電子系統(tǒng)設(shè)計—模擬

1、內(nèi) 容 1 放大器電路 1.1設(shè)計放大器時應(yīng)考慮的幾個問題 1.2常用放大器原理及特點 2 正弦振蕩器電路 2.1振蕩器的主要性能指標(biāo) 2.2常有振蕩器的原理與特點 3 調(diào)制與解調(diào)器原理 3.1幅度調(diào)制與解調(diào)原理 3.2乘法器實現(xiàn)電路介紹 3.3頻率調(diào)制與解調(diào)原理 4 PLL原理與應(yīng)用 5 頻率合成技術(shù)介紹1 放大器電路1.1設(shè)計放大器時應(yīng)考慮的幾個問題1）工作頻率與功率低頻小信號放大；低頻功率放大；高頻小信號放大；高頻功率放大；2）工作帶寬頻帶放大與寬帶放大3）運算放大器的增益帶寬積4）放大器的級間匹配問題5）輸入輸出阻抗6）放大器的噪聲問題1.2常用放大器的原理與特點常用放大器的原理與特點

2、1.2.1 小信號放大器1）BJT小信號放大器三種基本組態(tài)放大器 電壓增益：電壓增益：beLc)/(rRR 輸入電阻：輸入電阻：beb/rR輸出電阻：輸出電阻：cR)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRcR頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：共發(fā)射極共發(fā)射極共集電極共集電極共基極共基極差差良良良良 2） FET小信號放大器三種基本放大電路的性能比較小信號放大器三種基本放大電路的性能比較組態(tài)對應(yīng)關(guān)系：組態(tài)對應(yīng)關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET電壓增益：電壓增益：beLc)/(rRR )

3、/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：beb/rR輸出電阻：輸出電阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR 三種基本放大電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較BJTFET輸入電阻：輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR3）小信號放大器靜態(tài)點的選取）小信號放大器靜態(tài)點的選?。?）小信

4、號意味著什么? （2）靜態(tài)點的意義 放大器正常工作的基礎(chǔ)；（3）靜態(tài)點與增益4）差動放大器特點）差動放大器特點（1）電路結(jié)構(gòu)完全對稱，零漂抑制能力強（2）差模小信號范圍大，Vid28mv（3）雙電源供電，可使靜態(tài)時，VB，實現(xiàn)零輸入。從而避免有靜態(tài)電流流過信號源。ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2ui2REUEEuouduc5）高頻小信號放大器（1）單調(diào)諧放大器1）工作原理2）特點（2）集中選頻放大器45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc6）運算放大器）運算放大器（1）集成運放的組成及特點：組成：差動輸入,中間放大,推挽輸出,偏置電路和 附加電路 輸入級：差動放

5、大,高增益,直接耦合,高輸入電阻輸出級：OCL電路,偏置電路為恒流源電路（及各種 變形電路）,低輸出阻抗附加電路：雙端輸出單端輸出，電平位移零輸 入零輸出，過載保護(hù)電路（2）典型應(yīng)用電路 1.2.2功率放大器 1）分類（1 1）甲類功放導(dǎo)通角）甲類功放導(dǎo)通角360360度度（2 2）乙類功放導(dǎo)通角）乙類功放導(dǎo)通角180180度度（3 3）甲乙類功放導(dǎo)通角大于）甲乙類功放導(dǎo)通角大于180180度度 (4)(4)丙類功放丙類功放 導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于180180度度 2)常有的電路形式及特點電路的結(jié)構(gòu)特點：電路的結(jié)構(gòu)特點：vi-VCCT1T2+VCCRLiL1. 由由NPN型、型、PNP型三極型三

6、極管構(gòu)成兩個對稱的射極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。輸出器對接而成。2. 雙電源供電。雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電輸入輸出端不加隔直電容。容。T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。交越失真：交越失真：輸入信號輸入信號 Vi在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真稱為交越失在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真稱為交越失真。真。克服的方法：提供靜態(tài)偏置，使克服的方法：提供靜態(tài)偏置，使T1,T2工作于甲乙類工作于甲乙類(1) OCL電路電路(2) OTL電路電路電路特點電路特點1. 單電源供電；單電源供電；2. 輸出加有大電

7、容。輸出加有大電容。0.5VCCRLviT1T2+VCCCAvL+-VC實用實用OTL互補輸出功放電路互補輸出功放電路調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)使靜態(tài)VAQ=0.5VCCD1 、 D2使使b1和和b2之間的之間的電位差等于電位差等于2個二極管正個二極管正向壓降，克服交越失真。向壓降，克服交越失真。Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極負(fù)反饋電阻，也起射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。限流保護(hù)作用。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A(3) 諧振功率放大器（窄帶高頻功放）晶晶體體管管：大大功功率率晶晶體體管管，能能承承受受高高電電壓壓，大大電電流流， Tf一一般般工工

