1、,多媒体教案,无线电通信电路测试与设计,2.1 电源电路设计,2.1.1 电源稳压部分设计,图2.1.1 稳压电路,稳压电路,变压电路：,U1/U2=I2/I1=N1/N2=n,复习,整流部分电路：,半波整流电路,桥式整流电路,整流电路波形,复习,滤波电路,电容滤波电路,滤波波形,复习,稳压电路分类: 线性稳压电源， 优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路、输出连续可调的模块。缺点是体积大，较笨重，效率相对较低。 开关型直流稳压电源 优点是体积小，重量轻，稳定可靠；可以升压、降压或转换电压极性。缺点是纹波较大，纹波峰峰值一般为输出电压的1 。,线性稳压电源的设计:最常见的是X78XX系列
2、三端正电源线性稳压器，它有一系列固定的电压输出（5V,6V,8V,9V,10V,12V,15V,18V,24V）,应用非常的广泛。每种类型都有内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使得它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它可以提供大于1.5A的输出电流。,三端稳压器的型号规格和管脚分布。,正、负稳压7805电路,例如：78M05三端稳压器可输出+5 V、05 A的稳定电压；7912三端稳压器可输出 12V、1A的稳定电压。,三端稳压器输出电流字母表示法,外形及管脚分布，如附图所示。,三端稳压器,输出电压 稳压器的输出电压，能稳定在多少V，7805输出电压稳定在5V 线性调整率
3、 稳压器的输入电压一般都比较宽，在该范围内，输入如果变化输出电压的变化有多大呢？该参数就是描述这种变化的一个参数。很显然输出电压的变化是越小越好了，一般都是几毫伏。 7805在常温，输出500mA电流的情况下，输入电压在725V之间变化的时候，输出电压的变化典型值为3mV，最大值为50mV 负载调整率 负载发生变化时，输出电压也会相应的发生变化，一般是负载越重，输出电压会有所下降，负载越轻输出电压会有所上升。负载调整率就是反应这种变化的一个量。7805在负载变化在5mA1.5A时，输出电压的变化范围在1050mV 静态电流 对于线性稳压器来说是一个非常重要的参数。该电流为驱动大功率调整管所必须
4、的，它不流向负载，而是直接流向地，因此该电流是越小越好。 7805在负载小于1A的情况下，静态电流为8mA。,输出噪声电压 三端稳压块输出噪声电压都是一些高频噪声（低频噪声被衰减了） 7805在10Hz100kHz频率范围内输出噪声电压为40uV 纹波抑制比 纹波抑制指输入电压的一个小信号变化引起输出电压的变化，常用mV/V 或dB来表示，三端稳压块的另一个非常重要的参数，低频电路可以不关心这个参数，高频电路这个参数就显得非常重要了。 7805在负载电流小于1A的情况下，120kHz点的纹波抑制比最小为62dB，典型值为80dB。一般的Data Sheet给出的纹波抑制比都是在120Hz。频率
5、越高，纹波抑制比一般会变小。,输入输出电压差,是指输入电压与输出电压的电压差值。在X7805中电压差为2V，也就表示输入电压必须比输出电压大2V或者更多，芯片才能正常工作。,电源电路设计,图2.1.2稳压电路,固定输出连接,在设计时必须注意：(VI)和(Vo)之间的关系，以7805为例，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少大于8V，这样输入/输出之间有3V的压差。使调整管保证工作在放大区。但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不致于功耗偏大。,仿真：三端式稳压器电路的仿真分析,输入电压UI变化对输出电压UO的影响（RL=
