电子设计高频部分PPT课件

.,1,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,.,2,参考资料,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，20062.高吉祥主编.高频电子线路设计.北京：电子工业出版社，20073.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，20004.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，20065.于海勋,郑长明.高频电路实验与仿真.北京：科学出版社,2005.,.,3,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,.,4,一、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,.,5,1.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,.,6,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。,.,7,2.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,.,8,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。,.,9,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。,.,10,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：C3，C2C3，则CC3，,.,17,5.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,.,18,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,.,19,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1-8MC1496构成的振幅调制电路,载波输入,调制信号输入,.,20,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。,.,21,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,.,22,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。,.,23,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,.,24,6.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（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。,.,25,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：VCOfI+f鉴频输出电压VCO图1-14带AFC的接收机电路和VCO特性,.,26,锁相环原理,PLL原理框图,图1-15PLL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1-16锁相环路的数学模型,.,27,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1-17PLL的应用,(a),(b),(c),(d),(e),.,28,锁相调频和鉴频电路,高频锁相环NE564,图1-18NE564内部结构，锁相鉴频和调频电路,.,29,二、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。,.,30,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,.,31,三、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