通信系统基本概念复习.ppt

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1、基本概念复习,第一章 绪论,通信系统的概念,一、调谐放大器分类小信号调谐放大器 小信号：输入信号mV mV 要 求：增益足够大，通频带足够宽，选择性好，工作在甲类，多用于接收机。调谐功率放大器 大信号：输入信号 mV 以上 要 求：大的功率和效率，工作在丙类，多用于发射机。,第二章 小信号调谐放大器,二、电路特点 采用谐振回路作为放大器的集电极负载。三、组成与作用 主要由放大器和谐振回路组成，作用:放大、选频。,图2-20 单调谐放大器,图2-1 调谐放大器的并联频率特性,LC谐振回路,主要讨论并联谐振回路,图2-2 并联谐振回路,谐振条件,当 时，得谐振频率串联、并联谐振回路的谐振频率相等谐

2、振意义：谐振时，同相。,并联谐振,Q用途：可以衡量谐振现象的尖锐程度,品质因数-quality factor,定义：,当,解得：,(2)选择性(3)矩形系数,对某一频率偏差 下的 值叫做回路对这一指定频偏下的选择性。记为：,值愈小选择性愈高。（dB）=20lg,2.负载和信号源内阻含有电抗成分（一般是容性）,图2-9 考虑信号源输出电容和负载输出电容的并联谐振回路,注意：考虑了负载电容和信号源输出电容后，在谐振回路的谐振频率、品质因数等的计算中，式中的电容都要以 代入。如：谐振频率,回路总电容为：,四、谐振回路的接入方式,上述谐振回路中，信号源和负载都是直接并在L、C 元件上。因此存在以下三个

3、问题：第一，谐振回路Q 值大大下降，一般不能满足实际要求；第二，信号源和负载电阻常常是不相等的，即阻抗不匹配。当相差较多时，负载上得到的功率可能很小；第三，信号源输出电容和负载电容影响回路的谐振频率，在实际问题中，RS、RL、CL、CS 给定后，不能任意改动。,1.变压器接入方式,图2-1互感变压器接入电路示意图,图2-1互感变压器接入电路的等效电路,若,则,（1）,（2）,2.自耦变压器接入（电感抽头接入）,3.电容抽头接入,图2-1电容抽头接入电路,电容的串、并联等效变换：,串联,并联,等效变换关系,其中：,变换后的并联等效电路如图2-16所示,图2-16变换后的并联等效电路,第三章高频调

4、谐功率放大器,高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域饱和区、截止区;,注意:该电路和小信号调谐放大器的不同(bias),一、电路,二、折线近似分析法直线段近似法,图3-2 晶体管特性及其折线化,三、晶体管导通的特点、导通角、余弦脉冲电流的分析,1.晶体管导通的特点 无信号：晶体管截止 有信号：激励信号 Eb+Uj 导通 当激励信号 ube 足够大，放大器工作在放大区和截止区，集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图3-3示。将ube表示式 代入式（3-1）可得,(3-3),根据导通角的

5、定义，(集电极电流导通时间相对应角度的一半称为集电极电流导通角）当 时，即 由此可得导通角 与Eb、Ubm、Uj 间的关系,电流 ic 的傅里叶级数展开式为,(3-7),其中，ic 直流分量为,(3-8),直流成分为 基波成分为 2次谐波为、称作余弦脉冲分解系数，它们是导通角 的函数。为了使用方便，将几个常用系数与 的关系绘制在图3-4中。,图3-5 调谐功率放大器中的功率关系,1.集电极效率,电源供给功率PS和交流输出功率Po可分别表示为,（3-23）,（3-24）,2.槽路效率,1.调谐功率放大器的三种工作状态 根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，可将放大器的工作状态分为欠压、过压和

6、临界三种。1)欠压若晶体管在任何时刻都工作在放大状态，称放大器工作在欠压状态；2)临界若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；3)过压若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，则称放大器工作在过压状态。,二、调谐功率放大器的三种工作状态及其判别方法,(欠压)(临界)(过压),2.工作状态的判别方法,2）阻抗匹配,在一定 Ec、Ubm下,调整Rc,使Rc=Rcp使放大器工作在临界状态,可获得最大的输出功率Po 和高的效率。符合此条件叫“阻抗匹配”。,第四章 正弦波振荡器,振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定波形的交变振荡能量的装置。,二、自激振荡的平衡,1.反馈必

