高频电子线路完整章节课件(胡宴如)

1、 高频电子线路高频电子线路 第一章第一章 绪绪 论论v无线通信发展简史无线通信发展简史v通信系统通信系统的组成及各部分功能的组成及各部分功能v无线电波的基本特点无线电波的基本特点v非线性电路的基本概念非线性电路的基本概念v本课程的主要内容及特点本课程的主要内容及特点主要内容：主要内容：无线电通信发展简史无线电通信发展简史18371837年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元；年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元； 1864 1864年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，推断电磁波能在空间和媒质中传播，为后来

2、的无线电发明和发展推断电磁波能在空间和媒质中传播，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础；奠定了坚实的理论基础； 1876 1876年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导线传送；线传送； 18871887年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的；磁波是客观存在的；18951895年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，19011901年年首次完成横渡大西洋的通信；首次完成横渡大西洋的通信；19041904年，弗莱明发明电子二极管

3、，进入无线电电子学时年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时代；代； 1907 1907年李年李德德福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成多种重要功能的电子线路；多种重要功能的电子线路；无线电通信发展简史无线电通信发展简史19481948年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电子管的传统地位；子管的传统地位；2020世纪世纪6060年代开始出现将年代开始出现将“管管”、“路路”结合起来的集成电路。结合起来的集成电路。无线电通信发展简史无线电通信发展简史1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l通

4、信系统：通信系统： 用电信号（或光信号）传输信号的系统用电信号（或光信号）传输信号的系统 称为通信系统，也称电信系统。称为通信系统，也称电信系统。 l通信系统的组成：通信系统的组成： 一般通信系统由输入、输出变换器，发一般通信系统由输入、输出变换器，发 送、接收设备和信道等组成。送、接收设备和信道等组成。 1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l无线通信系统组成框图无线通信系统组成框图l各部分作用各部分作用l信息源信息源：提供需要传送的信息；：提供需要传送的信息；l输入变换器输入变换器：将信息源（图像、声音等）的信：将信息源（图像、声音等）的信息变换成电信号，把该信号称为息变换成电信号，把该信

5、号称为基带信号基带信号；1)发射机发射机：将基带信号进行某种处理，并以足够：将基带信号进行某种处理，并以足够的功率送入信道，以实现有效的传送，其中最的功率送入信道，以实现有效的传送，其中最主要的处理为调制，调制后的信号称为主要的处理为调制，调制后的信号称为已调信已调信号号，或已调波；，或已调波；1.1、通信与通信系统、通信与通信系统4）信道：信息的传送通道，又称信道：信息的传送通道，又称传输媒介。信道传输媒介。信道可分为无线信道和有线信道两大类；可分为无线信道和有线信道两大类；5）接收机）接收机：把由信道传送过来的已调信号取出并：把由信道传送过来的已调信号取出并进行处理，得到与发送相对应的原基

6、带信号，进行处理，得到与发送相对应的原基带信号，把这一过程称为解调；把这一过程称为解调；6）输出变换器）输出变换器：把基带信号恢复成原来形式的信：把基带信号恢复成原来形式的信息。息。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。数字通信系统两大类。 1）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为模拟信号）的通信系统模拟信号）的通信系统,称为模拟通信系统。称为模拟通信系统。 典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收典型的模拟通信系统的发

7、送设备的组成框图和接收设备的组成框图分别如图设备的组成框图分别如图2和图和图3所示。所示。 图图2为调幅发射机的组成框图。为调幅发射机的组成框图。 图图3为超外差式调幅接收机的组成框图。为超外差式调幅接收机的组成框图。 2）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字信号）的通信系统信号）的通信系统,称为数字通信系统。称为数字通信系统。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l典型调幅发送设备的组成框图典型调幅发送设备的组成框图1.1、通信与通信系统、通信与通信系统1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用l

8、高频振荡器：高频振荡器： 产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运载基带信号，称为载波，或载频。载基带信号，称为载波，或载频。l倍频器：倍频器： 输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，称为倍频器。作用提高高频振荡频率。称为倍频器。作用提高高频振荡频率。l高频放大器：高频放大器： 把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用l高频功率放大器与调幅器：高频功率放大器与调幅器： 作用是将输入的高频

9、载波信号和低频调制信号作用是将输入的高频载波信号和低频调制信号 变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送 到天线，然后辐射到空间；到天线，然后辐射到空间；l话筒（拾音器）：话筒（拾音器）： 输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；l低频放大器：低频放大器： 把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实现一定的调制度。现一定的调制度。l调制调制l什么是调制？什么是调制？ 把待传送基带信号（调制信

