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第一章绪论
(1)绪论 [主讲人 马圣乾]
[简介] ( 1 ) “高频电子线路” 所讨论的基本单元电路,最典型的应用就是用于构成无线通信系统。读者在学习无线通信系统基本组成及工作原理时,应注意各单元电路在无线通信系统中的作用、位置以及前后级电路,进而注意理解各单元电路对输入输出信号的要求和对性能指标的要求,以便在后面讨论具体电路时,能容易理解其组成和工作原理。
( 2) 由于无线电波段极宽,不同波段在信号的产生、放大、发送、传播和接收等方面都很不同;而且通信系统的类型很多,通信技术发展很快,因此读者需要对这些方面的内容有一个概略的了解,以便能较好地理解各电路的作用和应用,并采纳合适的学习方法。
( 3 )“高频电子线路” 所讨论的电路,由于具有工作频率高、非线性、功能复杂、 种类多 、实践性强等特点,学习方法尤为重要,读者应对课程特点和学习方法的介绍加以留意。
(1.1) 通信系统的组成与分类
[简介]熟悉通信系统的概念,掌握其组成部分包括信源、发送设备 、 信道 、 接收设备和信宿,以及具体的分类。
(1.2) 通信系统中的调制
[简介]掌握调制的核心精髓,是用调制信号去控制载波信号的某一参数,具体分为调幅、调频和调相,调制的目的主要是为了实现信息的有效传输和信道复用。
(1.3) 无线电波段的划分和无线电波的传播
[简介] 无线电的频率范围划分为若干区域,称为频段,也称为波段,无线电波传播方式大体可分为三种:沿地面传播、沿空间直线传播和依靠电离层传播。
(1.4) 模拟通信系统与数字通信系统
[简介] 直接传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系统,典型的模拟通信系统主要有无线调幅广播和调频广播,它们的基本结构类似,主要差别就是调制与解调电路不一样。利用数字信号来传递信息的系统称为数字通信系统,与模拟通信系统的差别,除了采用数字调制与解调外,还增加了信源编码与译码、信道编码与译码、加密与解密电路。
(1.5) 本课程的主要内容及特点
[简介] 本课程的主要任务是研究通信系统中共用的基本单元电路的组成、工作原理、特点及常用电路,其内容包括高频小信号放大器、高频功率放大器、高频正弦波振荡器、 调制与解调电路 、混频电路以及反馈控制电路等。上述除高频小信号放大器外,均属于非线性电子线路。
本课程有如下特点:
( 1 ) 分析方法上的复杂性
对高频且非线性的电路进行分析是困难和复杂的,在工程上往往根据实际情况对器件的数学模型和电路工作条件进行合理的近似,以便用简单的分析方法获得具有参考价值的结果,因此在学习中应注意器件数学模型的建立及工作条件的合理近似而不必过分追求其严格性,必要时采用 EDA 软件对电路进行具体的分析和仿真。
(2) 电路种类与形式的多样性与复杂性
① 电路种类与形式很多,不仅要掌握各种典型单元电路的组成、工作原理和分析方法,而且应研究和比较它们之间的异同与关系,做到以点带面、举一反三、融会贯通。② 对集成电路和系统级应用能力的要求很高。学习时要以理解概念 、实现功能为主要目标,强调功能模块的作用、实现思路、主要指标 、性能改进和主流集成芯片的选用,理解如何搭建系统、各功能模块之间如何连接与匹配等。 ③ 高频电路的特殊性。需要考虑一些低频电路中不存在的特殊问题,例如分布参数 、器件电容效应和信号的反射等。
( 3) 实践性
因工作频率高 、电路的复杂性以及非线性过程,在理论分析时常忽略一些实际问题进行近似分析,因此,许多实际问题需要通过实验进行修正和加深理解。高频非线性电路的调试技术也比低频线性电路复杂得多。 -
●1.1课程简介
课程的目标、任务、重点难点等
