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(103~102)m
广播业务通信、移动通信
(3~30)MHz
HF
高频
(102~10)m
广播、军事通信、国际通信
(30~300)MHz
VHF
甚高频
(10~1)m
电视、调频广播、移动通信(模拟)
(0.3~3)GHz
UHF
特高频
(103~102)mm
电视、雷达、移动通信
(3~30)GHz
SHF
超高频
(102~10)mm
卫星通信、微波通信
4.画出通信系统的模型,并解释其原理。
图通信系统组成框图
5.什么是信号?
其最常用分类方法有哪些?
信号有哪两个特性?
实际工作中分别用什么设备来测量?
信号是由信息转变而来的电信号,它有三个参数可以改变,即振幅、频率、相位。
信号具有两个方面的特性——时间特性和频率特性。
实际工程中由示波器/频谱分析仪等设备进行测量.
6.无线电通信为什么要用高频信号?
(1)无法制造合适的天线
由电磁场理论可知,只有当天线的尺寸和被辐射信号的波长相比拟时,信号才能被有效的辐射。
对于频率在20~20KHZ的声音信号而言,若采用/4的天线,则其尺寸应在几千公里以上。
要制造如此长的天线是困难的,即使能够制造,安装如此长的天线实际上也是做不到的。
(2)接收端不便于区分所需要的信号
上述信号即使能够辐射出去,但不同的发送设备发送的信号频率大致相同,它们在空间混叠在一起相互之间形成干扰,接收端很难将它们区分开,从而不能接收所需要的某个信号。
为解决上述问题,可以把发送端的各个信号“装载”在不同的高频频率上,这样,一方面提高了信号频率,便于制造合适的天线;
另一方面,辐射的各路信号在频率上可以区分开,接收端可以选择所要接收的信号。
2.6习题练习
(1)反馈振荡器的平衡条件是_T(jω)=1__,起振条件是_环路增益应大于1____,稳定条件是_aT/aUi<
0________。
(2)反馈振荡器必须具有基本放大器、选频网络、反馈网络和稳幅环节四个基本组成部分
(3)电容三端式振荡器与电感三端式振荡器比较,其优点是_输出波形好、高振荡频率稳定度、振荡频率较高_______________。
(4)克拉泼振荡电路的优点是__振荡频率稳定度高,频率调节容易_,缺点是振荡频率的可调范围小,起振稍难。
_
(5)西勒电路的优点是__频率复盖系数高_____。
(6)晶体振荡器频率稳定度高的原因是__高Q值、接入系数很小_________。
(7)串联型晶振中的晶体在电路中呈现_______类似于一个容量很大的耦合电容或旁路电容________________。
(8)并联型晶振中的晶体在电路中呈现______等效为电感元件___________________。
(9)文氏振荡器的优点是_振荡较稳定,波形良好,而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节_。
2.正弦波振荡器是由哪几部分组分的?
画方框图说明。
(1)放大电路。
它是能量转换装置。
从能量观点看振荡的本质是直流能量向交流能量转换的过程。
(2)正反馈网络。
它保证了放大器的能量转换与回路损耗的同步进行。
因此正反馈网络与放大器一起构成了自激振荡的必要条件。
(3)选频网络。
它是获得单一正弦波的必要条件。
它应具有负斜率的相频特性以满足相位稳定条件。
(4)稳幅环节。
它是振荡器能够进入振幅平衡状态并维持幅度稳定的条件。
3.用相位条件的判别规则说明图2-24所示几个三点式振荡器等效电路中,哪个电路可以起振?
哪个电路不能起振?
(
)(b)(c)
(d)(e)(f)
图2-24
4.三点振荡器的组成原则是什么?
Xbe与Xce必须性质相同,即为同类电抗,Uf才能为负值,产生所需相位差。
Xbe与Xce既然是同类电抗(即同为容抗或感抗),则Xcb与Xce、Xbe为异类电抗,这样才能构成LC三点式振荡电路。
这是构成三点式振荡器的原则。
5.画出电感三点式振荡器和电容三点式振荡器的交流等效电路,分析它是怎样满足自激振荡的相位条件的?