10、号）把待传送基带信号（调制信号）“装载装载”到高到高频频 振荡信号上去的过程。振荡信号上去的过程。l三种信号三种信号 调制信号、载波信号和已调信号调制信号、载波信号和已调信号l三种调制方式三种调制方式 调幅（调幅（AM）、调频（）、调频（FM）和调相（）和调相（PM）1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l为什么要调制为什么要调制 因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：l天线尺寸天线尺寸 天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长天线尺寸与被辐射信号的波长相比

11、拟时（波长的的1/101），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音频范围频范围20Hz20kHz来说，这样的天线不可能实现。来说，这样的天线不可能实现。l信号选择信号选择 如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。相同，接收机无法区分。l三种调制方式三种调制方式 用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参量，就可以实现调制。参量，就可以实现调制。l振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称为振幅调制，简

12、称调幅；振幅，则称为振幅调制，简称调幅；l频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称为频率调制，简称调频；频率，则称为频率调制，简称调频；l相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称为相位调制，简称调相。相位，则称为相位调制，简称调相。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用l典型超外差调幅接收设备的组成框图典型超外差调幅接收设备的组成框图1.1、通信与通信系统、通信与通信系统1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l超外差接收机超外差接收机1) 什么是超外

13、差接收机？什么是超外差接收机？ 为了提高接收机的性能，目前广泛采用超外为了提高接收机的性能，目前广泛采用超外 差接收方式，超外差接收机的结构特点是具差接收方式，超外差接收机的结构特点是具 有混频器。接收机将天线接收的高频已调信有混频器。接收机将天线接收的高频已调信 号的载波信号经高频放大器进行初步的选择号的载波信号经高频放大器进行初步的选择 和放大，并抑制其它无用信号。高频放大器和放大，并抑制其它无用信号。高频放大器 输出的载频为已调信号输出的载频为已调信号 和本地振荡器所提和本地振荡器所提 供的频率为供的频率为 的高频等幅信号同时输入混频的高频等幅信号同时输入混频fLfC1.1、通信与通信系

14、统、通信与通信系统 器，在其输出端就可获得载频频率固定的信器，在其输出端就可获得载频频率固定的信 号号 ，通常取，通常取 ，把此频率称为，把此频率称为 中频信号，此中频信号经中频放大器放大到中频信号，此中频信号经中频放大器放大到 足够值，然后经解调器解调，可恢复出原基足够值，然后经解调器解调，可恢复出原基 带信号，经低频放大后输出。带信号，经低频放大后输出。2) 混频器的作用混频器的作用 混频的作用是将接收的已调信号的载频频率混频的作用是将接收的已调信号的载频频率 变为一固定中频信号。超外差接收机的结构变为一固定中频信号。超外差接收机的结构 特点是具有混频器。特点是具有混频器。fififCfL

15、1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l解调解调信号的信号的“卸载卸载”l什么是解调？什么是解调？ 从高频已调波信号中从高频已调波信号中“取出取出”调制信号的过程。调制信号的过程。l解调的三种方式解调的三种方式 对调幅波的解调对调幅波的解调检波检波 对调频波的解调对调频波的解调鉴频鉴频 对调相波的解调对调相波的解调鉴相鉴相1.2、无线电波的基本特点、无线电波的基本特点l无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有同，且有=c/f。l无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。l无线电波的三种传播途径（如图）：无

16、线电波的三种传播途径（如图）：l无线电波的波段划分表：无线电波的波段划分表：1.2、无线电波的基本特点、无线电波的基本特点波段名称波段名称波长范围波长范围频段名称频段名称频率范围频率范围主要用途主要用途长波长波LW103104m低频低频(LF)30300kHz长距离点与点通信长距离点与点通信中波中波MW102103m中频中频(MF)3003000kHz广播、船舶、飞行通信广播、船舶、飞行通信短波短波SW10102m高频高频(HF)330kHz短波广播、军事通信短波广播、军事通信米波米波110m甚高频甚高频(VHF)30300MHz电视、调频广播、雷达电视、调频广播、雷达分米波分米波110dm特

17、高频特高频(UHF)3003000MHz电视、雷达、移动通信电视、雷达、移动通信厘米波厘米波110cm超高频超高频(SHF)330GHz雷达、中继、卫星通信雷达、中继、卫星通信毫米波毫米波110mm极高频极高频(EHF)30300GHz射电天文、卫星、雷达射电天文、卫星、雷达1.3、非线性电路的基本概念、非线性电路的基本概念l非线性元器件非线性元器件 电子元器件按工作特性分为线性元器件和非线性元电子元器件按工作特性分为线性元器件和非线性元器件两种。非线性元器件和线性元器件主要差别在于其器件两种。非线性元器件和线性元器件主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，它的参工作特性是非线

