3、无线电基础知识.ppt
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1、无线电基础知识,一、无线电通信基础知识 二、常用电子线路 三、晶体二极管和三极管,Date: 2019/2/22,Page: 2,一、无线电通信基础知识,1.1、无线电波的划分 1.2、无线电波的传播 1.3、无线电发送与接收,Date: 2019/2/22,Page: 3,无线电波:在电磁场里,磁场的任何变化会产生电场,电场的任何变化也会产生磁场。交变的电磁场不仅可能存在于电荷、电流或导体的周围,而且能够脱离其产生的波源向远处传播,这种在空间以定速度传播的交变电磁场,就称为电磁波。无线电技术中使用的这一段电磁波通常称为无线电波。,1.1.1、无线电波,Date: 2019/2/22,Page
2、: 4,1.1.2 无线电波的波段, c T cf,Date: 2019/2/22,Page: 5,1.1.3 无线电波的应用,Date: 2019/2/22,Page: 6,1.2 无线电波的传播,频率从几十Hz(甚至更低)到3000GHz左右,波长从 几十Mm到0.1mm左右的频谱范围内的电磁波,称为无线电波。 电波旅行不依靠电线, 也不象声波那样,必须依靠空气媒介帮它传播, 有些电波能够在地球表面传播, 有些波能够在空间直线传播,也能够从大气层上空反射传播, 有些波甚至能穿透大气层,飞向遥远的宇宙空间。 发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波,通过自然条件下 的媒质到达收信天线的过程,就称
3、为无线电波的传播。,Date: 2019/2/22,Page: 7,1) 地波: 这是沿地球表面传播的无线电波。(中波、长波) 2) 天波: 也即电离层波。地球大气层的高层约100Km存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变,出现“反射”。因为电离层折射效应的积累,电波的入射方向会连续改变,最终会“拐”回地面,电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。受气候、季节、昼夜等因素影响。(中、短波),无线电波的传播方式(一),Date: 2019/2/22,Page: 8,3)空间波:由发射天线直接到达接收点的电波,被称为直射波。有一部分
4、电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的,被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。(电视广播、微波中继、移动通信) 4)散射波:当大气层或电离层出现不均匀团块时(1216Km),无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方折射和散射,使一部分能量到达接收点,这就是散射波。 (波长较短的波段) 5) 外球层传播:离开地面1000Km以外的宇宙间通信称为外球层传播。卫星通讯和卫星直播电视就是利用这种传播方式。,无线电波的传播方式(二),Date: 2019/2/22,Page: 9,1.3.1、无线电传送的好处 1)电波传输不依靠电线。 2)也不象声波那样,必须依靠空气媒介帮它传播。 3)传播距离
5、远、速度快,而且衰减小。 4)频段宽。 1.3.2 有效的向外发射电磁波的条件 1)要有足够高的振荡频率,因为频率越高,发射电 磁波的本领越大。 2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的 空间,才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。,1.3 无线电的发送与接收,Date: 2019/2/22,Page: 10,2)无线电的发信部分 信号源,低频放大器,调制器, 高频信号振荡器,高频放大器, 发射天线,1.3.3 无线电传输 任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和 传输媒质三部分组成。,1)无线电的传输媒质 输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等, 这些媒质的电特性对不同
6、波段的无线电波的传播有着不 同的影响。,3)无线电的收信部分 接收天线,输入电路,高频放大器,变频器,中频放大器,解调器,低频放大,Date: 2019/2/22,Page: 11,A. 常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体,这个载体称为载波信号。 B. 用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数,如幅值、频率、相位。这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。 C. 在测控系统中需传输的是测量信号,通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。,Date: 2019/2/22,Page: 12,1.3.4 无线电信号的调制,1)调幅AM:使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅。
