Electroniccircuitofcommunication(通信電子線路)

1、Electronic circuit of communication | Tailong Xiao第一章：通信系統(tǒng)導(dǎo)論1. 為什么要有載波？為什么不直接將我們?cè)夹盘?hào)發(fā)射出去？首先，我們想到的是（聲信號(hào)為例子）將聲信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后傳輸，因?yàn)槁曅盘?hào)損耗太快了。然而，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)之后發(fā)現(xiàn)頻率無法和天線匹配。聲信號(hào)的頻率為20Hz-20kHz，此時(shí)的波長是非常大的。我們不可能做出這么大的天線。同時(shí)，要是廣播電臺(tái)都用相同的頻段，就壓根不能正確接收我們想要的聲信號(hào)，因?yàn)榇蠹叶蓟煸谝黄鹆?。此時(shí)就需要將電信號(hào)加載在一個(gè)可調(diào)的載波上面，這個(gè)載波頻率很高，一般都是幾百千赫茲。這樣我們的天線就可以匹配了，并

2、且大家可以分開使用不同的頻段。（PS：怪不得我們平時(shí)看到的廣播電臺(tái)的天線那么大，之所以不用更高頻率的載波，為什么？）我們得明確，廣播是由具體的應(yīng)用場合決定的。現(xiàn)階段，調(diào)頻和調(diào)幅都在用（調(diào)頻能達(dá)到100M左右的頻率），主要是受器件性能的限制。器件性能相同的情況下，兩者的效果相同。但是一般來講，調(diào)頻的抗干擾性能會(huì)好一點(diǎn)。頻率越高，天線尺寸可以越小。但是在相同距離下，路徑傳播損耗越大。要達(dá)到相同的接收點(diǎn)功率，發(fā)射功率就要更大。因此在實(shí)際中選擇調(diào)頻和調(diào)幅時(shí)，是根據(jù)具體的應(yīng)用場合選擇的。因?yàn)榭倳?huì)存在一種最優(yōu)的情形：成本最小，覆蓋范圍越大，器件易于實(shí)現(xiàn)，天線尺寸較小。2. 廣播發(fā)射機(jī)的組成？圖中的高頻振蕩

3、最基本的是LC振蕩器。其產(chǎn)生的高頻波一般稱為載波，它的頻率成為載頻。然而倍頻只是將高頻振蕩產(chǎn)生的載波繼續(xù)增大，因?yàn)橐话愕母哳l載波為了維持頻率的穩(wěn)定度，就會(huì)低于理想的載波頻率的若干分之一。因此倍頻器是將載波頻率提高到所需要的數(shù)值。至于高頻放大，我們先不說，等學(xué)了第三章我們?cè)賮斫忉?。調(diào)制方法主要是有三種：調(diào)幅，調(diào)頻和調(diào)相。電視中的圖像是調(diào)幅，伴音是調(diào)頻。3. 超外差式接收機(jī)選擇性電路主要特點(diǎn)：把被接收到的高頻已調(diào)信號(hào)的載波頻率fs先變?yōu)轭l率較低的而且是固定不變的中頻fi，再利用中頻放大器加以放大，然后進(jìn)行檢波。由于中頻是固定不變的，因此中頻的選擇性與增益都與接受的載波頻率無關(guān)。把高頻信號(hào)的載波頻率

4、變?yōu)橹蓄l的任務(wù)是由混頻器來完成的?；祛l器的作用是將載頻fs和本地振蕩的載波f0進(jìn)行混合計(jì)算，得到的輸出波形仍然是調(diào)幅波，不過其載波頻率不是原來的fs，而是(f0+fs)或(f0-fs)。這種接收機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：變頻后的“載波”頻率是固定不變的，所以中頻放大器的諧振回路不需要隨時(shí)調(diào)整，不管信號(hào)頻率怎么變，中頻總是不變的（只需改變本地振蕩的值），選擇性容易做好。這樣就可以做成固定的模塊，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。第二章：通信電子線路分析基礎(chǔ)2.1 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)的作用是選出我們需要的頻率分量并濾除不需要的分量。因此可分為諧振回路和濾波器。諧振回路主要分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。濾波器主要包含LC集中濾波器

