射频通信电路07(2017)
射频通信电路- 调制与解调电路
2020/7/28
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
4
9·1 调制与解调器
1、平衡调制器电路
vD1 vc vW , iD1 gD (vc vW )s(wct)
R
C
vo
设输入信号(普通调幅波AM信号)
vi (t) Vim (1 ma cos Wt) coswct
RC滤波器的取值原则一般为:
➢ RC>>1/wc,以保证电容C对高频载波近似短路,
滤除输出信号的高频部分; ➢ RC<1/Wmax,保证低频调制信号可以通过RC低通 滤波器。
2020/7/28
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
2020/7/28
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
14
9·2 包络检波电路
把二极管用折线特性逼近,并考虑到平均直流偏压Vo对 二极管构成的负偏压,可以得到:
i
gD 0
(vD
VD
)
vD VD vD 0
vD vi Vo Vim coswct Vo i gD (Vim coswct Vo VD )
2020/7/28
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
12
9·2 包络检波电路
输入信号vi(t)是一普通调幅波AM信号:
vi (t) Vim (1 ma cos Wt) coswct iD (t) a0 a1Vim (1 ma cos Wt) coswct
射频通信电路
1.3.1 分布参数概念《射频通信电路》常树茂
分布参数元件是指一个元件的特性延伸扩展到一定的 空间范围内,不再局限于元件自身。
《射频通信电路》常树茂
分布参数 例子1
例1-1 如果分布电容为 CD=1pF,请计算在 f=2kHz、2MHz 和 2GHz 时,分布电容的容抗 XD。
解:分布电容 CD 的容抗 XD 为
1.2 微波的定义
微波(MW,Microwave)
自由空间中波长1mm到1m
频率300MHz至300GHz
1.2
《射频通信电路》常树茂
射频通信系统
利用更宽的频带和更高的信息容量; 通信设备的体积进一步减小; 解决频率资源日益紧张的问题; 通信信道频率间隙增大,减小干扰; 小尺寸天线,高增益,移动通信系统
趋肤深度定义
1 f
趋肤效应
《射频通信电路》常树茂
•图 2-1 交流状态下铜导线横截面电流密度对直流 情况的归一化值
趋肤效应
《射频通信电路》常树茂
铜的电导率为 6.45107 S / m ,导磁率=0,则在 f=1kHz、1MHz 和 1GHz 的频率下,趋肤深度分别为
f 1kHz 2.0mm f 1MHz 63m f 1GHz 2.0m
/4DQPSK
0.6~3W 0.6~3W
IS-95 869~894 824~849 50MHz CDMA/ FDMA 1250kHz 55~62 20 15960 FDD 12288kbps
BPSK/OQPSK
0.2~2W 0.2~2W
GSM 935~960 890~915 50MHz TDMA/ FDMA 200kHz 8 124 992 FDD 271kbps GMSK 2~20W
《射频通信电路》习题及解答精细版.doc
习题1:1.1本课程使用的射频概念所指的频率范围是多少? 解:本课程采用的射频范围是30MHz~4GHz1.2列举一些工作在射频范围内的电子系统,根据表1-1判断其工作波段,并估算相应射频信号的波长。
解:广播工作在甚高频(VHF )其波长在10~1m 等1.3从成都到上海的距离约为1700km 。
如果要把50Hz 的交流电从成都输送到上海,请问两地交流电的相位差是多少?解:8443100.65017000.283330.62102v kmf k k λθπ⨯===⨯10==⨯10∆==1.4射频通信系统的主要优势是什么? 解:1.射频的频率更高,可以利用更宽的频带和更高的信息容量2.射频电路中电容和电感的尺寸缩小,通信设备的体积进一步减小3.射频通信可以提供更多的可用频谱,解决频率资源紧张的问题4.通信信道的间隙增大,减小信道的相互干扰 等等1.5 GSM 和CDMA 都是移动通信的标准,请写出GSM 和CDMA 的英文全称和中文含意。
(提示:可以在互联网上搜索。
) 解:GSM 是Global System for Mobile Communications 的缩写,意为全球移动通信系统。
CDMA 英文全称是Code Division Multiple Address,意为码分多址。
