电子设计-高频部分

《电子设计-高频部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子设计-高频部分（31页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,内容安排,第一讲 基础知识,第二讲 高频放大器及设计,第三讲 振荡器及设计,第四讲 调幅与调频通信及系统设计,第五讲 设计举例,参考资料,1.,谢自美 主编,.,电子线路综合设计,.,武汉：华中科技大学出版社，,2006,2.,高吉祥 主编,.,高频电子线路设计,.,北京：电子工业出版社，,2007,3.,谢自美 主编,.,电子线路设计,实验,测试,（第二版）,.,武汉：华中科技大学出版社，,2000,4.,李晋炬 编著,.,通信电路与系统实验教程,.,北京：北京理工大学出版社，,2006,5.,于海

2、勋,郑长明,.,高频电路实验与仿真,.,北京：科学出版社,2005.,第一讲 基础知识,一、理论基础,二、测量基础,三、设计与布线基础,一、理论基础,1.,通信系统（以调幅为例）,2.,高频小信号放大器,3.,高频功率放大器,4.,高频振荡器,5.,频谱变换,6.,反馈控制电路,1.,调幅通信系统,包括,发射机和接收机。,发射机组成框图：,图,1-1,调幅发射系统框图,产生载波,声电转换,载波放大,振幅调制,调幅接收机,接收机框图,图,1-2,超外差式调幅接收机框图,混频器：,对本振信号和高频输入信号相乘运算，输出固定的差拍频率（中频），,有利于后级中频放大器设计。,本振：,频率稳定度很高的高

3、频振荡器，振荡频率随输入信号频率改变而改变。,高质量接收机用,频率合成,方式产生本振频率。,2.,高频小信号放大器,技术指标,高频小信号放大器的技术指标有中心频率,f,0,、增益,A,V,、带宽,BW,0.7,和矩形系数,K,r0.1,和噪声系数,NF,。,（,1,）中心频率,中心频率是指调谐放大器的工作频率，在此频率上，调谐放大器增益最大。它是调谐放大器的重要性能指标，同时也是选择有源放大器和计算调谐回路设计参数的重要依据。,（,2,）增益,Av:,电压和功率增益,带宽和矩形系数,（,3,）带宽和矩形系数,图,1-3,带宽和矩形系数,矩形系数,矩形系数大于,1,，越小放大器性能越接近理想。,

4、噪声系数,（,4,）噪声系数：噪声系数用输入信号噪声功率比,(S/N)i,与输出噪声功率比,(S/N)o,定义。通常用,dB,表示。,噪声系数反映了信号从电路输入端传到输出端时，信噪比的恶化程度。,N,F,=0dB,时，说明放大器时理想的，没有引入噪声。,通信系统是由多级级联而成，而系统的噪声系数主要由第一级决定。越往后级，对系统噪声系数影响越小。因此，接收机前端放大器必须采用低噪声放大器。,高频小信号放大器特点和电路,（,1,）频带放大器,:,带宽问题,（,2,）有窄带和宽带放大器之分：负载有调谐回路的为窄带放大器,（,3,）增益不是很大：,30dB,（,4,）工作稳定性问题：采用负反馈，牺

5、牲增益增加稳定性；采用结电容小的管子,图,1-4,单调谐放大器电路图,最高频率：功率放大倍数为,1,2.,高频谐振功率放大器,1.,特点：静态时管子截止，大信号输入管子导通，工作在,C,类。,导通角,C,3,，,C,2,C,3,，则,C,C,3,，,5.,频谱变换与电路,频,谱,变,换,频谱搬移,频谱非线性变换,幅度调制和解调,混频,倍频,调频,鉴频,限幅,AM,、,DSB,、,SSB,包络检波和同步检波,直接调频,间接调频,变容二极管调频,晶体管振荡器直接调频,电容话筒调频,斜率鉴频、相位鉴频、比例鉴频,锁相鉴频,锁相调频,振幅调制与解调原理,振幅调制数学原理,调制信号,载波信号,振幅解调原

6、理,大信号二极管包络检波：二极管和,RC,低通滤波电路,同步检波：输入振幅调制信号和恢复载波,振幅调制电路,高电平调幅,高频功率放大和振幅调制同时进行，用高频谐振功放实现。工作在过压状态。电路略。,低电平调幅,先调幅再功率放大。可用模拟相乘器实现。,图,1-8 MC1496,构成的振幅调制电路,载波输入,调制信号输入,振幅调制波形与测量,振幅调制波形,图,1-9,振幅调制波形与测量方法,(a)AM,波形峰谷法测量,(b)AM,波形梯形法测量,(c)DSB,波形,调幅度,梯形法：将,AM,信号送到示波器垂直通道，调制信号送到水平通道，示波器,上显示波形，用上式可以计算调制系数,m,。通过观察,A