18、性的，它的参数不是一个常数，它的参数和外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶数和外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性器件。图板电容和空心电感线圈等都是线性器件。图1.3.1为线为线性与非线性电阻器件的伏安特性曲线。从图可见线性电性与非线性电阻器件的伏安特性曲线。从图可见线性电阻器件的伏安特性是过坐标原点的一条直线，即流过电阻器件的伏安特性是过坐标原点的一条直线，即流过电阻器的电流阻器的电流i与加在电阻器两端的电压与加在电阻器两端的电压u成正比；而非线成正比

19、；而非线性电阻器件的伏安特性是非线性的，即流过非线性电阻性电阻器件的伏安特性是非线性的，即流过非线性电阻器的电流器的电流i与加在电阻器两端的电压与加在电阻器两端的电压u不成正比。不成正比。1.3、非线性电路的基本概念、非线性电路的基本概念l线性电路线性电路 全部由线性或处于线性工作状态的元器件全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路，称为线性电路。组成的电路，称为线性电路。l非线性电路非线性电路 电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器件上的信号

20、很小、工作点取得适当时非线性器件近似处件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工作点作点Q处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是基于这一点为基础的。基于这一点为基础的。1.3、非线性电路的基本概念、非线性电路的基本概念l非线性电路的基本特点非线性电路的基本特点1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率 变换作用

21、；变换作用；2）非线性电路分析上不适用叠加定理；）非线性电路分析上不适用叠加定理；3）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。电路可近似按线性电路进行分析。 1.4、本课程的主要内容及特点、本课程的主要内容及特点 本课程主要是研究通信系统中共用的基本本课程主要是研究通信系统中共用的基本单元电路，其内容包括高频小信号放大器、高单元电路，其内容包括高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电路、混频电路、反馈控制电路等。除了高频小路、混频电路、反馈控制电路等。除了高频小信

22、号放大器为线性电路，其余都属于非线性电信号放大器为线性电路，其余都属于非线性电子线路。因此要注意以下几点：子线路。因此要注意以下几点： 1）非线性电子线路分析的复杂性；）非线性电子线路分析的复杂性； 2）非线性电子线路种类和电路形式的多）非线性电子线路种类和电路形式的多样性；样性； 3）非线性电子线路具有很强的实践性。）非线性电子线路具有很强的实践性。 小小 结结l高频电子线路的典型应用是通信系统；高频电子线路的典型应用是通信系统；l通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部分组成；部分组成；l电信号的发射与接收的关键是调制与解调；电信号的发射与接收的关

23、键是调制与解调；l高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本课程要解决的问题；本课程要解决的问题；l了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本知识。本知识。 课堂练习一课堂练习一 1.如果广播电台发射的信号频率为如果广播电台发射的信号频率为 fcfLfffCLIfffICL=936KHz, fI接收机中频接收机中频 =455KHz, 问接收机本振频率问接收机本振频率问多少？问多少？解：解：936KHz455KHz1391KHz答：接收机本振频率为答：接收机本振频率为1391KHz。 课堂练习二课堂练习二2.如果高频

24、载波频率为如果高频载波频率为150MHZ,问问/4天线应长？天线应长？ 解：解：频率等于光速频率等于光速C除以波长除以波长,即即 C, 则：则： C , 3 150 2(米米), /4240.5 (米米) 答：答：/4天线应天线应0.5米长。米长。108106 课堂练习三课堂练习三3. 中波广播波段的波长范围为中波广播波段的波长范围为187560米米,问其波率问其波率范围为范围为? 解：解：频率频率 等于光速等于光速C除以波长除以波长,即即 C , 则：则： 560米时，米时， 3 560536 KHz 187米时，米时， 3 1871604 KHz 答：波率范围为答：波率范围为536 KHz

25、 1604 KHz。 108108.ISUOCjLjrCjLjrZIUSO)1)() 1 . 1 . 2()1(CLjrCLZ)2 . 1 . 2(CL1CrZRP1) 3 . 1 . 2(RPCL100LC10LCf210)4 . 1 . 2(rrLQC001rCLQ)5 . 1 . 2()6 . 1 . 2(RPCLQrCLRP)7 . 1 . 2(rCLjZRP110001rLjRP001jQRP002002000021jQzRP0122QRPZ02arctan Q000000QQRPISUOffURIUjQjQPPS0002211ffQUUP011220ffQ02arctanUUP02

26、1BW7 . 0QfBW07.0U0UPUUP0U0UPBW1 . 0BW1 . 0BW1 . 0K1 . 0BWBWK7 . 01 . 01 . 0UUP0ffQUUP011220QfBW01 . 010K1 . 0RSRLRLRRSeRPRLReRSRLQQeReRSRLLCRQeeRSRLReRPQeQRSRLReQeN1N2nIIUUNNn122121RnIUIURLLnn22211)23. 1 . 2(N1N2L1L2RLL2nL1L2RLRnIUIURLLnn22211IIUULLLNNNMMn12212212212)24. 1 . 2()25. 1 . 2(RLRLC1C2RLR