1.6有一个C=10pF 的电容器,引脚的分布电感为L=2nH 。
请问当频率f 为多少时,电容器开始呈现感抗。
解:11 1.1252wL f GHz wC π=⇒==既当f=1.125GHz 时,电容器为0阻抗,f 继续增大时,电容器呈现感抗。
1.7 一个L=10nF 的电容器,引脚的分布电容为C=1pF 。
请问当频率f 为多少时,电感器开始呈现容抗。
解:思路同上,当频率f 小于1.59 GHz 时,电感器呈现感抗。
1.8 1)试证明(1.2)式。
2)如果导体横截面为矩形,边长分别为a 和b ,请给出射频电阻R RF 与直流电阻R DC 的关系。
《射频通信电路》第二章
1 j ωL − = R + jX ωC
《射频通信电路》常树茂
2.3.1 串联谐振电路
在谐振频率下, 在谐振频率下, 电感上的电压 VL 和电容上的电压 VC 分别为
VS VL = I × jω0 L = jω0 L R 1 1 VS VC = I × = jω0 C jω0 C R
《射频通信电路》常树茂
第二章 射频电路基础
2.1 频带宽度表示法 2.1.1 绝对带宽 BW ( Hz ) = f H − f L
以频率作为单位表示的带宽是指绝对带宽。 以频率作为单位表示的带宽是指绝对带宽。 例如: 例如: 射频放大电路的工作频率范围为1GHz 2GHz 射频放大电路的工作频率范围为1GHz—2GHz, 1GHz 2GHz, 则带宽为1GHz 则带宽为1GHz PAL制式的电视广播的图像信号带宽为6MHz PAL制式的电视广播的图像信号带宽为6MHz 制式的电视广播的图像信号带宽为
《射频通信电路》常树茂
2.3.2 并联谐振电路
谐振条件 B=0
ω = ω0 =
1 LC
1 1 Y = jωC + + = + jω L r r
1
1 j ωC − = G + jB ωL
并联谐振的阻抗特性及品质因数
《射频通信电路》常树茂
表示并联谐振电路的品质因数为
r r Q0 = × = = rω 0 C ω0 L V ω0 L
f0 = 1 2π 1 LC = 1 2π 1 10 × 10
−7 −11
= 159 ( MHz )
品质因数为 2)最大电流为 电感电压为 电容电压为
VC = I ×
L Q = C = 20 R
射频通信电路基础
3× 1 0 -1 7
-7 (3 .8 ~ 7 .8)× 10
c f
第二章 复习内容
高频电路中的元器件; 高频电路中的基本电路;
常用的电路分析方法; 电子系统噪声概念
高频电路中的元器件
R、C、L 二极管、晶体管、场效应管 变压器(普通高频变压器、传输线变压器) 石英晶体、压电陶瓷、集中滤波器(声表 面波滤波器)
元器件的高频分布参数作为重点关注内容
高频电路中的基本电路
X
LC串联谐振回路
0
1 LC
(a) |ZS|
容性
感性
L
0
0
r C
(b)
LC并联谐振回路
0
1 1 1 2 Q LC
. I . IR R0 |z p|/R 0 1 . + IL . U L - 0 (a) (b) 1/ 2
第一章 复习内容
建立基本通信概念;
巩固加深信号的时频域分析方法; 认识电磁波的传播特性,掌握无线电波谱 的划分方法;
信号的时频域分析
无线电波 1 05
红外线 可见光 1 01 0
紫外线 1 01 5
X射线 1 02 0
宇宙射线 1 02 5 f/Hz
/m
3× 10 3 3× 1 0 -2 3× 1 0 -7 3× 1 0 -1 2
c
模拟调制方法
调幅: 调频: 调相:
U m (t ) Uc kaU cost
(t ) o k f u (t )
(t ) ot k pu (t ) o
d (t ) (t ) dt (t ) t (t ) dt o 0
射频通信电路1-11
f2
2
f1 )
等效噪声带宽
Si(f)
2 S ( f ) H ( f ) 2 df Vno i 0
2
2 S H ( f ) 2 df Vno i 0
H(f)
So(f)
2
S o ( f ) Si ( f ) H ( f )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
BL H ( f ) df / H ( f 0 ) 2
Vi Ro
蔡竟业 jycai@
解:该电路电压增益 输入信号功率
Psi
Ro Gp Rs Ro
输入噪声功率
输出信号功率 电路噪声系数
Pni 4kTRs B
Pso G p Psi
2
输出噪声功率 Pno 4kT ( Rs // Ro ) B
Psi / Pni 4kT ( Rs // Ro ) B Rs Ro F Pso / Pno 4kTRs B Ro
蔡竟业 jycai@
• 香农(C.E.Shannon)信息容量极限理论