写出振荡频率的计算公式。
(
)电路(b)交流通路
图 电感三点式振荡器
图电容三点式振荡器
3.8习题练习
1.填空:
(1)谐振功率放大器的主要性能是输出功率和效率。
(2)为了提高效率,谐振功放一般工作于丙类状态,
是余弦脉冲,集电极回路调谐在信号的基波频率频率上,以获得不失真的输出。
(3)丙类功放有欠压、过压、临界三种状态,临界状态时功放输出大,效率高,欠压、过压状态时功放可用作为中间级或输出功率较小的末级电路。
(4)为使谐振功放从临界状态变为过压状态,应使
增大,或使
增大,或使
降低。
(5)为了使丙类功放正常工作,必须正确设计直流偏置电路与负载电路。
2.简答题:
(1)为什么低频功率放大器不能工作于丙类状态?
而高频功率放大器则可以工作在丙类状态?
低频放大器通常采用非调谐负载,如电阻或变压器等,而高频放大器通常采用选频回路作负载,因此它们所采用的工作状态大不相同。
低频功率放大器单管电路只能工作在甲类,推挽电路可工作在甲乙类或乙类。
而高频功率放大器一般都工作在丙类,也有部分高频功率放大器采用丁类或戊类工作状态。
(2)为什么谐振功放通常工作于乙类或丙类状态?
它们的谐振回路起什么作用?
高频功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。
在无线电发送设备中,为了获得高的输出功率和效率,必须选用丙类工作状态;
为了解决失真,放大器的负载必须用调谐回路。
(3)谐振功放为什么一般工作在临界或弱过压状态?
当Rp变小时,放大器处于欠压工作状态,集电极输出电流较大,集电极电压较小,因此输出功率和效率都较小。
当Rp变大时,放大器处于过压工作状态,集电极电压虽然较大,但集电极电流波形凹陷,因此输出功率较低,但效率较高。
为了兼顾输出功率和效率的要求,谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。
(4)谐振放大器调至临界状态,可通过改变哪些参数来实现?
可通过改变:
Ucm为集电极输出电压的幅度;
Vcc为电源电压;
Uces为晶体管饱和压降
(5)何为谐振功放的负载特性?
负载特性所反映的电压、功率和效率的变化关系,可以帮助我们认识功率放大器的不同特点,并且根据不同工作状态的特点,使放大器得到合理的运用,满足高频设备提出的要求
(6)宽带放大器的主要特点和分析方法是什么?
答:
(1)在宽带放大器中,三极管都采用高频管,分析时必须考虑三极管的高频特性。
由于待放大的信号频率很高,所以宽带放大器中的三极管必须采用高频管;
此外,还必须考虑电路分布参数和三极管结电容的影响,因此分析宽带放大器时应采用高频等效电路。
(2)宽带放大器对电路的技术指标要求高。
这是由它所放大的信号所决定的,它所放大的信号大都是图像信号,接收信号是人的眼睛,它比耳朵所要求的灵敏度要高得多。
因此,对宽带放大器的技术指标要求较高,如:
相位失真。
(3)宽带放大器的负载为非谐振的。
由于谐振电路的带宽较窄,故不能作为宽带放大器的负载,即它的负载只能是非谐振的。
(7)试比较展宽频带的三种方法,各有什么特点?
补偿法就是通过外接元件(又称为补偿元件)来减小放大器的高频失真、从而提高放大器上限截止频率和通频带的一种方法;
采用负反馈技术来增宽放大器的通频带,是一种非常重要的手段。
影响放大器的高频特性除器件参数和电路参数外,还与三极管的组态有关。
不同组态的电路具有不同的特点。
共射电路的电压增益最高,但上限截止频率最低,输入、输出阻抗适中。
共基电路的电流增益最低,但上截止频率较高,而且输入阻抗低、输出阻抗高。
共集电路的电压增益最低,但上限截止频率最高(由于是全电压负反馈),而且输入阻抗高、输出阻抗低。
(8)简述发射极回路补偿放大器的补偿原理。
发射极回路补偿的电路如图3-14所示,补偿元件为Re、Ce;
接在发射极回路,其中Ce容量较小。
图发射极回路补偿电路
Re、Ce的作用是既稳定了工作点,又不致降低电压增益。
由于Ce的存在,电路的下限截止频率不能很低,即Ce是影响放大器低频特性的主要因素。
为了改善低频特性,Ce往往取值很大,通常为50~200μF。
(9)简述共射-共集组合电路扩展频带的原理。
电路如图(
)所示,它是在两级共射电路V1、V3之间插入一级共集电路V2。
显然,V1、V2构成共射-共集组合电路,它们相应的交流通路如图(b)所示。
这种组合电路的主要特点是利用共集电路V2的阻抗变换作用来扩展共射电路V1的通频带。
Rc1
Rb11
C3
Rc3
Rb31
+VCC
C2
Uo
RL
V31
V2
C1
V1
Rs
Ce3
Ce1
Re3
Re2
Re1
Rb32
Us
Rb12
)电路
图共射-共集组合电路
(b)交流电路
(10)小信号谐振放大器的“小信号”有何意义?