6、100 ）,负载电阻RL变化对输出电压UO的影响（ UI=20V ）,问题：,图2.1.3所示电路W7800系列集成稳压器扩展输出电流的应用电路。当稳压电路所需输出电流大于2A时，利用电阻R1的作用，使外接的功率晶体管导通来扩大输出电流IO。,2. 扩大输出电流连接,扩流三端稳压器仿真,例:计算若功率管 = 10，U BE = -0.3V，电阻R = 0.5， I3 = 1A。试计算扩展输出电流IO。（设公共端的电流I2 0）,可见IO比I3扩大5倍了。,所示电路为W7800系列集成稳压器扩展输出电压的应用电路。试写出扩展输出电压UO的表达式并说明调输出电压的方法。,3. 扩展输出电压的电路,
7、设集成稳压器的输出电压为,集成运算放大器的输出为,（1）,（2）,（2）代入（1）,此电路能获得一个稳定输出, 可调的直流电压。为稳定的输出电压，当改变R1和R2的滑动端子时，在输出端就能得到可调而稳定的直流电压。,因,2.1.2 电源耦合部分设计,2.1 电源电路设计,现代射频电路中一般都含有模拟电路和数字电路两部分，并且模拟电路中还分为很多模块进行设计，因此所需提供的电源种类就会很多，如9V、5V、3.3V等等。电源种类越多对于电路的稳定性影响越大，所以要尽可能的减少电源种类，最好选用同种电压的芯片。这样就会出现多个模块电路公用一种电源的情况。这样每个模块的直流和交流分量都要串入公用电源，
8、这样后级电路就会和前级电路产生串扰，例如，多级放大电路中，末级放大电路信号由电源串入第一级放大电路中，即使只是很少一点的信号，经过多级放大都会产生很大的干扰，从而影响整个电路的稳定。,解决这种串扰最好的方法就是在各模块直流供电电路间加入耦合电路，由于串扰一般都是交流信号，因此我们在各模块间加入可以抑制相应频率交流信号的耦合电路就可以有效的减小串扰。,图2.1.4低通型型耦合电路,这个电路放置在两个模块电路的直流电源供电电路之间，使得各模块相互隔离，去除了各模块间的交流信号串扰。,无线通信系统中所需传输的信号的带宽只占整个频段的一小部分，因此无线通信系统中很多地方都使用到滤波器。滤波器主要是用来
9、选择或者抑制某一频段信号的装置。滤波器按照频率选择性可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。前面三种滤波器使在其频段内的信号能够顺利通过，这个频段叫做通带，而对于其频段外的信号衰减很大，从而阻止信号通过称为阻带。带阻滤波器和前面三种相反，它主要是对频段内信号进行阻碍，而使频段外信号可以顺利通过。、,2.2 滤波器的设计,图2.2.1 滤波器幅频特性图,低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,滤波器按照频率选择性可以分为：,无源滤波器：LC滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。,LC滤波器主要利用分立元件(电容、电感)来实现滤波特性。LC滤波器一般用于中心频率
10、小于500MHz的电路，并且其Q值也不会太大，一般在几百。但LC滤波器可以很容易的获得较大的带宽。,（1）串联谐振电路,2.2.1 LC谐振电路,图2.2.2串联谐振电路,Ui为信号源电压，频率为；电路电流为I,X表示电抗。由此式可以得到串联谐振的一些特点。 当满足X=0，也即,串联谐振电路电抗为0，电路呈纯阻态， 这时电路会出现谐振状态，其谐振频率为,图2.2.2串联谐振电路,谐振时电路的阻抗最低为R。 由于电流Io=Ui/R， 所以谐振时电流最大。,Q0一般在50200之间,品质因素可以表示为,串联谐振电路阻抗曲线,得到,图2.2.3并联谐振电路,R,R,R,R,R,=G+jB,（2）并联
11、谐振电路,（2）并联谐振电路,2.2.1 LC谐振电路,谐振时电路的导纳最低为G， 也就是电阻最大,品质因素可以表示为,谐振时电压最大,电路产生谐振，谐振频率为,输出电压,令广义失谐,通频带 选择性 矩形系数：,值越大曲线愈尖锐，选择性越好。,1、通频带fbw0.7 ：,当增益下降到Auo 的0.707倍时对应的频率范围：,2、矩形系数：选择性好坏。,令 得：, 值越大fbw0.7 越窄，选择性好。,理想情况下,选择性与fbw0.7 矛盾。,fbw0.7,Kr0.1 = fbw0.1 / fbw0.7,1、低通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,图2.2.4低通滤波单元电路,2.2.2 LC滤波
