高頻電路的一般設(shè)計方法及設(shè)計實例電子電路種類很多，千差萬別，設(shè)計方法和步驟也因不同情況而異。這里給出高頻電路設(shè)計的一般步驟，以供參考，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活掌握。一、高頻電路的一般設(shè)計方法1.總體實現(xiàn)方案的選擇

由課題要求實現(xiàn)的電路功能及性能指標(biāo)，決定最終實現(xiàn)電路的構(gòu)成。2.單元電路形式的選擇

根據(jù)課題要求實現(xiàn)的電路性能指標(biāo)，確定總體實現(xiàn)方案中，各單元電路的形式。3.電路參數(shù)的計算

根據(jù)所選單元電路的形式，對組成電路的各元器件的值進(jìn)行計算。4.元器件的選擇

元器件的選擇，除了要考慮計算出的參數(shù)值外，還要遵從節(jié)約電路成本，元器件購買方便，以及盡量利用現(xiàn)有條件實現(xiàn)的原則。以上各步驟之間不是絕對獨(dú)立的，往往需要交叉進(jìn)行，尤其是有時受到元器件選擇的限制，常會推翻最初的設(shè)計方案，從頭來做。所以，在進(jìn)行電路設(shè)計之初，要先把可能限制電路實現(xiàn)的因素考慮好，再著手設(shè)計，往往可以達(dá)到事半功倍的效果。在完成電路設(shè)計之后，可以使用計算機(jī)輔助分析軟件（例如Pspice）進(jìn)行電路仿真，做初步調(diào)整，然后到實驗室裝調(diào)電路，在調(diào)試中分析和解決常見的電路故障。二、高頻電路設(shè)計舉例真正實用的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)項目較多，因為學(xué)生剛接觸到這方面的知識，所以給定的題目中只是要求結(jié)合基礎(chǔ)知識完成幾項主要技術(shù)指標(biāo)。而整機(jī)電路形式的選取可以是分立元件為主，分立與集成電路混合，也可以是單片集成發(fā)射與接收系統(tǒng)。任務(wù)：小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)：載波頻率f0=2MHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3/分鐘，輸出負(fù)載RL=75Ω，發(fā)射功率（輸出負(fù)載RL上的功率）P0≥10mW，調(diào)制度ma=30%～80%可調(diào)，調(diào)制頻率F=500Hz～3kHz。(一)實現(xiàn)方案的選擇1．調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)分析