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●1.2通信系统发展简史
发展简史
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●1.3通信系统组成分类和调制
熟悉通信系统的概念,掌握其组成部分包括信源、发送设备 、 信道 、 接收设备和信宿,以及具体的分类。掌握调制的核心精髓,是用调制信号去控制载波信号的某一参数,具体分为调幅、调频和调相,调制的目的主要是为了实现信息的有效传输和信道复用。
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●1.4无线电波和两大通信系统
无线电波的划分及作用,两大通信系统
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第二章高频小信号放大器
(2) 高频小信号放大器 [主讲人 马圣乾]
[简介] ( 1 ) 掌握 LC并联谐振回路的基本特性和参数,理解阻抗变换电路的工作原理,了解集中选频滤波器的性能特点。
(2) 掌握小信号谐振放大器的电路、工作原理、分析方法及性能特点,了解调谐放大器的稳定性及提高稳定性的措施。
(3) 了解宽带放大器和集中选频放大器的组成及性能特点D
(4) 了解放大器中噪声的来源,理解噪声系数的定义 、 等效噪声温度和减小放大器噪声系数的措施。
(2.1) 选频网络
[简介] 谐振回路由电感线圈和电容器组成,并联谐振回路的基本参数,阻抗频率特性的幅频特性和相频特性,电压谐振曲线及通频带和选择性,介绍了阻抗的变换电路和集中选频滤波器。
(2.2) 小信号谐振放大器
[简介] 以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称为小信号谐振放大器,或小信号调谐放大器,它不仅有放大作用,而且有选频作用。这里所说的 “小信号”,主要是强调输入信号非常微弱,放大器工作在甲类线性状态,故工程上常采用 F 参数等效电路进行分析。
(2.3) 宽带放大器与集中选频放大器
[简介] 宽带放大器是上限工作频率与下限工作频率之比甚大于 1 的放大电路。习惯上也常把相对带宽大于 20% 30%的放大器列入此类。宽带放大电路的设计目标是在工作频带内获得相对平坦的增益,而不是追求最大增益,往往以牺牲增益来换取通带内的平坦性。
集中选频放大器由集中选频滤波器和集成宽带放大器组成。它具有增益高,矩形系数接近于1, 性能稳定可靠,调整简单等优点,但它只适用于固定频率的选频放大。
(2.4) 低噪声放大器
[简介] 低噪声放大器(LNA,Low Noise Amplifier)位于接收机的前端,用来对所接收的微弱信号进行放大。由于放大器内部存在噪声,它会影响放大器对微弱信号的放大能力,以至于影响到接收机的灵敏度。所以对于低噪声放大器来说,除满足稳定性和增益等指标以外,还特别要求其噪声系数小(即放大器本身产生的噪声功率小)。 -
●2.1选频网络
(2.1) 选频网络
[简介] 谐振回路由电感线圈和电容器组成,并联谐振回路的基本参数,阻抗频率特性的幅频特性和相频特性,电压谐振曲线及通频带和选择性,介绍了阻抗的变换电路和集中选频滤波器。 -
●2.2小信号谐振放大器
(2.2) 小信号谐振放大器
[简介] 以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称为小信号谐振放大器,或小信号调谐放大器,它不仅有放大作用,而且有选频作用。这里所说的 “小信号”,主要是强调输入信号非常微弱,放大器工作在甲类线性状态,故工程上常采用 F 参数等效电路进行分析。 -
●2.3宽带放大器与集中选频放大器
(2.3) 宽带放大器与集中选频放大器
