第二章 通信原理

第二章通信原理第1頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月第2章小信號選頻放大器

—概述

另外接收機天線所感應的信號，除了有要接收的電臺信號外，還有許多不需要的信號（稱干擾信號）顯然如果采用沒有選擇性的放大器進行放大，勢必使要接收的信號被淹沒在其它電臺的干擾中。為了解決這個問題，通常在放大器中接入選頻網(wǎng)絡。這樣構(gòu)成調(diào)諧放大器，不僅具有放大作用，而且有選頻能力。選頻網(wǎng)絡可以用LC諧振回路組成，也可以由集中選頻濾波器構(gòu)成。由集中選頻濾波器和寬帶放大器構(gòu)成的集中選頻放大器，它具有選擇性好、性能穩(wěn)定、不需調(diào)整等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代通信設備中得到廣泛應用。第2頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月第2章小信號選頻放大器諧振回路小信號諧振放大器集中選頻放大器主要內(nèi)容：第3頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1諧振回路—概述

LC諧振回路是高頻電路里最常用的無源選頻網(wǎng)絡，包括并聯(lián)回路和串聯(lián)回路兩種結(jié)構(gòu)類型。利用LC諧振回路的幅（度）頻（率）特性和相（位）頻（率）特性，不僅可以進行選頻，即從輸入信號中選擇出有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲（例如在選頻放大器和正弦波振蕩器中），而且還可以進行信號的頻幅轉(zhuǎn)換和頻相轉(zhuǎn)換（例如在斜率鑒頻和相位鑒頻電路里）。另外，用L、C元件還可以組成各種形式的阻抗變換電路和匹配電路。所以，LC諧振回路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是在高頻電路里卻是不可缺少的重要組成部分，在本書所介紹的各種功能的高頻電路單元里幾乎都離不開它。因此本章先介紹LC并聯(lián)諧振回路的基本特性。第4頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1并聯(lián)諧振回路的選頻特性諧振回路

諧振回路由電感線圈和電容器組成，它具有選擇信號及阻抗變換作用。該電路在某一頻率的交變信號作用下,能在電抗原件上產(chǎn)生最大的電壓或流過最大的電流，即具有諧振特性。諧振回路按電路的形式分為：1.串聯(lián)諧振回路2.并聯(lián)諧振回路3.耦合諧振回路第5頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月用途：1.利用他的選頻特性構(gòu)成各種諧振放大器2.在自激振蕩器中充當諧振回路3.在調(diào)制、變頻、解調(diào)充當選頻網(wǎng)絡第6頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiSRLCRSiSRLCRSuS第8頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月

串聯(lián)LC諧振回路RLCRSuSRLCRSuSZS串聯(lián)LC諧振回路仿真第9頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuS第10頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSii第11頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuS第12頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuS電容性電感性R第13頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月Q2>Q1Q11OQ2OQ1Q2同樣定義串聯(lián)諧振回路端電流的相位為第14頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-仿真第15頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月1矩形系數(shù):=9.96第16頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRL仿真第17頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)LC諧振回路RpLCRSiSRLCRSiS

并聯(lián)LC諧振回路仿真第18頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSiSZP第19頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSiSRpLCRSiS第20頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiS+ui-第21頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSiS第22頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSiS第23頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月電感性電容性Rp第24頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月Q11OQ2OQ1Q2Q2>Q1同樣定義并聯(lián)諧振回路端電壓的相位為第25頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-仿真第26頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月1第27頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiSRL仿真第28頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月例1設一并聯(lián)諧振回路，諧振頻率f0=10MHz，回路電容C＝50pF，試計算所需的線圈電感L。又若線圈品質(zhì)因素為Q＝100，試計算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需的帶寬為0.5MHz,則應在回路上并