8、作作時時發(fā)發(fā)射射極極反反偏偏(C 類類)； 輸輸入入激激勵勵電電路路：提提供供所所需需信信號號電電壓壓；（1）濾濾波波選選頻頻，(2)阻阻抗抗匹匹配配。+ub-RpCL+uCE-icECUBB(b) 等效電路等效電路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理電路原理電路1）高效；）高效；2）是無線通信的核心電路之一；）是無線通信的核心電路之一；2 正弦振蕩器2.1 正弦振蕩器的主要性能指標(biāo)1）頻率穩(wěn)定度2）輸出頻率范圍3）頻率分辨率4) 4) 頻譜純度頻譜純度2.2 常用振蕩器電路原理與特點1) 分類 正弦波振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為互感正弦波振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為互

9、感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器三種類型。三種類型。2)互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器 互感耦合振蕩器有三種形式：調(diào)基電路、調(diào)集電互感耦合振蕩器有三種形式：調(diào)基電路、調(diào)集電路和調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、路和調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)射極電路來區(qū)分的?；鶚O電路和發(fā)射極電路來區(qū)分的。 由于基極和發(fā)射極由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，之間的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回為了避免過多地影響回路的路的Q值，故在調(diào)基和值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個電路中，晶調(diào)發(fā)這兩個電路中，晶體管與振蕩回路作部分

10、體管與振蕩回路作部分耦合。耦合。 調(diào)基電路振蕩頻率調(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時，在較寬的范圍改變時，振幅比較平衡。振幅比較平衡。(a) 調(diào)基電路調(diào)基電路調(diào)基電路調(diào)基電路VCCRb1Rb2CbCeMCL1L2ReL調(diào)集電路在高調(diào)集電路在高頻輸出方面比頻輸出方面比其它兩種電路其它兩種電路穩(wěn)定，而且幅穩(wěn)定，而且幅度較大，諧波度較大，諧波成分較小。成分較小。（b）調(diào)集電路）調(diào)集電路v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM 由于基極和由于基極和發(fā)射極之間的輸發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，入阻抗比較低，為了避免過多地為了避免過多地影響回路的影響回路的Q值，值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個電路中，這

11、兩個電路中，晶體管與振蕩回晶體管與振蕩回路作部分耦合。路作部分耦合。（c）調(diào)發(fā)電路）調(diào)發(fā)電路VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L13) 3) LCLC振蕩電路振蕩電路LC1C2C3RLBA振蕩頻率：振蕩頻率：311LCLC ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB(1)由于由于Cce、Cbe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。(2)調(diào)整調(diào)整C1 C2的值可以改變反饋系數(shù)的值可以改變反饋系數(shù),但對諧振頻率的影響很小。但對諧振頻率的影響很小。 由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著放大頻率的升由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著放大頻

12、率的升高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故:(3)調(diào)整調(diào)整C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率,對反饋系數(shù)無影響。對反饋系數(shù)無影響。(1) 克拉潑電路的波段覆蓋的范圍窄。克拉潑電路的波段覆蓋的范圍窄。(3) 工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大。工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大。克拉潑電路的特點克拉潑電路的特點:(2) 增大增大C1和減小和減小C3時引起振蕩幅度下降，難于起振。時引起振蕩幅度下降，難于起振。LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB 與與 Clapp 電路不同點僅在于電路不同點僅在于 回路

13、電感回路電感 L 兩端并聯(lián)一個可變電兩端并聯(lián)一個可變電 容容 C4 ,而而 C3 為固定值電容為固定值電容 ,且且 有有 C3C1,C2 其其振振蕩蕩頻頻率率為為: :)(1)(1434CCLCCL 由由于于 C3為為固固定定值值,所所以以p值值 不不變變（即即與與調(diào)調(diào)諧諧電電容容 C4無無 關(guān)關(guān)）,所所以以在在波波段段內(nèi)內(nèi)振振幅幅比比 較較穩(wěn)穩(wěn)定定,且且調(diào)調(diào)諧諧范范圍圍比比較較寬寬, 實實際際中中常常用用于于寬寬波波段段工工作作系系 統(tǒng)統(tǒng)中中. EC主要特點：主要特點：1）頻穩(wěn)度高；）頻穩(wěn)度高；2）作為波段振）作為波段振蕩器的波段覆蓋可以較寬，蕩器的波段覆蓋可以較寬，ka1.61.8，且在波