5、、石英濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器。（1） 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)（并聯(lián)）諧振回路是由電感、電容組成的并在諧振頻率或諧振頻率附近工作的單振蕩回路。我們需要討論諧振回路一系列的性質(zhì)。1.回路阻抗2.諧振頻率3.品質(zhì)因數(shù)4.廣義失諧系數(shù)5.諧振曲線6.通頻帶7.相頻特性曲線8.信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響。1) 回路阻抗回路阻抗為z=R+jx=R+jL-1C=zejz，阻抗模為z=R2+X2=R2+(L-1C)2阻抗幅角為z=arctanxR=arctanL-1CR，必須清楚的是當(dāng)回路頻率在中心頻率左右變化時(shí)，回路的性質(zhì)（感性or容性？）顯然，當(dāng)=0時(shí)，阻抗幅角為0，此時(shí)電路處于諧振狀態(tài)。

6、電流與電壓的相位差為0。當(dāng)>0時(shí)，此時(shí)x>R，表明電路呈現(xiàn)感性，此時(shí)電壓超前電流相位i<0。當(dāng)回路諧振時(shí)的感抗或容抗，稱之為特性阻抗，用表示，即=0L=10C=LC。2) 諧振頻率f0當(dāng)回路電抗為0時(shí)，此時(shí)電流達(dá)到最大值為I=vsR。此時(shí)回路的頻率稱為諧振頻率，因此0=1LC，f0=12LC3) 品質(zhì)因素Q定義：諧振時(shí)回路感抗值（或容抗值）與回路電阻R的比值稱為回路的品質(zhì)因素，以表示回路損耗的大小。Q=0LR=10CR=R=1R1LC當(dāng)諧振時(shí)，此時(shí)電感或電容分配的電壓為vL0=vC0=I0=VsQ。因此串聯(lián)諧振時(shí)，電感L和電容C上的電壓達(dá)到最大值且為輸入信號(hào)電壓vs的Q倍。因

7、此必須注意回路元件的耐壓問題。4) 廣義失諧系數(shù)是反映回路失諧大小的量，其定義為=失諧時(shí)的電抗諧振時(shí)電阻=XR=L-1CR=Q0(0-0)當(dāng)失諧不大時(shí)即0時(shí)，Q020=Q02ff0。當(dāng)諧振時(shí)，失諧系數(shù)為0。5) 諧振曲線定義：串聯(lián)諧振回路中電流幅值與外加電動(dòng)勢頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。可用Nf表示諧振曲線的函數(shù)Nf=失諧處的電流I諧振點(diǎn)電流I0=RR+j(L-1C)Q值不同即損耗R不同時(shí)，對(duì)曲線有很大影響。Q值大曲線尖銳，選擇性好；Q值小曲線鈍，通帶寬。6) 通頻帶定義:回路外加電壓的幅值不變時(shí)，改變頻率，回路電流I下降到I0的12時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為諧振回路的通頻帶,用B表示：B=

8、20.7=2-1 or B=2f0.7=f2-f1。此時(shí)的廣義失諧系數(shù)為=±1。而有前面的公式，我們可以推導(dǎo)出20.7=0Q。因此通帶寬度為B=2f0.7=f0Q相對(duì)帶寬2f0.7f0=1Q。因此，B與Q成反比，Q增大，B減小。前面已經(jīng)分析過，若電流超前電壓，則阻抗幅角大于0,此時(shí)呈現(xiàn)容性；否則小于0。當(dāng)諧振時(shí)，等于0。但是，Q不同，曲線的陡峭程度不一樣。圖中Q1>Q2。即品質(zhì)因數(shù)越高，曲線越陡峭。7) 相頻特性曲線8) 信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響此時(shí)的品質(zhì)因數(shù)QL=0LR=0LR+Rs+RL。式中R為回路的本身的損耗；Rs為信號(hào)源的內(nèi)阻；RL為負(fù)載電阻。 由此看出，