27、LRURULL2122C1C2RLRLRUURLL212)26. 1 . 2(UUn21CRL21CCCUCCCCCUU2111221211211CCCUUn12121RnRLL2LCf210e07 . 0QfBW95. 97 . 01 . 01 . 0BWBWK121100117 . 01 . 01 . 0nnBWBWKenQfBW017 . 012如果有如果有n级且各级谐振频率相同级且各级谐振频率相同,sfpf1121CL0101121CCCCL00101 . 0K 振荡器的种类很多，根据产生振荡波振荡器的种类很多，根据产生振荡波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正形的不同，可分为正弦波振荡

28、器和非正弦波振器。弦波振器。 振荡器在现代科学技术中有着广泛应振荡器在现代科学技术中有着广泛应用，例如在通信设备中用来产生载波和本用，例如在通信设备中用来产生载波和本振信号，因此本章学习正弦波振荡器。振信号，因此本章学习正弦波振荡器。l反馈式振荡器的工作原理lLC正弦波振荡器l石英晶体振荡器l压控振荡器1、组成与分类、组成与分类(1) 组成组成(2) 分类分类2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件（1）振荡的建立过程当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大反馈放大反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。随着信号振幅的增

29、大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件iOUAUifUFAUifUUFA振幅平衡条件振幅平衡条件：(2)平衡条件平衡条件为维持等幅振荡所需满足的条件因为:所以:又因为平衡时有:所以:因而可得:1OfUFU相位平衡条件相位平衡条件：AF1 A+F2n(n0,1,2,3,) 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件（3）起振条件起振条件起振条件为了振荡起来必需满足的条件 由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求U

30、fUi，即：A+F2n（n0 , 1 , 2，）AF13、稳定条件、稳定条件 平衡状态有平衡状态有稳定平衡稳定平衡和和不稳定平衡不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。振荡器工作时要处于稳定平衡状态。振幅稳定条件振幅稳定条件：AF与与Ui的变化方向相反。的变化方向相反。相位稳定条件相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。：相位与频率的变化方向相反。振荡频率的稳定度=000fffff时间间隔/0maxff4、频率准确度与稳定度、频率准确度与稳定度（1）频率准确度绝对频率准确度：相对频率准确度：fff0 （2）频率稳定度相位条件：相位条件：LCf2101、变压器反馈式正弦波振荡器、变压器反馈式

31、正弦波振荡器起振条件：起振条件： 判断判断 Uf 和和 Ui 是否同是否同相，即判断是否为正反馈相，即判断是否为正反馈 振幅条件：振幅条件： 判断环路增益是否大判断环路增益是否大于于1 振荡频率：振荡频率：优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。集电极调谐型电路特点：电路特点：缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段，振荡频 率不是很高的场合。电路的三种形式电路的三种形式发射极调谐型基极调谐型2、三点式振荡器、三点式振荡器(1) 三点式振荡器一般组成原则 三点式振荡器的一般形式如下图所示。图中放大器件采用晶体管，X1、X2、 X3三个电抗元件组成LC谐振回路，回路有三个引出点分别与晶体管的三

32、个电极相连接使谐振回路既是晶体管的集电极负载，又是正反馈选频网络，把这种电路称为三点式振荡器。 则三点式的一般组成原则为：I001212ofXXjXjXUU与发射极相连的X1与X2电抗性质相同不与发射极相连的X3与X1（或X2）电抗性质相反(1) 三点式振荡器一般组成原则设回路谐振时有电流在流动，则有：（jX1+jX2+jX3)=0即：X1+X2+X3=0根据：得三点式的一般组成原则：(2) 电感三点式（电感三点式（Hartley，哈特莱电路）哈特莱电路）LCf210of/UUF优点：易起振，调节频率基本不影响反馈系数。缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。交流通路交流通路的基本形式：三

33、极管三个电极分别与电感三个引出端相连，反馈电压取自L2上。振荡频率：振荡频率：反馈系数：反馈系数：电路特点：电路特点：MLLL221其中：)/()(12MLML(3) 电容三点式（电容三点式（ Colpitts，考毕兹电路）考毕兹电路）LCf210of/UUF优点：高次谐波成份小，波形好。缺点：调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入电容和输出电容影响。三极管三极分别与电容的三个引出端相连，反馈电压取自C2上。交流通路交流通路的基本形式振荡频率振荡频率：反馈系数反馈系数：电路特点电路特点：2121CCCCC21/CC优点：振荡频率和反馈系数互不影响。缺点：调节C3改变频率时影响振幅。一般用于固频

