高频电子电路分析基础
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spContent=高频电子电路分析基础研究无线电发射和接收单元为代表的非线性信号处理电路,系统讲解各类非线性电路的设计方法、工作原理和分析计算。高频电路的教学比较抽象,课程做了针对性设计,从学生视角认识和展开内容,修繁为简,化难为易,突出重点难点,用知识点模块组织并完成教学。
—— 课程团队
课程概述

高频电子电路分析基础——“丝绸之路云课堂”在线开放课程群之二

  高频电子电路分析基础将课程内容组织成32个知识点模块,每个知识点制作一个教学单元,下设若干讲,共128讲,总时长48小时。

课程内容

   第一部分:谐振功率放大器。谐振功率放大器的工作原理、谐振功率放大器的工作状态、谐振功率放大器的计算分析、谐振功率放大器的电路设计。

   第二部分:正弦波振荡器。反馈式振荡器的工作原理、LC正弦波振荡器——变压器耦合式振荡器、LC正弦波振荡器——三端式振荡器、LC正弦波振荡器——差分对振荡器、LC正弦波振荡器的频率稳定度、石英晶体振荡器、RC正弦波振荡器。

   第三部分:振幅调制与解调。调制与解调、振幅调制信号、振幅调制原理——乘法器、振幅调制原理——非线性器件调幅、振幅调制原理——线性时变电路调幅、振幅调制原理——高电平调幅、振幅调制电路、振幅解调原理和电路。

   第四部分:混频。混频原理、混频电路、混频指标、混频干扰。

   第五部分:角度调制与解调。角度调制信号、相位调制原理、频率调制原理、变容二极管直接调频电路、变容二极管调相和间接调频电路、线性频偏扩展、相位解调原理和电路、频率解调原理和电路、角度解调中的同步检波。

 


课程特色

   简明扼要地讲解理论,避免大段文字叙述概念和原理。图表和公式丰富,图文形象,帮助同学们直观学习。

   提供大量例题的分析计算,通过例题实践理论。例题的内容和形式覆盖比较全面,帮助同学们完整学习。

 

授课目标

高频电子电路分析基础是电子信息与电气工程类专业(电子工程、通信工程、微电子科学与工程、电磁场与微波技术、电磁场与无线技术)的工程基础类课程,属于专业基础课。学习本课程,可以认识并熟悉典型的非线性高频电路的概念、功能、结构、性能和指标,掌握电路的设计方法、工作原理和分析计算。

课程大纲


高频电子电路分析基础

第一部分 谐振功率放大器 (共4单元,15讲)

1. 教学内容

  谐振功率放大器的原理电路、图解和解析分析、工作状态和调整、性能指标、馈电电路和匹配网络。

2. 基本要求

  (1) 了解无线电通信系统中使用的功率放大器。

  (2) 熟悉谐振功放的基本电路和工作原理。

  (3) 掌握谐振功放的图解分析、工作状态的判断和工作状态的调整。

  (4) 掌握谐振功放的性能指标及其计算。

  (5) 熟悉谐振功放的馈电电路的设计和匹配网络的设计。

3. 重点难点

  重点:谐振功放的工作原理、基于动特性曲线的图解分析和性能指标的计算、LC并联谐振回路的选频滤波作用。

  难点:谐振功放工作状态的调整和最佳工作状态、输出电流中有用频率分量的滤波提取。

4. 达成目标

  (1) 根据谐振功放输入和输出的电压和电流绘制动特性曲线。

  (2) 根据动特性曲线和余弦脉冲分解系数表计算谐振功放的性能指标。

  (3) 根据动特性曲线判断谐振功放的工作状态。

  (4) 分析信号与元件参数的调整与工作状态的相互作用。

  (5) 用变压器阻抗变换实现最佳工作状态。

第二部分 正弦波振荡器 (共7单元,27讲)

