电子设计—高频部分培训讲学.ppt

电子设计高频部分第一讲第一讲 基础知识基础知识 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：图图1-1 1-1 调幅发射系统框图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图1-2 1-2 超外差式调幅接收机框图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f0、增益AV、带宽BW0.7和矩形系数Kr0.1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）带宽和矩形系数图图1-3 1-3 带宽和矩形系数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。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。NF=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，牺牲增益增加稳定性；采用结电容小的管子图图1-4 1-4 单调谐放大器电路图单调谐放大器电路图最高频率：功率放大倍数为12.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C3，C2C3，则CC3，5.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。图图1-8 MC14961-8 MC1496构成的振幅调制电路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、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fm频率调制电路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。混频原理和电路混频原理和电路数学原理图图1-11 1-11 混频电路模型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。图图1-12 1-12 混频电路混频电路6.6.反馈控制电路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（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。AGCAGC和和AFCAFC原理电路原理电路图图1-13 1-13 调幅接收机电路调幅接收机电路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：VCOfI+f鉴频输出电压VCO图图1-141-14带带AFCAFC的接收机电路和的接收机电路和VCOVCO特性特性锁相环原理锁相环原理PLL原理框图图图1-15 PLL1-15 PLL的组成框图的组成框图环路锁定后：f0=fi 由于有VCO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。图图1-16 1-16 锁相环路的数学模型锁相环路的数学模型锁相环应用锁相环应用锁相分频（倍频）图(a)f0=Nfi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fr，输出频率为fo，则fr与fo的关系为当参考频率fr一定时，改变可变程序分频比可以改变输出频 率fo，并且步进间隔为。图图1-17 PLL1-17 PLL的应用的应用(a)(b)(c)(d)(e)锁相调频和鉴频电路锁相调频和鉴频电路高频锁相环NE564引脚功能引脚功能1正电源输入9VCO输出TTL2环路增益控制10正电源输入3从VCO到PD输入11VCO输出24LF12频率设置电容5LF13频率设置电容6FM/RF输入14模拟输出7偏置滤波器15磁滞设置8地16TTL输出图图1-18 NE5641-18 NE564内部结构，锁相鉴频和调频电路内部结构，锁相鉴频和调频电路二、测量基础二、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。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