第2章-通信电子线路基础解析优秀PPT.ppt
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1、第第2章章 通信电子线路基础通信电子线路基础2.1 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件2.2 无源谐振电路分析无源谐振电路分析2.3 干扰和噪声干扰和噪声2.1 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件任务:完成信号的放大、非线性变换等主要功能。任务:完成信号的放大、非线性变换等主要功能。2.1 有源器件:有源器件:BJT、FET、变容二极管变容二极管:高频应用:高频应用集成电路:通用集成宽带放大电路,集成电路:通用集成宽带放大电路,专用高频集成电路。专用高频集成电路。2.1.1 BJT的高频小信号模型的高频小信号模型一、混合一、混合等效电路等效电路CbeCbc+_beecb+_+_混合
2、混合 型等效电路型等效电路二、三极管的二、三极管的Y Y参数等效电路参数等效电路 三极管处在小信号线性放大状态时,可以近似为线性器三极管处在小信号线性放大状态时,可以近似为线性器件。因此,我们避开三极管的内部结构,将其看成一个线性件。因此,我们避开三极管的内部结构,将其看成一个线性二端口网络,如下图所示,从而可以用网络参数等效电路来二端口网络,如下图所示,从而可以用网络参数等效电路来等效三极管。等效三极管。Uce+beceIbIcUbe+_(a)_yoeyfeUbe(b)IbIc+_UbeUce+yieyreUceY参数等效电路参数等效电路三极管的二端口模型三极管的二端口模型已知线性二端口网络
3、的已知线性二端口网络的y参数方程为:参数方程为:将其移植到上图(将其移植到上图(a)中,得到三极管共放射极)中,得到三极管共放射极接法的接法的y参数电流方程:参数电流方程:并由这个电流方程画出三极管的沟通并由这个电流方程画出三极管的沟通Y参数等效参数等效电路如图:电路如图:_yoeyfeUbeIbIc+_UbeUce+yieyreUce是输入端沟通短路时的输出导纳,即受控电流源的内导纳。是输入端沟通短路时的输出导纳,即受控电流源的内导纳。是输出沟通短路时的输入导纳;是输出沟通短路时的输入导纳;是是输输入入沟沟通通短短路路时时的的反反向向传传输输导导纳纳,这这是是造造成成三三极极管管输输入入回回
4、路路与与输输入入回回路路耦耦合合的的主主要要因因数数,也也称称为为反反馈导纳;馈导纳;其中:其中:是是输输出出端端沟沟通通短短路路时时的的正正向向传传输输导导纳纳,这这是是体体现现三三极极管管电电流流限制作用的参数,其作用相当于限制作用的参数,其作用相当于H参数等效电路中的参数等效电路中的;混混合合等等效效电电路路和和Y Y参参数数等等效效电电路路所所反反映映的的是是同同一一只只三三极极管管,所所以以两两种种等等效效电电路路之之间间存存在在着着确确定定的的关关系系,依依据据Y Y参参数数的的上上述述定定义义,从从混混合合等效电路可以推导出:等效电路可以推导出:,三点结论:三点结论:1)Y参数与
5、静态工作点有关,在这点上与参数与静态工作点有关,在这点上与H参数一样;参数一样;2)Y参参数数与与三三极极管管的的工工作作频频率率有有关关。在在下下一一章章将将要要探探讨讨的的小小信信号号谐谐振振放放大大器器中中,由由于于电电路路的的通通频频带带很很窄窄,三三极极管管的的工工作作频频率率被被局局限限在在一一个个较较小小的的范范围围内内,Y参数在此可以近似看成常数;参数在此可以近似看成常数;3)假如工作频率对三极管来讲不是特殊高,即满足:假如工作频率对三极管来讲不是特殊高,即满足:Y参数均为容性参数,为了今后分析电路便利,我们将参数均为容性参数,为了今后分析电路便利,我们将Y参数记为:参数记为:
