电子设计件课程学习.pptx

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1、会计学1电子设计件电子设计件第一页，共32页。内容内容(nirng)(nirng)安排安排第一讲 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(dio pn)通信及系统设计第五讲 设计举例第1页/共32页第二页，共32页。参考资料参考资料1.1.谢自美谢自美 主编主编.电子电子(dinz)(dinz)线路综合设计线路综合设计.武汉：华中科技大学出版社，武汉：华中科技大学出版社，200620062.2.高吉祥高吉祥 主编主编.高频电子高频电子(dinz)(dinz)线路设计线路设计.北京：电子北京：电子(dinz)(dinz)工业出版社，工业出版社，200720073.

2、3.谢自美谢自美 主编主编.电子电子(dinz)(dinz)线路设计线路设计实验实验测试（第二版）测试（第二版）.武汉：华中科技大武汉：华中科技大学出版社，学出版社，200020004.4.李晋炬李晋炬 编著编著.通信电路与系统实验教程通信电路与系统实验教程.北京：北京理工大学出版社，北京：北京理工大学出版社，200620065.5.于海勋于海勋,郑长明郑长明.高频电路实验与仿真高频电路实验与仿真.北京：科学出版社北京：科学出版社,2005.,2005.第2页/共32页第三页，共32页。第一第一(dy)(dy)讲讲 基础知识基础知识 一、理论基础 二、测量(cling)基础 三、设计与布线基础

3、第3页/共32页第四页，共32页。一、理论一、理论(lln)(lln)基础基础1.通信系统（以调幅为例）2.高频小信号(xnho)放大器3.高频功率放大器4.高频振荡器5.频谱变换6.反馈控制电路第4页/共32页第五页，共32页。1.1.调幅调幅(dio f)(dio f)通信系统通信系统 包括包括(boku)(boku)发射机和接收机。发射机和接收机。发射机组成框图：发射机组成框图：图图1-1 1-1 调幅调幅(dio f)(dio f)发射系统框图发射系统框图产生载波声电转换载波放大振幅调制第5页/共32页第六页，共32页。调幅调幅(dio f)(dio f)接收机接收机接收机框图接收机框

4、图(kungt)(kungt)图图1-2 1-2 超外差式调幅超外差式调幅(dio f)(dio f)接收机框图接收机框图混频器：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。第6页/共32页第七页，共32页。2.2.高频高频(o pn)(o pn)小信号放大器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(zhngxn)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(pnl)中心频率(pnl)是指调

5、谐放大器的工作频率(pnl)，在此频率(pnl)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:电压和功率增益第7页/共32页第八页，共32页。带宽带宽(di kun)(di kun)和矩形系数和矩形系数（3 3）带宽和矩形）带宽和矩形(jxng)(jxng)系系数数图图1-3 1-3 带宽带宽(di kun)(di kun)和矩形系数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。第8页/共32页第九页，共32页。噪声系数噪声系数（4 4）噪声）噪声(zoshng)(zoshng)系数：噪声系数：噪声(

6、zoshng)(zoshng)系数用输入信号噪声系数用输入信号噪声(zoshng)(zoshng)功率比功率比(S/N)i(S/N)i与输出噪声与输出噪声(zoshng)(zoshng)功率比功率比(S/N)o(S/N)o定义。通常用定义。通常用dBdB表示。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(shumng)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。第9页/共32页第十页，共32页。高频小信号放大器特点高频小信号放大

7、器特点(tdin)(tdin)和和电路电路（1 1）频带放大器）频带放大器:带宽带宽(di kun)(di kun)问题问题（2 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）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 3）增益不是很大：）增益不是很大：30dB30dB（4 4）工作稳定性问题：采用负反馈，牺牲增益增加稳定性；采用）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结电容小的管子图图1-4 1-4 单调谐单调谐(tioxi)(tioxi)放大器电路图放大器电路图最高频率：功率放大倍数为1第10页/共32页第十一页，共32页。2.2.高频

8、高频(o pn)(o pn)谐振功率放大器谐振功率放大器1.1.特点：静态时管子截止，大信号输入管子导通，工作在特点：静态时管子截止，大信号输入管子导通，工作在C C类。类。导通角导通角90C3，C2C3，则CC3，第16页/共32页第十七页，共32页。5.5.频谱变换频谱变换(binhun)(binhun)与电路与电路频谱变换频谱搬移(bn y)频谱非线性变换(binhun)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第17页/共32页第十八页，共32页。振幅

9、振幅(zhnf)(zhnf)调制与解调原理调制与解调原理振幅振幅(zhnf)(zhnf)调制数学原理调制数学原理调制(tiozh)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第18页/共32页第十九页，共32页。振幅调制振幅调制(tiozh)(tiozh)电路电路高电平调幅高电平调幅 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。工作现。工作(gngzu)(gngzu)在过压状态。电路略。在过压状态。电路略。低电平调幅低电平调幅 先调幅再功率放大。可用模拟相乘器实现。先调幅再功率