14、段內(nèi)幅度較均勻，其工作頻率也較且在波段內(nèi)幅度較均勻，其工作頻率也較高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。這是一種性能較好高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。這是一種性能較好的振蕩器。的振蕩器。4) 晶體振蕩器晶體振蕩器 (Circuit of Crystal Oscillators)并并聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器: : 晶晶體體以以電電感感元元件件方方式式接接入入振振蕩蕩電電路路, ,振振蕩蕩頻頻率率pqfff 串串聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器: : 晶晶體體以以低低阻阻抗抗方方式式串串接接在在晶晶體體與與晶晶體體管管之之間間, ,振振蕩蕩頻頻率率qff 常常用用的的有有兩兩種種基基本本類類型型: :右右圖圖為為典典型型的的

15、并并聯(lián)聯(lián)晶晶體體振振蕩蕩器器, ,晶晶體體接接在在集集電電極極與與基基極極之之間間, ,振振蕩蕩 器器 工工 作作 頻頻 率率 為為f f, , 且且 有有psfff , ,晶晶體體呈呈電電感感性性, ,相相當(dāng)當(dāng)于于 C Cl la ap pp p 電電路路. . C C1 1, , C C2 2即即是是諧諧振振回回路路的的一一部部分分, ,又又構(gòu)構(gòu)成成反反饋饋回回路路. .C C3 3 即即作作為為減減弱弱晶晶體體管管與與晶晶體體間間的的藕藕合合電電容容, ,也也作作為為振振蕩蕩頻頻率率的的微微調(diào)調(diào)電電容容. .晶晶體體接接在在基基極極與與發(fā)發(fā)射射極極之之間間, ,該該電電路路實實質(zhì)質(zhì)上上是

16、是個個雙雙回回路路振振蕩蕩電電路路, ,L L1 1, ,C C1 1 是是集集電電極極回回路路元元件件, ,由由于于基基極極與與發(fā)發(fā)射射極極之之間間接接入入感感性性元元件件的的晶晶體體, ,根根據(jù)據(jù)相相位位平平衡衡條條件件的的判判斷斷準(zhǔn)準(zhǔn)則則, ,集集電電極極回回路路必必須須等等效效為為感感性性. .可可變變電電容容 C C1 1作作為為集集電電極極回回路路的的調(diào)調(diào)諧諧電電容容, ,可可調(diào)調(diào)高高回回路路的的固固有有諧諧振振頻頻率率1f, ,使使01ff , ,另另外外 C C1 1 的的改改變變也也可可改改變變振振蕩蕩幅幅度度的的大大小小, ,又又由由于于晶晶體體被被晶晶體體管管的的低低輸輸

17、入入阻阻抗抗所所并并聯(lián)聯(lián), ,降降低低了了有有載載 Q QL L值值, ,所所以以穩(wěn)穩(wěn)定定度度較較低低, ,故故不不如如 P Pi ie er rc ce e 電電路路. .電電路路的的交交流流等等效效電電路路如如圖圖所所示示5) RC5) RC振蕩器振蕩器較較低低的的振振蕩蕩頻頻率率一一般般都都采采用用 R RC C 振振蕩蕩器器R RC C 振振蕩蕩器器的的主主要要優(yōu)優(yōu)點點: : 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 簡簡 單單 經(jīng)經(jīng) 濟濟 方方 便便 R RC C 振振蕩蕩器器和和 L LC C 振振蕩蕩器器工工作作原原理理相相同同, ,結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上也也是是由由放放大大器器和和正正反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)兩兩部部分分,

18、,區(qū)區(qū)別別僅僅在在于于用用 R RC C 選選擇擇網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)來來代代替替 L LC C 回回路路. .根根據(jù)據(jù)R RC C網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)不不同同可可將將R RC C振振蕩蕩器器分分為為: : 相相移移振振蕩蕩器器 橋橋式式振振蕩蕩器器一一, ,R RC C 相相移移振振蕩蕩器器1 1, ,電電 路路 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 輸輸出出電電壓壓從從集集電電極極經(jīng)經(jīng) R RC C 相相移移器器反反饋饋到到基基極極, ,為為滿滿足足振振蕩蕩器器的的相相位位平平衡衡條條件件, ,R RC C 相相移移器器必必須須具具有有相相移移 1 18 80 0o o的的功功能能. .2 2, ,R RC C 相相移移器器的的工工作作原

19、原理理相相位位超超前前的的相相移移網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)相相位位滯滯后后的的相相移移網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)V1+V c -VoV1+VR-VOIIVoIVCV1V1VO兩種相移網(wǎng)絡(luò)具有如下特點兩種相移網(wǎng)絡(luò)具有如下特點: :( (1 1) ) 單單節(jié)節(jié) R RC C 相相移移電電路路所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的相相移移在在 0 09 90 0o o之之間間, ,但但最最大大相相移移不不超超過過 9 90 0o o(2)(2) 輸出電壓幅度也隨頻率變化而變化輸出電壓幅度也隨頻率變化而變化, ,但輸出電壓總小于輸入但輸出電壓總小于輸入電壓電壓, ,且相移越大且相移越大, ,輸出越小輸出越小, ,當(dāng)相移當(dāng)相移 9090o o時時, ,輸出趨