I=B log2(1+S/N) 或 I=3.32 Blog10(1+S/N) I为信息容量,单位b/s, B为通信系统信号带宽,单位Hz, S/N为信噪功率比。
决定通信系统性能(信息容量,质量)的 两个重要参数:通信系统信道带宽和通信信 号信噪比(干扰噪声功率谱)!
2 4kTRB Vno
2 4kTB / R In
电阻R热噪声源的资用噪声功率
No 4kTBR / 4 R kTB
PN结的散粒噪声特性
S I ( f ) 2qI o
闪烁噪声特性 SV ( f ) K / f o
射频通信电路的基本概念
Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
这门课主要研究什么问题?
什么是射频--- 高频(Radio FreqБайду номын сангаасency)(300K-30MHz)
CR LR
R
图.1K电阻的阻值与频率的关系
电容显示出与电阻同 样的谐振特性
RC LC
C
(a)
阻抗
0
频率 f
典型的1PF电容绝对值与频率的关系
(b)
当频率接近谐振点时, 阻抗迅速增加,频率继续提 高,寄生电容的影响是主要 的,线圈电感的阻抗逐渐降 低。
电感阻抗与频率的关系
解决射频影响: 贴片电阻
元器件
贴片电容
贴片电感
布线:
电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可 用45°折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对 外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。 要根据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度,这 样可以减少分布参数,降低信号的损耗。制作双面板时,在 相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。 避免相互平行,这样可以减少相互干扰和寄生耦合。
fi
设备电路
fo
线性电路 fi , 非线性电路 fi ,
fi fi, f1, f2, f3 ……
在本教材中,阐述的各部分高频电子线路,除高频小信号谐振放大 器外,都是非线性电路。相对于线性电子线路的分析方法来说,非线性 电子线路的分析方法更加复杂。数学知识要求较多
4. 杂散参数(如引线电感、分布电容)对电路影响严重,甚至会引起电路的不 稳定,有时为了防止分布电容形成寄生耦合及电感的电磁辐射产生的寄生耦合, 高频电路还必须考虑良好、合理的屏蔽, 及布线合理。
射频通信电路_黄卡玛_射频网络
《射频通信电路》
4.2.3 网络的级联
+ i1 L v1 端口I 两端口网络 C1 C2 v2 端口II i2 +
AA jC
1
1
0 , 1
AB
1 0
j L , 1
AC jC
1
2
0 1
L C1 C2
A
B
v1
vA1 端口I
网络A
vB1 端口I
网络B
端口II
i1 iA1 , v1 v A1 i2 iB 2 , v2 vB 2
iA2 iB1 , vA2 vB1
《射频通信电路》
4.2.3 网络的级联
v1 A v2 A AA i1 A i2 A v1B v2 B AB i1B i2 B
C
1 A AA AB AC jC 1
0 1 0 1
j L 1 jC 1 2
0 1
1 2 LC2 j L 3 2 j C C j LC C 1 LC 2 1 2 1 1
Z12 C Z 22 1 C A C 1 A D C 1 D C
Z11 Z Z 21
《射频通信电路》
4.3.2 网络分析的应用
R TML RFIN L L
T Z0
C
RFOUT
bl
《射频通信电路》
《射频通信电路》
第四章 射频网络
《射频通信电路》
第四章 射频网络
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
电子工程入门推荐书籍
7.《信号完整性分析》『美』Eric Bogatin著电子工业出版社
个人书评:前几章用物理的方法看电子,感觉不好理解,写的感觉很拗口,翻译好像也有些不到位,但后面几章写的确实好,尤其是关于传输线的,对你理解信号的传输的实际过程,能建立一个很好的模型,推荐大家看一下,此书还是不错的.(看多了RF的,换换胃口)
个人书评:当时自己做2.4G跳频的时候买的书,整体感觉还行吧,不过书后面几章就比较复制,看前面几章就够了,跳频的基本理论得于掌握。
14.《产品设计中的EMC技术》『英』Tim Williams著电子工业出版社
个人书评:讲解EMC各种标准和EMC的基础知识,后面几章讲屏蔽,接地,隔离等内容,整体感觉还是一本好书.
