G通信电子线路电子教案CH课件2.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:二极管:检波、调制、解调、混频等二极管:检波、调制、解调、混频等 变容二极管,变容二极管,PIN管等。管等。BJT、FET: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
2、高频小信号模型一、混合一、混合等效电路等效电路CbeCbcebmUg ebU+_beecb+_beU+_ceUbIcI混合混合 型等效电路型等效电路mvIrrrgEQeebem2611 )(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+beceIbIcU
3、be+_(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的已知线性二端口网络的y参数方程为:参数方程为:22212122121111UyUyIUyUyI 将其移植到上图(将其移植到上图(a)中,得到三极管共发射极中,得到三极管共发射极接法的接法的y参数电流方程:参数电流方程:ceoebefeccerebeiebUyUyIUyUyI 并并由由这个电流方程画出三极管的交流这个电流方程画出三极管的交流Y参数等效参数等效电路如图:电路如图:_yoeyfeUbeIbIc+_UbeUce+yieyr
4、eUce是输入端交流短路时的输出导纳,即受控电流源的内导纳。是输入端交流短路时的输出导纳,即受控电流源的内导纳。0ceUbebieUIy0beUcebreUIy0ceUbecfeUIy0beUcecoeUIy是输出交流短路时的输入导纳;是输出交流短路时的输入导纳;是输入交流短路时的反向传输导纳,这是造成三是输入交流短路时的反向传输导纳,这是造成三极管输入回路与输入回路耦合的主要因数,也称为极管输入回路与输入回路耦合的主要因数,也称为反馈导纳;反馈导纳;其中:其中:是输出端交流短路时的正向传输导纳,这是体现三极管电流是输出端交流短路时的正向传输导纳,这是体现三极管电流控制作用的参数,其作用相当于
5、控制作用的参数,其作用相当于H参数等效电路中的参数等效电路中的;混合混合等效电路和等效电路和Y Y参数等效电路所反映的是同一只三极管,所以参数等效电路所反映的是同一只三极管,所以两种等效电路之间存在着确定的关系,根据两种等效电路之间存在着确定的关系,根据Y Y参数的上述定义,从混参数的上述定义,从混合合等效电路可以推导出:等效电路可以推导出:)(1)(cbebebbbcbebebieCCjgrCCjgy ebebrg1)(1cbebebbbcbreCCjgrCjy )(1cbebebbbcbmfeCCjgrCjgy )(1)(1 cbebebbbcbebmbbcboeCCjgrCjggrCjy
6、 ,三点三点结论:结论:1)Y参数与静态工作点有关,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参数与三极管的工作频率有关。在下一章将要讨论的小信号谐振放大器参数与三极管的工作频率有关。在下一章将要讨论的小信号谐振放大器中,由于电路的通频带很窄,三极管的工作频率被局限在一个较小的范围内,中,由于电路的通频带很窄,三极管的工作频率被局限在一个较小的范围内,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;ebcbebgCCj)(1)(cbebebCCrj 3)如果工作频率对三极管来讲不是特别高,即满足:如果工作频率对三极管来讲不是特别高,即满足:Y参数均为容性参数,
7、为了今后分析电路方便,我们将参数均为容性参数,为了今后分析电路方便,我们将Y参数记为:参数记为:ieieUbebieCjgUIYce 0oeoeUcecoeCjgUIYbe 0rereUcebreCjgUIYbe 0mUbecfegUIYce 0CgdCgsgsmUggsU+gssdrgs_+_dsUrDCJ2.1.2 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DTJDDCCCImVr 26室室温温条条件件下下: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
8、。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)(CLjrCjLjrzs 11 LC10 (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CrrLQ001 (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)广义失谐)广义失谐:能够清楚的反映失谐的大小能够清楚的反映失谐的大小)()1()(1)(1)1(11)1(0000000 QjrjQrrLjrCLrjrCLjrzs其其中中,CLCL 001 为为感感性性阻阻抗抗,为为容
9、容性性阻阻抗抗;,电电路路失失谐谐;时时,当当,电电路路谐谐振振时时,当当ZZrZrZ0000 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,令令因因为为 00000002)()(QQ是是失失谐谐量量,其其中中则则 0022ffQQa、并联谐振频率并联谐振频率LCfLCoo 211 或或b、品质因数品质因数LggCQooo 001 c、广义失谐广义失谐0002)(QQ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理想,理想,g0是是L和和C的损的损耗之和。耗之和。)1()(1)(
10、1)1(11)1(10000000000000 jgjQggCjgLCgjgLCjgLjCjgy 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ooooQffBWQBW227.07.0或 e、矩形系数矩形系数95.97.01.01.0BWBWK zo/2-/2相频特性相频特性幅频特性幅频特性UoU00.707U0BW0.70.7221)2(1 ooooUQUU arctgQarctgooz )2(曲线越窄,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BW0.721f、直接接
11、入信号源和负载的直接接入信号源和负载的LC并联谐振回路并联谐振回路CLrCLRLRssIRoCLCLRLRssICLRosI谐振频率:谐振频率:CLfo 21(C=C+CL)谐振阻抗:谐振阻抗:Re=Rs/Ro/RL)CQLQR(ooooo 有载品质因数:有载品质因数:CRLRQoeoee 通频带:通频带:eoQfBW7.0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:
12、(1)HCfLo 58021212558.BfQoL 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546.BfQoL KLQRRgoLLo8.78/10 KRRRRoLoL6.3951/113、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CLr
13、RLRssIRiRoa、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:接入系数:LMLUUnT 22S/RnRRss :折算到谐振回路两端时折算到谐振回路两端时当将当将部分到全部部分到全部增大增大0200RnRR 折折算算到到信信号号源源两两端端时时:当当将将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=R0L1N1N2L2MRSR01323NNn 紧耦合紧耦合:n=M/L2紧紧耦合:耦合:21NNn R接入系数接入系数:2112121111CCCCCCCCUUnT 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
14、接入系数:接入系数:1323NNn LLLRnRR21 :折折算算到到谐谐振振回回路路两两端端时时将将接入系数:接入系数:211CCCn LLLRnRR21 :折折算算到到谐谐振振回回路路两两端端时时将将例: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:由题意知由题意知s/rado61010 FCCCCC 802121HCLo 12512 KL
15、QCQRooooo1252.0211 CCCn KRnRLL50125728.C)R/R(LR/RQoLooLoL 112221221111111CjCCRRCjRCjRCjCjRCjRUULLLLLLo 71510111121.arctgCCRCarctgL 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,尖锐,通频带越窄,选择有用信号的能力通频带越窄,选择有用信号的能力越强越强即选择性越好即选择性越好。但在需要保证一。但在需要保证一定通频带的条件下,又
16、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。单调谐回路来说是难以胜任的。采用耦合采用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矛盾。和选择性的矛盾。耦合系数耦合系数反映两回路的相对耦合程度。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。21LLMk C2C1CCCCCCk 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
17、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。21rrMkQQ 电电路路中中:在在等等振振等等b、频率特性分析频率特性分析 0221211ZIZIEZIZImm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
18、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。12212212)(IZZZZZZZImmm 得到归一化幅频特性:得到归一化幅频特性:222max22412 II21max22201rrEII 达达到到最最大大值值,为为时时,当当 的的表表达达式式,可可以以得得到到,代代入入,222222111112100201)1()1(),1()1(IMjZjrCLjrZjrCLjrZQQQmee 2222124)1(rrEI不同不同值时的频率特性曲线:值时的频率特性曲线:=11110max22II =1,称为临界耦合,称为临界耦合,曲线为单峰。曲线为单峰。Qf
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