聯(lián)多大電阻才能滿足要求？解：（1）計算L值（2）回路的諧振電阻和帶寬第29頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻設回路并聯(lián)電阻為，回路有載品質(zhì)因數(shù)為將已知條件帶入，可得：第30頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSiS返回ZPRLCRSuSZS第31頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRLCRSiSRpLCRSiS第32頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRpLCRSiS+ui-ii第33頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRLCRSiS第34頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRLCRSiS第35頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月電感性電容性電容性電感性RpR第36頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月同樣定義并聯(lián)（串聯(lián)）諧振回路端電壓（電流）的相位為Q2>Q1Q11OQ2OQ1Q2第37頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-第38頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月11第39頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiSRLRLCRSuSRL第40頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月例：串聯(lián)回路如下圖所示。信號源頻率

f=1MHz。電壓振幅V=0.1V。將1-1端短接，電容C

調(diào)到100pF時諧振。此時，電容

C

兩端的電壓為10V。如1-1端開路再串接一阻抗Z

（電阻和電容串聯(lián)），則回路失諧，電容C

調(diào)到200pF時重新諧振。此時，總電容C

兩端的電壓為2.5V。試求：線圈的電感L，回路品質(zhì)因數(shù)

Q以及未知阻抗Z

。第41頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月解：（1）計算L值（2）空載品質(zhì)因數(shù)和有載品質(zhì)因數(shù)電容：（3）計算阻抗回路的諧振電阻第42頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2LC阻抗變換電路

BX1RXR1AABX2R2第43頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月BX1RXR1AABX2R2第44頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月BX1RXR1AABX2R2第45頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月RL1CRSiSL2RpCRSiS第46頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月二變壓器阻抗變換電路RL'假設初級電感線圈的圈數(shù)為N1，次級圈數(shù)為N2，且初次間全耦合(k=1)，線圈損耗忽略不計，則等效到初級回路的電阻RL'上所消耗的功率應和次級負載RL上所消耗功率相等第47頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月從功率等效角度證明：理想變壓器無損耗：二變壓器阻抗變換電路可通過改變比值調(diào)整RL'的大小。第48頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月三回路抽頭的阻抗變換L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL第49頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRL'RS'iS'LCRL'RS'iS'abab第50頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月iSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab+ucb-+uab-+udb-+uab-第51頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月iSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiRiL>>iS；iC>>iR第52頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月iSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiR第53頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月例4應用部分接入法的選頻電路接入系數(shù)對回路有載品質(zhì)因數(shù)影響明顯減小。仿真第54頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月例5如圖，抽頭回路由電流源激勵,忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。解由于忽略了回路本身的固有損耗,因此可以認為Q→∞。由圖可知,回路電容為諧振角頻率為第55頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性

圖2.1.1并聯(lián)諧振回路

第56頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性1)并聯(lián)諧振回路的等效阻抗Z:

通常r很小,當r＜＜ωL,Z可用下式表示:第57頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

2)并聯(lián)諧振回路諧振時的等效阻抗,簡稱諧振電阻

當時,稱并聯(lián)回路諧振,此時并聯(lián)諧振回路諧振的等效阻抗為純電阻且最大,從式(2.1.2)可得:

第58頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

3)并聯(lián)諧振回路的諧振頻率當時,稱并聯(lián)回路諧振,此時并聯(lián)諧振回路諧振的諧振頻率:

或第59頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

4)品質(zhì)因數(shù)Q,簡稱Q值在LC諧振回路中,為了評價諧振回路損耗的大小,引入了品質(zhì)因數(shù)Q,通常稱為Q值.⑴Q值的定義:諧振回路諧振時的感抗(或容抗)與回路等效損耗電阻r之比,即

將式(2.1.4)代入式(2.1.5),則得

第60頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

⑵品質(zhì)因數(shù)Q與并聯(lián)諧振電阻的關(guān)系一般LC諧振回路的Q值在幾十到幾百范圍內(nèi),Q值越大,回路的損耗越小,其選頻特性就越好。將式(2.1.6)代入(2..1.3)可得

第61頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

5)并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性將式(2.1.3)、(2.1.4)、(2.1.5)代入(2.1.2)可得并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性電性:

(2.1.8)