9、串聯(lián)諧振回路適合于Rs很小（恒壓源）和RL不大的電路，只有這樣QL才不會(huì)太低，保證回路具有較好的選擇性。（2） 并聯(lián)諧振回路因?yàn)橐话愕耐ㄐ烹娮与娐沸盘?hào)源內(nèi)阻較大，基本上可以看作是恒流源。因此不能用串聯(lián)諧振回路，而必須用并聯(lián)諧振回路。從R到Rp的變換是非線性的，與LC有關(guān)。1) 回路阻抗一般LR，所以z1RCL+j(C-1L)，并聯(lián)回路采用導(dǎo)納分析比較方便，齊導(dǎo)納為Y=1z=CRL+jC-1L=G+jB式中電導(dǎo)G=RCL，電納B=C-1L。2) 諧振頻率當(dāng)諧振時(shí)z=Rp=(pL)2R。當(dāng)>p時(shí)，L>1C，電容支路的分流作用強(qiáng)，因此回路呈現(xiàn)容性。當(dāng)<p時(shí)，L<1C，電感支路

10、分流作用強(qiáng)，因此回路呈現(xiàn)感性?？偟膩碚f，回路的性質(zhì)總是由兩支路中阻抗較小的那個(gè)支路決定阻抗的性質(zhì)。當(dāng)電納B=0時(shí)，v=v0=LRCIs，回路電壓與電流Is同相，稱之為并聯(lián)回路對(duì)外加信號(hào)源頻率發(fā)生并聯(lián)諧振，即諧振條件為B=pC-1pL=0，由于B=0，則 pC=1pL，因此可推導(dǎo)出并聯(lián)諧振回路的諧振頻率p=1LC or fp=12LC（這是在一定條件下的約等于，必須滿足回路阻抗遠(yuǎn)大于電阻）。 3) 品質(zhì)因數(shù)類似的根據(jù)對(duì)品質(zhì)因數(shù)的定義，Qp=pLR=RppL=RpCL。式中Rp為并聯(lián)諧振回路的諧振電阻；R為串聯(lián)在電感支路的損耗電阻。Rp=Qp1pC，因此諧振時(shí)并聯(lián)振蕩回路的諧振電阻等于感抗或容抗的

11、Qp倍。諧振時(shí)的支路的電流可以根據(jù)歐姆定律計(jì)算，得到的結(jié)論是諧振時(shí)電感或電容支路電流為信號(hào)源電流的Qp倍。4) 諧振曲線類似的，不論>p還是<p，此時(shí)端電壓之比都小于1，表明唯有在諧振時(shí)傳輸功率才是較大的。當(dāng)=p時(shí)，此時(shí)電路呈現(xiàn)純阻性，此時(shí)也達(dá)到諧振狀態(tài)，端電壓與信號(hào)源電壓相等。5) 通頻帶當(dāng)端電壓下降到最大值的12時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱之為并聯(lián)諧振回路的通頻帶，用B表示。此時(shí)的失諧系數(shù)為±1，絕對(duì)通頻帶為B=2f0.7=fpQp，相對(duì)通頻帶2f0.7fp=1Qp。6) 相頻特性串聯(lián)電路里面的相角是指回路電流I與信號(hào)源電壓vs的相角差。而并聯(lián)回路里的是指回路端電壓對(duì)信號(hào)源電

12、流Is的相角差。因此當(dāng)>p時(shí)，回路呈現(xiàn)容性，v<0；當(dāng)<p時(shí)，回路呈現(xiàn)感性,v>0。實(shí)質(zhì)上都只需看電流超前電壓還是滯后電壓，超前就是容性，滯后就是感性。7) 信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響類似于串聯(lián)諧振回路，考慮到內(nèi)阻和負(fù)載的影響后，QL=Qp1+RpRs+RpRL，因此我們可知當(dāng)內(nèi)阻和負(fù)載較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)也越小，所以對(duì)并聯(lián)回路而言，并聯(lián)的電阻越大越好。因此并聯(lián)諧振回路適合于恒流源。在做題時(shí)，必須明確的是：確定無載Q值，然后根據(jù)負(fù)載情況計(jì)算有載Q值。計(jì)算出有載Q值后，根據(jù)通頻帶的計(jì)算公式就可以計(jì)算帶寬B。（3） 串、并聯(lián)阻抗等效與回路抽頭時(shí)的阻抗變換1) 串、