[简介] 宽带放大器是上限工作频率与下限工作频率之比甚大于 1 的放大电路。习惯上也常把相对带宽大于 20% 30%的放大器列入此类。宽带放大电路的设计目标是在工作频带内获得相对平坦的增益,而不是追求最大增益,往往以牺牲增益来换取通带内的平坦性。
集中选频放大器由集中选频滤波器和集成宽带放大器组成。它具有增益高,矩形系数接近于1, 性能稳定可靠,调整简单等优点,但它只适用于固定频率的选频放大。 -
●2.4低噪声放大器
(2.4) 低噪声放大器
[简介] 低噪声放大器(LNA,Low Noise Amplifier)位于接收机的前端,用来对所接收的微弱信号进行放大。由于放大器内部存在噪声,它会影响放大器对微弱信号的放大能力,以至于影响到接收机的灵敏度。所以对于低噪声放大器来说,除满足稳定性和增益等指标以外,还特别要求其噪声系数小(即放大器本身产生的噪声功率小)。
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第三章高频功率放大器
(3)第3章谐振功率放大器[主讲人 封百涛]
[简介]高频功率放大器主要用来对高频信号进行高效率功率放大,它是各种无线电发射机的重要组成部分,一般都采用LC谐振网络作为负载构成谐振功率放大器。为了提高效率,谐振功率放大器多工作在丙类状态。 -
●3.1丙类谐振功率放大器的工作原理
(3.1)丙(C)类谐振功放工作原理(1) [主讲人 封百涛]
[简介]丙(C)类谐振功率放大器可对高频信号进行高效率的功率放大,它的电路组成有如下特点。
(3.1) 3.1丙(C)类谐振功放工作原理(2) [主讲人 封百涛]
[简介] 根据晶体管折线理想化可以求出输出IC电流,并通过傅立叶分解求出我的需要的输出功率和效率。 -
●3.2谐振功率放大器的特性分析
(3.2)谐振功率放大器的特性分析(1)[主讲人 封百涛]
[简介]在谐振功率放大器中,根据晶体管是否进入饱和区,将其分为欠压、临界、过压三种工作状态。
临界时匹配负载下,可以实现Po最大, PC较小,效率较高,功放性能最佳。
(3.2)谐振功率放大器的特性分析(2)[主讲人 封百涛]
[简介]基极调幅电路时,必须工作于欠压区;集电极调幅电路时,必须工作于过压区;通过线性关系实现振幅调制。 -
●3.3谐振功率放大器电路
(3.3)谐振功率放大器电路[主讲人 封百涛]
[简介]谐振功率放大器电路由直流馈电路和滤波匹配网络组成,下面讨论一下直流馈电路的分类及结构。 -
●3.4丁(D)类谐振功放
(3.4)丁(D)类谐振功放[主讲人 封百涛]
[简介] 在丁(D)类谐振功放中,放大器工作于开关状态,效率可达90%以上。
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第四章高频正弦波振荡器
(4)第4章正弦波振荡器[主讲人 封百涛]
[简介]振荡器用于产生一定频率和幅度的信号,它不需要外加输入信号的控制,就能自动地将直流电能转换为所需要的交流能量输出。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弦波振荡器。正弦波振荡器可分为反馈振荡器和负阻振荡器,前者是利用正反馈原理构成的;后者是利用负阻器件的负阻效应来产生振荡。 -
●4.1反馈振荡器的工作原理
(4.1)反馈振荡器的工作原理 [主讲人 封百涛]
[简介]反馈正弦波振荡器由放大器和反馈网络通过闭环连接构成,闭合环路内必须含有选频网络和非线性稳幅环节。当振荡电路参数及工作状态选择合适,满足振荡的起振、平衡和稳定条件,就能产生连续的具有一定频率和幅度的正弦波信号。 -
●4.2LC正弦波振荡器
(4.2) LC正弦波振荡器(1) [主讲人 封百涛]