20、于零輸出趨于零. .(3)(3) 相移值與頻率相關(guān)相移值與頻率相關(guān), ,因此因此, ,當(dāng)當(dāng) RCRC 參數(shù)一定時參數(shù)一定時, ,相位值與一定的相位值與一定的信號頻率相對立信號頻率相對立. .故為了使相移網(wǎng)絡(luò)倒相故為了使相移網(wǎng)絡(luò)倒相 180180o o, ,至少要用三節(jié)移相網(wǎng)絡(luò)至少要用三節(jié)移相網(wǎng)絡(luò), ,且可以證明如且可以證明如果采用相同的果采用相同的 RCRC 相移網(wǎng)絡(luò)相移網(wǎng)絡(luò), ,振蕩頻率為振蕩頻率為: :RC621f 起起振振條條件件為為: : 29hfe IVR 負(fù)負(fù) 反反 饋饋 電電 路路 : 由由R3,R4 純純 電電 阻阻 電電 路路 構(gòu)構(gòu) 成成 . 正正 反反 饋饋 電電 路路 :

21、 由由 R1,C1, R2,C2選選 頻頻 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 構(gòu)構(gòu) 成成 . v2+v1- -21vvF 當(dāng)當(dāng) R R1 1= =R R2 2= =R R, ,C C1 1= =C C2 2= =C C 時時, , F F= =1 1/ /3 3 RCf 210 Fffo 2 2 fI)Cj1RCj1R(Cj1R)Cj1R/(Cj1R2222112222 31文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器3 調(diào)制與解調(diào)器原理 3.1幅度調(diào)制與解調(diào)原理 3.2乘法器實現(xiàn)電路介紹 3.3頻率調(diào)制與解調(diào)原理3.1幅度調(diào)制與解調(diào)原理 一、基本概念 1)調(diào)制的概念及必要性 適合信道特性；提高信道利用率。 2）模擬調(diào)制分類 3）

22、幅度調(diào)制的分類 AM,DSB,SSB,VSB; 4)調(diào)幅信號的解調(diào) 包絡(luò)檢波器，同步檢波 5）混頻原理與應(yīng)用二、實現(xiàn)框圖 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流0u u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMu0u乘法器 uou下邊帶濾波器SSBLu上邊帶濾波器SSBUu 非相干解調(diào)非相干解調(diào) (包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波) 乘法器乘法器低通濾波器低通濾波器uDSBu ou包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器 加法器加法器uDSBu ou 非線形非線形 電路電路低通濾低通濾 波器波器2 相干解調(diào)（同步檢波）相干解調(diào)（同步檢波）(1) 調(diào)幅調(diào)幅(DSB為例為例) u乘法器帶通濾波器u DSBu o2maxo（2）檢波）檢波

23、 u DSB乘法器低通濾波器u rumax（3）混頻）混頻 u DSB= u s乘法器u L帶通濾波器u II I=L L-S SLs調(diào)幅，檢波與混頻之間的頻譜變換關(guān)系：I I=L L-S S2max3.2 MC1496乘法器電路應(yīng)用乘法器電路應(yīng)用幅度調(diào)制、混頻實現(xiàn)電路1234567891011121314MC1496Rw1R5R4C2Rw2R6R7R9C3C4C57908123R3R1C7R2C8R10R11C11+12VUcinAMin-12VC1C13C9R12R01R03R00C00D1R06C01C12C02K1R04R05RW1RW2C04ICOUT1OUT2AMin同步及二極管包絡(luò)檢波實驗電路圖 3.3 頻率調(diào)制與解調(diào)原理1）頻率調(diào)制的概念及特點 頻譜的非線性搬移；高的抗干擾能力；寬的頻帶2）調(diào)頻的實現(xiàn)方法 A 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻 B 間接調(diào)頻3）調(diào)頻信號解調(diào)方法4）調(diào)頻發(fā)射接收機變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路（VCO)間接調(diào)頻框圖高穩(wěn)定度高穩(wěn)定度 振蕩器振蕩器 調(diào)相器調(diào)相器 積分器積分器)(tu )(tu)(tuFM調(diào)頻發(fā)射機（調(diào)頻發(fā)射機（FM transmitter）的組成。）的組成。f 01=200kHz振蕩器振蕩器調(diào)相器調(diào)相器多 級 倍多 級 倍頻器頻器混頻器混頻器多 級 倍多 級 倍頻器頻器功 率 放功 率