收音机接收电路.ppt

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1、收音机接收电路,重点,1.网络函数,2.串、并联谐振的概念;,返 回,网络函数,当电路中激励源的频率变化时,电路中的感抗、容抗将跟随频率变化,从而导致电路的工作状态亦跟随频率变化。因此,分析研究电路和系统的频率特性就显得格外重要。,下 页,上 页,频率特性,电路和系统的工作状态跟随频率而变化的现象,称为电路和系统的频率特性,又称频率响应。,1.网络函数H(j)的定义,返 回,在线性正弦稳态网络中,当只有一个独立激励源作用时,网络中某一处的响应(电压或电流)与网络输入之比,称为该响应的网络函数。,2.网络函数H(j)的物理意义,驱动点函数,下 页,上 页,返 回,策动点阻抗,策动点导纳,激励是电

2、流源,响应是电压,激励是电压源,响应是电流,转移函数(传递函数),下 页,上 页,返 回,转移导纳,转移阻抗,转移电压比,转移电流比,激励是电压源,激励是电流源,下 页,上 页,返 回,注意,H(j)与网络的结构、参数值有关,与输入、输出变量的类型以及端口对的相互位置有关,与输入、输出幅值无关。因此网络函数是网络性质的一种体现。,H(j)是一个复数,它的频率特性分为两个部分:,模与频率的关系,幅频特性,幅角与频率的关系,相频特性,网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。,下 页,上 页,返 回,例,2,j,+,_,+,_,j,2,解,列网孔方程解电流,转移导纳,转移电压比,下 页,上 页,

3、返 回,以网络函数中j的最高次方的次数定义网络函数的阶数。,注意,由网络函数能求得网络在任意正弦输入时的端口正弦响应,即有,下 页,上 页,返 回,RLC串联电路的谐振,谐振是正弦电路在特定条件下产生的一种特殊物理现象。谐振现象在无线电和电工技术中得到广泛应用,研究电路中的谐振现象有重要实际意义。,含R、L、C的一端口电路,在特定条件下出现端口电压、电流同相位的现象时,称电路发生了谐振。,1.谐振的定义,发生谐振,下 页,上 页,返 回,2.串联谐振的条件,谐振角频率,谐振频率,谐振条件,仅与电路参数有关,下 页,上 页,返 回,串联电路实现谐振的方式:,(1)L C 不变,改变 w,(2)电

4、源频率不变,改变 L 或 C(常改变C)。,0由电路参数决定,一个R L C串联电路只有一个对应的0,当外加电源频率等于谐振频率时,电路发生谐振。,3.RLC串联电路谐振时的特点,阻抗的频率特性,下 页,上 页,返 回,幅频特性,相频特性,Z(j)频响曲线,下 页,上 页,返 回,Z(j)频响曲线表明阻抗特性可分三个区域描述:,入端阻抗为纯电阻,即Z=R,阻抗值|Z|最小。,电流I 和电阻电压UR达到最大值 I0=U/R(U一定)。,下 页,上 页,返 回,(2)LC上的电压大小相等,相位相反,串联总电压为零,也称电压谐振,即,下 页,上 页,返 回,特性阻抗,品质因数,当 w0L=1/(w0

5、C)R 时,Q1 UL=UC=QU U,(3)谐振时出现过电压,下 页,上 页,返 回,例,某收音机输入回路 L=0.3mH,R=10,为收到中央电台560kHz信号,求:(1)调谐电容C值;(2)如输入电压为1.5V,求谐振电流和此时的电容电压。,解,下 页,上 页,返 回,(4)谐振时的功率,P=UIcosUIRI02=U2/R,电源向电路输送电阻消耗的功率,电阻功率达最大。,电源不向电路输送无功。电感中的无功与电容中的无功大小相等,互相补偿,彼此进行能量交换。,注意,下 页,上 页,返 回,(5)谐振时的能量关系,设,则,电场能量,磁场能量,电感和电容能量按正弦规律变化,最大值相等 WL

6、m=WCm。L、C的电场能量和磁场能量作周期振荡性的交换,而不与电源进行能量交换。,表明,下 页,上 页,返 回,总能量是不随时间变化的常量,且等于最大值。,电感、电容储能的总值与品质因数的关系:,Q是反映谐振回路中电磁振荡程度的量,Q越大,总能量就越大,维持振荡所消耗的能量愈小,振荡程度越剧烈。则振荡电路的“品质”愈好。一般在要求发生谐振的回路中希望尽可能提高Q值。,下 页,上 页,返 回,例,一接收器的电路参数为:U=10V,w=5103 rad/s,调C使电路中的电流最大,Imax=200mA,测得电容电压为600V,求R、L、C及Q。,解,下 页,上 页,返 回,RLC串联电路的频率响

7、应,研究物理量与频率关系的图形(谐振曲线)可以加深对谐振现象的认识。,的频率响应,为比较不同谐振回路,令,下 页,上 页,返 回,幅频特性,相频特性,下 页,上 页,返 回,在谐振点响应出现峰值,当 偏离0时,输出下降。即串联谐振电路对不同频率信号有不同的响应,对谐振信号最突出(响应最大),而对远离谐振频率的信号具有抑制能力。这种对不同输入信号的选择能力称为“选择性”。,谐振电路具有选择性,表明,谐振电路的选择性与Q成正比,Q越大,谐振曲线越陡。电路对非谐振频率的信号具有强的抑制能力,所以选择性好。因此Q是反映谐振电路性质的一个重要指标。,下 页,上 页,返 回,谐振电路的有效工作频段,半功率