7、 任何一种非线性器件都可以用来产生调幅彼。晶体管是一种非线性器件,只要让其工作在非线性(甲乙类,乙类或丙 类)状态下,即可用它构成调幅电路。 一般总是把高频载波信号和调制信号分别加在谐振功率放大器的晶体管的某个电极上,利用晶体管的发射结进行频率变换,并通过选频放大,从而达到调幅的目的。根据信号所加的电极不同,可分为基极调幅,集电极调幅和发射极调幅等多种调幅电路。,调制:用传递信号去调制载波的过程。调制又有调幅与调频和调相之分。,Date: 2019/2/22,Page: 13,2)调频FM:使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频。 调频波(调频信号)的特点是: 其频率随调制信号振幅的变化而变化,
8、而它的幅度却始终保持不变。当调制信号的幅度为零时,调频波的频率称为中心频率0。当调制信号向正的方向增大时,调频波的频率就高于中心频率;反之,当调制信号向着负的方向变化时,调频波的频率就低于中心频率。,Date: 2019/2/22,Page: 14,1)发射的无线电波如何被接收到: 电磁波在空间传播时,如果遇到导体,会使导体 产生感应电流,感应电流的频率跟激起它的电磁 波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中 的导体,就可以接收到电磁波了。,1.3.5 无线电信号的解调,2)无线电波的调谐装置(天线) 通过改变可变电容的电容大小改变调谐电路的固有频率,进而使其、与接收电台的电磁波频率相同,这
9、个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流,这样就选出了电流最大的电磁波。,解调:将调制信号还原出来的过程。解调又有检波与鉴频和鉴相之分。,3)变频(混频) 将一定频率范围的已调制高频信号变成固定的中频信号。 调幅收音机中频:465KHz 调频收音机中频:10.7MHz 电视图象中频: 38MHz,Date: 2019/2/22,Page: 15,幅度检波: 从调幅波中取出调制信号的过程,称为幅度检波。从高频调幅波 中解调出原调制信号,4)无线电波的调幅解调(检波一),常用的检波电路 三种:小信号平方律检波,大信号包络全波和乘积检波。,分类,Date: 2019/2/22,Page: 16
10、,调幅检波的过程:,Date: 2019/2/22,Page: 17,5)无线电波的调频解调(检波二),Date: 2019/2/22,Page: 18,二、常用电子线路,2.1、整流电路 2.2、滤波电路 2.3、稳压电路 2.4、振荡电路,Date: 2019/2/22,Page: 19,2.1 整流电路,1) 半波整流 2) 全波整流 3) 桥式整流,整流: 利用整流元件(通常是整流二极管)的单向导电性,实现将交流 电变换成单向的脉动直流电。,单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过,而半波和全波整 流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高, 在同样功率容量条件下
11、,体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性 能优于单相半波和全波整流电路,故广泛应用于直流电源之中。,Date: 2019/2/22,Page: 20,半波整流:,Date: 2019/2/22,Page: 21,全波整流:,Date: 2019/2/22,Page: 22,桥式整流:,Date: 2019/2/22,Page: 23,滤波:将脉动直流中的交流成分滤除,减少交流成分,增加直流成分。滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同,实现滤波。,2.2、滤波电路,电容器C对直流开路,对交流阻抗小,所以C应该并联在负载两端。 电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L应与负载串联。 经过滤