个人书评:本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言,及其通俗,配上图示,极其深奥的理论看起来明明朗朗,比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了,本书作者的实践之作,里面都是一些作者的设计作品和设计方法,推荐一看.
4.《LC滤波器设计与制作》『日』森荣二著科学技术出版社
个人书评:语言及其通俗易懂,完全没有深奥的理论在里面,入门者看看不错,但是设计方法感觉有点落后,完全手工计算.也感觉内容的太细致,此书一般.
5.《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社
个人书评:这边书还不错,除了学到振荡电路设计,还学到了很多模拟电路的基础应用,唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高(k级,几M,几十,几百M的振荡器),做有源电路的可以看一下,整体感觉还行.
6.《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社
射频通信电路:第四讲 射频收发机结构
频率
广泛使用与1920年之前 受当时电子器件限制,工作频率都不高 晶体接收机、再生接收机、调谐式接收机等 存在工作频率不高、灵敏度低、频率选择性差
等严重问题
超外差式接收机 Super Heterodyne Receiver
RF
固定中频滤波器
振荡器频率扫描 LO
1913年,美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了 超外差电路
010
• 信噪比(Signal to Noise Ratio ) • 谐波失真(Harmonic Distortion )
001 000
• 有效位(Effective Number of Bits)
• 无杂散动态范围(Spurious free
dynamic range)
Ideal ADC
Binary Output Code
混频器工作频谱图
RF IF LO
由于器件的非线性,最终中频满足: IF = n * LO ± m * RF 一般正常期望信号时, n = m = 1
幅 度
LO- RF LO
LO+RF
RF
频率
混频器之后的中频滤波器
混频器后端要加一个滤波器,获取有用变频信号,滤 除其他高次非线性干扰 上、下变频功能取决于混频器后端的滤波器中心频率
LO
0
ωIF
RF信号1 ωRF1 = ωLO + ωIF
RF信号2 ωRF 2 = ωLO − ωIF
经过混频器之后,下变频分量为: cos (ωRF − ωLO )t
此时得到的中心频率都为
如果信号1为有用信号,信号2为干扰信号,两者同时 存在于混频器前端时,信号2对信号1产生镜像干扰
镜像干扰解决方法-前端滤波器
射频电路原理
精选ppt
33
感谢亲观看此幻灯片,此课件部分内容来源于网络, 如有侵权请及时联系我们删除,谢谢配合!
