1、內(nèi)容安排,第一講 基礎(chǔ)知識(shí) 第二講 高頻放大器及設(shè)計(jì) 第三講 振蕩器及設(shè)計(jì) 第四講 調(diào)幅與調(diào)頻通信及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第五講 設(shè)計(jì)舉例,參考資料,1. 謝自美 主編.電子線路綜合設(shè)計(jì).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006 2. 高吉祥 主編.高頻電子線路設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2007 3. 謝自美 主編.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第二版）. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000 4. 李晉炬 編著.通信電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006 5.于海勛,鄭長(zhǎng)明. 高頻電路實(shí)驗(yàn)與仿真.北京：科學(xué)出版社, 2005.,第一講 基礎(chǔ)知識(shí),一、理論基礎(chǔ) 二、測(cè)量基礎(chǔ) 三、設(shè)計(jì)與布線基礎(chǔ),一、理論

2、基礎(chǔ),1.通信系統(tǒng)（以調(diào)幅為例） 2.高頻小信號(hào)放大器 3.高頻功率放大器 4.高頻振蕩器 5.頻譜變換 6.反饋控制電路,1.調(diào)幅通信系統(tǒng),包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。 發(fā)射機(jī)組成框圖：,圖1-1 調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)框圖,產(chǎn)生載波,聲電轉(zhuǎn)換,載波放大,振幅調(diào)制,調(diào)幅接收機(jī),接收機(jī)框圖,圖1-2 超外差式調(diào)幅接收機(jī)框圖,混頻器：對(duì)本振信號(hào)和高頻輸入信號(hào)相乘運(yùn)算，輸出固定的差拍頻率（中頻）， 有利于后級(jí)中頻放大器設(shè)計(jì)。 本振：頻率穩(wěn)定度很高的高頻振蕩器，振蕩頻率隨輸入信號(hào)頻率改變而改變。 高質(zhì)量接收機(jī)用頻率合成方式產(chǎn)生本振頻率。,2.高頻小信號(hào)放大器,技術(shù)指標(biāo) 高頻小信號(hào)放大器的技術(shù)指標(biāo)有中心頻率f0、增益A

3、V、帶寬BW0.7和矩形系數(shù)Kr0.1和噪聲系數(shù)NF。,（1）中心頻率 中心頻率是指調(diào)諧放大器的工作頻率，在此頻率上，調(diào)諧放大器增益最大。它是調(diào)諧放大器的重要性能指標(biāo)，同時(shí)也是選擇有源放大器和計(jì)算調(diào)諧回路設(shè)計(jì)參數(shù)的重要依據(jù)。 （2）增益Av: 電壓和功率增益,帶寬和矩形系數(shù),（3）帶寬和矩形系數(shù),圖1-3 帶寬和矩形系數(shù),矩形系數(shù),矩形系數(shù)大于1，越小放大器性能越接近理想。,噪聲系數(shù),（4）噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)用輸入信號(hào)噪聲功率比(S/N)i與輸出噪聲功率比(S/N)o定義。通常用dB表示。,噪聲系數(shù)反映了信號(hào)從電路輸入端傳到輸出端時(shí)，信噪比的惡化程度。 NF=0dB時(shí)，說(shuō)明放大器時(shí)理想的，沒有

4、引入噪聲。 通信系統(tǒng)是由多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，而系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要由第一級(jí)決定。越往后級(jí)，對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)影響越小。因此，接收機(jī)前端放大器必須采用低噪聲放大器。,高頻小信號(hào)放大器特點(diǎn)和電路,（1）頻帶放大器:帶寬問(wèn)題 （2）有窄帶和寬帶放大器之分：負(fù)載有調(diào)諧回路的為窄帶放大器 （3）增益不是很大：30dB （4）工作穩(wěn)定性問(wèn)題：采用負(fù)反饋，犧牲增益增加穩(wěn)定性；采用結(jié)電容小的管子,圖1-4 單調(diào)諧放大器電路圖,最高頻率：功率放大倍數(shù)為1,2.高頻諧振功率放大器,1.特點(diǎn)：靜態(tài)時(shí)管子截止，大信號(hào)輸入管子導(dǎo)通，工作在C類。 導(dǎo)通角90，效率較高。 2.與高頻小信號(hào)放大器區(qū)別：高頻諧振功放工作在大信號(hào)狀態(tài)，輸入

