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電子教案-高頻電子線路-習(xí)題解答-第二章?一、習(xí)題2.1題目已知載波電壓\(u_c=U_c\cos(\omega_ct)\),調(diào)制信號(hào)電壓\(u_{\Omega}=U_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\),試分別寫出調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波的表達(dá)式。解答1.調(diào)幅波表達(dá)式:普通調(diào)幅波(AM)的表達(dá)式為\(u_{AM}(t)=U_c(1+m_a\cos(\omega_{\Omega}t))\cos(\omega_ct)\),其中\(zhòng)(m_a=\frac{U_{\Omega}}{U_c}\)為調(diào)幅系數(shù)。展開可得\(u_{AM}(t)=U_c\cos(\omega_ct)+m_aU_c\cos(\omega_ct)\cos(\omega_{\Omega}t)\)。根據(jù)三角函數(shù)的積化和差公式\(\cosA\cosB=\frac{1}{2}[\cos(A+B)+\cos(AB)]\),進(jìn)一步得到\(u_{AM}(t)=U_c\cos(\omega_ct)+\frac{m_aU_c}{2}[\cos((\omega_c+\omega_{\Omega})t)+\cos((\omega_c\omega_{\Omega})t)]\)。2.調(diào)頻波表達(dá)式:調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率\(\omega(t)=\omega_c+k_fu_{\Omega}(t)=\omega_c+k_fU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\)。設(shè)調(diào)頻波的初始相位為\(\varphi_0\),則相位\(\varphi(t)=\int_{0}^{t}\omega(\tau)d\tau+\varphi_0=\omega_ct+\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t)+\varphi_0\)。調(diào)頻波的表達(dá)式為\(u_{FM}(t)=U_c\cos(\omega_ct+\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t)+\varphi_0)\)。令\(m_f=\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\)為調(diào)頻指數(shù),則\(u_{FM}(t)=U_c\cos(\omega_ct+m_f\sin(\omega_{\Omega}t)+\varphi_0)\)。3.調(diào)相波表達(dá)式:調(diào)相波的瞬時(shí)相位\(\varphi(t)=\varphi_c+k_pu_{\Omega}(t)=\varphi_c+k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\)。調(diào)相波的表達(dá)式為\(u_{PM}(t)=U_c\cos(\varphi_c+k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t))\)。令\(m_p=k_pU_{\Omega}\)為調(diào)相指數(shù),則\(u_{PM}(t)=U_c\cos(\varphi_c+m_p\cos(\omega_{\Omega}t))\)。二、習(xí)題2.2題目已知某調(diào)幅波的表達(dá)式為\(u(t)=5(1+0.6\cos(2\pi\times10^3t))\cos(2\pi\times10^6t)\)V,試求:1.載波頻率\(f_c\)、調(diào)制信號(hào)頻率\(f_{\Omega}\)、調(diào)幅系數(shù)\(m_a\)。2.該調(diào)幅波的頻帶寬度\(B_{AM}\)。3.畫出該調(diào)幅波的頻譜圖。解答1.求載波頻率\(f_c\)、調(diào)制信號(hào)頻率\(f_{\Omega}\)、調(diào)幅系數(shù)\(m_a\):已知調(diào)幅波表達(dá)式\(u(t)=5(1+0.6\cos(2\pi\times10^3t))\cos(2\pi\times10^6t)\)。對(duì)于載波電壓\(u_c=U_c\cos(\omega_ct)\),這里\(\omega_c=2\pi\times10^6\rad/s\),所以載波頻率\(f_c=\frac{\omega_c}{2\pi}=10^6\Hz=1\MHz\)。對(duì)于調(diào)制信號(hào)電壓\(u_{\Omega}=U_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\),這里\(\omega_{\Omega}=2\pi\times10^3\rad/s\),所以調(diào)制信號(hào)頻率\(f_{\Omega}=\frac{\omega_{\Omega}}{2\pi}=10^3\Hz=1\kHz\)。調(diào)幅系數(shù)\(m_a\)由表達(dá)式中\(zhòng)(\cos(\omega_{\Omega}t)\)的系數(shù)決定,\(m_a=0.6\)。