6、CgdCgs+gssdrgs_+_rDCJ2.1.2 二极管和场效应管的高频小信号模型二极管和场效应管的高频小信号模型一、二极管的高频小信号模型一、二极管的高频小信号模型二、FET的高频小信号模型的高频小信号模型2.2 无源谐振网络无源谐振网络任务:信号传输、频率选择和阻抗变换等。任务:信号传输、频率选择和阻抗变换等。一、一、LC串联谐振回路串联谐振回路:r是是L和和C的损耗之和的损耗之和CLrZS(1)串联谐振频率:串联谐振频率:(2)品质因数:品质因数:回路谐振时无功功率回路谐振时无功功率 与损耗功率之比与损耗功率之比(3)特性阻抗特性阻抗:谐振时容抗或感抗的值谐振时容抗或感抗的值(4)广
7、义失谐)广义失谐:能够清晰的反映失谐的大小:能够清晰的反映失谐的大小通信电路中用到的谐振电路多为窄带电路,即通信电路中用到的谐振电路多为窄带电路,即与与0很接很接近,则有近,则有a、并联谐振频率、并联谐振频率b、品质因数、品质因数c、广义失谐、广义失谐二、并联谐振回路二、并联谐振回路CLrIy+U-CLgoIy+U-1、基本概念:、基本概念:LC志向,志向,g0是是L和和C的损的损耗之和。耗之和。2、并联谐振回路的幅频特性和相频特性、并联谐振回路的幅频特性和相频特性d、通频带通频带e、矩形系数矩形系数 zo/2-/2相频特性相频特性幅频特性幅频特性UoU00.707U0BW0.70.7曲线越窄
8、,选曲线越窄,选频特性越好,频特性越好,定义当定义当U下降下降到到U0的的 时,对应的频时,对应的频率范围为通频率范围为通频带带BW0.7f、干脆接入信号源和负载的、干脆接入信号源和负载的LC并联谐振回路并联谐振回路CLrCLRLRsRoCLCLRLRsCLRo谐振频率:谐振频率:(C=C+CL)谐振阻抗:谐振阻抗:Re=Rs/Ro/RL有载品质因数:有载品质因数:通频带:通频带:例:已知并联振荡回路的例:已知并联振荡回路的 fo=465KHz,C=200pF,BW=8kHz,求,求:(1)回路的电感回路的电感L和有载和有载QL;(2)如将通频带加宽为如将通频带加宽为10kHz,应在回路两端并
9、,应在回路两端并 接一个多大的电阻?接一个多大的电阻?解解:(1)谐振时的阻抗:谐振时的阻抗:Ro=QLoL 98.4K(2)设要并接的电阻为)设要并接的电阻为RL,由题意知,由题意知3、部分接入的并联振荡回路、部分接入的并联振荡回路目的:目的:实现阻抗匹配;减小负载对谐振回路的影响实现阻抗匹配;减小负载对谐振回路的影响CLRLCLRLRLU1U2设接入系数为:设接入系数为:n=U2/U1,则:则:RL=n2RL信号源的阻抗匹配信号源的阻抗匹配 Rs=Ri负载的阻抗匹配负载的阻抗匹配 RL=R0阻抗匹配阻抗匹配CLrRLRsRiRoa、自耦变压器部分接入电路、自耦变压器部分接入电路 接入系数:
10、接入系数:部分到全部部分到全部增大增大全部到部分全部到部分减小减小R0信号源的匹配信号源的匹配:Rs=R0紧耦合紧耦合:R接入系数接入系数:b、电容抽头部分接入电路、电容抽头部分接入电路负载部分接入电路负载部分接入电路实现阻抗变换实现阻抗变换接入系数:接入系数:接入系数:接入系数:例:图示电路是一电容抽头的并联振荡回路,信号角例:图示电路是一电容抽头的并联振荡回路,信号角频率频率=10 106rad/s。试计算谐振时。试计算谐振时回路电感回路电感L和有和有载载QL值(设线圈值(设线圈Qo值为值为100);并计算输出电压与);并计算输出电压与回路电压的相位差。回路电压的相位差。解解:由题意知由题