第62頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性6)并聯(lián)回路阻抗頻率特性和相頻特性

通常，諧振回路主要研究諧振頻率附近特性。由于十分接近，故可以近似認為，，并令，則式(2.1.8)可寫成(2.1.9)第63頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

則并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性和相頻特性可分別為：

⑴阻抗頻率特性(2.1.10)

⑵相頻特性

(2.1.11)

第64頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

⑶根據(jù)式(2.1.10)和式(2.1.11)可作出并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性曲線(a)和相頻特性曲線(b)

圖2.1.2并聯(lián)諧振回路特性曲線第65頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性⑷由圖可見，并聯(lián)諧振回當，即諧振時回路阻抗最大且為純電阻，相移。時，阻抗下降，相移增大。當＞時，回路呈容性，相移為負值，最大趨于負90°；當＜時，回路呈感性，相移為正值，最大趨于90°。取不同的值，可以作出不同的阻抗頻率特性曲線和相頻特性曲線，如圖(2.1.2)所示。并且，值大，就大，阻抗頻率特性曲線更尖銳，相移曲線在諧振頻率附近變化更陡峭。第66頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性1、電壓諧振曲線當維持信號源的幅值不變時，只改變其頻率，并聯(lián)回路兩端電壓變化規(guī)律與回路阻抗頻率特性相同。則(2.1.13)第67頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性1)輸出電壓的幅頻特性(2.1.14)

2)輸出電壓的相頻特性

(2.1.15）第68頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性3)電壓諧振曲線

圖2.1.3并聯(lián)諧振回路輸出電壓調(diào)諧曲線

（a）幅頻特性

（b）相頻特性

第69頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

2、通頻帶1)通頻帶的定義當占有一定頻帶寬度的信號在并聯(lián)回路中傳輸時，由于幅頻特性曲線的不均勻性，輸出電壓便不可避免產(chǎn)生頻率失真，為了限制諧振回路頻率失真的大小而規(guī)定了諧振回路的通頻帶。當值由最大值1下降到0.707時，所占有的頻帶寬度就是回路的通頻帶，用表示。第70頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性2)通頻帶的表達式

(2.1.16)

式(2.1.16)說明，回路Q值越高，幅頻特性曲線越尖銳，通頻帶越窄；回路諧振頻率越高，通頻帶越寬。第71頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性3、選擇性選擇性是指回路從含有各種不同頻率信號總和中選出有用信號、抑制干擾信號的能力?；芈返闹C振曲線越尖銳，對無用信號的抑制能力就越強，選擇性就越好。一般諧振回路工作在所需信號的中心頻率上。選擇性可用通頻帶以外無用信號的輸出電壓與諧振時輸出電壓之比來表示，越小，說明諧振回路抑制無用信號的能力越強，選擇性越好。第72頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性1)20dB選擇性在實際應用中，選擇性常用諧振回路輸出信號下降到輸出電壓的0.1倍，即下降20dB的通帶，用來表示，如圖2.1.4所示。越小，回路的選擇性就越好。圖2.1.4第73頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

2)矩形系數(shù)為了提高選擇性、降低頻率失真，要求諧振回路的幅頻特性應具有矩形形狀，即在通頻帶內(nèi)頻率具有相同的輸出幅度，而在通頻帶以外無用信號輸出為零，如圖2.1.4虛線所示。然而實際的諧振回路均不能滿足上述要求，但為了說明實際幅頻特性曲線接近矩形的程度，常引用“矩形系數(shù)”這一參數(shù)，用符號表示。第74頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

⑴矩形系數(shù)的的定義

(2.1.17)

顯然，矩形系數(shù)越接近于1，則諧振回路幅頻曲線越接近于矩形，回路的選擇性也就越好。第75頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性

⑵單個并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)為10令＝0.1，由式(2.1.14)，即＝0.1，可得