12、电路,1、低通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,2、高通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,图2.2.6高通滤波器单元电路,2、高通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,3、带通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,图2.2.8宽带带通滤波器,3、带通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,图2.2.8带通滤波器单元电路,1、带通滤波器,2.2.2 LC滤波电路,图2.2.8带通滤波器级联电路,（a）,3、带通滤波器频率特性的测试,2.2.2 LC滤波电路,1、石英晶体滤波器,2.2.3 其它无源滤波电路,在无线接收机的中频放大器（频带放大器）中，因中频是固定不变的，为提高中频滤波器的选择性并简化调试工艺，常
13、用集中参数滤波器， 常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。,石英晶体的电特性, 结构石英晶体俗称水晶，是一种化学成分为SiO2两端呈角锥的六棱柱结晶体，具有稳定的物理化学性能。按一定的方位角将晶体切成薄片称石英晶片（正方形、长方形、圆形），不同方位的切片有不同程度的频率特性，即石英晶片尺寸、厚度决定频率。,什么是压电效应呢？当晶体受到机械力时，它的表面上就产生了电荷。如果机械力由压力变为张力，则晶体表面的电荷极性就反过来。这种效应称为正压电效应。反之，如果在晶体表面加入一定的电压，则晶体就会产生弹性变形。如果外加电压作交流变化，晶体就产生机械振动。振动的大小基本上正比于外加电压
14、幅度，这种效应称为反压电效应。,石英晶体具有谐振电路的特性，它的反压电效应可用串联谐振回路等效。,对频率的变化具有强烈的补偿能力,感抗 与 不成线性关系,陡峭的电抗特性,感性区,容性区,容性区,电抗曲线（取rq=0）,串联谐振频率 并联谐振频率fp只略大于fq,fq=4.1511(MHZ); fp=4.157(MHZ); fp-fq=6KHZ频率差非常窄小,（1）石英晶体谐振器,图2.22 石英谐振器的基频等效电路和电路符号,C0代表石英晶体支架静电容量，一般为几至几十皮法（pF）,Lq、Cq、rq 代表晶体本身的特性：Lq相当于晶体的质量（惯性），Cq相当于晶体的等效弹性模数，rq相当于摩擦
15、损耗。晶体的LCR参量是很特异的， Lq很大，一般以几亨（H）至十分之几亨计； Cq很小，一般以百分之几皮法计； rq一般以几至几百欧（）计。 因而图2.22的等效电路的Qq值极高，等效阻抗极大（以几百k计）。,式中，C为C0和Cq串联后的等效电容。 显然，fP fq 。但由于C0 Cq，所以CCq，fP fq相差很小。,电路必然有两个谐振频率。,一为左支路的串联谐振频率fq，即石英片本身的自然谐振频率,另一个为石英谐振器的并联谐振频率,参见图2.22，在忽略rq 的情况下，设其总等效电抗为jXe，则可画出石英谐振器的等效电抗曲线如图2.23所示。,必须指出，在频率fP 和fq之间，谐振器所呈
16、现的等效电感它并不等于石英晶体片本身的等效电感Lq。,图2.23 石英谐振器的电抗曲线（忽略rq）,利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，称为陶瓷滤波器（ceramic filter）。常用的陶瓷滤波器是用锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3压电陶瓷材料（简称PZT）两面涂以银浆，加高温烧制成银电极，再经直流高压极化之后即成。它具有与石英晶体相类似的压电效应，因此也可以用作滤波器。 这种滤波器的优点是：陶瓷容易焙烧，可以制成各种形状，适合滤波器的小型化；而且耐热性、耐湿性较好，很少受外界条件的影响。它的等效品质因数QL为几百以上，比LC滤波器高，但远比石英晶体滤波器低。 因此作滤波器时，通带没有石英