8、点,声学研究表明,如信号功率不低于原有最大值一半,人的听觉辨别不出。,下 页,上 页,返 回,通频带规定了谐振电路允许通过信号的频率范围。是比较和设计谐振电路的指标。,通频带,可以证明:,HdB=20log10UR(j)/US(j1),20lg0.707=3 dB,定义:,3分贝频率,下 页,上 页,返 回,例1,一接收器的电路参数为:,L=250mH,R=20W,U1=U2=U3=10mV,当电容调至 C=150pF时谐振 w0=5.5106rad/s,f0=820 kHz,下 页,上 页,返 回,UR0=10,UR1=0.304,UR2=0.346,UR=UR/|Z|(mV),收到北京台8

9、20kHz的节目。,下 页,上 页,返 回,例2,一信号源与R、L、C电路串联,要求 f0=104Hz,f=100Hz,R=15,请设计一个线性电路。,解,下 页,上 页,返 回,以UL(w)与UC(w)为输出的H()频率特性,下 页,上 页,返 回,HL()与HC()的极值点:令,下 页,上 页,返 回,=C2,UC()获最大值;=L2,UL()获最大值。且UC(C2)=UL(L2)。,Q越高,L2和C2 越靠近=1,同时峰值增高。,注意,下 页,上 页,返 回,1.G、C、L 并联电路,RLC并联谐振电路,谐振角频率,谐振特点:,入端导纳为纯电导,导纳值|Y|最小,端电压达最大。,下 页,

10、上 页,返 回,LC上的电流大小相等,相位相反,并联总电流为零,也称电流谐振,即,IL(w0)=IC(w0)=QIS,下 页,上 页,返 回,谐振时的功率,谐振时的能量,品质因数,下 页,上 页,返 回,2.电感线圈与电容器的并联谐振,实际的电感线圈总是存在电阻,因此当电感线圈与电容器并联时,电路如图:,(1)谐振条件,下 页,上 页,返 回,电路发生谐振是有条件的,在电路参数一定时,满足:,注意,一般线圈电阻RL,则等效导纳为:,下 页,上 页,返 回,线圈的品质因数,(2)谐振特点,电路发生谐振时,输入阻抗很大;,下 页,上 页,返 回,电流一定时,端电压较高,支路电流是总电流的Q倍,设R

11、L,下 页,上 页,返 回,例1,如图R=10的线圈其QL=100,与电容接成并联谐振电路,如再并联上一个100k的电阻,求电路的Q.,解,下 页,上 页,返 回,例2,如图RS=50k,US=100V,0=106,Q=100,谐振时线圈获取最大功率,求L、C、R及谐振时I0、U和P。,解,下 页,上 页,返 回,波特图,对电路和系统的频率特性进行分析时,为了直观地观察频率特性随频率变化的趋势和特征,工程上常采用对数坐标来作频响曲线,这种用对数坐标描绘的频率响应图就称为频响波特图。,改写网络函数为,画出网络函数的波特图。,例,解,下 页,上 页,返 回,因此对数模(单位分贝),幅频波特图,下

12、页,上 页,返 回,相位(单位度),相频波特图,下 页,上 页,返 回,滤波器简介,滤波器,工程上根据输出端口对信号频率范围的要求,设计专门的网络,置于输入输出端口之间,使输出端口所需要的频率分量能够顺利通过,而抑制或削弱不需要的频率分量,这种具有选频功能的中间网络,工程上称为滤波器。,有源滤波器,下 页,上 页,利用有源元件运算放大器构成的滤波器称为有源滤波器。,返 回,滤波电路的传递函数定义,滤波电路分类,按所处理信号分,模拟和数字滤波器,按所用元件分,无源和有源滤波器,按滤波特性分,高通滤波器(HPF),低通滤波器(LPF),带通滤波器(BPF),带阻滤波器(BEF),全通滤波器(APF

13、),下 页,上 页,返 回,下 页,上 页,返 回,低通滤波器的单元电路,L型,T型,型,下 页,上 页,返 回,高通滤波器的单元电路,型,下 页,上 页,返 回,带通滤波器,下 页,上 页,返 回,高通,传递函数,设:,例1,一阶RC无源低通滤波器,低通,下 页,上 页,返 回,i1=if,解得:,设:,有源滤波器,例2,下 页,上 页,返 回,幅频特性,下 页,上 页,当,返 回,例3,激励 u1(t),包含两个频率w1、w2分量(w1w2):,要求响应u2(t)只含有w1频率电压。如何实现?,u1(t)=u11(w1)+u12(w2),设计下列滤波电路实现:,解,下 页,上 页,返 回,并联谐振,开路,串联谐振,短路,w1 信号短路直接加到负载上。,该电路 w2 w1,滤去高频,得到低频。,滤波器利用谐振电路的频率特性,只允许谐振频率邻域内的信号通过,注意,上 页,返 回,

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