34、振荡器。3021LCf3、改进型电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器交流通路交流通路的基本形式：(1) 克拉泼(Clapp)振荡器电感L支路中串联了小电容C3振荡频率振荡频率：电路特点电路特点：具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，频率基本上仅由C3和C4及L决定；调节C4时不影响电路增益，输出幅度稳定。)(21430CCLf(2) 西勒(Seiler)振荡器交流通路交流通路的基本形式：在L两端又并联了一可调电容C4振荡频率振荡频率：电路特点电路特点：(3) 晶体特点 振荡频率稳定振动的多谐性并联负载电容激励功率1、石英晶体及其特性(1) 结构及外形(2) 符号及等效电路根据输入信号的

35、频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：qqs21CLfq0q0qp21CCCCLf2、串联谐振频率与并联谐振频率、串联谐振频率与并联谐振频率晶体的电抗频率特性曲线等效为串联谐振时的串联谐振频率等效为并联谐振时的并联谐振频率0qs1CCf典型电路举例：3、串联型石英晶体振荡器基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振， 使正反馈最强而满足振荡。图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。4、并联型晶体振荡器几种电路形式（交流等效）： 晶体一般工作在 fs 和 fP 之间，在电路中等效一特殊电感。基本原理：皮尔斯(Pierce)电路密勒(Miller)电

36、路分析：设晶体的基频为1MHZ，为了获得五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振频率在35MHZ之间。对于五次泛音频率，LC呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡。而对于基频和三次泛音，LC呈感性，电路不符合三点式组成原则，不能振荡。5、泛音晶体振荡器基本原理： 利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有串联型和并联型两种。一种并联型泛音晶体振荡器举例：1、概述什么是压控振荡器？ 在许多高频电路中,要求振荡器的频率是可以改变的,当振荡频率可以随外加控制电压的变化而变化的振荡器，称为压控振荡器（ V oltage Controlled Oscillator,简称VCO)。压控振荡器的主要功能及用途： 实现

37、电压 频率的变换，它在频率调制、锁相技术、电调谐等许多方面有着广泛的应用。压控振荡器的主要指标压控振荡器的主要指标(1) 频率范围VCO受控可变的最高频率 max与 最低频率 min之差。则频率覆盖系数为可变的最高频率与最低频之比，ffKminmax即（2）线性度理想的VCO特性应该是线性的，如图所示。即 = o + Aouc式中uc为控制电压，o是控制电压为零时 VCO 的固有振荡频率，A0压控灵度。线性度表示了实际压控特性相对于理想情况的偏离。（3）压控灵敏度A0 也称为VCO的增益，它表示单位控制电压所产生的频率变化量，单位是Hz/V。它是锁相环路中的一个重要参数。构成VCO的一般方法

38、压控振荡器的构成方法一般有两种。一种是带有谐振回路（如 L C 谐振回路）的振荡器，用控制电压来改变回路中电抗元件值的方法实现振荡频率控制；另一种是张弛振荡器，也称多谐振荡器。2. 变容二极管振荡器 变容二极管振荡器是利用变容二极管作为可变电容的谐振振荡器。变容二极管是在二极管的反相偏置条件下，势垒电容随外加电压而变化的一种器件。变容二极管的电路符号及变容特性曲线如图所示。(a)为电路符号(b)为特性曲线2. 变容二极管振荡器 变容二极管的结电容Cj与外加电压VD关系式：VD 0时，关系为VVCCBDnjj10式中VB二极管PN结的电位差，Cj0 是偏置为零，即当VD 0 时的电容值，n是电容

39、变容指数，与工艺有关2. 变容二极管振荡器压控振荡器的分析（1）LC压控振荡器 用变容二极管代替克拉泼振荡器中的与L串联的小电容，就组成了LC压控振荡器，如图所示。由于C1Cj,C1Cj,则振荡频率为式中CjCLfjosc21大小受变容二极管反相电压VD的控制，所以振荡频率 osc 就会受VD的控制。2. 变容二极管振荡器（2）分析方法 第一步：先将变容二极管等效为一个可调的小电容，画出高频等效电路。 第二步：分析变容二极管电路，即分析变容二极管上的直流反相偏置电压和低频交流控制电路。（3）电路实例 下图是一个变容二极管压控振荡器电路。图（a）LC 压控振荡器电路，图（b）为其交流等效电路。电

40、路中，L1 、L2L1为高频扼流圈，对高频交流电可视开路；C1、C2、C3为高频旁路电容，对高频交流短路。由此可画出高频等效电路如图（b）所示。 若将电路中的变容二极管看作一个与电感 L 串联的小电容，则 可判断它是一个克拉泼振荡电路。 LC压控振荡电路及交流等效电路2. 变容二极管振荡器（4）变容二极管直流偏置电路 变容二极管直流偏置电路如图（ a ）所示，回路中的电感均看作对直流短路。 因为图中 VA VB，可见变容管处于反相偏置。 对于 变容管，低频信号可将高频通路中的电感线圈看作近似短路，电容近似看作开路，得到低频信号通路如图（b）所示。F反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网反馈式正