1. 教学内容

  反馈式振荡器的原理和振荡条件、LC正弦波振荡器、石英晶体振荡器、RC正弦波振荡器、各种振荡器中振荡条件和振荡频率与元器件参数的关系。

2. 基本要求

  (1) 了解无线电通信系统中使用的振荡器。

  (2) 熟悉反馈式振荡器的结构和工作原理。

  (3) 掌握反馈式振荡器产生振荡的条件。

  (4) 掌握LC正弦波振荡器的工作原理和振荡频率、反馈系数的计算。

  (5) 了解LC正弦波振荡器的振幅起振条件与元器件参数的关系。

  (6) 熟悉LC正弦波振荡器的频率稳定度、提高频率稳定度的措施和电路。

  (7) 掌握石英晶体振荡器的工作原理和振荡频率、反馈系数的计算。

  (8) 掌握RC正弦波振荡器的工作原理和振荡频率的计算。

3. 重点难点

  重点:反馈式振荡器产生振荡的六个条件、相位平衡条件和振幅起振条件在各种振荡器中的具体表现、振荡器类型的判断、振荡频率和反馈系数的计算。

  难点:振荡器交流通路的作图、反馈原理的电路实现、各种振荡器的区别、决定振荡频率的LC谐振回路的识别、石英谐振器的选频稳频作用、RC移相网络的识别。

4. 达成目标

  (1) 绘制振荡器的交流通路。

  (2) 标注变压器耦合式振荡器的同名端。

  (3) 判断三端式振荡器的类型,确定振荡频率范围及其对元器件参数的要求。

  (4) 计算差分对振荡器的振荡频率。

  (5) 计算LC正弦波振荡器的反馈系数。

  (6) 判断石英晶体振荡器的类型,计算振荡频率和反馈系数。

  (7) 判断RC正弦波振荡器能否振荡。

  (8) 计算文氏桥振荡器的振荡频率。

第三部分 振幅调制与解调 (共8单元,34讲)

1. 教学内容

  振幅调制信号、调幅原理、调幅电路、包络检波、乘积型和叠加型同步检波、振幅调制与解调中的失真、平衡对消技术。

2. 基本要求

  (1) 了解振幅调制与解调的线性频谱搬移作用。

  (2) 掌握调幅信号的产生、分析和计算。

  (3) 熟悉非线性器件调幅和线性时变电路调幅的原理。

  (4) 掌握调幅电路的分析计算。

  (5) 掌握包络检波的原理和分析计算。

  (6) 掌握乘积型和叠加型同步检波的原理和分析计算。

  (7) 熟悉振幅调制与解调中的失真和应对措施。

  (8) 了解平衡对消技术在振幅调制与解调中的应用。

3. 重点难点

  重点:调幅信号的产生原理、表达式、波形、频谱、带宽和功率,基于开关函数的线性时变电路调幅的分析计算,基于包络检波原理和同步检波原理的分析计算。

  难点:普通调幅信号和双边带调幅信号的波形、线性时变电路调幅原理、乘法器的电路实现和分析计算、包络检波和同步检波的分析计算。

4. 达成目标

  (1) 互推调幅信号的表达式、波形和频谱。

  (2) 根据表达式判断调幅信号类型,计算功率。

  (3) 分析计算线性时变电路调幅的过程和结果。

  (4) 分析计算包络检波、乘积型和叠加型同步检波的过程和结果。

第四部分 混频 (共4单元,16讲)

1. 教学内容

  混频原理、时变静态电流、时变电导、混频跨导、混频电路、组合频率干扰。

2. 基本要求

  (1) 了解混频的作用及其与振幅调制与解调的联系和区别。

  (2) 熟悉混频的主要指标。

  (3) 掌握混频原理和混频前后已调波频率的计算。

  (4) 掌握基于开关函数的混频电路的分析计算。

  (5) 掌握基于时变静态电流和时变电导的混频电路的分析计算。

  (6) 了解混频中的组合频率干扰。

3. 重点难点

  重点:混频前后的已调波频率和本振信号频率的关系、本振信号控制放大器半周期导通时混频电路的分析计算、本振信号控制任意通角时混频电路的分析计算。

  难点:基于泰勒级数和傅立叶级数分解的线性时变电路混频的工作原理、任意通角时基于时变静态电流和时变电导的混频电路的分析计算。

4. 达成目标

  (1) 下混频和上混频时,互推输入、输出已调波的频率和本振信号的频率。

  (2) 基于开关函数,分析计算混频的过程和结果。

  (3) 基于时变静态电流和时变电导,分析计算混频的过程和结果。

第五部分 角度调制与解调 (共9单元,36讲)