[简介] 从相位条件看,要构成振荡器,电路必须适合三点式振荡原则,常见的三点式振荡电路有电感三点式和电容三点式两种。
(4.2) LC正弦波振荡器(2) [主讲人 封百涛]
[简介] 克拉泼和西勒振荡器是两种改进型电容三点式振荡器电路,它们能减弱晶体管与回路之间的耦合,提高振荡频率的稳定度。 -
●4.3振荡器的频率和振幅稳定度
(4.3)振荡器的频率和振幅稳定度[主讲人 封百涛]
[简介]正弦波振荡器主要技术指标有效率及其稳定度、幅度及其稳定度,而频率稳定度是振荡器中最重要的性能指标。那么频率的变化是怎么产生的呢?要提高频率的稳定度,主要措施有哪些? -
●4.4石英晶体振荡器
(4.4)石英晶体振荡器[主讲人 封百涛]
[简介]采用石英晶体谐振器作为选频元件的振荡器称为石英晶体振荡器,它的最大优点是频率的稳定度很高,石英晶体振荡器也是反馈振荡器,其振荡频率由晶体自身参数决定。 -
●4.5负阻正弦波振荡器
(4.5)负阻正弦波振荡器[主讲人 封百涛]
[简介]负阻正弦波振荡器由负阻器件和LC谐振回路构成。采用负阻器件,通过适时补充必要的交变能量,抵消回路存在损耗来维持回路内部的能量平衡,这种形式的电路为负阻振荡器。
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第五章振幅调制、解调和混频电路
(5) 振幅调制、解调和混频电路 [主讲人 马圣乾]
[简介] ( 1 ) 本章是本书最为重要的一章。振幅调制 、 解调与混频电路都是非线性电路,其输出信号的频率分量与输入信号频率分量不尽相同,会产生新的频率分量输出。由于非线性电路的一些概念,不容易理解,讨论方法比较复杂,电路形式较多,而且已学过的知识涉及这方面的乂较少,从而给木章学习带来一定困难,不过只要在学习过程中,注意非线性电路的特点,加强基本概念的理解,循序渐进,就不难掌握本章的基本内容。
( 2 ) 振幅调制 、解调与混频的作用,电路组成模型,信号的表达式 、波形及频谱等是本章学习必须掌握的基本知识。振幅调制 、解调与混频三者的基本作用都是将输入信号的频谱进行不失真的搬移,因此常把它们统称为频谱线性搬移电路。由于基本作用相同,它们有类似的电路模型,而且都可以用相乘器来构成。但三种电路的功能不同,所以频谱搬移的位置不相同,学习中应抓住它们的共同点,充分理解频谱搬移的基本概念;根据电路的不同用途弄清楚三种电路输出信号表达式 、波形与输人信号表达式 、 波形之间的关系。
( 3 ) 频谱线性搬移电路的实质是实现两个输入信号的相乘,因此 ,最好的频谱线性搬移电路应该是模拟相乘器。相乘器由非线性器件组成,相乘功能由非线性器件的二阶项产生。所以在学习中,首先要注意两个输人信号作用于非线性器件时,是否存在两个信号的乘积项,然后研究如何提高乘积项、降低无用项,使之接近于理想相乘器功能,这是讨论乘法器的基本出发点。 -
●5.1振幅调制的基本原理
(5.1) 振幅调制的基本原理
[简介] 用待传输的低频信号去改变高频载波振幅的过程,称为振幅调制,简称调幅。它有普通调幅( AM )、抑制载波双边带调幅( DSB )及单边带调幅(SSB )三种,对振幅调制的作用原理进行分析,以便找岀实现频谱线性搬移的一般方法。 -
●5.2相乘器电路
(5.2) 相乘器电路
[简介] 相乘器是一种完成两个信号相乘功能的电路或器件,它由非线性器件构成。目前通信系统中广泛采用由二极管构成的平衡相乘器和由晶体管构成的双差分对模拟相乘器。本节先对非线性器件的相乘作用进行讨论,然后对二极管平衡相乘器和双差分对模拟相乘器电路进行分析。 -
●5.3振幅调制电路
(5.3) 振幅调制电路
