通信电子线路、高频复习201112.doc

例11-1 自动频率微调（也即自动频率控制AFC）稳频率电路与锁相环路（PLL）稳频率电路有何异同点？试从目的、原理、结果等方面简要说明之。（问答、分析）答：自动频率微调（也即自动频率控制AFC）稳频率电路与锁相环路（PLL）稳频率电路有相同的目的：都是为了稳定频率源的频率；两者的原理有差异：AFC中所用的比较器件为鉴频器，PLL中所用的比较器件为鉴相器；两者的输出结果有差异：环路锁定时，AFC实现的是有频差的控制，输出频率与标准频率之间仍有频率误差，PLL实现的是无频差的控制，输出频率与标准频率之间无频率误差，只有微小的相位误差。例8-1 角调波u(t)=10cos(210t+10cos2000t)(V)，试确定：（1）最大频偏；（2）最大相偏；（3）信号带宽；（4）此信号在单位电阻上的功率；（5）能否确定这是FM波或是PM波？解：由式可知（1） 最大频偏（2） 最大相偏（3） 信号带宽（4）单位电阻上的信号功率不论是FM 还是PM信号，都是等幅信号，其功率与载波功率相等。（5）由于不知调制信号形式，因此仅从表达式无法确定此信号FM波还是PM波。例8-2 某调频信号的调制信号，其载波为 ，调频灵敏度k=3kHz/V，试写出此FM信号表达式。解：由题意可知例8-3 已知调制信号为（V），m=m=10，（1）求此时FM波和PM波的带宽。（2）若不变，F增大一倍，两种调制信号的带宽如何？（3）若F不变，增大一倍，两种调制信号的带宽如何？（4）若和F都增大一倍，两种调制信号的带宽如何？解： （3）F不变，U增大一倍。对于FM波，fm和mf增大一倍，即mf =20，因此对于PM波，mp也增大一倍，即mp =20，因此（4） F和U均增大一倍，对于FM波，mf不变 对于PM波，mp增大一倍，因此例8-4 调频方法主要有哪两种？它们各自怎样实现调频？它们的优缺点是什么？ 答：调频方法主要有直接调频和间接调频两种。直接调频一般是用调制信号电压直接去控制振荡器的振荡频率，使振荡频率按调制电压的规律变化。优点：可获得较大的频偏，电路较简单；缺点：（中心）频率稳定度较差。间接调频带是先将调制信号积分，然后对载波进行调相。优点：（中心）频率稳定度高；缺点：单级调相对应的调频可获得的频偏较小，电路较复杂。例8-5 对调频电路的调频特性的总体要求是什么？答：（1）调制特性线性要好，且线性范围要大。 （2）调制灵敏度要高。 （3）载波性能要好。载波频率f0要稳定，载波振荡的幅度要保持恒定，寄生调幅要小。 例61(与习题6-10同) 图61为单边带（上边带）发射机方框图。调制信号为（3003000）Hz的音频信号，其频谱分布如图所示。试画出图中各方框图输出的频谱图。图61 单边带发射机解：由图可见此单边带发射机先用平衡调制器产生DSB信号，再用滤波器取出上边带。滤除下边带，得到上边带信号。再经混频将此上边带信号搬移到射频上，经线性功放放大后送到天线将此SSB信号辐射出去。其各点频谱如图62所示。图62 各点频谱图例62(与习题6-6类似) 试分析与解释下列现象：在某地，收音机接收到1090kHz信号时，可以收到1323kHz的信号；收音机接收1080kHz信号时，可以听到540kHz信号；收音机接收930kHz信号时，可同时收到690kHz和810kHz信号，但不能单独收到其中一个台（例如另一个台停播）。解：接收信号1090kHz，则fs=1090kHz，那么收听到的1323kHz的信号就一定是干扰信号，fJ=1323kHz。可以判断这是副波道干扰。由于fs=1090kHz，收音机中频fI=465kHz，则fL=fs+fI=1555kHz。由于2fL-2fs=21555-21323=3110-2646kHz=464 kHzfI。因此，这种副波道干扰是一种四阶干扰，p=q=2。接收1080kHz信号，听到540kHz信号，因此，fs=1080kHz,fJ=540kHz,fL=fs+fI=1545kHz,这是副波道干扰。由于fL-2fJ=1545-2540=1545-1080=465kHz=fI,这是三阶副波道干扰，p=1,q=2。接收930kHz信号，同时收到690kHz和810kHz信号，但又不能单独收到其中的一个台，这里930kHz是有用信号的频率，即fs=930kHz；690kHz和810kHz的信号应为两个干扰信号，故fJ1=690kHz,fJ2=810kHz。有两个干扰信号同时存在，可能性最大的是互调干扰。