10、放大。可用模拟相乘器实现。图图1-8 MC14961-8 MC1496构成构成(guchng)(guchng)的振幅调制电路的振幅调制电路载波输入调制信号输入第19页/共32页第二十页，共32页。振幅振幅(zhnf)(zhnf)调制波形与测量调制波形与测量振幅振幅(zhnf)(zhnf)调制波形调制波形图1-9 振幅调制(tiozh)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。第2

11、0页/共32页第二十一页，共32页。频率调制频率调制(tiozh)(tiozh)原理原理调频信号调频信号(xnho)(xnho)的数学表达式：的数学表达式：调频(dio pn)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第21页/共32页第二十二页，共32页。频率调制频率调制(tiozh)(tiozh)电路电路变容二极管调频变容二极管调频(dio pn)(dio pn)电路电路图1-10 变容二极管调频(dio pn)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

12、鉴频器。第22页/共32页第二十三页，共32页。混频原理混频原理(yunl)(yunl)和电路和电路数学原理数学原理图图1-11 1-11 混频电路混频电路(dinl)(dinl)模型模型混频器的主要技术指标有混频增益、1dB压缩(y su)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 混频电路混频电路第23页/共32页第二十四页，共32页。6.6.反馈反馈(fnku)(fnku)控制电路控制电路自动增益控制电路（自动增益控制电路（AGCAG

13、C）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。调幅换范围较大时，输出幅度基本不变。调幅(dio f)(dio f)接收机中可明显改善输入信号动态范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。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（自动频率控制电路（AFCAFC）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，作用：通过频率负反馈，自

14、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，本振一般采用通常从鉴频器输出反馈到本振端，本振一般采用VCOVCO。自动相位控制电路（锁相环路自动相位控制电路（锁相环路PLLPLL）通信系统中用途最广泛，大都采用集成通信系统中用途最广泛，大都采用集成PLLPLL电路实现，环路锁定后，输出频率锁定在输电路实现，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。后将详细介绍具体应用。第24页/共32页第二十五页，共3

15、2页。AGCAGC和和AFCAFC原理原理(yunl)(yunl)电路电路图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(fzi)作用T1负载(fzi)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特性第25页/共32页第二十六页，共32页。锁相环原理锁相环原理(yunl)(yunl)PLLPLL原理原理(yunl)(yunl)框图框图图图1-15 PLL1-15 PLL的组成的组成(z chn)(z chn)框图框图环路锁定后：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

16、。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第26页/共32页第二十七页，共32页。锁相环应用锁相环应用(yngyng)(yngyng)锁相分频（倍频）图锁相分频（倍频）图(a)(a)f0=Nfif0=Nfi锁相混频锁相混频 图图(b)(b)锁相调频和鉴频锁相调频和鉴频 图图(c)(d)(c)(d)锁相频率合成锁相频率合成 图图(e)(e)设晶振频率为设晶振频率为fr fr，输出频率为，输出频率为fofo，则，则fr fr与与fofo的关系为当参考的关系为当参考(cnko)(cnko)频率频率fr fr一定时，一定时，改变可变程序分频比可以改变输

17、出频改变可变程序分频比可以改变输出频 率率fofo，并且步进间隔为，并且步进间隔为 。图图1-17 PLL1-17 PLL的应用的应用(yngyng)(yngyng)(a)(b)(c)(d)(e)第27页/共32页第二十八页，共32页。锁相调频锁相调频(dio pn)(dio pn)和鉴频电路和鉴频电路高频高频(o pn)(o pn)锁相环锁相环NE564NE564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、18 NE5641-18 NE564内部结构，锁相鉴频和调频内部结构，锁相鉴频和调频(dio pn)(dio pn)电路电路第28页/共32页第二十九页，共32页。二、测量二、测量(cling)(cling)基础基础1.1.高频测量仪器高频测量仪器 示波器：高频信号测量需示波器：高频信号测量需要高阻抗要高阻抗(zkng)(zkng)探头。探头。高频信号源：输出幅度高频信号源：输出幅度VrmsVrms，单位，单位dBuV,uV,mV,dBmdBuV,uV,mV,dBm，注意，注意换算关系。换算关系。第29页/共32页第三十页，共32页。仪器连接仪器连接(linji)(linji)与接地与接地仪器

19、连接仪器连接(linji)(linji)与接地与接地频谱分析仪可以(ky)测量微弱射频信号频率、电平幅度、谐波和噪声分布。-110dBm+13dBm第30页/共32页第三十一页，共32页。三、设计与布线三、设计与布线(b(b xin)xin)基础基础1.1.元器件布局元器件布局 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。的交叉干扰。2.2.布线设计布线设计(shj)(shj)基本原则：尽量减小分布电容和分布电感。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、需要转折时不要要9090转向，可转向，可4545折线或圆弧曲线转折、尽量缩小环路面积、布线时应考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。虑尽量减小分布电容。3.3.接地和抗干扰接地和抗干扰 信号接地：电流返回源的低阻抗路径。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。高频多点接地，低频一点接地。抗干扰措施：屏蔽、隔离和滤波。抗干扰措施：屏蔽、隔离和滤波。第31页/共32页第三十二页，共32页。