北理工通信电路与系统研究型作业
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【问题1】
已知:二进制信源概率场0121x x X P P ⎛⎫
= ⎪-⎝⎭
,用Matlab 画出其信源熵H(x)随概率P
改变的曲线(0 < P < 1),从曲线中可得到什么结论?
解:根据题意可算出信源熵H x =P ∙log 21P + 1−P ∙log 2 11−P
通过matlab 绘制其与概率P 的函数关系如下:
观察曲线可知,信源熵H(x)关于P=0.5对称分布,且概率P 越接近0.5,信源熵
越大。当概率P 为0或1时,信源熵为0。可见,概率越接近0.5,说明其不确定性越大,那么他的信息量(信源熵)也越大;反之,概率越远离0.5,其不确定性越小,他的信息量(信源熵)也越小
【问题2】
按照反馈理论,正反馈环的回归比[]()()()e e A B j j T AB A B T ϕωϕωϕω+===,自激振荡后应严格满足总相角()0ϕω=或2π的整倍数。这种振荡器在稳幅振荡后的振荡频率取决于什么因素?振荡频率能严格地等于LC 回路的谐振频率吗?为什么?
解:(1)取决于放大器的相频特性和反馈网络的相频特性,振荡频率f g 要使放大
器的相移φA f 与反馈网络的相移φB f 满足:φA f g =−φB f g ,以满足稳幅振荡的相角条件。
(2)不能严格的等于回路谐振频率。大多时候,由于晶体管相移φA f 很小,工
程上往往将其忽略(φA f ≈0),这时取φB f g =0,而由于在谐振频率f o 下,反馈网络相移φB f o =0,故此时稳幅振荡频率f g 近似等于LC 回路谐振频率f o 。但是严格来讲,晶体管内有电容存在,其相移φA f ≠0,因此f g 与f o 并不相等。
【问题3】
针对基于分立元件构建的LC 正弦波振荡器,请归纳其直流等效电路和交流等效电路(有些教材称为简化交流等效电路)各自的等效原则。
解:直流等效电路:电容开路,电感短路。
交流等效电路:1)所有电源无效(电压源短路,即接地;电流源开路)
2)耦合电容(C 较大)短路,回路电容保留
3)射频扼流圈(L 较大)开路,回路电感保留
4)所有偏置电阻和负载电阻视为开路
【问题4】
已知:右图电路中单向导电的检波二极管D 导通电阻为D R ,
求出该电路的电压传递函数为:
11()(1)()()(1)
o D L i L D L U s R sR C K s U s R R sR C +==++ 试问:借助拉氏变换求解该电路的传递函数正确吗?指出具体问题所在。 解:不正确。
电路中包含非线性元件二极管,因此此电路是非线性电路,而拉氏变换只能
求解线性电路,不能求取该电路的传函。
【问题5】
同步检波器组成框如右图,假定:
()()210.9cos 0.3cos2=+Ω+Ωf t t t ;
10ω=Ωc ,求: (1)用Matlab 计算并用不同颜色绘出A 、B 、
C 三处的叠加波形(自定Ω值)。
(2)解释波形的有关物理含义,理解同步检波器原理。
解:(1)取Ω=100rad/s ,波形为:
其中,绿色为A 处波形,红色为B 处波形,蓝色为C 处波形。
(2)A 处波形为调制信号f(t)与载波cos w c t 相乘后的调幅波(抑制载波的双边带调幅波);B 处波形为调幅波与提取出来的同步载波相乘后的波;C 处波形是B 波经过一个低通滤波器(滤去高频分量,保留低频分量)后的信号,是最终解调出来的信号。
可以看出同步检波是通过将已调幅波与同步载波相乘,得到一个新的波(B 波),而这个新波的频谱中的低频部分即是原调制信号的频谱,或者说,这个新波包含的低频分量即是原信号(成比例),因此,将这个新信号通过一个低通滤波器,滤去高频成分,保留低频成分,出来的结果就是原信号。
【问题6】
(1)普通AM 波的解调是否也可以采用同步检波方式,为什么?
(2)假如与接收信号相关的不是同步载波(有频差),即上图B 点信号假定为()cos c t ωω+∆,基于上述【问题5】的条件,自选ω∆取值,用Matlab 绘制上图C 点波形,观察检波效果并给出相应结论。
解:(1)可以采用。
理由:多音普通AM 波可表示为u AM t =U c V +U mΩ(t ) cos w c t ,其中, U mΩ t = U Ωmk n k =1cos Ωk t , Ω1<Ω2<⋯<ΩN−1<ΩN−1,
则其同步载为 cos w c t 。
AM 波与同步载波通过乘法器相乘后,输出为:
1/2U c V +U mΩ t + 1/2U c V +U mΩ t cos 2w c t 。
通过积分器,滤去高频分量后的输出:
1/2U c V +U mΩ t
这个结果是原调制信号加上一个直流分量,因此只需要把直流分量去除即可完成
检波。
(2)取Δw =3rad /s ,则波形变为(颜色对应同问题五):
可以明显看出,解调后的蓝色波形明显失真。说明解调时提取的载波与调幅波的载波频率必须一致,否则得不到正确的调制信号波形。
【问题7】
对于来自超外差接收机末级中放回路输出的调幅电
压,如采用右图所示电路中的电容耦合方式,试问:
(1)这时可否实现正常的包络检波,为什么?
(2)如进行某种电路改进,将RFC跨接在二极管正极
到地之间,这时可否实现正常的包络检波?为什么?
解:(1) 不能实现。因为二极管的存在,使得耦合电容只能充电而无法放电,因此耦合电容两端的电压将稳定在AM波的最大值。此时传输到二极管正极的信号是AM波向下平移一个AM波最大值后的信号,此信号最大值是0,无法导通二极管,因此无法实现包络检波。
(2) 能实现。加了RFC后,耦合电容能自由充放电,对AM波来说相当于短路,几乎没有影响,因此AM波可以正常通过包络检波器,进行检波。或者换种解释,RFC能够通直流阻交流,(1)中在耦合电容影响下平移后的信号中的直流成分通过RFC流入地,而交流成分继续传向二极管,相当于向下平移的AM波又被搬回了原位置,因此可以通过检波器进行包络检波。
【问题8】
针对线性时不变电路与线性时变电路,请从叠加定理是否满足、各自的放大功能、变频功能等属性或功能角度,归纳总结两种电路的相同与不同之处。
解:相同点:由于都是线性电路,故均满足叠加定理
不同点:1)线性时不变电路的输出信号频率与输入信号频率保持一致,不具有变频功能;而线性时变电路,以单一频率输入信号为例,随着时间改
变,电路对输入信号的操作(放大,相移等)也在改变,因此输出
信号波形会明显不同于输入信号,其频率也自然与输入信号不同,
对于多频成分的输入信号,也是如此,因此,线性时变电路具有变
频功能。
2)线性时不变电路由于其定常特性,可用于波形成比例放大(放大
器);线性时变电路能改变信号频率,可用于频谱搬移,调制解调
等。