17、晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤波器差。,2、陶瓷滤波器,单片陶瓷滤波器的等效电路和电路符号如图2.24所示。,因此陶瓷谐振器的等效电路结构与石英晶体的相同。,图2.24 单片陶瓷滤波器的等效电路和电路符号,如将陶瓷滤波器连成如图2.25所示的形式，即为四端陶瓷滤波器。图2.21（a）为两个谐振子连接成的三端式（双端口）陶瓷滤波器（只需3个引脚），（b）和（c）分别为由五个谐振子和九个谐振子连接成的三端式陶瓷滤波器。谐振子数目愈多，滤波器的性能愈好。,（a） （b） （c） 图2.25 三端式陶瓷滤波器,适当选择串臂和并臂陶瓷滤波器的串、并联谐振频率，就得到理想的衰减特性。 例如，要求滤波器通
18、过（4555）kHz的频带，那么，串臂陶瓷片的串联谐振频率fq1 应和并臂陶瓷片的并联谐振频率fP2相重合，并等于455kHz。而串臂陶瓷片的并联谐振频率fP1应等于（455+5）kHz，并臂陶瓷片的串联谐振频率fq2 则应等于（455 5）kHz。对455 kHz的载频信号来说，串臂陶瓷片产生串联谐振，阻抗最小；并臂陶瓷片产生并联谐振，阻抗最大，因而能让信号通过。对（455+5）kHz的信号，串臂陶瓷片产生并联谐振，阻抗最大，信号不能通过；对（455 5）kHz的信号，并臂陶瓷片产生串联谐振，阻抗最小，使信号旁路（无输出）。因此，滤波器仅能通过频带为（4555）kHz的信号。,调频用 LT1
19、0.7 系列是应用压电陶瓷良好的厚度振动，单块集成的电路，有着高选择性、高稳定性、低假响应等特点。,输入/ 输出阻抗：330。,调频接收机用LT10.7M系列 （与Murata SFE10M7 FM-IF系列相容）,2、陶瓷滤波器,10.7M系列 规格,任务2.2.2 石英滤波器频率特性的测试,2.3 阻抗匹配网络设计,2.3 阻抗匹配网络设计,2.3 阻抗匹配网络设计,对于功率放大器，当信号源的输出阻抗与放大电路的输入阻抗相等时即称阻抗匹配，这时放大电路就能在输出端获得最大功率输出阻抗是指电路对着负载讲的阻抗将电路输入端的电源短路，输出端去掉负载后，从输出端看进去的等效阻抗称为输出阻抗如果负
20、载阻抗与输出阻抗不相等，称阻抗不匹配，负载就不能获得最大的功率输出,2.3 阻抗匹配网络设计,如果输出阻抗与负载不能匹配时，可加接变压器或网络电路来达到匹配 例如：晶体管放大器与扬声器之间通常接有输出变压器，放大器的输出阻抗与变压器的初级阻抗相匹配，变压器的次级阻抗与扬声器的阻抗相匹配而变压器通过初次级绕组的匝数比来变换阻抗比,2.3 阻抗匹配网络设计,输入和输出匹配网络连接情况如下图：,在实际的电子电路中，常会遇到信号源与放大电路或放大电路与负载的阻抗不相等的情况，因而不能把它们直接相连解决的办法是在它们之间加入一个匹配电路或匹配网络,2.3 阻抗匹配网络设计,无论是输入匹配还是输出匹配网络
21、，都具有传输有用信号的作用，故称为耦合回路； 对于输出匹配网络，要求它具有滤波和阻抗变换功能； 所谓阻抗匹配是通过匹配网络的作用，使负载阻抗的虚数部分与信号源内阻的虚数部分相抵消（谐振），同时实数部分等于放大器所需的最佳负载值； 对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级获得尽可能大的激励功率；,2.3 阻抗匹配网络设计,2.3 阻抗匹配网络设计,图2.3.1输入匹配网络,2.3 阻抗匹配网络设计,1. L型匹配网络,计算L和C的参数的方法： 通过阻抗计算，列方程求解，得到L和C的参数,假设输入信号的频率为1GHz,首先先列写平衡公式：,2.3 阻抗匹配网络设计,1. L型匹配网络,由于,代入上式得：,变换等式得：,2.3 阻抗匹配网络设计,1. L型匹配网络,通过实部和虚部的相等 得到两个方程：,由此可以求得电容和电感的参数 L=1.59nH,C=6.37pF。,2.3 阻抗匹配网络设计,2. 和T型阻抗匹配网络,(a)T型阻抗匹配,（b）型阻抗匹配,2.3 阻抗匹配网络设计,2.3 阻抗匹配网络设计,