13、并阻抗的等效互換結(jié)論：串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換等效并聯(lián)回路后，電抗x2的性質(zhì)與x1相同，在QL較高的情況下，其電抗x基本不變，而并聯(lián)電路的電阻R2比串聯(lián)電路的電阻R1+Rx大QL2倍。 當(dāng)品質(zhì)因數(shù)很高時(shí)(大于10或者更大)，則有 2) 回路抽頭時(shí)阻抗的折合關(guān)系折合系數(shù)定義：抽頭電壓與端電壓的比值，即P=VabVdb。根據(jù)能量等效原則，Vab2Gs=Vdb2Gs'。因此Gs'=(VabVdb)2Gs=P2Gs Rs'=1P2Rs。由于Vab<Vdb，以此P是小于1的正數(shù)，即Rs'>Rs即由低抽頭到高抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，等效阻抗提高1P2倍。（阻抗折合），不考慮互感?？紤]互

14、感，抽頭系數(shù) ，則電容抽頭系數(shù)P=C2C1+C2注意：當(dāng)ab端的阻抗遠(yuǎn)大于L或1C時(shí)，抽頭系數(shù)P的等式成立。由低抽頭折合到回路高端時(shí)，等效導(dǎo)納降低了P2倍，即等效阻抗提高了1P2倍，Q值提高了許多。電流源折合根據(jù)折合前后，功率不變的原則。即IsVab=Is'Vdb，因此Is'=VabVdbIs=PIs。從ab端到bd端電壓表變換比為1P，在保持功率相同的條件下，電流變換比就是P倍，即由低抽頭向高抽頭變化時(shí)，電流源減小了P倍。負(fù)載電容的折合由前面阻抗的折合關(guān)系，得1CL'=1P21CL，因此CL'=P2CL，因此可知折合后電容減小，阻抗加大。插入損耗：由回路諧振電

15、阻本身引起的阻抗損耗?；芈窡o損耗時(shí)的輸出功率P1=V02GL=(IsGs+GL)2GL。有損耗時(shí)的功率P1'=V12GL=(IsGs+GL+Gp)2GL。所以，插入損耗Kl=P1P1'=11-QLQ02,若用分貝表示KldB=10lg11-QLQ02=20lg11-QLQ0式中Qp=1GppL QL=Qp1+RpRs+RpRL therefore QL=1(Gp+Gs+GL)pL3) 耦合回路最常見的兩種耦合回路如下：耦合系數(shù)k，反映回路間耦合程度的強(qiáng)弱。對(duì)電容耦合回路，k=CMC1+CM(C2+CM)，一般C1=C2=C，所以k=CMC+CM。對(duì)電感耦合，k=ML1L2，若L

16、1=L2，則k=ML。反射阻抗和耦合回路的等效阻抗 從左邊的耦合回路轉(zhuǎn)變?yōu)橛疫叺某跫?jí)等效電路和次級(jí)等效電路。其中，各阻抗的對(duì)應(yīng)關(guān)系是可計(jì)算的。這里只列出幾點(diǎn)結(jié)論：1 反射阻抗永遠(yuǎn)是正值。因?yàn)闊o論怎樣轉(zhuǎn)換，都是需要能量損耗的。2 反射阻抗的性質(zhì)與原回路總電抗的性質(zhì)總是相反的。3 反射阻抗和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值(M)2成正比。當(dāng)互感量M=0時(shí)，反射阻抗也等于0。4 當(dāng)初、次級(jí)回路同時(shí)調(diào)諧到與激勵(lì)頻率諧振時(shí)，反射阻抗為純阻。簡單的理一下計(jì)算思路：V1=R1+jL1-jC1I1-jMI2-jMI1+R2+jL2-jC2I2=0，根據(jù)此方程式，可以求解初級(jí)回路的電流和次級(jí)回路的電流。然后根據(jù)求