❖ 4)、压控振荡器(VCX0):同上描述。 ❖ 5)、稳压器(Regulators):作为芯片内部的稳压器,将
输入电池电压转换成内部电路所需的工作电压。
精选ppt
28
射频收发信机(U602)
精选ppt
29
射频收发信机(U602)
精选ppt
30
射频收发信机(U602)
精选ppt
31
射频收发信机(U602)
精选ppt
8
双工滤波器(U601)
❖ 器件引脚排列及名称:
表1:器件引脚排列及名称
精选ppt
9
双工滤波器(U601)
表2:双工滤波器精的选p开pt 关控制模式
10
双工滤波器(U601)
图3:双工滤波器精选相p关pt 电路
11
声表面滤波器
❖ 3、声表面滤波器(Z600、Z602、Z603): ❖ 是一个带通滤波器,只允许接收频段的射频信号进入接收
❖ 手机电路中的参考振荡都使用晶体振荡电路。而且,大多 数手机中使用的是一个基准频率时钟VCO 组件。在GSM 手机中,这个组件输出频率是13 MHz/26MHz,有时它被 称为13MHz/26MHz晶体。事实上它是一个VCO 组件, 13MHz/26MHz晶体及VCO 电路中的晶体管及变容二极 管等器件被封装在一个频率罩内。13MHz/26MHz振荡电 路受逻辑电路提供的AFC(自动频率控制)信号控制。由于 GSM 手机采用时分多址(TDMA)技术,以不同的时间段 (Slot,时隙)来区分用户,故手机与系统保持时间同步就 显得非常重要。若手机时钟与系统时钟不同步,则会导致 手机入不了网。
《射频通信电路设计》学习笔记
1.3 射频电路设计的特点1.3.1 分布参数集总参数元件:指一个独立的局域性元件,能够在一定的频率范围内提供特定的电路性能。
在低频电路设计中,可以把元件看作集总参数元件,认为元件的特性仅由二传手自身决定,元件的电磁场都集中在元件内部。
如电容、电阻、电感等;一个电容的容抗是由电容自身的特性决定,不会受周围元件的影响,如果把其他元件靠近这个电容器,其容抗不会随之产业化。
分布参数元件:指一个元件的特性延伸扩展到一定的空间范围内,不再局限于元件自身。
由于分布参数元件的电磁场分布在附近空间中,其特性要受周围环境的影响。
同一个元件,在低频电路设计中可以看作是集总参数元件,但是在射频电路设计中可能需要作为分布参数元件进行处理。
例如,一定长度的一段传输线,在低频电路中可以看作集总参数元件;在射频电路中,就必须看作分布参数元件。
分布电容(C D):指在元件自身封装、元件之间、元件到接地平面和线路板布线间形成非期望电容。
分布电容与元件眯并联关系。
分布电感(L D):指元件引脚、连线、线路板布线等形成的非期望电感。
分布电感通常与元件为串联关系。
**在低频电路设计中,通常忽略分布电容和分布电感对电路的影响。
随着电路工作频率的升高,在射频电路设计中必须同时考虑分布电容和分布电感的影响。
分布电容容抗计算公式:X D=1/ωC D=1/2πƒC D分布电感感抗计算公式:X D=ωL D=2πƒL D如:分布电容C D=1pF,其在ƒ=2kHz、2MHz和2GHz时的容抗:ƒ=2kHz时:X D=79.6MΩƒ=2MHz时:X D=79.6KΩƒ=2GHz时:X D=79.6Ω (接近与射频电路标准阻抗Z0=50Ω,并联影响明显)又如:分布电感L D=1nH,其在ƒ=2kHz、2MHz和2GHz时的感抗:ƒ=2kHz时:X D=12.6×10-6Ωƒ=2MHz时:X D=12.6×10-3Ωƒ=2GHz时:X D=12.6Ω (接近与射频电路标准阻抗Z0=50Ω,串联影响明显)1.3.2 λ/8设计准则随着工作波长变短,电路板上不同位置电压的相位差变大,因此必须考虑电压和电流空间分布的变化。
射频通信电路(07)
在Re上得到反向的偏置,更进一步限制了输出波形幅度
的上升。
iC
iC
I C Q I CQ