7、须是正反馈其中 总相移，n整数。2.反馈必须足够大。满足振荡的幅度平衡条件为：KF=1 自激振荡平衡条件的复数表达式为：,三、起振条件 KF1,4.3 三点式LC振荡器,一、组成原理 LC回路引出三个端点，分别同晶体管的三个电极相连的振荡器，称三点式振荡器。分为电容三点式和电感三点式。,（1）电容三点式,（2）电感三点式,射同集（基）反与射极相连元件电抗性质相同，与集电极、基极相连元件的电抗性质相反。该规律对于三点式电路有普遍意义。,二、电容三点式振荡器,电容反馈三点线路，也叫“考毕兹”振荡电路。,图4-9 电容三点式振荡器,1.电路相位平衡条件的判断,满足“射同集（基）反”1）与发射极相连的

8、两电抗Xce和Xbe性质相同；2）Xcb和Xce、Xbe性质相反。注：对于场效应管振荡器，将发射极改为源极即可。,现把各元件都折合到c-e端。如果 则回路损耗可以忽略，得通常考虑易起振又不致使振荡波形的非线性失真严重，都选得较小，大约在0.010.5之间，,其中,4.振荡器的振荡频率 f0,石英晶体振荡器之所以具有极高的频率稳定度，其关键是采用了石英晶体这种具有高Q 值的谐振元件。由石英谐振器（石英晶体振子）构成的振荡电路通常叫“晶振电路”。晶体振荡器电路的种类很多，但从晶体在电路中的作用来看分两类：一类是工作在晶体并联谐振频率附近，晶体等效为电感的情况，叫做“并联晶振电路”。另一类是工作在晶

9、体串联谐振频率附近，晶体近于短路的情况，叫做“串联晶振电路”。,4.6 石英晶体谐振器,第五章振幅调制与解调,一、调幅1.含意-振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。2.波形图,检波器与输入、输出波形,5.2 调幅信号的分析,一、普通调幅波（表达式、波形、频谱、功率）,1调幅波的表达式、波形,调制信号：载波信号：调幅波的振幅为,调幅波为,调幅系数或调幅度,表示载波振幅受调制信号控制的程度,调幅波幅度变化，,若ma 1幅波产生失真，这种情况称为过调幅.,2）频谱图,调幅波的每一个正弦分量用一个线段表示，线段的长度代表其幅度，线段在横轴上的位置代表

10、其频率。,调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。,图5-2普通调幅波的频谱图,在单频调制时，其调幅波的频带宽度为调制信号频谱的两倍，即 B=2F。,3）频带宽度,多频调制时，调幅波方程为：相应地，其调幅波含有一个载频分量及一系列的高低边频分量等。总的频带宽度为最高调制频率的两倍，即B=2Fmax。,结论：调制后调制信号的频谱被线性地搬移到载频的两边，成为调幅波的上、下边带。调幅的过程实质上是一种频谱搬移的过程。,3调幅波的功率,载波分量功率：上边频分量功率：下边频分量功率：,因此，调幅波在调制信号的一个周期内给出的平均功率为,二、抑制载波双边带调幅 DSB/SC-A

11、M,由通过边带滤波器后，可得上边带或下边带：下边带信号 上边带信号,三、抑制载波单边带调幅SSB/SC-AM,按功率电平的高低分为：高电平和低电平调幅电路 高电平调幅电路（用于发射机的最后一级）低电平调幅电路（用于发射机的前级）(1)低电平调幅电路 特点：电路简单，输出功率小 一般用模拟相乘器产生。(2)高电平调幅电路 特点：输出功率大，可提高整机效率。一般以调谐功率放大器为基础。即为输出电压幅 度受调制信号控制的调谐功率放大器。分为：基极调幅 集电极调幅,1.电路,图5-9 基极调幅电路,二、大信号基极调幅电路,1）关于放大器的工作状态。3）晶体管的选择,3.设计要求,1）关于放大器的工作状

12、态,放大器应工作于欠压状态 为保证放大器工作在欠压状态，设计时应使放大器最大工作点（调幅波幅值最大处叫最大工作点或调幅波波峰；反之，调幅波幅值最小处叫最小工作点或调幅波波谷）刚刚处于临界状态。,3）晶体管的选择,放大器的工作情况在调制过程中是变化的，应根据最不利情况选选择晶体管。电流脉冲和槽路电压都是在最大工作点处最大，故(1)(PC)c 载波状态下的管耗。(2)在载波状态下，放大器工作于欠压状态，其电压利用系数和集电极效率低，管耗很大，所以管子的功率容量应按载波状态选取。,三、集电极调幅,图5-14 集电极调幅电路,3.设计要点,1)放大器的工作状态。2)选管子3）对激励的要求4）对调制信号