17、解出的表達(dá)式做些簡化，引出自阻抗和反射阻抗等概念。如次級(jí)回路對(duì)初級(jí)的反射阻抗Zf1=(M)2Z22，類似的初級(jí)對(duì)次級(jí)的反射阻抗為Zf2=(M)2Z11。其中Z22和Z11分別為次級(jí)和初級(jí)回路的自阻抗。然后將兩回路分別拆分開，此時(shí)就有初級(jí)等效回路和次級(jí)等效回路。因此，然后再將反射阻抗分為反射電抗和反射電阻，同樣是對(duì)表達(dá)式進(jìn)行拆分。耦合回路的調(diào)諧(重點(diǎn))分為：部分諧振，復(fù)諧振和全諧振。部分諧振：調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗使初級(jí)回路達(dá)到總電抗為0。即回路本身電抗=-反射電抗。初級(jí)回路的電流達(dá)到最大值。初級(jí)回路在部分諧振時(shí)達(dá)到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的調(diào)諧條件下達(dá)到的，即規(guī)定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變的條件下

18、所達(dá)到的電流最大值。用公式描述為：On condition:X11=-Xf1，此時(shí)I1max=VsR11+(M)2z222R22. 此時(shí)初級(jí)回路達(dá)到最大電流值，次級(jí)回路的電流幅值I2=MI1Z22.但是這個(gè)電流幅值并不是回路可能達(dá)到的最大電流值，只是簡單的計(jì)算關(guān)系。部分諧振就是說初級(jí)諧振，次級(jí)不諧振?；蛘呤谴渭?jí)諧振，初級(jí)不諧振。因此，當(dāng)調(diào)節(jié)次級(jí)回路的電抗，使x22=-xf2，次級(jí)回路達(dá)到諧振，次級(jí)回路電流達(dá)到最大值。（始終都是部分的）復(fù)諧振：在部分諧振的條件上，再改變互感量，使反射電阻等于回路本身電阻，既滿足最大功率傳輸條件，使次級(jí)回路電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值。此時(shí)初級(jí)回路不僅發(fā)生了諧振而且達(dá)

19、到了匹配。反射電阻將獲得可能得到的最大功率，亦即次級(jí)回路將獲得可能得到的最大功率，所以次級(jí)回路電流也達(dá)到可能到達(dá)的最大值。實(shí)質(zhì)上就是在部分諧振的基礎(chǔ)上加上功率匹配，即使電阻相等。全諧振：調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗及次級(jí)回路的電抗，使兩個(gè)回路都單獨(dú)的達(dá)到與信號(hào)源頻率諧振，這時(shí)稱耦合回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個(gè)回路的阻抗均呈電阻性。此時(shí)初級(jí)回路的總電抗x11=0，且次級(jí)回路總電抗x22=0。（僅僅只是自電抗，而沒有反射電抗，z11=R11,z22=R22）但是不一定能達(dá)到功率匹配，但是已經(jīng)可以稱得上全諧振了。當(dāng)將功率匹配加上的話，就是R11=Rf1, R22=Rf2。此時(shí)電流能達(dá)到最大值I2max

20、=Vs2R11R22，此時(shí)稱為最佳全諧振。最佳全諧振是復(fù)諧振的一個(gè)特例。存在問題：全諧振時(shí)，初級(jí)等效回路的電抗為零到底包含反射電抗不？這是一個(gè)誤區(qū)，當(dāng)初級(jí)和次級(jí)回路分別諧振時(shí)，反射電抗為0，此時(shí)只存在反射阻抗！所以不存在包含反射電抗的說法！最佳全諧振時(shí)初、次級(jí)間的耦合稱為臨界耦合，與此相應(yīng)的耦合系數(shù)稱為臨界耦合系數(shù)，以kc表示。kc=McL11L22=R11R22R11L111Q1Q2，當(dāng)Q1=Q2=Q時(shí)，kc=1Q。我們把耦合諧振回路兩回路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之比=KKc=KQ稱為耦合因素，是表示耦合諧振回路耦合相對(duì)強(qiáng)弱的一個(gè)重要參量。當(dāng)>1,強(qiáng)耦合。<1,弱耦合。=1,臨界耦合。4) 耦合回路的頻率特性5)