V B v BE
t
v BE
V B t
2021/8/26
Xi'an Jiaotong University
18
7·2 LC振荡器
三点式LC振荡电路
晶体管的三个端口接到回路的三个节点上得到的振荡器 称为三点式振荡器。
令
b 1 Mgm ,c 1
RLC LC LC 那么H(s)的两个极点的位置为:
s1,2
b 2
j
b2 c
4
假么在设有0要:处求,A 极(s点)在右gm半RL平,F 面(s,)那M L R ,1 LC 从上M L 式g Cm 可得0:gmRLM L
T (j0)A (j0)F (j0)M R L Lg m 1
故有振幅稳定条件:
T( j0)
0
vi
vi vip
幅度稳定条件一般是由电路中的非线性元件来实现的。例
如进入饱和、截至区晶体管,输出不随输入变化,必然其增
益会下降,从而保证幅稳条件满足。也有在反响回路中参加
二极管来限幅,保证幅稳条件的实际应用。
某些电路中存在不稳定的平衡点=>硬鼓励现象。
2021/8/26
小, T下降,极点向左靠近
虚轴移动;
平衡-稳定振荡:限幅作用明显,反响等于输入,T=1,
达 2021/8/26
Xi'an Jiaotong University 到平衡,极点落 7
7·1 反响型振荡器的根本原理
振荡器的组成
(1)实现能量转换的有源器件,如图中的晶体管T; (2)控制振荡频率的选频回路,如图中的L、C; (3)保证自激工作的正反响网络如图中的变压器M; (4)保证稳定工作的非线性环节,在如图电路中靠T工
射频通信电路6-7章
第六章 6-2若f L >f S ,则本振频率f L 和镜象频率f m 分别为981~95687)894~869(=+=+=I S L f f f MHz 1068~1043=+=I L m f f f MHz 若f L <f S ,则:807~78287)894~869(=-=-=I S L f f f MHz ,695~720m L I f f f =-=MHz 6-4(a )NF M =4dB=2.51,L M =4dB →G M =0.398 ⎪⎩⎪⎨⎧===10dB 101dB 0A NF ①当NF A =0dB 时,dB451.21151.2121==-+=-+=MMG G F F F②当NF A =10dB 时,1012.5125.12140.398F -=+==dB(b )NF M =8dB=6.31,G M =3dB=1.995 ① 当NF A =0dB 时,dB831.6113.6==-+=MG F②当NF A =10dB 时,dB 34.1082.10995.111031.6==-+=F6-5求变频增益G 1因为对应1dB 压缩点时P i =–10dBm ,P 0=1dBm ,则基波增益为:dB12)10(11101=--+=+-=i P P G∵ OIP 3=15dBm ,∴IIP 3=OIP 3–G 1=15–12=3dBm ,求放大器的三阶互调分量增益G 3:∵ OIP 3=G 3·(IIP 3)3 化为dB 时有OIP 3=G 3+3×(IIP由于 15=G 3+3×3 ∴G 3=15–9=6dB由干扰信号引起的三阶互调分量 33M IM P G P ⋅= M IMP G P 33+=,现P IM =–62dBm (626)322.67M P =--÷=-dBm6-6 画出三极管混频器的BE C v i ~,BE m v g ~曲线如图,则g(t)波形如图示。
第二章射频通信电路基础-2
•5.改变端口的参考面仅改变S参数的相位值。如1端口移动参
考面的电长度为 ,则 变为
、 变为
、 变为 而 保持不变。
•
•
•3.2 散射矩阵
•当电路有多个模块级联时,散射矩阵不利于直接计算,此时 可采用传输矩阵[T]。对于两端口网络:
•
二端口网络各种参数矩阵换算表
•p. 362 •等价 !