7、,、,B,间的连线是否为直,线可以判断调制过程中有无明显的非线性失真。,频率调制原理,调频信号的数学表达式：,调频信号带宽：,调频信号波形：,载波频率随调制信号幅度而改变的疏密波，,载波幅度不变,调频信号指标：,最大频偏,f,m,频率调制电路,变容二极管调频电路,图,1-10,变容二极管调频电路,本质上是一个压控振荡器,VCO,鉴频电路通常调试比较复杂，故设计时一般用集成电路实现，如,MC3362,内部,就集成有乘积型相位鉴频器。,混频原理和电路,数学原理,图,1-11,混频电路模型,混频器的主要技术指标有,混频增益、,1dB,压缩点、,三阶互调阻断点、噪声系数和隔离度,。,混频器在产生中频信

8、号的同时，会产生很多的,混频失真，接收机中绝大多数失真来自混频器。,常见的,混频干扰和失真有镜频干扰，交叉调制,失真和互调干扰。,图,1-12,混频电路,6.,反馈控制电路,自动增益控制电路（,AGC,）,作用：当输入小信号时，系统高增益，当输入大信号时，系统低增益。输入信号幅度变换范围较大时，输出幅度基本不变。调幅接收机中可明显改善输入信号动态范围，通常从检波输出反馈到高放和中放电路，自动调节高放和中放增益。,自动频率控制电路（,AFC,）,作用：通过频率负反馈，自动调节本振频率稳定在预期频率上。调频接收机中使用较多，通常从鉴频器输出反馈到本振端，本振一般采用,VCO,。,自动相位控制电路（

9、锁相环路,PLL,）,通信系统中用途最广泛，大都采用集成,PLL,电路实现，环路锁定后，输出频率锁定在输入频率上，无频率差，可用来产生高稳定的本振信号。也可用于频率调制和鉴频。以后将详细介绍具体应用。,AGC,和,AFC,原理电路,图,1-13,调幅接收机电路,AGC,原理：,信号,|AGC|D1,截止,R2,D1,对,T1,无负载作用,T1,负载电阻,T1,增益,AFC,原理,：,VCO,f,I,+,f,鉴频输出电压,VCO,图,1-14,带,AFC,的接收机电路和,VCO,特性,锁相环原理,PLL,原理框图,图,1-15 PLL,的组成框图,环路锁定后：,f,0,=,f,i,由于有,VCO

10、,的存在，,PLL,的输出频率在一定范围内才可能等于输入信号频率。,理解这一点是理解锁相环的关键。,图,1-16,锁相环路的数学模型,锁相环应用,锁相分频（倍频）图,(a),f,0,=N,f,i,锁相混频 图,(b),锁相调频和鉴频 图,(c)(d),锁相频率合成 图,(e),设晶振频率为,f,r,，输出频率为,f,o,，则,f,r,与,f,o,的关系为当参考频率,f,r,一定时，,改变可变程序分频比可以改变输出频,率,f,o,，并且步进间隔为,。,图,1-17 PLL,的应用,(a),(b),(c),(d),(e),锁相调频和鉴频电路,高频锁相环,NE564,引脚,功能,引脚,功能,1,正电

11、源输入,9,VCO,输出,TTL,2,环路增益控制,10,正电源输入,3,从,VCO,到,PD,输入,11,VCO,输出,2,4,LF,12,频率设置电容,5,LF,13,频率设置电容,6,FM/RF,输入,14,模拟输出,7,偏置滤波器,15,磁滞设置,8,地,16,TTL,输出,图,1-18 NE564,内部结构，锁相鉴频和调频电路,二、测量基础,1.,高频测量仪器,示波器：,高频信号测量需要高阻抗探头,。,高频信号源：,输出幅度,Vrms,，单位,dBuV,uV,mV,dBm,，注意换算关系。,仪器连接与接地,仪器连接与接地,频谱分析仪,可以测量微弱射频信号,频率、电平幅度、谐波,和噪声分布。,-110dBm+13dBm,三、设计与布线基础,1.,元器件布局,基本原则：,高频元件的放置要尽量紧凑，从而可以缩短布线长度，降低信号线的交叉干扰。,2.,布线设计,基本原则：,尽量减小分布电容和分布电感。,元器件引脚尽量短、强、若信号线分开、布线走向能直勿弯、需要转折时不要,90,转向，可,45,折线或圆弧曲线转折、尽量缩小环路面积、布线时应考虑尽量减小分布电容。,3.,接地和抗干扰,信号接地：,电流返回源的低阻抗路径。,高频多点接地，低频一点接地。,抗干扰措施：,屏蔽、隔离和滤波。,