考察两个干扰频率与信号频率fs之间的关系，很明显fs-fJ1=930-810=120kHz,fJ1-fJ2=810-690=120kHz，满足fs-fJ1=fJ1-fJ2的频率条件，因而可以肯定这是一互调干扰。在混频器中由四阶项产生，在放大器中由三阶项产生，但都称为三阶互调干扰。例63(与习题6-8同) 某超外差接收机工作频段为（0.5525）MHz，中频fI=455kHz，本振fLfs。试问波段内哪些频率上可能出现较大的组合干扰（6阶以下）。题意分析： 解：由题目可知，变频比为 fs/fI=1.255则只要找到一对p和q，满足(p1)/(q-p)，就会形成一个干扰点。题中要求找出阶数p+q6的组合干扰则应是p=0,1,6和q=0,1,6且p+q6的组合。当 p=1, q=2 时 ，在fs/fI的变化范围内，则有fs/fI=2 ，即fs=2 fI =0.91MHz, fL=1.365MHz ,组合干扰 qfs-pfI=20.91-1.365=0.455MHz= fI 当p=2, q=3 时 ，在fs/fI的变化范围内，则有fs/fI=3 ，即fs=3 fI =1.365MHz,fL=1.82MHz , 组合干扰 qfs-pfI=31.65-21.82=0.455MHz= fI 当p=2, q=4 时 ，在fs/fI的变化范围内，则有fs/fI=3/2 ，即fs=3 fI /2=0.6825MHz,fL=1.1375MHz , 组合干扰 qfs-pfI=40.6825-21.1375=0.455MHz= fI以上分析表明，当接收信号频率范围和中频频率确定后，在接收频率范围内形成干扰哨声的频率点就确定了。本题中，比较严重的是0.931MHz(3阶)、1.365MHz(5阶)和0.6825MHz（6阶）。例51一非线性器件的伏安特性为 i= 1+2u+ 2u2式中，u=u1u2u3= U1cos1t+U2cos2t + U3cos3t，1、2、3分别为2103rad/s、3103rad/s、4103rad/s。试求出电流i中的频率分量。 解：将u代入非线性特性中，把平方项展开，有 将u=u1u2u3= U1cos1t+U2cos2t + U3cos3t代入上式，有由此可见，电流i中的频率分量有：直流分量（振幅为1U12+ U22+ U32）；输入信号三个分量1、2、3（振幅为2U1、2U2、2U3）；输入信号三个分量1、2、3的六个二阶组合分量12、12、13、13、23和23（振幅分别为2U1U2、2U1U2、2U1U3、2U1U3、2U2U3、2U2U3）。因此，将输入信号的频率值代入，电流i中的频率分量包括：由非线性特性直流项产生的直流分量；由非线性一次项产生的分量1kHz、1.5kHz、2kHz；由非线性特性平方项产生的直流、0.5kHz、1kHz、1.5kHz、2kHz 、2.5kHz、3kHz、3.5kHz、4KHz。 例52（与习题5-13类似） 二极管平衡调制器如图51所示。已知：u=Ucos2103t(V),uc=Uccos2106t(V),UcU,且Uc0.5V。输出u0(t)=？若u与uc位置对调，u0(t)=？ 图51 二极管平衡调制器若将此电路产生SSB信号，电路应如何变化？解：二极管平衡调制器的输出变压器次级的电流i为 经滤波后，输出电压u0(t)为 得到DSB信号。当u与uc位置对换后， 经滤波后，输出电压u0(t)为 式中，U0=gDRLUc,m=4U/Uc。得到AM信号。u与uc的位置如图51所示，图51中滤波器应是这样设计：要获得上边带，则滤波器的中心频率f0为fc+F/2，带宽为F；要获得下边带，滤波器的中心频率为fc-F/2，带宽B为F。（这里fc和F分别为载波频率和调制信号的（最高）频率。）本题中，上边带，f0=106+103/2Hz，B=103 Hz；下边带，f0=106-103/2 Hz，B=103 Hz。例53 二极管平衡电路如图52所示，现有以下几种可能的输入信号： 问：该电路能否得到下列输出信号？若能，此时电路中uI=? u=? H(j)应为什么滤波器，中心频率f0、带宽B为何？（不需要推导计算，直接给出结论） 图52 二极管平衡电路解：u01是一AM信号，载波为c，调制信号为cost，可以判定这是完成AM调制，输入信号应为u和uc。因为是AM调制，uI=u2,u=u1。滤波器为带通滤波器，中心频率f0=fc，带宽B2F(F=2)；u02为一双边带信号，故完成DSB调制功能。则有：uI=u=u1,u=uc=u2,H(j)为带通滤波器，f0=fc ，B2F；u03为单边带信号（上边带），故完成SSB调制功能。