1. 教学内容

  角度调制信号、调角原理、变容二极管调频电路、线性频偏扩展、斜率鉴频、乘积型和叠加型相位鉴频。

2. 基本要求

  (1) 了解角度调制与解调的非线性频谱搬移作用。

  (2) 掌握调频和调相信号的产生、分析和计算。

  (3) 熟悉三种频率调制原理和三种相位调制原理。

  (4) 掌握变容二极管直接调频电路的分析计算。

  (5) 掌握变容二极管调相和间接调频电路的分析计算。

  (6) 掌握线性频偏扩展方法。

  (7) 熟悉斜率鉴频的原理和分析计算。

  (8) 掌握乘积型相位鉴频和叠加型相位鉴频的原理和分析计算。

  (9) 熟悉线性幅频特性网络和线性相频特性网络的电路实现。

3. 重点难点

  重点:调频信号和调相信号的产生原理、表达式、波形、频谱、带宽和功率,变容二极管直接调频、间接调频电路的分析计算,基于混频和倍频的线性频偏扩展方法,斜率鉴频的原理和分析计算,乘积型相位鉴频和叠加型相位鉴频的原理和分析计算。

  难点:调频信号和调相信号的带宽和最大频偏随调制信号参数的变化,变容二极管直接调频、间接调频电路的分析计算,基于同步检波的乘积型相位鉴频和叠加型相位鉴频的原理和分析计算。

4. 达成目标

  (1) 根据调制信号参数的变化计算调频、调相信号的最大频偏和卡森带宽。

  (2) 分析计算变容二极管直接调频、间接调频的过程和结果。

  (3) 线性频偏扩展中,计算混频器的本振信号频率和倍频器的倍频数。

  (4) 分析计算乘积型相位鉴频和叠加型相位鉴频的过程和结果。

  (5) 绘制鉴相、鉴频特性曲线,确定线性鉴相、鉴频范围和最大鉴相、鉴频范围。


预备知识

  高频电子电路分析基础的先修课程包括模拟电子电路与技术基础和信号与系统。模拟电子电路与技术基础将基本的电路结构知识、数学建模和计算技术应用于低频线性电路或准线性电路的设计和分析。信号与系统提供时域和频域信号变换的知识和技术。在先修课程的支持下,本课程将电路从低频扩展到高频,从线性扩展到非线性,把电路的设计方法、工作原理和分析计算扩展到无线电发射和接收领域。

证书要求

  学生学习高频电子电路分析基础的全部内容,参加单元测验和期末考试,获得总成绩。总成绩包括单元测验成绩和期末考试成绩,单元测验成绩占40%,期末考试成绩占60%

  总成绩满分100分,85分以上者将获得优秀证书,60分以上且不超过85分者将获得合格证书。

参考资料

高频电子电路分析基础的配套教材:

《射频电路基础》,赵建勋 等,西安:西安电子科技大学出版社,2010(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)

《射频电路基础》按着无线电设备结构展开知识体系,根据非线性电路的相互关联和基础关系安排顺序。主要内容有:谐振功率放大器、正弦波振荡器、小信号放大器、振幅调制与解调、混频、角度调制与解调、数字调制与解调、反馈与控制,等等。教材讲述各类非线性电路的设计方法、工作原理和分析计算,特别重视数学工具对学习的引导,符合学生的学习习惯和领会能力,从学生基础到课程目标之间建立顺畅的知识路径。

 

本课程的参考教材:

1 《通信电子线路》,高如云 等,西安:西安电子科技大学出版社,2008

2 《通信电子线路(第二版)学习指导》,张企民,西安:西安电子科技大学出版社,2004

3 《高频电子线路》,曾兴雯 等,北京:高等教育出版社,2004

4 《射频电路设计》,W. A. DavisK. K. Agarwal著,李福乐 等译,北京:机械工业出版社,2005

5 电子线路非线性部分》,谢嘉奎 等,北京:高等教育出版社,2000

6 《高频电子线路》,杨霓清 等,北京:机械工业出版社,2007

7 《通信电子线路》,严国萍,龙占超,北京:科学出版社,2006

8 《射频通信电路》,陈邦媛,北京:科学出版社,2006


常见问题

1. 视频

  高频电子电路分析基础的前11单元共42讲(包括谐振功率放大器和正弦波振荡器)由录播教室设备自动拍摄,图像、声音质量欠佳。后21单元共86讲(包括振幅调制与解调、混频和角度调制与解调)由专业摄影团队人工拍摄,视频质量较好。

 

2. 答疑

  答疑采用教师轮流坐班制度,每周安排一个老师负责答疑,在公告中公布值班教师。由于教师资源有限,请同学们只针对视频教学内容提问,欢迎讨论问题并提出自己的观点。