13、的要求5）对输出 LC 回路的通频带和品质因数 Q 要求,第六章 角度调制与解调,一、调制 FM:用调制信号控制载波信号的频率,使载波信号频率随调制信号而变,称为频率调制或调频；PM:用调制信号控制载波信号的相位,使载波信号的相位随调制信号而变，称为相位调制或调相。在这两种调制过程中，载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位的变化都表现为相角的变化，因此，把调频和调相统称为角度调制或调角。,6.2 调角波的性质,一、调频及其数学表示式二、调相及其数学表达式三、调频与调相的关系四、调角波的频谱五、调角信号的频带宽度六、调角信号频谱与调制信号的关系,6.4 调频电路,一、变容二极管调频电路 用

14、变容二极管实现调频，电路简单，性能良好，是目前最为广泛使用的一种调频电路。1.变容二极管 变容二极管是利用半导体PN 结的结电容随外加反向电压而变化这一特性，所制成的一种半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。变容二极管与普通二极管相比，所不同的是在反向电压作用下的结电容变化较大.,第七章 变频器,把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号。完成这种频率变换的电路称变频器。由于设计和制作工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易，增益高，选择性好，所以采用变频器后，接收机的性能将得到提高。,一、什么是变频器频率变换电路,四、变频器的组成,1.变频电路框图,它是将输入调幅信号与本振

15、信号（高频等幅信号），同时加到混频器，经频率变换后通过滤波器，输出中频调幅信号。,分析：,高频调幅信号的上边频 中频调幅信号的下边频，高频调幅信号的下边频 中频调幅信号的上边频,7.7 变频干扰及其抑制方法,一、组合频率干抗由于变频器使用的是非线性器件，而且工作在非线性状态。流经变频管的电流不仅含有直流分量、信号频率 fS、本振频率 fL 成分，还含有信号、本振频率的各次谐波，以及它们的和、差频等组合频率分量，如 等，即含有mfL nfS 分量。当这些组合频率分量中的某些分量等于或接近中频时，就能进入中频放大器，经检波器输出产生对有用信号的干扰。,当组合频率符合式（7-9）关系时，就可以在输出

16、端形成干扰甚至产生哨叫，这种干扰就叫组合频率干扰。例如本振频率1396kHz，有用信号频率931kHz，两者的差拍频率是中频465kHz。,（7-9）,但信号频率的二倍频 1862kHz与本振频率的差拍频率为 18621396466kHz，显然这个差频能被中频放大器放大，并与标准中频同时加入到检波器，由于检波器也是非线性元件，故有 4664651kHz 低频通过低放产生哨叫，干扰正常通信。,二、副波道干扰,副波道干扰是一种其频率为fn的外来干扰，如果频率为fn的干扰信号作用到混频器的输入端，它与本振信号频率如满足下面关系：式中，m 为本振信号频率的谐波次数，n为干扰信号频率的谐波次数。这时，干

17、扰信号就会进入中频放大器，经解调器输出将产生干扰和哨叫。,可能产生的干扰频率可由下式确定(7-10)这类干扰主要有中频干扰、镜频干扰和组合副波道干扰。,1中频干扰,当干扰信号频率 时（即m=0，n1），如果接收机输入回路选择性不好，该信号进入变频器，并被放大，从而产生干扰。对中频干扰的抑制方法-主要是提高变频器前面电路的选择性，增强对中频信号的抑制或设置中频陷波器。,2.镜频干扰,问题：当 fS=1000kHz，fL=1465kHz，调谐于中频465kHz，干扰信号频率 fn=1930kHz，能不能抑制？19301465=465kHz 当 fn=fL+fI，相应的干扰电台频率等于本振频率 fL

18、 与中频 fI 之和。,如果将 fL 所在的位置比作一面镜子，则 fs 与 fn 分别位于fL的两侧，且距离相等，互为镜像，故称为镜频干扰，又称为镜像干扰。抑制它的主要方法是提高变频级前电路的选择性。,（即 m=n=1）,3组合副波道干扰,除上述两种情况外，在式（7-10）中，当（例如，m=n=2，则对应）均称为组合副波道干扰。,例如，fs=660kHz，fL=1125kHz时，（fI=465kHz）对应的二次组合干扰频率代入式（7-11）中，可算出fn1=892.5 kHz，fn2=1357.5 kHz。,m=n=2,1、基本锁相环的构成,基本的锁相环路是由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，如下图所示。,第八章锁相环路,七、锁相环路的数学模型,将上面得到的鉴相器，滤波器与压控振荡器的数学模型 代换到图8-1中，可得出PLL的数学模型。,图8-7 锁相环路的数学模型,根据此图，即可得出锁相环路的基本方程式为：,