2.求該調(diào)幅波的頻帶寬度\(B_{AM}\):根據(jù)調(diào)幅波頻帶寬度公式\(B_{AM}=2f_{\Omega}\)。已知\(f_{\Omega}=1\kHz\),所以\(B_{AM}=2\times1\kHz=2\kHz\)。3.畫出該調(diào)幅波的頻譜圖:調(diào)幅波的頻譜由載波分量和上下邊頻分量組成。載波頻率\(f_c=1\MHz\),幅度為\(U_c=5\V\)。上邊頻頻率\(f_{c}+f_{\Omega}=1\MHz+1\kHz=1.001\MHz\),幅度為\(\frac{m_aU_c}{2}=\frac{0.6\times5}{2}=1.5\V\)。下邊頻頻率\(f_{c}f_{\Omega}=1\MHz1\kHz=0.999\MHz\),幅度為\(\frac{m_aU_c}{2}=1.5\V\)。頻譜圖以頻率\(f\)為橫軸,幅度為縱軸,畫出\(f=0.999\MHz\)、\(f=1\MHz\)、\(f=1.001\MHz\)處的譜線,\(f=1\MHz\)處幅度為\(5\V\),\(f=0.999\MHz\)和\(f=1.001\MHz\)處幅度為\(1.5\V\)。三、習(xí)題2.3題目已知某調(diào)幅發(fā)射機(jī),載波功率\(P_c=10\kW\),調(diào)幅系數(shù)\(m_a=0.8\),試求:1.邊頻功率\(P_{SB}\)。2.總功率\(P_{T}\)。解答1.求邊頻功率\(P_{SB}\):調(diào)幅波總功率\(P_T\)與載波功率\(P_c\)和邊頻功率\(P_{SB}\)的關(guān)系為\(P_T=P_c+P_{SB}\)。邊頻功率\(P_{SB}\)的計(jì)算公式為\(P_{SB}=P_c\frac{m_a^2}{2}\)。已知\(P_c=10\kW\),\(m_a=0.8\),則\(P_{SB}=10\times\frac{0.8^2}{2}=3.2\kW\)。2.求總功率\(P_{T}\):由\(P_T=P_c+P_{SB}\)。已求得\(P_c=10\kW\),\(P_{SB}=3.2\kW\),所以\(P_T=10+3.2=13.2\kW\)。四、習(xí)題2.4題目已知調(diào)制信號(hào)\(u_{\Omega}(t)=U_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\),載波電壓\(u_c(t)=U_c\cos(\omega_ct)\),設(shè)初始相位為零,試推導(dǎo)窄帶調(diào)頻波和窄帶調(diào)相波的表達(dá)式,并說(shuō)明它們之間的關(guān)系。解答1.窄帶調(diào)頻波表達(dá)式推導(dǎo):調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率\(\omega(t)=\omega_c+k_fu_{\Omega}(t)=\omega_c+k_fU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\)。當(dāng)為窄帶調(diào)頻時(shí),\(k_fU_{\Omega}\ll\omega_c\),此時(shí)相位\(\varphi(t)=\int_{0}^{t}\omega(\tau)d\tau=\omega_ct+\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t)\)。窄帶調(diào)頻波表達(dá)式\(u_{NBFM}(t)=U_c\cos(\omega_ct+\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t))\)。根據(jù)三角函數(shù)公式\(\cos(A+B)=\cosA\cosB\sinA\sinB\),將上式展開得\(u_{NBFM}(t)=U_c\cos(\omega_ct)\cos(\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t))U_c\sin(\omega_ct)\sin(\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t))\)。因?yàn)閈(k_fU_{\Omega}\ll\omega_c\),\(\cos(\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t))\approx1\),\(\sin(\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t))\approx\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\sin(\omega_{\Omega}t)\)。所以窄帶調(diào)頻波表達(dá)式為\(u_{NBFM}(t)=U_c\cos(\omega_ct)\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}U_c\sin(\omega_ct)\sin(\omega_{\Omega}t)\)。2.窄帶調(diào)相波表達(dá)式推導(dǎo):調(diào)相波的瞬時(shí)相位\(\varphi(t)=\varphi_c+k_pu_{\Omega}(t)=\varphi_c+k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\)。