•
典型电路和元件的网络参数
网络端口状态就成为很自然的选择。 • •散射参数或S参数通过测量入射波电压 和反射波电压 得到 •
•
•3.2 散射矩阵
•对于一个通用的模型,例如同时具有同轴和波导接口的电路, 特征阻抗应该可以取不同的值。因此为了便于分析,入射波和
出射波电压需要归一化 •
•总电压和电流用归一化电压可以表示为 •
•进入i端口的功率为
第二章射频通信电路基 础-2
2020年7月9日星期四
•3. 等效网络表示
•在低频电路理论中,以电压和电流关系表示的Z、Y、h或 ABCD参数 •Z、Y、h或ABCD测试需要的开路、短路条件在微波频段难以 实现,因此这些参数在高频情况下很难准确地测量。 •在微波频段,描述网络特性最常用的是S参数和T参数,这些 参数是根据传输波来定义的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
振荡器的组成 (1)实现能量转换的有源器件,如图中的晶体管T; (2)控制振荡频率的选频回路,如图中的L、C; (3)保证自激工作的正反馈网络如图中的变压器M; (4)保证稳定工作的非线性环节,在如图电路中靠T工作到 截止 (或饱和)来实现。
|T|
A B C Vi
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 14
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
相位稳定条件:
干扰 osc , 若T ( osc ) 0, T (t2 ) T (t1 ) 0, f i dT / dt 平衡T ( osc ) 0, 恢复原osc 干扰 osc , 若T ( osc ) 0, (t ) (t ) 0, d / dt T 1 f i T T 2
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
Vo ( s ) H ( s )Vs ( s ), vs (t ) (t ), Vs ( s ) 1 vo (t ) A(t ) sin 0t or A(t ) cos 0t
(e
at
由于 (e at sin 0t )u (t )
2 ( s a)2 0
要得到单一频率的正弦波冲击响应,则 H ( s)必须是二阶系 统,且其极点必须在虚轴上。要求 T ( j0 ) 必须为1,即: T ( j0 ) A( j0 ) F ( j0 ) 1
or T ( j0 ) 1 , T (0 ) 2n (n 0,1, 2,)
从另外一个角度来看,当满足此条件后的 H ( s) 幅频特性为无 穷大,才使得当输入为0时输出不为0成为可能。 起振过程:极点在右半平面,热噪声激励, T>1,vo增幅振荡; 非线性限幅:波形幅度增大,进入非线性区,等效增益减小, T 下降,极点向左靠近虚轴移动; 平衡-稳定振荡:限幅作用明显,反馈等于输入,T=1,达 到平衡,极点落在虚轴上,持续振荡。
按波形分:正弦波振荡器 非正弦波振荡(多谐振荡器:方波· 三角波等) 按原理分:反馈振荡器(变压器、LC、晶体、RC) 负阻振荡器
本章主要讨论反馈型正弦波振荡器。
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 3
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 10
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
反馈振荡器的起振、平衡和稳定条件
起振条件:满足正反馈,且环路增益T大于1,即:
T ( j0 ) 1
T ( j0 ) 2n , n 0,1, 2,
s gm Vo ( s) C A( s) Vb ( s) s 2 s 1 RLC LC
s gm M LC T ( s) A( s) F ( s) s 1 2 s RLC LC
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
其中: A(s) Vo (s) Vi (s) , F (s) Vf (s) Vo (s)
开环传递函数(或称之为环路增益)为:
T (s) Vf (s) Vi (s) A(s)F (s)
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 5
2017/12/27
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
17
7· 2 LC振荡器
振荡器的自给偏臵与工作点变化: 当电流波形的负边进入截止区后,会导致平均分量上 升,在Re上得到反向的偏臵,更进一步限制了输出 波形幅度的上升。 i i
第七章
振荡器
基本原理 LC振荡器 晶体振荡器 压控振荡器 振荡器的频率稳定度
第七章 内容目录
7.1 反馈型振荡器的基本原理
基本组成与平衡条件、起振条件、稳定条件
7.2 LC振荡器