圖1為最基本的調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)框圖。主要由主振蕩器、緩沖級、高頻小信號放大器、調(diào)制器、高頻功率放大器、低頻電壓放大器等電路組成。圖1調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)框圖在組成電路中，除了主振器、調(diào)制器、調(diào)制信號是最基本的組成單元，不能缺少外，其他單元電路的選擇，主要根據(jù)設(shè)計指標(biāo)要求來確定。緩沖級將主振器與其后一級隔離，以減小后級對振蕩器頻率穩(wěn)定度及振蕩波形的影響。所以，是否選擇該單元電路，主要根據(jù)電路對穩(wěn)定性的要求高低。一般情況下，需要選擇該電路。高頻放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制，為驅(qū)動調(diào)制級提供足夠的增益。是否選擇該單元電路，主要根據(jù)所選擇的振幅調(diào)制電路決定。即：如果選用低電平調(diào)幅電路（如用集成模擬乘法器做振幅調(diào)制器），由于這種調(diào)制器為小信號輸入，振蕩器輸出電壓一般能夠滿足要求，就不需要該放大電路；而如果采用高電平調(diào)幅電路（如集電極調(diào)幅電路），由于它要求大信號輸入，振蕩器輸出電壓不能滿足時，就要使用一至二級高頻放大器。功率放大器是調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的末級，它的任務(wù)是提供發(fā)射系統(tǒng)所需要的輸出功率。是否選擇該電路，主要根據(jù)系統(tǒng)對發(fā)射功率的要求。如果由調(diào)幅電路輸出的功率能滿足性能要求的話，就可以不再其后加功率放大電路，否則，就不能省略。2．本設(shè)計任務(wù)總體實現(xiàn)方案的確定根據(jù)以上對調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成電路選擇方法的介紹，結(jié)合設(shè)計任務(wù)中給定的技術(shù)指標(biāo)，確定總體實現(xiàn)方案如下：方案一：低電平調(diào)幅發(fā)射機(jī)由于設(shè)計任務(wù)要求實現(xiàn)的是小功率發(fā)射機(jī)，發(fā)射功率（輸出負(fù)載RL上的功率）P0為10mW即可。所以，可以利用提供的集成模擬乘法器MC1496，組成低電平調(diào)幅電路。系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2低電平調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖方案二：高電平調(diào)幅發(fā)射機(jī)因為設(shè)計任務(wù)中對發(fā)射功率并沒有限制上限值，所以，也可以采用高電平調(diào)幅電路組成發(fā)射系統(tǒng)，如圖3所示。若緩沖級輸出電壓能滿足高電平調(diào)幅電路的要求，并且最終負(fù)載上的輸出功率也滿足指標(biāo)要求時，則應(yīng)力求電路結(jié)構(gòu)簡單，去除高頻放大電路。圖3高電平調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖（二）單元電路形式的選擇1．調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)各單元電路的分析（1）主振器主振器就是高頻振蕩器，根據(jù)載波頻率的高低和頻率穩(wěn)定度來確定電路形式。在頻率穩(wěn)定度要求不高的情況下，可以采用電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路，如克拉潑、西勒電路。頻率穩(wěn)定度要求高的情況下，可以采用晶體振蕩器，也可以采用單片集成振蕩電路。（2）緩沖級緩沖級通常采用射極跟隨器，基本原理是利用它的輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)，在電路中起著阻抗變換的作用。（3）高頻放大器高頻放大器屬于線性放大器。根據(jù)電路所需要的電壓增益和選擇性，來確定電路形式。一般電路形式有單調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。在對放大器選擇性要求不高的場合，可以選用單調(diào)諧放大器。為提高放大器的電壓增益，可以選擇多級放大器級聯(lián)的電路形式。（4）振幅調(diào)制器振幅調(diào)制器的任務(wù)是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)幅波的形式傳送出去。通常有低電平調(diào)幅和高電平調(diào)幅兩種實現(xiàn)電路。低電平調(diào)幅電路輸出功率小，適用于低功率系統(tǒng)。它的電路形式有多種，如斬波調(diào)幅器、平衡調(diào)幅器、模擬乘法器調(diào)幅等，比較常用的是采用模擬乘法器形式制成的集成調(diào)幅電路，即集成模擬乘法器調(diào)幅。這種集成電路的出現(xiàn)，使產(chǎn)生高質(zhì)量調(diào)幅信號的過程變得極為簡單，而且成本很低。高電平調(diào)幅電路輸出功率大，一般在系統(tǒng)末級直接產(chǎn)生滿足發(fā)射要求的調(diào)幅波。它的電路形式主要有集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅兩種。集電極調(diào)幅電路的優(yōu)點(diǎn)是效率高，晶體管獲得充分的應(yīng)用；缺點(diǎn)是需要大功率的調(diào)制信號源。基極調(diào)幅電路的優(yōu)缺點(diǎn)正好與之相反，它的平均集電極效率不高，但所需的調(diào)制功率很小，有利于調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)的小型化。（5）功率放大器功率放大器主要有甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）、丙類功放，根據(jù)功放的輸出功率和效率來確定選擇哪一種。采用低電平調(diào)幅電路的系統(tǒng)，由于調(diào)制器輸出信號為調(diào)幅波，其后的功率放大器必須是線性的（如甲類、甲乙類或乙類功放）；而采用高電平調(diào)幅電路的系統(tǒng)，則在末級直接產(chǎn)生達(dá)到輸出功率要求的調(diào)幅波，多以丙類放大器作為此時的末級電路。2．設(shè)計任務(wù)單元電路形式的確定根據(jù)以上對調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)單元電路形式的介紹，結(jié)合本設(shè)計任務(wù)的技術(shù)指標(biāo)，確定各單元電路形式如下：由于技術(shù)指標(biāo)中對主振器的頻率和頻率穩(wěn)定度要求不高，所以，采用西勒振蕩電路；緩沖級采用射極跟隨器；低電平調(diào)幅電路采用集成模擬乘法器實現(xiàn)；高電平電路采用基極調(diào)幅電路。（三）電路參數(shù)計算根據(jù)以上確定的單元電路形式，下面給出具體的電路，以及組成電路的各元件值的計算方法。1．主振器圖4為西勒振蕩電路。它被接成共基極組態(tài)，Cb為基極旁路電容。其靜態(tài)工作點(diǎn)由偏置電阻Rb1、Rb2、Re、Rc決定。電容C1、C2、C3、C4與電感L1組成振蕩回路。振蕩器輸出信號一般盡可能從低阻抗點(diǎn)取出，以減弱外接負(fù)載對振蕩幅度、頻率穩(wěn)定度的影響。本電路從發(fā)射極取出信號送給下一級。（1）偏置電阻值的計算偏置電阻決定靜態(tài)工作點(diǎn)，所以，要先確定振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ。一般小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ為（1～4）mA，設(shè)計時可以在此范圍內(nèi)任取一值，如取ICQ=2mA。根據(jù)所選晶體管型號確定電流放大系數(shù)β的值。則：