11、意知三、耦合谐振回路三、耦合谐振回路双调谐回路双调谐回路1、单调谐回路中通频带和选择性问题、单调谐回路中通频带和选择性问题 单调谐回路中单调谐回路中Q值越高,谐振曲线越值越高,谐振曲线越尖锐,通频带越窄,选择有用信号的实力尖锐,通频带越窄,选择有用信号的实力越强越强即选择性越好。但在须要保证确即选择性越好。但在须要保证确定通频带的条件下,又要选择性好,对于定通频带的条件下,又要选择性好,对于单调谐回路来说是难以胜任的。接受耦合单调谐回路来说是难以胜任的。接受耦合振荡回路就可以解决单调谐回路中通频带振荡回路就可以解决单调谐回路中通频带和选择性的冲突。和选择性的冲突。耦合系数耦合系数反映两回路的相
12、对耦合程度。定义为耦合元件反映两回路的相对耦合程度。定义为耦合元件电抗的绝对值与初、次级回路中同性质元件电抗值的几何平电抗的绝对值与初、次级回路中同性质元件电抗值的几何平均值之比。均值之比。耦合系数耦合系数k通常在通常在01之间,之间,k0.05称为强耦合;称为强耦合;k=1称为全耦合称为全耦合。2、耦合谐振回路及特性分析、耦合谐振回路及特性分析a、两个概念、两个概念耦合因数耦合因数表示耦合与表示耦合与Q共同对回路特性造成的影响。共同对回路特性造成的影响。b、频率特性分析、频率特性分析设:设:初级回路总阻抗为初级回路总阻抗为Z1,次,次级回路总阻抗为级回路总阻抗为Z2,两回路之,两回路之间的耦
13、合阻抗为间的耦合阻抗为Zm,则两回,则两回路方程为:路方程为:L1L2C1r1C2r2+_I2EI1整理上式,得右式整理上式,得右式为了简化分析,只讨论为了简化分析,只讨论等振、等等振、等Q电路。电路。等振:等振:指初、次级回路谐振频率相等;指初、次级回路谐振频率相等;等等Q:指初、次级回路指初、次级回路Q相等。相等。得到归一化幅频特性:得到归一化幅频特性:不同不同值时的频率特性曲线:值时的频率特性曲线:=11110 =1,称为临界耦合,称为临界耦合,曲线为单峰。曲线为单峰。1,称为过耦合,称为过耦合,曲线为双峰。曲线为双峰。=2.41时时2.2.2 无源固体组件无源固体组件(固体滤波器固体滤
14、波器)一、石英晶体谐振器一、石英晶体谐振器1、电器特性、电器特性 利用石英晶体的利用石英晶体的压电效应压电效应和和逆压电效应逆压电效应可以将其制成晶体谐振器。通常可以将其制成晶体谐振器。通常把基频谐振称为把基频谐振称为基音谐振基音谐振,把高次谐波上的谐振称为,把高次谐波上的谐振称为泛音谐振。泛音谐振。一般的用图示的一般的用图示的LC谐振回路来模拟石英晶体的电特性谐振回路来模拟石英晶体的电特性。CqLqrqC0JTXffs0fp容性容性感性感性2、应用:振荡器、应用:振荡器 高频窄带滤波器高频窄带滤波器Z1Z2RL1122差接桥式带通滤波器差接桥式带通滤波器具有高具有高Q,通带极窄,通带极窄二、
15、陶瓷滤波器和声表面波滤波器二、陶瓷滤波器和声表面波滤波器1、陶瓷滤波器、陶瓷滤波器(带通滤波器)(带通滤波器)321工艺:工艺:由压电陶瓷制成。但由压电陶瓷制成。但Q值低于石英晶体,约为几值低于石英晶体,约为几百,高于百,高于LC谐振电路谐振电路。优点:优点:体积小、成本低、通带衰耗小和矩形系数小等。体积小、成本低、通带衰耗小和矩形系数小等。缺点:缺点:一致性差。频率特性离散性大,通频带不够宽。一致性差。频率特性离散性大,通频带不够宽。2、声表面波滤波器、声表面波滤波器声声表表面面波波传播方向传播方向RsUsRL声表面波滤波器结构图声表面波滤波器结构图依靠基片变形激起表面超声波实现依靠基片变形
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