小信号谐振放大器由哪几部分组成?
每部分的功能是什么?
小信号谐振放大器的谐振回路主要起何作用?
小信号是指放大器输入信号小,可以认为放大器的晶体管(或场效应管)是在线性范围内工作。
这样就可以将晶体管(或场效应管)看成线性元件,分析电路时可将其等效为二端口网络
小信号谐振放大器通常是由晶体管和并联谐振回路组成的。
高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真地放大。
谐振放大器就是采用谐振回路作负载的放大器,又称为调谐放大器。
在高频电路中,它是一种最基本、最常见的放大电路形式。
由于谐振放大器回路自身的特点,谐振放大器的增益高,并且具有选频特性和滤波作用,因而广泛应用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中。
(11)小信号谐振放大器的技术指标有哪些?
每个指标分别反映了放大器的什么特征?
(1)电压增益
电压增益是衡量小信号谐振放大器放大能力的一个重要指标
(2)通频带
谐振放大器主要用于已调波信号,而已调波信号都包括一定的频带宽度,故放大器必须有一定的通频带,使已调波信号能顺利通过放大器。
(3)选择性
选择性是指小信号谐振放大器从各种不同频率的信号(包括有用信号和无用信号)中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。
衡量选择性的参数有矩形系数和抑制比两个参数。
(12)采用多级单调谐放大器后,电路的性能指标有何变化?
1.电压增益
设有n级放大器级联,各级电压增益分别为
,…,
,则总电压增益为
,可以看出,n级相同的放大器级联后,总的电压增益比单级放大器的增益增大了,且级数越多,总的电压增益越大。
2.通频带
n级相同的放大器级联后,总的通频带比单级放大器的通频带缩小了,且级数越多,
越小,
叫作缩减因子。
3.选择性
当级数n增加时,矩形系数有所改善,但这种改善是有一定限度的,超过3级后,其改善程度已不明显。
由此可见,采用级联调谐放大器可以提高电路增益,改善矩形系数,但频带宽度受到限制;
同时,由于布线,焊点的增多,易产生各种干扰及影响电路的可靠性。
因此,随着高增益宽带集成电路的性能指标不断提高,集成调谐放大器越来越得到广泛的应用,并逐步取代了采用分立元件的多级调谐放大器。
4.6习题练习
1.填空题
(1)混频电路包括非线性元件和选频电路两部分。
(2)组合频率分量的数学表达式为
。
(3)混频干扰主要有组合频率干扰、副波道干扰(寄生通道干扰)、非线性失真和噪声干扰四种。
(4)理想模拟乘法器的输出表达式为
(5)倍频电路按其工作原理可分为利用非线性器件来得到倍频;
和利用丙类谐振放大器余弦电流脉冲中的谐波来获得倍频两大类。
2.已知某信号的数学表达式为:
,式分析其频谱,并画出频谱图。
频谱包含1000、2000、3000Hz三条功率谱线,幅度分别为20、40、50。
3.已知某信号的频谱如图4-17所示,试写出该信号的数学表达式。
该信号的数学表达式:
U(t)=10cos30t+10cos50t
4.为什么进行变频,变频有何作用?
变频是否会影响调制信号失真?
为什么说模拟乘法器具有变频功能?
变频是将信号的频谱从某一位置移到另一位置上,而各频谱分量的相对位置和相互之间的距离保持不变,因此变频过程是一种频谱搬移过程。
变频器是利用非线性电路实现整个信号频谱的线性搬移,也就要求输出中频信号的包络与输入信号的包络相同。
如有不同,则说明在变频过程中产生了失真,称为变频失真。
如果非线性器件采用模拟乘法器,加到模拟乘法器输入端的信号仍采用上述两信号,则输出信号
只包含和频与差频这两种频率成分。
5.某非线性器件的幂级数表达式为:
已知信号
是频率为200kHZ和300kHZ的两正弦波,试问电流信号
中能否出现以下频率成分?
