,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,電子設計,高頻部分,課件制作,：,劉國,華,2009.3,電子信息學院,內(nèi)容安排,第一講 基礎知識,第二講 高頻放大器及設計,第三講 振蕩器及設計,第四講 調(diào)幅與調(diào)頻通信及系統(tǒng)設計,第五講 設計舉例,參考資料,1.,謝自美 主編,.,電子線路綜合設計,.,武漢：華中科技大學出版社，,2006,2.,高吉祥 主編,.,高頻電子線路設計,.,北京：電子工業(yè)出版社，,2007,3.,謝自美 主編,.,電子線路設計,實驗,測試,（第二版）,.,武漢：華中科技大學出版社，,2000,4.,李晉炬 編著,.,通信電路與系統(tǒng)實驗教程,.,北京：北京理工大學出版社，,2006,5.,于海勛,鄭長明,.,高頻電路實驗與仿真,.,北京：科學出版社,2005.,第一講 基礎知識,一、理論基礎,二、測量基礎,三、設計與布線基礎,一、理論基礎,1.,通信系統(tǒng)（以調(diào)幅為例）,2.,高頻小信號放大器,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)射機和接收機。,發(fā)射機組成框圖：,圖,1-1,調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)框圖,產(chǎn)生載波,聲電轉換,載波放大,振幅調(diào)制,調(diào)幅接收機,接收機框圖,圖,1-2,超外差式調(diào)幅接收機框圖,混頻器：,對本振信號和高頻輸入信號相乘運算，輸出固定的差拍頻率（中頻），,有利于后級中頻放大器設計。,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頻率改變而改變。,高質(zhì)量接收機用,頻率合成,方式產(chǎn)生本振頻率。,2.,高頻小信號放大器,技術指標,高頻小信號放大器的技術指標有中心頻率,f,0,、增益,A,V,、帶寬,BW,0.7,和矩形系數(shù),K,r0.1,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，同時也是選擇有源放大器和計算調(diào)諧回路設計參數(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)反映了信號從電路輸入端傳到輸出端時，信噪比的惡化程度。,N,F,=0dB,時，說明放大器時理想的，沒有引入噪聲。,通信系統(tǒng)是由多級級聯(lián)而成，而系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要由第一級決定。越往后級，對系統(tǒng)噪聲系數(shù)影響越小。因此，接收機前端放大器必須采用低噪聲放大器。,高頻小信號放大器特點和電路,（,1,）頻帶放大器,:,帶寬問題,（,2,）有窄帶和寬帶放大器之分：負載有調(diào)諧回路的為窄帶放大器,（,3,）增益不是很大：,30dB,（,4,）工作穩(wěn)定性問題：采用負反饋，犧牲增益增加穩(wěn)定性；采用結電容小的管子,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：靜態(tài)時管子截止，大信號輸入管子導通，工作在,C,類。,導通角,C,3,，,C,2,C,3,，則,C,C,3,，,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)學原理,調(diào)制信號,載波信號,振幅解調(diào)原理,大信號二極管包絡檢波：二極管和,RC,低通濾波電路,同步檢波：輸入振幅調(diào)制信號和恢復載波,振幅調(diào)制電路,高電平調(diào)幅,高頻功率放大和振幅調(diào)制同時進行，用高頻諧振功放實現(xiàn)。工作在過壓狀態(tài)。電路略。,低電平調(diào)幅,先調(diào)幅再功率放大?？捎媚M相乘器實現(xiàn)。,圖,1-8 MC1496,構成的振幅調(diào)制電路,載波輸入,調(diào)制信號輸入,振幅調(diào)制波形與測量,振幅調(diào)制波形,圖,1-9,振幅調(diào)制波形與測量方法,(a)AM,波形峰谷法測量,(b)AM,波形梯形法測量,(c)DSB,波形,調(diào)幅度,梯形法：,將,AM,信號送到示波器垂直通道，調(diào)制信號送到水平通道，示波器,上顯示波形，用上式可以計算調(diào)制系數(shù),m,。通過觀察,A,、,B,間的連線是否為直,線可以判斷調(diào)制過程中有無明顯的非線性失真。