41、弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。有络、选频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和和晶体振荡器。晶体振荡器。F振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡稳定条件。及平衡稳定条件。 F LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振电感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。荡器等。F 石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器有串联型和并联型两种。荡器有串联型和并联型两种。F 压控压控振荡器，简称振荡器，简称VCO。是振荡频

42、率随外加。是振荡频率随外加控制电压变化而变化的振荡器，可实现电压控制电压变化而变化的振荡器，可实现电压频率的变换，它是频率调制、锁项技术、电调频率的变换，它是频率调制、锁项技术、电调谐等不可缺少的电路。谐等不可缺少的电路。第4章 调幅、检波与混频v 调幅波的基本性质v 调幅电路v 检波器v 混频器主要内容：第4章 调幅、检波与混频 振幅的调制与解调、角度的调制与解调、混频等电概述：路是高频通信系统中最为关键的基本模块电路。它的功能是将输入信号进行频谱变换，以获得所需频谱输出信号。因此，这些电路都属于频谱（或频率）变换电路。 根据频谱的不同特点，频谱变换电路可分为线性变换和非线性变换两大类。线性

43、变换的作用是将输入信号的频谱进行不失真地搬迁，如振幅的调制与解调电路、混频电路等。非线性变换的作用是将输入信号的频谱进行特定的变换，如角度的调制与解调电路等。 本章学习振幅的调制与解调电路、混频电路等。4.1 调幅波基本性质1、调幅波的数学表达式和波形(1) 数学表达式载波信号: uc(t)=Ucmcos(ct)=Ucmcos(2ct), 式中，uc(t)为载波的瞬时幅度，Ucm最大振幅，c 为载波角频率，c为载波频率, c2c。 调制信号：u(t)，因为调幅波的振幅与调制信号成 正比，所以调幅波的振幅为： Um(t)=Ucm+kau(t)式中，ka 称调制灵敏度。是由调制电路决定的比例常数。

44、由于振幅调制后载波频率保持不变，所以调幅波表示式为：uAM(t)=Um(t)cosct=Ucm+kau(t)cosct4.1 调幅波基本性质1、调幅波的数学表达式和波形(2) 单频调制时的数学表达式当调制信号为一单频信号时，即u(t)=Umcost=Umcos2Ft式中，为调制信号角频率，F为调制信号频率，且有2 F，通常F c。由此可得uAM(t)=(Ucm+kacost)cosct=Ucm(1+macost)cosct其中UUkmcmmaama称调幅系数或调幅度，它表示载波振幅受调制信号控制的程度。4.1 调幅波基本性质1、调幅波的数学表达式和波形(a)调制信号；调制信号；(3) 单频调制

45、时的调幅波形：单频调制时的调幅波形：(b)载波信号；载波信号；(c) ma1。由图可见，调幅波的最大振幅等由图可见，调幅波的最大振幅等于于Ucm(1+ma)，最小振幅等于，最小振幅等于Ucm(1ma)，当，当ma=1时时最小振幅等于最小振幅等于零。若零。若ma 1，将会导致调，将会导致调幅波在一段时间内振幅波在一段时间内振幅为零，此时调幅波幅为零，此时调幅波将产生严重失真。为将产生严重失真。为了避免失真，要求了避免失真，要求ma小于等于小于等于1，即，即ma14.1 调幅波基本性质1、调幅波的数学表达式和波形 由图还可看出，调幅波是一个高频振荡，但其振幅在载波振幅 Ucm上、下按调制信号的规律

46、变化，因此调幅波携带了原调制信号的信息。通常把调幅波振幅变化规律，即Ucm(1+kaUmcost)称为调幅波的包络。由于调幅系数 ma 与调制信号电压振幅 Um 成正比，因此 Um 越大，ma 就越大，调幅波的变化也就越大。2、调幅波的频谱与带宽4.1 调幅波基本性质将单频调幅波的数学表达式按三角函数展开，可得uAM(t)=Ucmcosct+UcmmaUcmcos(c+)t+ UcmmaUcmcos(c)t可见,单频调制的调幅波由三个高频分量组成,除角频率为c的载波,还有c+ 和c两个新频率分量。载波分量的振幅为 c, 而两个边频分量的振幅振幅maUcm/2。因因ma的最大值只能等于的最大值只