(并说明理由)
100kHZ、200kHZ、300kHZ、400kHZ、500kHZ、700kHZ、1MHZ
电流信号
会出现100kHZ、200kHZ、300kHZ、500kHZ,非线性器件采用模拟乘法器,加到模拟乘法器输入端的信号仍采用上述两信号,则输出信号
6.混频器有哪些干扰和失真?
如何抑制?
混频是利用器件的非线性特性实现的,因此在混频的过程中,不可避免的会出现其它的无用频率成份,包括组合频率干扰、副波导干扰及非线性失真,
抑制方法有:
本振电压幅度
适当取小些,从而使谐波减弱。
适当控制信号电压幅度
,如果过大,其谐波也会较大。
这就要求接收机高频放大器的增益要能控制。
合理选用中频。
合理的中频频率,可以将产生最强干扰啸声的信号频率移到接收机频段之外,大大减小干扰啸声的有害影响。
镜像干扰的抑制也是主要靠前级电路完成,即提高前级电路的选择性来减弱镜像干扰。
提高接收机前端电路的选择性、合理选择混频器件(如模拟乘法器、场效应管等)
5.10习题练习
(1)连续波调制一般分为AM、FM和PM三种。
(2)调幅波的数学表达式为
,单一频率信号调制时,调幅波的带宽为2F。
(3)按照产生调幅波方式的不同,调幅电路可分为普通调幅电路、双边带调幅电路、单边带调幅电路和残留单边带调制四种调制方式。
(4)高电平调幅主要有三极管基极调幅和三极管集电极调幅两种。
(5)对于大信号包络检波,若电路参数选择不当,会产生各种失真,其中主要的失真是负峰切割失真和对角线切割失真。
(6)单一频率信号调制时,调幅波的带宽为2F,窄带调频波的带宽为
,宽带调频波的带宽为
(7)实现调频的两种基本方法是调频和调相。
(8)间接调频电路主要由可变移相法调相电路和可变时延法调相电路两部分组成。
(9)鉴频器特性的主要性能指标有灵敏度、线性范围和非线性失真。
(10)相位鉴频器有乘积型和叠加型两大类。
2.判断题
(1)调频制的抗干扰性能优与调幅波。
对
(2)调频指数表示调频波中相位偏移的大小。
错
(3)调频指数越大,调频波的带宽越大。
(4)间接调频电路的频偏较小,可以通过倍频或混频的方法扩展瞬时频偏。
3.简答题
(1)为什么调制必须利用电子器件的非线性特性才能实现?
它和放大器在本质上有什么不同?
若用调制信号去控制高频载波的频率,使高频载波的频率随调制信号的变化而变化,则称为调频;
若用调制信号去控制高频载波的相位,使高频载波的相位随调制信号的变化而变化,则称为调相。
频率调制和相位调制都能使载波信号的瞬时相角受到调变(表现为载波振荡的总相角受到调制),而幅度保持不变,故统称为角度调制。
因为有新的频率成分产生所以必须利用电子器件的非线性特性才能实现。
放大器只是放大信号的幅度,对信号频谱并不产生影响。
(2)为什么调幅系数ma不能大于1?
当
1时,调幅波将出现超调失真,因此调幅中调幅度
不允许大于1。
(3)比较连续波调制的三种调制方式。
AM调制的优点是接收设备简单;
缺点是是功率利用率低,抗干扰能力差,在传输如果载波受到信道的选择性衰落,则在包检时会出现过调失真,信号频带较宽.频带利用率不高。
因此AM制式用于通信质量要求不高的场合,目前主要用在中波和短波的调幅广播中。
FM波的幅度恒定不变,这使它对非线性器件不甚敏感,给FM带来了抗快衰落能力。
利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。
这些特点使得窄带FM对微波中继系统颇具吸引力。
宽带FM的抗干扰能力强.可以实现带宽与信噪比的互换,因而宽带FM广泛应用于长距离高质量的通信系统中,如空间和卫星通信、调频立体声广播、超短波电台等。
宽带FM的缺点是频带利用率低,存在门限效应,因此在接收信号弱,干扰大的情况下宜采用窄带FM,这就是小型通信机常采用窄带调频的原因。
另外,窄带FM采用相干解调时不存在门限效应。
(4)根据集电极调制原理的分析,说明载波激励电压
是采用恒压源激励好?