12、波电路后,既可保留直流分量,又可滤掉一部分交流分量,改变 了交直流成分的比例,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量。,Date: 2019/2/22,Page: 24,电容滤波电路:,电容滤波电路原理:,若v2处于正半周,二极管D1、D3导通,变压器次端电压v2给电容器C充电。 此时C相当于并联在v2上,所以输出波形同v2 ,是正弦波。 当v2到达wt=p/2时,开始下降。先假设二极管关断,电容C就要以指数规律向 负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wt=p/2时,正弦曲线下 降的速率很慢。所以刚过wt=p/2时二极管仍然导通。在超过wt=p/2后的某个点, 正弦曲线下降的速
13、率越来越快,当刚超过指数曲线起始放电速率时,二极管关断。 所以在t2到t3时刻,二极管导电,充电,Vi=Vo按正弦规律变化;t1到t2时刻二 极管关断,Vi=Vo按指数曲线下降,放电时间常数为RLC。,Date: 2019/2/22,Page: 25,电感滤波电路原理:,电感滤波电路:,利用储能元件电感器的电流不能突变的性质,把电感与整流电路的负载L 相串联,也可以起到滤波的作用。 当v2正半周时,D1、D3导电,电感中的电流将滞后v2。当负半周时,电感中的 电流将更换经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性和电感中电流的连续性,四个 二极管D1、D3;D2、D4的导电角都是180。,Date:
14、 2019/2/22,Page: 26,2.3、稳压电路,引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化,理想的稳压电路输出电阻Ro=0,则Vo与负载RL无关,为了降低Ro,稳定Vo, 高质量的稳压电路必须采用深度电压负反馈以改善电路性能。,2.3.1 二极管稳压电路 2.3.2 串联型稳压电路 2.3.3 三端集成稳压电路,Date: 2019/2/22,Page: 27,2.3.1 二极管稳压电路:,它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的,由于反向特性陡直,较大的电流变化, 只会引起较小的电压变化。,当输入电压变化时如何稳压:,IVOVZIZIRVRVO,当负载电流变化时如何稳压:
15、,IOIRVRVZ(VO)IZIRVRVO,Date: 2019/2/22,Page: 28,稳压二极管的缺点是工作电流较小,稳定电压值不能连续调节。 线性串联型稳压电源工作电流较大,输出电压一般可连续调节, 稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路,广泛 应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺 点是损耗较大、效率低。,2.3.2 串联型稳压电路:,显然,VO =VI- VR,当VI增加时,R受控制而增加,使VR增加,从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加,R受控制而减小,使VR减小,从而在一定程度上抵消了因IL增加(或VI减小)对输出电
16、压的影响。,Date: 2019/2/22,Page: 29,在实际电路中,可变电阻R是用一个三极管来替代的,控制基极电位,从而就控制了三极管的管压降VCE,VCE相当于VR。要想输出电压稳定,必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图16.04所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。,Date: 2019/2/22,Page: 30,VIVOVFVO1VCEVO,输入电压变化,负载电流保持不变,负载电流变化,输入电压保持不变,ILVIVOVFVO1VCEVO,Date: 2019/2/22,Page: 31,VFVREF VF =Vo(R2
17、 + R3)/(R1+R2+R3)=nVo,其中n为取样系数,n=(R2+ R3)/(R1+R2+R3) 所以, Vo=VREF / n,调节R2显然可以改变输出电压。,Date: 2019/2/22,Page: 32,串联型稳压电源的内阻很小,如果输出端短路,则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上,使调整管的功耗大大增加,调整管将因过损耗发热而损坏,为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。,稳压电路的保护环节,保护的方法有反馈保护型和温度保护型两种。 反馈保护型又分截流型和限流型两种。 温度保护型是利用集成电路制造工艺,在调整管旁制作PN结温度传感器, 当温度超标时