47、能等于 1 ,所以边频所以边频振幅的最大值不会超过的最大值不会超过Ucm/2。2、调幅波的频谱与带宽4.1 调幅波基本性质2、调幅波的频谱与带宽4.1 调幅波基本性质 从频谱图可见,在调幅波中,载波并不含有任何有用信息,要传送的信息只包含在边频之中。边频的振幅反映了调制信号幅度的大小,边频的频率虽然属于高频范畴,但反映了调制信号的高低。 单频调制的调幅波的频带宽度为调制信号频率的两倍,即 BW=2F 复杂信号调制的调幅波的最高频率为c+Fmax,而最低频率为 c-F Fmax,因此频带宽度等于调制信号最高频率的两倍,即 BW=2Fmax。3、调幅波的功率关系4.1 调幅波基本性质cPSSBPD

48、SBPavP(2) 上(下)边频功率:(1) 载波功率:(4) 调幅信号总功率:(3) 上下边频总功率:L2cm21RUc2a4PmL2cma21)21(RUmc2a21PmSSB2Pc2a)211 (PmDSBcPP 4、双边带调制与单边带调制4.1 调幅波基本性质tUmtUmu)cos(21)cos(21ccmaccmaDSBtUmu)cos(21)(ccmaSSB上边带(1) 双边带-抑制载波只传送上下边带(2) 单边带-抑制载波和其中一个边带4.2 调幅电路1、调幅电路的类别2、基极调幅电路（欠压状态）4.2 调幅电路)()(BB0BBtuVtV(2) 电路及波形(1) 基本原理用调制

49、信号控制丙类谐振功放的基极偏压，从而实现调幅。用调制信号控制丙类谐振功放的集电极电压，从而实现调幅。4.2 调幅电路)()(CC0CCtuVtV3、集电极调幅电路（过压状态）(1) 基本原理(2) 电路及波形作用：实现两个模拟信号相乘。4.2 调幅电路YXMOuuKu 4、模拟乘法器调幅电路(1) 模拟乘法器简介(2) 调幅电路符号：N模拟乘法器调幅电路实例4.2 调幅电路5、二极管平衡调幅电路(1) 电路组成原理(2) 电路工作原理i二极管平衡调幅电路工作原理 分析如下：tUtucos)(m2121101ububbi设 上式是在忽略高次方项后得出的，可见含有频率分量F、fcF ，只要在输出端

50、用一中心频率为fc 、带宽为2F的带通滤波器，就可以取出分量 fcF ，实现双边带调制。有：tUtuccmccos)(c1uuu其中2222102ububbittUUbtUbR)cos()cos(cos2ccmcm2m1c2uuuRiiu)(:21o则)2(2c21uububR4.3 检波器(3) 分类1、检波器概述(1) 作用(2) 实质从高频调幅波中解调出原调制信号检波器实际上是一种频谱搬移电路2、大信号包络检波器4.3 检波器(1) 电路组成(2) 工作原理4.3 检波器amax2aLL21mFmCR3、大信号包络检波器的惰性失真 RL CL过大使二极管在截止期间CL的放电速度太慢，以致

51、跟不上调幅波包络的下降速度 ，出现如图所示的失真现象。(1) 形成原因(2) 波形现象(3) 避免条件 相当于给V加了一额外的反偏电压，当RL比Ri2大得多的情况下，URL就很大使得输入调幅波包络的大小在某个时段小于URL，导致V在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“负峰切割失真”。4.3 检波器im2iLLRLURRRU4、大信号包络检波器的负峰切割失真图中：波形：也就是说，负峰切割失真本质上是由于检波器交、直流负载不等而引起，为此可采用如图的措施来减小交直流负载的差别。4.3 检波器)1 (aimmU)(L（直流负载交流负载）RRLR5、克服负峰切割失真的方法为了避免负峰切割

52、失真，必须因而：im2iLLRLURRRU2iL2iaRRRmLL2i/RRRR2L1LRR2i2L1L/ RRR分析可知其中含有频率分量0、F、2fc、(2fcF) 用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。4.3 检波器tUtucrmrcos)()()()(riMztutuKtu6、同步检波器(1) 电路特点 对AM、DSB、SSB等调幅波均适用。 工作时需要有一同步参考信号(与载波同频同相)。(2) 同步检波原理设：则：ttmUcaimcos)cos1 ()(ituttmUUKc2acmimMcos)cos1 (U同步检波器应用电路：原理：调幅信号ui(t) 加到1脚，同步信号ur(t)

53、 加到8脚。检波输出信号从9脚输出，经过型低通滤波器滤除高频分量，最后由隔直电容去除直流后，得到所需的低频输出信号uo(t)。4.4 混频器 变频是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。ttmUtuIaImIcos)cos1 ()(1、变频器的作用(1) 文字描述(2) 框图描述(3) 表达式描述ttmUtucacmAMcos)cos1 ()(5) 频谱描述4.4 混频器1、变频器的作用(4) 波形描述4.4 混频器经带通后取出差频分量，即得到中频信号，其中频电流为：tUtuttmUtuLLmLcasmscos)(cos)cos1 ()(2Ls2Ls10)()(uubuubbi),