5、信號(hào)幾百毫伏到幾伏，晶體管工作在非線性狀態(tài)，工作在C類，輸出功率大，效率較高。小信號(hào)諧振放大器工作在小信號(hào)狀態(tài)，輸入信號(hào)微伏到毫伏級(jí)，晶體管工作在線性區(qū)域，工作在A類，輸出功率小，效率不高（最高50%）。,電路和工作狀態(tài),原理電路如圖1-5. 工作狀態(tài)：欠壓、臨界、過(guò)壓。 欠壓：基極調(diào)幅用。由于效率低，功率管容易燒壞，一般不用。 臨界：輸出功率最大，發(fā)射機(jī)末端用。 過(guò)壓：效率可達(dá)最大，管子耗散功率小，工作比較安全，功放中間級(jí)用、集電極調(diào)幅用。,圖1-5 高頻諧振功放電路與負(fù)載特性,設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介,具體設(shè)計(jì)方法和計(jì)算步驟如下： （1）利用公式 計(jì)算出導(dǎo)通角。 VBE為管子起始導(dǎo)通電壓，Vbm為基極

6、輸入電壓峰值。 （2）查余弦脈沖分解系數(shù)表得出1、0和。 （3）一般給定輸出功率Po，由公式 可以計(jì)算出Ic1m。 （4）由公式 ，計(jì)算出Ic0。 （5）由公式PD=VCCIc0計(jì)算出電源提供功率。 （6）由公式PT=PD-PO計(jì)算出管子消耗功率。 （7）最后由公式 計(jì)算出效率。 以上只是理論計(jì)算結(jié)果，實(shí)際設(shè)計(jì)高頻諧振功率放大器時(shí)，需要耐心調(diào)試與測(cè)試，才能使設(shè)計(jì)電路符合要求。,4.高頻振蕩器,范圍應(yīng)用：載波源、本振 電路組成：基本放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò) 起振、平衡、穩(wěn)定條件：振幅條件和相位條件 實(shí)際電路：三點(diǎn)式、晶振（基音、泛音）、VCO、PLL頻率合成 性能指標(biāo)：頻率穩(wěn)定度、輸出電平穩(wěn)

7、定度和波形失真,原理電路,三點(diǎn)式振蕩電路：電容、電感三點(diǎn)式,圖1-6 三點(diǎn)式振蕩器原理圖,電容三點(diǎn)式振蕩器的反饋元件為電容，因此諧波失真小，波形好，頻率調(diào)節(jié) 不方便且頻率覆蓋系數(shù)小。電感三點(diǎn)式振蕩器反饋元件為電感，諧波失真大， 波形差，振蕩頻率最大幾十MHz，容易起振，頻率覆蓋系數(shù)大是其優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)際設(shè)計(jì)中，高頻率穩(wěn)定度的電容三點(diǎn)式振蕩器用的比較多，比較典型的有 克拉潑振蕩器和西勒振蕩器。,克拉潑與西勒振蕩器,電容三點(diǎn)式振蕩器 共基極 克拉潑： 特點(diǎn)：振蕩頻率與C3有關(guān)，與晶體管結(jié)電容無(wú)關(guān)，頻穩(wěn)度高。但頻率覆蓋系數(shù)小。 西勒： 特點(diǎn)：接入系數(shù)小，頻率穩(wěn)定度高，頻率覆蓋系數(shù)大，應(yīng)用廣泛。,圖1-7

8、 克拉潑與西勒振蕩原理電路,C1C3，C2C3，則CC3，,5.頻譜變換與電路,頻 譜 變 換,頻譜搬移,頻譜非線性變換,幅度調(diào)制和解調(diào),混頻,倍頻,調(diào)頻,鑒頻,限幅,AM、DSB、SSB,包絡(luò)檢波和同步檢波,直接調(diào)頻,間接調(diào)頻,變?nèi)荻O管調(diào)頻,晶體管振蕩器直接調(diào)頻,電容話筒調(diào)頻,斜率鑒頻、相位鑒頻、比例鑒頻,鎖相鑒頻,鎖相調(diào)頻,振幅調(diào)制與解調(diào)原理,振幅調(diào)制數(shù)學(xué)原理,調(diào)制信號(hào),載波信號(hào),振幅解調(diào)原理 大信號(hào)二極管包絡(luò)檢波：二極管和RC低通濾波電路 同步檢波：輸入振幅調(diào)制信號(hào)和恢復(fù)載波,振幅調(diào)制電路,高電平調(diào)幅 高頻功率放大和振幅調(diào)制同時(shí)進(jìn)行，用高頻諧振功放實(shí)現(xiàn)。工作在過(guò)壓狀態(tài)。電路略。 低電平

9、調(diào)幅 先調(diào)幅再功率放大?？捎媚M相乘器實(shí)現(xiàn)。,圖1-8 MC1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路,載波輸入,調(diào)制信號(hào)輸入,振幅調(diào)制波形與測(cè)量,振幅調(diào)制波形,圖1-9 振幅調(diào)制波形與測(cè)量方法,(a) AM波形峰谷法測(cè)量,(b) AM波形梯形法測(cè)量,(c) DSB波形,調(diào)幅度,梯形法：將AM信號(hào)送到示波器垂直通道，調(diào)制信號(hào)送到水平通道，示波器 上顯示波形，用上式可以計(jì)算調(diào)制系數(shù)m。通過(guò)觀察A、B間的連線是否為直 線可以判斷調(diào)制過(guò)程中有無(wú)明顯的非線性失真。,頻率調(diào)制原理,調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：,調(diào)頻信號(hào)帶寬：,調(diào)頻信號(hào)波形：載波頻率隨調(diào)制信號(hào)幅度而改變的疏密波， 載波幅度不變,調(diào)頻信號(hào)指標(biāo)：最大頻偏fm,頻率