18、,启动保护电路工作,工作原理与反馈保护型相同。,Date: 2019/2/22,Page: 33,截流型是当发生短路时,通过保护电路使调整管截止,从而限制了短路电流,使之接近为零。截流特性如图2.31所示。 限流型是当发生短路时,通过电路中取样电阻的反馈作用,使输出电流得以限制。限流特性如图2.32所示。,图2.31 截流型特性 图2.32 限流型特性,Date: 2019/2/22,Page: 34,将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多,现在的集成稳压器只有三个外引线:输入端、输出端和公共端。,2.3.3 三端集成稳压电路:,Date: 2
19、019/2/22,Page: 35,振荡电路:是一种自激振荡电路,它的特点是利用“自激振荡”原理工作的,其实质是放大器引正反馈的结果。振荡电路是不需要输入信号,自己就可以产生一定输出信号的电子电路。,2.4、振荡电路,振荡电路的振荡条件:相位平衡条件和幅值平衡条件 1)振幅平衡条件(AF=AF=1) 2)其二为相位平衡条件(a+f=2n,n=0,1,2,)。,自激振荡:是指在不外加信号的条件下,放大电路就能够产生某一频率 和一定幅度的输出信号,这种现象称“自激振荡”。,Date: 2019/2/22,Page: 36,振荡电路的组成部分:由四部分组成,即放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。
20、 (1)放大电路具有一定的电压放大倍数,其作用是对选择出来的某一频率的信号进行放大。根据电路需要可采用单级放大电路或多级放大电路。 (2)反馈网络是反馈信号所经过的电路,其作用是将输出信号反馈到输入端,引入自激振荡所需的正反馈,一般反馈网络由线性元件R、L和C按需要组成。 (3)选频网络具有选频的功能,其作用是选出指定频率的信号,以便使正弦波振荡电路实现单一频率振荡。选频网络分为Lc选频网络和Rc选频网络。使用LC选频网络的正弦波振荡电路,称为LC振荡电路;使用RC选频网络的正弦波振荡电路,称为RC振荡电路。 (4)稳幅环节具有稳定输出信号幅值的作用,以便使电路达到等幅振荡,因此稳幅环节是正弦
21、波振荡电路的重要组成部分。,Date: 2019/2/22,Page: 37,2.4.1 变压器反馈式振荡器,反馈网络采用变压器,利用变压器的一次绕组与电容并联组成振荡回路作选频网络,代替晶体管集电极电阻Rc,从变压器的二次绕组引回反馈电压并将其加到放大电路的输入端,电路如图1-31所示。 变压器反馈式LC振荡电路的特点是振荡频率调节方便,容易实现阻抗匹配和达到起振要求,输出波形一般,频率稳定度不高,产生正弦波信号的频率为几千赫至几十兆赫,一般适用于要求不高的设备。,Date: 2019/2/22,Page: 38,电感三点式振荡器的典型电路如图1-32所示。在LC振荡回路中,电感有一个抽头使
22、线圈分成两部分即线圈L1和线圈L2,线圈L1的3端接到晶体管的基极B,线圈L2的1端接晶体管的集电极C,中间抽头2接发射极E。也就是说电感线圈的三端分别接晶体管的三极,所以叫电感三点式振荡器,又称哈特莱振荡器。 在该电路中L1兼作反馈网络,通过耦合电容Cl将Ll反馈电压加在晶体管的输入端,经放大后,在LC振荡回路中得到高频振荡信号,只要适当选择电感线圈抽头的位置使反馈信号大于输入信号,就可以在LC回路中获得不衰减的等幅振荡。,2.4.2 电感三端式振荡器,式中,Ll、L2为线圈抽头两边的自感系数; M为两段电感线圈的瓦感系数; C为振荡电容;fo为振荡频率。,其振荡频率可由下式求得:,Date
23、: 2019/2/22,Page: 39,2.4.3 电容三端式振荡器,电容三点式振荡器的典型电路图。其结构与电感三点式振荡器相似,只是将L、C互换了位置。LC振荡回路中采用两个电容串联成电容支路,两电容中间有一引出端,通过引出端从LC振荡回路的电容支路上取一部分电压反馈到放大电路的输入端,由于电容支路三个端点分别接于晶体管的三极上,所以把这种电路称为电容三点式LC振荡器,又称为柯尔皮兹振荡器。,该电路的振荡频率可由下式求得:,式中,Ceq为LC并联回路的等效电容。,Date: 2019/2/22,Page: 40,电感三点式振荡器和电容三点式振荡器各自的特点: 电感三点式LC振荡器的特点 是
24、振荡频率调节方便,电路容易起振,输出信号的波形中含有高次谐波,波形较差,频率稳定度不高,可产生正弦波信号的频率为几千赫至几十兆赫。一般用于要求不高的场合或设备中。 电容三点式LC振荡器的特点 是频率调节不方便,输出信号的波形好,频率的稳定度较高,可产生几兆赫至100MHz以上的频率。一般用于频率固定或在小范围内频率调节的场合或设备中。 电感三点式振荡器与电容三点式振荡器相比有两个缺点: (1)改变电感不方便。 (2)因反馈电压取自Ll上,Ll对高次谐波阻抗大,从而引起振荡回路输出 谐波分量增大,输出波形较差。,Date: 2019/2/22,Page: 41,采用RC元件组成的电路作选频网络的
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