则有：uI=u=u1,u=uc=u2,H(j)为带通滤波器， f0=fc+F/2,B=F；u04为一调制信号，从电路完成的功能看，应是从已调信号中解调出来的调制信号，在输入信号中有DSB信号u7，故完成DSB信号的同步检波功能。则有：uI=u7, u=ur=u5,H(j)应为低通滤波器，BF；u05是一调频信号，与输入信号u4相似，不同的是载频，故应是对u4信号的混频。则有：uI=u4,u=uL=u6,H(j)为带通滤波器，f0=fI=fL-fc,B2(mf+1)F，这里2(mf+1)F是调频信号（u4）的带宽；u06是一个调幅信号，与u3相似，不同的是其载频，故应是对u3的混频。则有：uI=u3,u=uL=u6,H(j)为带通滤波器，f0=fI=fL-fc,B2F；u07是一DSB信号，与u7相似，不同的是其载频，故应是对u7的混频。则有uI=u7,u=uL=u6,H（j）为带通滤波器，f0=fI=fL-fc,B2F。例41(与习题4-14同)三级相同的谐振回路中频放大器，中心频率fo=465kHz，若要求三级总带宽B0.7=10kHz，试求单级回路的3dB带宽和有载QL值？例31(与习题3-5同) 图3-1是一三回路振荡器的等效电路，设有下列四种情况：（1）;（2）;（3）;（4）;试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率f0与回路谐振频率有何关系？属于何种类型的振荡器？解：要使得电路可能振荡，根据三端式振荡器的组成原则有：L1、C1回路与L2、C2回路在振荡时呈现的电抗性质相同，L3、C3回路与它们的电抗性质不同。又由于三个回路都是并联谐振回路，根据并联谐振回路的相频特性，该电路要能够振荡三个回路的谐振频率必须满足f03max(f01、f02) 或f03min(f01、f02)，所以：（1）f01f02f03，故电路可能振荡，可能振荡的频率f0为f02 f0f02f03，故电路可能振荡，可能振荡的频率f0为f02 f0f03，属于电感反馈的振荡器；（3）f01=f02f03，故电路可能振荡，可能振荡的频率f0为f01=f02 f0f02=f03，故电路不可能振荡。例3.2 （类似习题3-11） 一振荡器等效电路如图3-2所示。已知：，,反馈系数大小为，振荡器的频率范围为1.2MHz3MHz,试计算：（1）；（2）；（3）L图3-2 例3.2图解：由于、C2，则回路的总电容C为因此，例3.3(与习题3-16类似) 一晶体振荡器电路如图3-3所示，已知晶振频率为5MHz。（1）画出交流等效电路，指出是何种类型的晶体振荡器。（2）该电路的振荡频率是多少？（3）晶体在电路中的作用。（4）该晶振有何特点？图3-3 例3.3图解：交流等效电路如图（b）所示，由图可知，该电路是串联型晶体振荡器，其工作频率为晶体的标称频率，即5MHz。在电路中，晶体起选频短路线的作用。该晶振的特点是频率稳定度很高。例3.4 对图所示的高频LC振荡电路：（1）画出简化交流等效电路；（2）说明振荡器类型；（3）估算振荡频率和反馈系数。解：（1）简化交流等效电路如下图所示。（2）是电容三点式（改进型）。（3） =（2.2串联8.2串联15）+3.3=1.56+3.3=4.86pF 振荡频率 反馈系数 例3.5自激振荡器的起振条件、平衡条件是什么？振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定？（问答）答：自激振荡器的起振条件包括：幅度起振条件 AF 1相位平衡条件A+F=2n(n=0.1.2.3)平衡条件包括：幅度平衡条件 AF=1相位平衡条件A+F=2n(n=0.1.2.3)稳定条件包括：幅度稳定条件 频率稳定条件振荡器输出信号的振幅由幅度平衡条件决定，频率由相位平衡条件决定。例36试从相位条件出发，判断图所示各交流等效电路中，哪些可能振荡，哪些不可能振荡。能振荡的属于哪种类型振荡器？（判断、分析） 例36图解：（a）（b）（d）电路不可能振荡；（c）电路可能振荡。（c）电路能振荡的话是电感三点式。（c）电路要能振荡，对电路中的元件数值是有特别要求的，设电工作 频率为f，电路中的参数应满足此式才有可能振荡。例21 一高频功率放大器以抽头并联回路作负载，振荡回路用可变电容调谐，简图如图一所示。工作频率fs=4MHz，调谐时电容C=200pF，回路有载品质因素QL=20，放大器要求的最佳负载阻抗RLcr为500，试计算回路电感L和接入系数P？ 