,頻率調(diào)制原理,調(diào)頻信號的數(shù)學表達式：,調(diào)頻信號帶寬：,調(diào)頻信號波形：,載波頻率隨調(diào)制信號幅度而改變的疏密波，,載波幅度不變,調(diào)頻信號指標：,最大頻偏,f,m,頻率調(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)上是一個壓控振蕩器,VCO,鑒頻電路通常調(diào)試比較復雜，故設計時一般用集成電路實現(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)學原理,圖,1-11,混頻電路模型,混頻器的主要技術指標有,混頻增益、,1dB,壓縮點、,三階互調(diào)阻斷點、噪聲系數(shù)和隔離度,。,混頻器在產(chǎn)生中頻信號的同時，會產(chǎn)生很多的,混頻失真，接收機中絕大多數(shù)失真來自混頻器。,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,自動增益控制電路（,AGC,）,作用：當輸入小信號時，系統(tǒng)高增益，當輸入大信號時，系統(tǒng)低增益。輸入信號幅度變換范圍較大時，輸出幅度基本不變。調(diào)幅接收機中可明顯改善輸入信號動態(tài)范圍，通常從檢波輸出反饋到高放和中放電路，自動調(diào)節(jié)高放和中放增益。,自動頻率控制電路（,AFC,）,作用：通過頻率負反饋，自動調(diào)節(jié)本振頻率穩(wěn)定在預期頻率上。調(diào)頻接收機中使用較多，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,電路實現(xiàn)，環(huán)路鎖定后，輸出頻率鎖定在輸入頻率上，無頻率差，可用來產(chǎn)生高穩(wěn)定的本振信號。也可用于頻率調(diào)制和鑒頻。以后將詳細介紹具體應用。,AGC,和,AFC,原理電路,圖,1-13,調(diào)幅接收機電路,AGC,原理：,信號,|AGC|D1,截止,R2,D1,對,T1,無負載作用,T1,負載電阻,T1,增益,AFC,原理,：,VCO,f,I,+,f,鑒頻輸出電壓,VCO,圖,1-14,帶,AFC,的接收機電路和,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：,f,0,=,f,i,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頻率。,理解這一點是理解鎖相環(huán)的關鍵。,圖,1-16,鎖相環(huán)路的數(shù)學模型,鎖相環(huán)應用,鎖相分頻（倍頻）圖,(a),f,0,=N,f,i,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),設晶振頻率為,f,r,，輸出頻率為,f,o,，則,f,r,與,f,o,的關系為當參考頻率,f,r,一定時，,改變可變程序分頻比可以改變輸出頻,率,f,o,，并且步進間隔為,。,圖,1-17 PLL,的應用,(a),(b),(c),(d),(e),鎖相調(diào)頻和鑒頻電路,高頻鎖相環(huán),NE564,引腳,功能,引腳,功能,1,正電源輸入,9,VCO,輸出,TTL,2,環(huán)路增益控制,10,正電源輸入,3,從,VCO,到,PD,輸入,11,VCO,輸出,2,4,LF,12,頻率設置電容,5,LF,13,頻率設置電容,6,FM/RF,輸入,14,模擬輸出,7,偏置濾波器,15,磁滯設置,8,地,16,TTL,輸出,圖,1-18 NE564,內(nèi)部結構，鎖相鑒頻和調(diào)頻電路,二、測量基礎,1.,高頻測量儀器,示波器：,高頻信號測量需要高阻抗探頭,。,高頻信號源：,輸出幅度,Vrms,，單位,dBuV,uV,mV,dBm,，注意換算關系。,儀器連接與接地,儀器連接與接地,頻譜分析儀,可以測量微弱射頻信號,頻率、電平幅度、諧波,和噪聲分布。,-110dBm,+13dBm,三、設計與布線基礎,1.,元器件布局,基本原則：,高頻元件的放置要盡量緊湊，從而可以縮短布線長度，降低信號線的交叉干擾。,2.,布線設計,基本原則：,盡量減小分布電容和分布電感。,元器件引腳盡量短、強、若信號線分開、布線走向能直勿彎、需要轉折時不要,90,轉向，可,45,折線或圓弧曲線轉折、盡量縮小環(huán)路面積、布線時應考慮盡量減小分布電容。,3.,接地和抗干擾,信號接地：,電流返回源的低阻抗路徑。,高頻多點接地，低頻一點接地。,抗干擾措施：,屏蔽、隔離和濾波。,