[简介] 振幅调制电路可分为低电平和高电平调幅电路两大类。在低功率级完成调幅的称低电平调幅,它通常用来实现双边带和单边带调幅,广泛采用二极管环形相乘器和双差分对集成模拟相乘器。在功放级完成调幅的称为高电平调幅,用于产生普通调幅波,通常在丙类谐振功放中进行。 -
●5.4振幅检波电路
(5.4) 振幅检波电路
[简介] 解调与调制过程相反,从高频调幅信号中取出原调制信号的过程祢为振幅解调,也称振幅检波.简称检波振幅检波可分为两大类,即包络检波和同步检波输出电压直接反映高频调幅包络变化规律的检波电路称为包络检波电路 ,它只适用于普通调幅信号的检波同步检波电路主要用于解调双边带和单边带调幅信号。它也能用于普通调幅信号的解调,但因它比包络检波复杂,所以很少采用。
从频谱关系上看 ,检波电路的输入信号是高频载波和边频分量 ,而输出是低频调制信号,就是说检波电路在频域上的作用是将振幅调制信号频谱不失真地搬回到原来的位置 ,故振幅检波电路也是一种频谱搬移电路. -
●5.5混频电路
(5.5) 混频电路
[简介] 把已调信号的载频变换为另一载频已调信号的过程,称为混频,要求变换后的已调信号的调制类型(调幅 、调频等)和调制参数(如调制频率 、调制系数等)均保持不变。混频电路也是频谱线性搬移电路,在频域中起着频率的加、减作用。它可以用相乘器和带通滤波器组成,混频电路广泛用于通信及其他电子设备中,用以改善设备的性能。
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第六章角度调制和解调电路
(6) 角度调制与解调电路 [主讲人 马圣乾]
[简介] ( 1 ) 掌握角度调制与解调的概念,掌握调频信号和调相信号的基本特性与主要参数,了解调频制与调相制的特点与应用。
( 2) 了解调频信号的产生方法及性能要求,掌握典型直接调频电路的工作原理,了解间接调频电路和调相电路的工作原理。了解扩展最大频偏的方法。
( 3) 了解调频信号和调相信号的解调方法,理解典型鉴频电路和鉴相电路的工作原理。 -
●6.1调角信号的基本特性
(6.1) 调角信号的基本特性
[简介] 调频与调相信号相同之处是:载波振幅不变,频率和相位都同时随时间发生变化,即载波的频率和相位都同时受到调变。
两者不同之处是:对于调频信号,即频率按调制信号规律变化,而相应的相位按调制信号的积分值规律变化。对于调相信号,相位按调制信号规律变化,即相应的频率按调制信号的微分值规律变化。 -
●6.2调频电路
(6.2) 调频电路
[简介] 调频的方法主要有直接调频和间接调频两种。直接调频是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率而实现的调频,其振荡器与调制器合二为一。这种方法可以获得大的频偏,但中心频率稳定度低。直接调频电路中广泛采用变容二极管直接调频电路,除此还常用晶体振荡器直接调频电路和压控振荡器直接调频电路等。
间接调频是先对调制信号进行积分,然后用其对载波进行调相而实现的调频,其调制器与振荡器是分开的,因此间接调频中心频率稳定度高,但难以获得大的频偏而且实现起来较为复杂。 -
●6.3鉴频电路
(6.3) 鉴频电路
[简介] 实现调频信号解调的电路称为鉴频电路;而能够检出两输入信号之间相位差的电路,称为鉴相电路。
鉴频电路的输出电压与输入调频信号频率之间的关系曲线称为鉴频特性,通常希望鉴频特性曲线要陡峭,线性范围要大常用的鉴频电路有斜率鉴频器、相位鉴频器和脉冲计数式鉴频器等。斜率鉴频器通常是先利用谐振回路谐振曲线的下降(或上升)部分,将等幅调频信号变成调幅-调频信号,然后用包络检波器进行解调。相位鉴频器是先将等幅的调频信号送入频相变换网络,变换成调相-调频信号,然后用鉴相器进行解调采用乘积型鉴相器构成的鉴频器称为乘积型相位鉴频器;采用叠加型鉴相器构成的则称为叠加型相位鉴频器调频信号在鉴频之前,需用限幅器将调频信号中的寄生调幅消除。