解： 5.0H （2分） 接入系数P=0.39 例22 某高频谐振功率放大器工作于临界状态，输出功率,集电极电源=24V，集电极电流直流分量，电压利用系数。试计算：直流电源提供的功率，功放管的集电极损耗功率及效率，临界负载电阻。解：某高频谐振功率放大器工作于临界状态，输出功率PO=6W，集电极电源EC=24V，集电极电流直流分量ICO=300mA，电压利用系数=0.9。试计算：直流电源提供的功率PDC，功放管的集电极损耗功率PC及效率，临界负载电阻RLcr。解： 例23 如图所示并联谐振回路，信号源与负载都为部入接入。已知RS、RL，并知回路参数L、C1、C2和空载品质因数Q0，求（1）fo与B0.707；（2）RL不变，要求总负载与信号源匹配，如何调整回路参数？解：计算fo与B0.707 对于，先考虑空载时地情况： 再考虑有载时的情况。这里不考虑信号源，设RL对回路的接入系数为，则 把RL折合到回路两端，变为 回路本身的并联谐振电阻,它与并联，构成总的回路负载，即 因此，有载Q值为 若考虑时，也可以求得考虑影响后的回路带宽。（2） 设信号源对回路的接入系数为P1，则总负载折合到信号源处为：若要使Ro与Rs匹配，即Ro=Rs，需调整Ro。由于RL不变，Ro中可调整的参数有P1、P2、QO和L。但实际上L及QO一般不变，而且回路fO也不能变。因此，可通过调整P1和P2来实现。调整P1就是调整L的抽头位置，调整P2就是调整C1和C2。需要注意的是，调C1和C2时要保持C不变。例2.4(与习题2-14类似)某高频谐振功率放大器工作于临界状态，输出功率为,且=24V，导通角。功放管参数为：，（是管的集电极最大允许电流，非输出脉冲高度）。试问：（1）直流电源提供的功率，功放管的集电极损耗功率及效率，临界负载电阻为多少？（注：，）。（2）若输入信号振幅增加一倍，功放的工作状态如何改变？此时的输出功率大约为多少？（设为共射放大电路，输入信号从基极入）（3）若负载电阻增加一倍，功放的工作状态如何改变？（4）若回路失谐，会有何危险？如何指示调谐？解：（1）根据临界状态电压利用系数计算公式有所以（2）若输入信号振幅增加一倍，根据功放的振幅特性，放大器将工作到过压状态，此时输出功率基本不变（实际上，Uc、Ic1只增加了一点，输出功率稍有增加）。P82图3-21（3）若负载电阻增加一倍，根据功放的负载特性，放大器将工作到过压状态，此时输出功率约为原来一半。（因：P=UC2/RL UC基本没变、RL增加一倍。）（4）若回路失谐，功率放大器将工作到欠压状态，此时集电极损耗将增加，有可能烧坏晶体三极管。用指示调谐最明显，最大即谐振。（谐振时功放工作在临界状态，失谐后由于负载阻抗的模值下降，功放工作到欠压状态，在变化的过程中根据负载特性可知电流Ic0、Ic1几乎不变，而电压将减小，故只能用电压指示调谐，输出最大，说明谐振了。）例25（与习题2-19类似） 一谐振功放，原来工作在临界状态，后来发现该功放的输出功率下降，效率反而提高，但电源电压EC、输出电压振幅Uc及Ubemax不变，问这是什么原因造成的，此时功放工作在什么状态？解：由于EC、Uc及Ubemax不变，即ucemin 、ubemax不变，因此功放的工作状态不变。由于，所以不变，而，故效率的提高是由于的增加，这是通过减小实现的。要减小，有两个途径，一是减小输入信号振幅Ub，另一是减小Eb，但要求ubemax不变，故只能减小Eb，同时增大输入信号振幅Ub。输出功率下降，但Uc不变，只能是增加负载阻抗。例2-6(与习题2-12类似)试设计一L型匹配网络作为功放的输出电路。已知工作频率，功放临界电阻，天线端电阻。解：根据匹配网络的性质，采用图3-28所示的电路，串联支路用电感，并联支路用电容，这对滤除高频有利（属于低通型）。 图2-6 例2-6回路的品质因数串联电抗串联电感并联电容例1-1 在无线通信中为什么要采用高频载波调制传输？（问答）解 在无线通信中采用高频载波调制传输的主要原因有两个：（1）由于要传输的信息基本上都属于低频范围，如果将此低频信号直接发射出去，需要的发射和接收天线尺寸太大，辐射效率太低，不易实现。天线如果要想有效辐射，需要天线的尺寸与信号的波长可以比拟。即使天线的尺寸为波长的十分之一，即，对于频率为1kHz的信号，需要的天线长度为30km，这样长的天线几乎是无法实现的。若将信号调制到10MHz的载波频率上，需要的天线长度仅为3m，这样的天线尺寸小，实现起来也比较容易。（2）如果要传输多个信息而不进行调制，那么它们在空中就会混在一起，