由此可得＝10。這說明單個并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)遠大于1，故其選擇性比較差。第76頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路信號源及負載對諧振回路的影響在實際應用中，諧振回路一定和信號源及負載相鏈接，信號源的輸出阻抗和負載阻抗都會對回路產(chǎn)生影響，它們不但會使回路的等效品質(zhì)因數(shù)下降，選擇性變差，同時還會使諧振回路的諧振頻率發(fā)生偏離。圖2.1.5為一實用的并聯(lián)諧振回路，信號源內(nèi)阻，負載電阻。第77頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路將圖2.1.5(a)中的電壓源用電流源代替，將L、r串聯(lián)電路用L、Rp并聯(lián)電路代替，則圖2.1.5(a)可變換成圖2.1.5(b),從圖2.1.5(b),可以更清楚地看出Rs、對諧振回路的影響。

第78頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路將圖2.1.5(b)中的所有電阻合并為Re,即∥∥因此，可把圖2.1.5(b)簡化為圖2.1.5(c)。

第79頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路有載品質(zhì)因數(shù)和空載品質(zhì)因數(shù)由圖2.1.5(c)，可知就是考慮了、影響后并聯(lián)諧振回路的等效諧振電阻。由可求得等效并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，將其稱為有載品質(zhì)因數(shù)，用表示。而把前面所學的不慮、等影響的回路品質(zhì)因數(shù)稱為空載品質(zhì)因數(shù)或固有品質(zhì)因數(shù)，用表示。由式(2.1.7)可得(2.1.21)式(2.1.21)

第80頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路由于＜，所以＜，、越小也越小，則下降就越多，回路的選擇性就越差，而通頻帶卻變寬了。常用的阻抗變換電路為了減少信號源及負載對諧振回路的影響，除了增大、外，還可以采用阻抗變換電路。常用的阻抗變換電路有變壓器、電感和電容分壓電路等。

第81頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路1)變壓器阻抗變換電路圖2.1.6為變壓器阻抗變換電路。設變壓器為無損耗的理想變壓器，為變壓器一次繞組匝數(shù)，為變壓器二次繞組匝數(shù)，則變壓器的匝比為(2.1.22)

第82頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路2)電感分壓器阻抗變換電路圖2.1.7為電感分壓器阻抗變換電路，也稱自耦變壓器阻抗變換電路。1－3輸入端，負載接于2－3輸出端。1－2匝數(shù)為電感量為，2－3匝數(shù)電感量為，互感量為M。設、是無損耗的，＞＞時，自耦變壓器的匝數(shù)比等于第83頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路

則負載折算到一次繞組的等效電阻為

第84頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路3)電容分壓器阻抗變換電路圖2.1.8為電容分壓器阻抗變換電路。、為分壓電容，為負載電阻，是經(jīng)變換后的等效電阻。設、無損耗，根據(jù)和上消耗的功率相等，即可得

第85頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

阻抗變換電路式中，。所以

當時，可得由此可得第86頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2小信號諧振放大器1、什么是諧振放大器？

采用調(diào)諧回路作為負載的放大器。選頻或濾波是其基本特點。2、分類第87頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2小信號諧振放大器3、主要性能指標

①諧振電壓增益Au0—放大器在諧振頻率上的增益，衡量對有用信號的放大能力。

②通頻帶BW0.7—放大器電壓增益下降到諧振電壓增益的0.707倍時所對應的頻率范圍。

③選擇性—矩形系數(shù)：

K0.1=BW0.1/BW0.7第88頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月4、單級單調(diào)諧放大器2.2小信號諧振放大器圖2.2.4單調(diào)諧放大器集電極負載為LC并聯(lián)諧振回路第89頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月單級單調(diào)諧放大器的性能：諧振頻率：通頻帶：矩形系數(shù)：其中：C∑為等效的回路總電容。其中：可見其矩形系數(shù)遠大于1，選擇性較差。其中：Qe為回路的有載品質(zhì)因數(shù)。第90頁，課件共100頁，創(chuàng)作于2023年2月5、多級單調(diào)諧放大器的性能指標多級單調(diào)諧放大器的