,则有LLLRnRLLLR22221'2.阻抗变换关系：为什么要进行阻抗变换？第二节高频单调谐放大器典型电路的构成：特点：a)电路采用部分接入，以减小放大管输出导纳对LC回路的影响；b)与负载间采用变压器耦合方式,以更好的匹配，降低负载导纳对LC回路的影响。•Yi2为下一级的输入导纳。uiCbR1R2ReCeCLyi212345EC•由LC和Tr构成谐振回路。高频单调谐放大器一、等效电路：UbyiegmUbyoeCLyi21231.为三极管高频混合等效电路——由戴维南简化——由密勒定理——单相化模型。2.将晶体管参数折算到LC回路。其中：yie=gie+jCieyoe=goe+jCoengmubgoe’Coe’CGpLCi2’yi245yi2=gi2+jCi23.将输出、负载回路折合到LC回路得到的等效电路：31211NNn31542NNn所以有：goe’=n12goeCoe’=n12CoeIoc’=n1Ioc=n1gmUb其变比：n1gmubgoe’Coe’CGpLCi2’yi22.将晶体管参数折算到LC回路。gi2’=n22gi2Ci2’=n22Ci2UbyiegmUbyoeCLyi212345•将同类元件值合并，得等效电路:CT=n12Coe+n22Ci2+CGT=n12goe+n22gie+Gp其中：ngmUbCTGTLngmubgoe’Coe’CGpLCi2’yi2电路中：Gp为LC回路固有损耗电导Gp=1/RR为LC回路的等效并联电阻。其中：L值不变，且由于n1、n2小于1，只有C和Gp起主要作用高频单调谐放大器一、等效电路UbyiegmUbyoeCLyi2123ngmUbgoe’Coe’CGpLCi2’yi2ngmUbCTGTL由合并的等效电路可知：此时，谐振回路的谐振频率为：TLC10谐振回路的品质因数为：TTTGCQ0谐振回路的等效阻抗为：LCjGjZTTT11)(45二、单调谐放大器的性能由等效电路可知，正弦稳态下，回路的等效阻抗为：jGLCjGjZTTTT1/111)(•输出端的信号电压为：01'21/)()()(TTbmTocTQjGjUgnjZIjUQT为有载品质因数01211)()()(TTmbTUQjGgnjUjUjA•单调谐放大器的增益为：可见：增益是频率的函数。UbyiegmUbyoeCLyi2123n1gmUbCTGTLjQjjAjATouu112110(一)谐振电压增益TmuGgnjA101.当=0时，其电压增益为：TmuGgnnjA210•本级到下一级的电压增益为：结论：1）由上式可知：当晶体管参数选定后，电压增益可通过改变接入系数来调整。2）接入系数过大和过小，都会使电压增益减小，因而存在最佳接入系数。UbyiegmUbyoeCLyi2123相对增益（二）谐振功率增益：•目标信号通过调谐放大器能否得到加强，归根到底要看功率是否增强。1.谐振时功率增益为：ioopPPjAiebigUP22221)(ibTmogUGgnnPgi2为下一级的输入电导（负载）谐振功率增益为：ieiTmPggGgnnjA22210)()(2.功率增益的最大值：•为获得较大的功率增益，选用gm较大的管子时有利的。•若谐振回路为理想的：1.在无耗（GP=0）时：•调整n1和n2使（goe’=gi2’），即匹配状态，此时可获得最大功