10、調(diào)制電路,變?nèi)荻O管調(diào)頻電路,圖1-10 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路,本質(zhì)上是一個(gè)壓控振蕩器VCO,鑒頻電路通常調(diào)試比較復(fù)雜，故設(shè)計(jì)時(shí)一般用集成電路實(shí)現(xiàn)，如MC3362內(nèi)部 就集成有乘積型相位鑒頻器。,混頻原理和電路,數(shù)學(xué)原理,圖1-11 混頻電路模型,混頻器的主要技術(shù)指標(biāo)有混頻增益、1dB壓縮點(diǎn)、 三階互調(diào)阻斷點(diǎn)、噪聲系數(shù)和隔離度。,混頻器在產(chǎn)生中頻信號(hào)的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多的 混頻失真，接收機(jī)中絕大多數(shù)失真來(lái)自混頻器。 常見的混頻干擾和失真有鏡頻干擾，交叉調(diào)制 失真和互調(diào)干擾。,圖1-12 混頻電路,6.反饋控制電路,自動(dòng)增益控制電路（AGC） 作用：當(dāng)輸入小信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)高增益，當(dāng)輸入大信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)低

11、增益。輸入信號(hào)幅度變換范圍較大時(shí)，輸出幅度基本不變。調(diào)幅接收機(jī)中可明顯改善輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，通常從檢波輸出反饋到高放和中放電路，自動(dòng)調(diào)節(jié)高放和中放增益。 自動(dòng)頻率控制電路（AFC） 作用：通過(guò)頻率負(fù)反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)本振頻率穩(wěn)定在預(yù)期頻率上。調(diào)頻接收機(jī)中使用較多，通常從鑒頻器輸出反饋到本振端，本振一般采用VCO。 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路PLL） 通信系統(tǒng)中用途最廣泛，大都采用集成PLL電路實(shí)現(xiàn)，環(huán)路鎖定后，輸出頻率鎖定在輸入頻率上，無(wú)頻率差，可用來(lái)產(chǎn)生高穩(wěn)定的本振信號(hào)。也可用于頻率調(diào)制和鑒頻。以后將詳細(xì)介紹具體應(yīng)用。,AGC和AFC原理電路,圖1-13 調(diào)幅接收機(jī)電路 AGC原理：信號(hào)|AGC

12、|D1截止R2,D1對(duì)T1無(wú)負(fù)載作用T1負(fù)載電阻T1增益 AFC原理：VCOfI+f鑒頻輸出電壓VCO 圖1-14帶AFC的接收機(jī)電路和VCO特性,鎖相環(huán)原理,PLL原理框圖,圖1-15 PLL的組成框圖,環(huán)路鎖定后：f0=fi,由于有VCO的存在，PLL的輸出頻率在一定范圍內(nèi)才可能等于輸入信號(hào)頻率。 理解這一點(diǎn)是理解鎖相環(huán)的關(guān)鍵。,圖1-16 鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型,鎖相環(huán)應(yīng)用,鎖相分頻（倍頻）圖(a) f0 = Nfi 鎖相混頻 圖(b) 鎖相調(diào)頻和鑒頻 圖(c)(d) 鎖相頻率合成 圖(e) 設(shè)晶振頻率為fr，輸出頻率為fo，則 fr與fo的關(guān)系為當(dāng)參考頻率fr一定時(shí)， 改變可變程序分頻比可以改變輸出頻 率fo，并且步進(jìn)間隔為 。,圖1-17 PLL的應(yīng)用,(a),(b),(c),(d),(e),鎖相調(diào)頻和鑒頻電路,高頻鎖相環(huán)NE564,圖1-18 NE564內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鎖相鑒頻和調(diào)頻電路,二、測(cè)量基礎(chǔ),1.高頻測(cè)量?jī)x器 示波器：高頻信號(hào)測(cè)量需要高阻抗探頭。 高頻信號(hào)源：輸出幅度Vrms，單位dBuV,uV,mV,dBm，注意換算關(guān)系。,儀器連接與接地,儀器連接與接地,頻譜分析儀,可以測(cè)量微弱射頻信號(hào) 頻率、電平幅度、諧波 和噪聲分布。 -110dBm+13dBm,三、設(shè)計(jì)與布線基礎(chǔ),1.元器件布局