互感LC振荡器 ·三点式振荡器 ·负阻LC振荡器
7.3 石英晶体振荡器
石英晶体特性、石英晶体振荡电路
7.4 压控振荡器
变容二极管压控振荡器、射极耦合多谐振荡器、环 形振荡器
7.5 振荡器的频率稳定度
相位噪声的影响、频率稳定度的表示方法
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 2
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
振荡器是一种不需要外加输入信号能够自激输出交 变信号的电子装臵。它起到把直流电源能量转变 为交流输出能量的作用。 作用:信号发生、交变能量发生。 根据不同的分类方法,可以把振荡器分为:
互感耦合型LC振荡器:
4种互感耦合的LC振荡 器电路如图。具有LC 选频网络,其互感同 名端方向满足正反馈 要求。
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 16
7· 2 LC振荡器
这4种振荡器的 实际电路如图。 必须有合适的偏 臵电压和交流信 号通路才能正常 工作。
稳定条件:是指在外界干扰作用使得电路偏离平衡状态后, 由于电路内部的自我矫正作用,恢复原来的平衡状态所要求 满足的条件。有振幅和相位两方面的稳定条件。 振幅稳定条件: 干扰 vo , 若T1 (vi v) 1 vo
平衡T (vi )=1, 恢复原vo ,稳定 干扰 vo , 若T2 (vi v) 1 vo
V
M F ( s) Vo (s) LV f ( s)s VRieb
V
RL C
o
L M Lf Vf
s gm A( s) C H ( s) 1 T ( s) s 2 ( 1 g M ) s 1 m RLC LC LC
2017/12/27
9
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
Mgm 1 1 b ,c 令 RLC LC LC 2 s b 2 j c b 4 则H(s)的两个极点的位臵为: 1,2 Mg m 1 L 若要求极点在右半平面,则有: R C LC 0 gm RL M L M A ( s ) g R , F ( s ) 在0处, ,从上式可得: m L L MRL g m T ( j 0 ) A( j 0 ) F ( j 0 ) 1 L 在开始起振时,由于 g m 较大,极点位臵比较靠右,vo振幅增 g, 长较快,随着管子进入非线性区工作 逐渐变小,极点向 m 左朝虚轴靠拢,vo振幅增长趋缓, 最后满足 gm RL L M 时 极点到虚轴上,维持等幅振荡。
对图例电路,把平衡条件用复数形式来表示,有:
T ( j0 ) T (0 )e jT (0 ) A(0 )F (0 )e j[ A (0 )F (0 )]
Vo IV Zo Zo c I j j0 j F A jZ , c f F 0 e ,Z e , F e 0 0 Vi Ib Z Zi i I V b C Zo F 1 T ( j 0 ) Vo I c Z o Zo Zi A j 0 , Vi Ib Zi Zi 2n i F 0 的参考方向引入相角 Zo (由M ) F 1 T ( j 0 ) k F Z i i 为晶体管和反馈支路引入的相移, 令 2n 则: 0 i 2nF , n 0,1, 2,
V Zi b Z e ji , I b
0
k
2017/12/27
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
12
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
由于一般k较小,则满足平衡条件时回路相移0也就较小, 也就是说, 振荡器应工作在回路的谐振频率附近, 这也就 说明了振荡器的工作频率主要决定于回路谐振频率的基本 原因。
故有振幅稳定条件:
2017/12/27
T ( j 0 ) vi
0
13
vi vip Information&Communication Engineering Dept. XJTU
7· 1 反馈型振荡器的基本原理
幅度稳定条件一般是由电路中的非线性元件来实现的。例 如进入饱和、截至区晶体管,输出不随输入变化,必然其增 益会下降,从而保证幅稳条件满足。也有在反馈回路中加入 二极管来限幅,保证幅稳条件的实际应用。 某些电路中存在不稳定的平衡点=>硬激励现象。
故有相位稳定条件:
T ( ) 0 osc
相位稳定条件一般是靠并联谐振回路的相频特性在0处有负 斜率来保证的。
2017/12/27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 15
7· 2 LC振荡器
LC振荡器 采用LC振荡回路作为选频网络的反馈振荡器统称 为LC振荡器。 根据反馈网络的类型,可以有互感(变压器)耦 合型LC振荡器和三点式LC振荡器等两种实现 结构。
用Pspice仿真得到其集电 极电压vCE 和集电极电流 iC 波形如图。 对该电路进行等效分析如 下。