為便于調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，實際電路中Rb1常用固定值的電阻與電位器串聯(lián)。（2）振蕩回路元件值的計算根據(jù)西勒振蕩器的原理，C3<<C1，C3<<C2，回路的振蕩頻率f0主要由C3、C4和L1決定，即

而一般諧振回路的電感L與電容值之間關(guān)系取為

由此確定L1、C3、C4的值。電容C1、C2由反饋系數(shù)F=C1/C2，以及電路條件C3<<C1，C3<<C2決定。一般F取1/8～1/2。以上估算各電容值時，應(yīng)盡量選取標(biāo)稱電容值。為便于調(diào)整振蕩頻率，實際電路中C4可用固定值的電容與可變電容器并聯(lián)。（3）旁路電容值的選取一般應(yīng)使旁路電容Cb的容抗為與其并聯(lián)的電阻值的1/20～1/10。但是，當(dāng)與其并聯(lián)的電阻值較大時，應(yīng)當(dāng)使Cb的容抗為幾十歐姆甚至幾歐姆。這里選取標(biāo)稱值。2．緩沖級圖5為射極跟隨器電路，即共集電極組態(tài)的放大器。其靜態(tài)工作點(diǎn)由偏置電阻Rb1、Rb2、Re決定。C1、C2分別為輸入、輸出耦合電容。（1）偏置電阻值的計算射極跟隨器的靜態(tài)工作電流ICQ一般為（3～10）mA，設(shè)計時可以在此范圍內(nèi)任取一值，如取ICQ=4mA。根據(jù)所選晶體管型號確定電流放大系數(shù)的值。而Rb1、Rb2、Re值的計算方法，則與主振器中偏置電阻值的計算方法相同，請參照計算。為便于電路調(diào)整，實際電路中Re可用固定值的電阻與電位器串聯(lián)。（2）級間耦合電容的選取級間耦合電容值的大小，主要由前后級之間的隔離度決定。為減小射隨器對前級振蕩電路的影響，耦合電容C1不能太大，一般為pF級。而射隨電路輸出耦合電容C2可以取大些，如。3．低電平調(diào)幅電路采用集成模擬乘法器MC1496構(gòu)成的調(diào)幅電路，如圖6所示。電路采用雙電源供電方式。載波信號從10腳（VX端）輸入，C3為高頻旁路電容，使8腳交流接地；調(diào)制信號從1腳（VY端）輸入，C4為低頻旁路電容，使4腳交流接地。調(diào)幅信號從12腳單端輸出。電阻R6、R7、R8、R9、R10提供靜態(tài)偏置電阻，保證乘法器內(nèi)部的各個晶體管工作于放大狀態(tài)，阻值的選取應(yīng)使得下列靜態(tài)偏置電壓關(guān)系式成立：

根據(jù)器件參數(shù)要求，5腳靜態(tài)偏置電流I5應(yīng)小于4mA，一般取I5=1mA，則

可見，在確定負(fù)電源電壓VEE后，可得電阻R5的值。引腳2與3之間的外接負(fù)反饋電阻Re，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴(kuò)展調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍。其值增大，線性范圍增大，但乘法器的增益會減小。電阻R1、R2與電位器RP組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變RP的值可以使乘法器輸出有載波的普通調(diào)幅波或抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。4．基極調(diào)幅電路圖7為基極調(diào)幅電路，載波和調(diào)制信號同時加在晶體管的基極，調(diào)幅波從集電極的諧振回路取出。為使晶體管工作狀態(tài)為甲乙類或乙類，需要預(yù)先確定基極偏置電阻的值。根據(jù)晶體管型號確定截止電壓VBE的值。若選擇乙類工作狀態(tài)，則基極靜態(tài)偏置電壓VBQ=VBE。由，確定Rb1、Rb2的值，一般這兩個電阻值應(yīng)選為kΩ數(shù)量級。電阻Re一般取幾百歐姆。

諧振回路電感L和電容C的值，依據(jù)載波頻率確定。電感L采用帶磁芯的變壓器，以便調(diào)節(jié)磁芯改變電感量，達(dá)到調(diào)諧；同時，也可以實現(xiàn)阻抗匹配。

集電極等效負(fù)載電阻，式中P0為設(shè)計任務(wù)中要求達(dá)到的發(fā)射功率；表示晶體管集電極、發(fā)射極間的飽和壓降，一般為1V左右。

設(shè)變壓器初級線圈匝數(shù)N1，次級線圈匝數(shù)N2，集電極接入初級線圈的匝數(shù)N0，則匝數(shù)比由以下兩式確定：式中RL表示任務(wù)指標(biāo)中給出的發(fā)射機(jī)輸出負(fù)載。5．線性功率放大器圖8為甲類線性功放電路，適用于中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，所以，集電極靜態(tài)電流ICQ與集電極交流的振幅ICm