當(dāng)為窄帶調(diào)相時(shí),\(k_pU_{\Omega}\ll\omega_c\),窄帶調(diào)相波表達(dá)式\(u_{NBPM}(t)=U_c\cos(\varphi_c+k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t))\)。展開得\(u_{NBPM}(t)=U_c\cos(\varphi_c)\cos(k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t))U_c\sin(\varphi_c)\sin(k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t))\)。因?yàn)閈(k_pU_{\Omega}\ll\omega_c\),\(\cos(k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t))\approx1\),\(\sin(k_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t))\approxk_pU_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\)。所以窄帶調(diào)相波表達(dá)式為\(u_{NBPM}(t)=U_c\cos(\varphi_c)k_pU_{\Omega}U_c\sin(\varphi_c)\cos(\omega_{\Omega}t)\)。3.它們之間的關(guān)系:比較窄帶調(diào)頻波和窄帶調(diào)相波表達(dá)式,若令\(k_f=\frac{k_p}{\omega_{\Omega}}\),則窄帶調(diào)頻波和窄帶調(diào)相波表達(dá)式形式上是相似的。窄帶調(diào)頻波和窄帶調(diào)相波在窄帶情況下,其波形特點(diǎn)和頻譜結(jié)構(gòu)有相似之處,只是調(diào)制指數(shù)與調(diào)制參數(shù)的關(guān)系有所不同。窄帶調(diào)頻的調(diào)制指數(shù)為\(m_f=\frac{k_fU_{\Omega}}{\omega_{\Omega}}\),窄帶調(diào)相的調(diào)制指數(shù)為\(m_p=k_pU_{\Omega}\),當(dāng)\(k_f=\frac{k_p}{\omega_{\Omega}}\)時(shí),兩者調(diào)制指數(shù)在數(shù)值上有一定關(guān)聯(lián)。五、習(xí)題2.5題目已知某調(diào)頻波,載波頻率\(f_c=100\MHz\),調(diào)制信號(hào)頻率\(f_{\Omega}=1\kHz\),調(diào)頻指數(shù)\(m_f=10\),試求:1.調(diào)頻波的頻帶寬度\(B_{FM}\)。2.若調(diào)制信號(hào)幅度不變,頻率增大為\(f_{\Omega}'=2\kHz\),此時(shí)調(diào)頻波的頻帶寬度\(B_{FM}'\)。解答1.求調(diào)頻波的頻帶寬度\(B_{FM}\):根據(jù)調(diào)頻波頻帶寬度公式\(B_{FM}=2(m_f+1)f_{\Omega}\)。已知\(f_c=100\MHz\),\(f_{\Omega}=1\kHz\),\(m_f=10\),則\(B_{FM}=2(10+1)\times1\kHz=22\kHz\)。2.求調(diào)制信號(hào)頻率增大后的頻帶寬度\(B_{FM}'\):當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率變?yōu)閈(f_{\Omega}'=2\kHz\),調(diào)制信號(hào)幅度不變,調(diào)頻指數(shù)變?yōu)閈(m_f'=\frac{k_fU_{\Omega}}{f_{\Omega}'}\)。由于調(diào)制信號(hào)幅度不變,\(m_f=\frac{k_fU_{\Omega}}{f_{\Omega}}\),所以\(m_f'=\frac{f_{\Omega}}{f_{\Omega}'}m_f\)。這里\(f_{\Omega}=1\kHz\),\(f_{\Omega}'=2\kHz\),\(m_f=10\),則\(m_f'=\frac{1}{2}\times10=5\)。此時(shí)頻帶寬度\(B_{FM}'=2(m_f'+1)f_{\Omega}'\)。代入\(m_f'=5\),\(f_{\Omega}'=2\kHz\),得\(B_{FM}'=2(5+1)\times2\kHz=24\kHz\)。六、習(xí)題2.6題目已知某調(diào)相波,載波頻率\(f_c=50\MHz\),調(diào)制信號(hào)\(u_{\Omega}(t)=U_{\Omega}\cos(\omega_{\Omega}t)\),調(diào)相指數(shù)\(m_p=5\),試求:1.調(diào)制信號(hào)頻率\(f_{\Omega}\)為某值時(shí)調(diào)相波的頻帶寬度\(B_{PM}\)。2.若調(diào)制信號(hào)頻率增大一倍,調(diào)相波的頻帶寬度\(B_{PM}'\)。解答1.求調(diào)制信號(hào)頻率\(f_{\Omega}\)為某值時(shí)調(diào)相波的頻帶寬度

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