还是采用恒流源激励好?
三极管的集电极调制电流值正比于集电极上所加的电源电压,在集电极调幅电路中,三极管的有效电源电压受调制信号的控制,因而集电极电流也就受到调制信号的控制(调制),然后通过集电极调谐回路取出载波和上下边频分量,从而获得调幅波输出。
采用恒压源激励好。
(5)简述大信号包络检波电路中惰性失真和负峰切割失真产生的原因,并提出改进的措施。
为了不产生负峰切割失真,在选择RL、CL时,应在调制信号最高值时,满足以下关系式:
为避免出现负峰切割失真,要求输入调幅波包络的最小值
大于
,即要求
,
(6)分析变容二极管调频的基本原理,变容二极管调频器获得线性调频的条件是什么?
分别说明对回路总电容和变容二极管的要求。
变容二极管直接调频的原理:
高频扼流圈
对高频而言相当于开路,而对直流信号和低频调制信号相当于短路;
高频滤波电容C2对高频相当于短路,对直流信号和低频调制信号相当于开路。
则振荡频率为:
(5-63)
式中,
为调制信号为零的振荡频率,即调频波的载波频率。
若
,则振荡频率为:
(5-64)
式(5-64)表明,若选取
的变容二极管,则图5-26的电路可实现线性调频。
此时,调频波的中心频率等于载波频率
,最大频偏
。
(7)简单分析调频波和调相波的区别。
调频波与调相波都属于等幅波,但调频是用瞬时频率的变化反映调制信号的信息,而调相是用瞬时相位的变化反映调制信号的信息,因此调频波与调相波瞬时频率都是变化的,只是调频波和调相波瞬时频率的变化规律不同。
(8)间接调频和直接调频各有何优缺点?
直接调频是用调制信号去控制振荡器的工作状态,改变其振荡频率,使其频率随调制信号线性变化,以产生调频信号。
只要用调制信号去控制载波振荡器频率的元件参数,并使瞬时频偏按调制信号规律变化,就可以实现直接调频。
由于调频与调相电路之间有着紧密的联系,因此,可以先将调制信号积分,再对载波信号进行调相,即可实现调频,这种方法称为间接调频。
6.7习题练习
1.画出AGC的组成框图,并分析其工作原理。
AGC电路是某些电子设备的重要辅助电路之一,它的主要功能是使设备的输入电平在大范围变化时保持其输出电平在很小的电平范围内变化。
AGC电路中被控制的对象是增益可控的电路或放大器,要保证输入信号在大范围变化时,输出信号基本稳定,则要求在输入信号很弱时,使放大器的增益高;
当输入信号很强时,使放大器的增益低。
R
2.锁相与自动频率微调有何区别?
为什么说锁相环相当于一个窄带跟踪滤波器?
锁相环路(PLL)是实现自动相位控制(APC)的反馈控制电路。
它将输出信号的相位与参考信号的相位进行比较,产生相位误差电压去调整输出信号的相位,使其与参考信号的相位维持在一个数值很小的稳态相差上,这种控制电路称为锁相环路。
3.利用锁相环路调频具有什么样的优点?
锁相环路在相位锁定时,输出信号与参考信号之间频率相等,而两者之间存在固定的相位差(即稳态差),此稳态差经过鉴相器和低通滤波器转化为一固定的直流误差信号,去控制压控振荡器的振荡频率,使输出信号的频率与参考信号的频率严格相等,而两者的相位只有一个固定的相位差,锁相环路的这种状态称为锁定状态。
如果由于某种原因使振荡器的振荡频率发生变化,则输出信号的频率和参考信号的频率不再相等,两者的相位差必将发生变化,这个变化的相位差加到鉴相器中,鉴相器输出信号经过低通滤波器后输出的误差控制信号也将发生相应的变化,这个变化的误差控制信号去控制压控振荡器的振荡频率,使压控振荡器的振荡频率向参考信号的频率变化,直到压控振荡器的振荡频率等于参考信号的频率为止,即重新锁定。
锁相环路具有良好的跟踪及同步特性,当环路锁定时,其剩余频差为零,即振荡器的输出信号频率
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