54、2 , 1 , 0,(cLKqpsFqfpffttmUUbtiIaLmsm2Icos)cos1 ()(2、混频的基本原理设：根据非线性器件的幂级数展开式：代入两信号分析可得其中含有频率分量：失真：输出中频信号的频谱结构与输入信号的不同干扰：混频器产生的大量不需要的组合频率分量4.4 混频器)dB(lg20smImucUUA3、主要性能指标(1) 混频增益(2) 选择性要求选频网络的选择性好,矩形系数接近于1。(3) 失真与干扰4、混频电路模拟乘法器混频器4.4 混频器)(ztu)(Itu分析如下：经中心频率为fI ，带宽为2F的带通滤波器滤波后，得：)()(LsMtutuKttmUUK)cos

55、()cos1 (21cLaLmsmMttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmMttmUIaImcos)cos1 (ttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmM4、混频电路二极管平衡混频4.4 混频器Riiu)(21OtUURbu)cos(2cLLmsm2I分析如下：带通后得：ttUUbtUbR)cos()cos(cos2cLcLLmsm2csm1)2(2Ls2s1uububR4、混频电路三极管混频(1) 基本原理利用三极管ic和uBE的非线性来进行频率变换(2) 几种基本形式4.4 混频器5、混频干扰(1) 组合频率干扰混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干扰(

56、2) 副波道干扰由于接收机前端选择性不好,外界干扰信号窜入而引起的干扰(最强两个:中频干扰和镜像干扰)(3) 交叉调制干扰在有用中频信号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起(4) 互调干扰干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引起4.4 混频器!本章小结：& 调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的包络反映了调制信号变化的规律。& 调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场合。& 检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失真。& 常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管

57、混频器、三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。第第5章章 调角与解调调角与解调n调角波的基本性质n调频波n调相波n调频电路n直接调频n间接调频n鉴频器n斜率鉴频n相位鉴频内内容容提提要要5.1 调角波的基本性质n调频波n数学表达式、频偏及相偏n波形n调相波n数学表达式、频偏及相偏n波形n调角波的频谱与带宽n单频调制时调频波与调相波的比较调频波数学表达式、频偏及相偏n瞬时频率：n频偏：n最大频偏：n瞬时相位：n相偏：n最大相偏：n表达式：)()(fctuKt)()(ftuKt maxfm)(tuKdttuKttt)()(0f0cdttuKtt)()(0fmax0fm)(tdttuK)(cos(

58、)(cos)(0fccmcmFMdttuKtUtUtut调频波的波形示意：调频波的波形示意：调相波数学表达式、频偏及相偏n瞬时相位：n相偏：n最大相偏：n瞬时频率：n频偏：n最大频偏：n表达式：)()(p0ctuKtt)()(ptuKt maxp)(tuKmdttduKdttdt/ )(/ )()(pcdttduKt/ )()(pmaxpm/ )(dttduK)(cos()(P0ccmPMtuKtUtu调相波的波形示意调相波的波形示意调角波的频谱与带宽n频谱分布特点：BW2mF=2fm （宽带调角信号） )(2) 1(2mFfFmBWn带宽估算方法：当m远小于1时：当m远大于1时：BW=2F（

59、窄带调角信号）单频调制时两种调角信号的比较调频信号调相信号瞬时频率瞬时相位最大频偏调制指数表达式ttccos)(mttsin)(mctmttsin)(fctmtcos)(pcfmfmmUKpmpmmUK/mfmfUKmmppUKm)sincos()(fccmFMtmtUtu)coscos()(pccmPMtmtUtu5.2 调频电路n直接调频电路n变容二极管调相电路n矢量合成法间接调频n可变时延法调相n间接调频电路n变容二极管调频电路n晶体振荡器调频电路n集成调频电路直接调频变容二极管调频n电路组成：n变容二极管特性：n工作原理：直接调频晶体振荡器调频电路特点qssfff原理电路等效电路谐振特

60、性必须满足：因而，频偏很小。才能够振荡直接调频集成调频电路锁相调频把调制信号u(t)加在锁相环VCO的频率控制端，使VCO的频率随调制信号作线性变化，就可以达到调频目的 。n电路框图：n工作原理：间接调频电路原理先对调制信号进行积分，再用积分后的信号对载波进行调相，就可以间接地得到所需的调频波。n电路n原理n本质上是个调相电路n特点：间接调频电路变容二极管调相工作时回路处于失谐状态，使回路电压超前或滞后电流，实现调相。Cj随调制信号变化积分电路调相输入调频输入基本原理：积分后的调制信号与移相90的载频信号在相乘电路中产生与载频正交的双边带信号，然后再与载频信号相加即可产生窄带调频信号间接调频电