舉例高頻電子電路設計第四章高頻電子電路設計

高頻電子電路設計

小功率調(diào)頻發(fā)射機設計

學習要求

掌握調(diào)頻發(fā)射機整機電路的設計與調(diào)試方法，以及高頻電路的調(diào)試中常見故障的分析與排除；學會如何將高頻單元電路組合起來實現(xiàn)滿足工程實際要求的整機電路的設計與調(diào)試技術(shù)。1

一、調(diào)頻發(fā)射機及其主要技術(shù)指標

1.組成框圖

2一、調(diào)頻發(fā)射機及其主要技術(shù)指標2.主要技術(shù)指標發(fā)射功率

一般是指發(fā)射機輸送到天線上的功率。

總效率

發(fā)射機發(fā)射的總功率與其消耗的總功率P’C之比，稱為發(fā)射機的總效率。

非線性失真

要求調(diào)頻發(fā)射機的非線性失真系數(shù)

應小于1%。

雜音電平

雜音電平應小于–65dB。

工作頻率或波段

發(fā)射機的工作頻率應根據(jù)調(diào)制方式，在國家或有關(guān)部門所規(guī)定的范圍內(nèi)選取。

3二、單元電路設計與調(diào)試

整機電路的設計計算順序一般是從末級單元電路開始，向前逐級進行。而電路的裝調(diào)順序一般從前級單元電路開始，向后逐級進行。

41-1、LC正弦波振蕩器其中，晶體管T、L1、C1、C2、C3組成電容三點式振蕩器的改進型電路即克拉潑電路，接成共基組態(tài)，CB為基極耦合電容，其靜態(tài)工作點由RB1、RB2、RE及RC所決定，即由公式（4-2-1）~（4-2-4）決定。ICQ一般為(1~4)mA。ICQ偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。L1、C1與C2、C3組成并聯(lián)諧振回路，其中C3兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓，以滿足相位平衡條件Sj=2np。

比值C2/C3=F，決定反饋電壓的大小，反饋系數(shù)F一般取1/8~1/2。

為減小晶體管的極間電容對回路振蕩頻率的影響，C2、C3的取值要大。

如果選C1<<C2，C1<<C3，則回路的諧振頻率fo主要由C1決定，即

51-2、變?nèi)荻O管調(diào)頻

調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管DC及耦合電容Cc組成，

R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3稱為隔離電阻，常取R3>>R2，R3>>R1，以減小調(diào)制信號vΩ對VQ的影響。

C5與高頻扼流圈L2給vΩ提供通路，C6起高頻濾波作用。變?nèi)荻O管DC通過Cc部分接入振蕩回路，有利于提高主振頻率fo的穩(wěn)定性，減小調(diào)制失真。圖4.2.2為變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路，接入系數(shù)p及回路總電容CS分別為Cj6變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線

圖4.2.3變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線

變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線如圖4.2.3所示。設電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點Q處，曲線的斜率為71-3、LC調(diào)頻振蕩器主要性能參數(shù)及其測試方法

主振頻率LC振蕩器的輸出頻率fo稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計測量回路的諧振頻率fo，高頻電壓表測量諧振電壓vo，示波器監(jiān)測振蕩波形。

頻率穩(wěn)定度

主振頻率fo的相對穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定

度表示。

最大頻偏

指在一定的調(diào)制電壓作用下所能達到的最大頻率偏移值。將

稱為相對頻偏。

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變?nèi)荻O管特性曲線

特性曲線Cj-v如圖示。

性能參數(shù)VQ、Cj0、

及Q點處的斜率kc等可以通過Cj-v特性曲線估算。

圖是變?nèi)荻O管2CC1C的Cj-v曲線。由圖可得

VQ=

–4V時

CQ=75pF，

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調(diào)制靈敏度

單位調(diào)制電壓所引起的最大頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以

表示，單位為kHz/V，即

為調(diào)制信號的幅度；

為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化

時引起的最大頻偏。

∵回路總電容的變化量為在頻偏較小時，

與

的關(guān)系可采用下面近似公式，即∴

p↑-△f↑，↑-△f↑。10

為靜態(tài)時諧振回路的總電容，

即∴C1↓-↑-△f↑調(diào)制靈敏度

為回路總電容的變化量；式中，

調(diào)制靈敏度

可以由變?nèi)荻O管Cj-v特性曲線上VQ處的斜率kc及式(4-2-15)計算。

越大，說明調(diào)制信號的控制作用越強，產(chǎn)生的頻偏越大。

111-4、設計舉例

例

設計一LC高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。振蕩器的靜態(tài)工作點取

，

，測得三極管的

由式(4-2-1)~式(4-2-4)計算出各電阻值。

。

主要技術(shù)指標

主振頻率

fo=5MHz，頻率穩(wěn)定度≤5×10–4/小時，主振級的輸出電壓Vo≥1V，最大頻偏

。

已知條件+VCC=+12V，高頻三極管3DG100，變?nèi)荻O管2CC1C。

(1)確定電路形式，設置靜態(tài)工作點12

(2)計算主振回路元件值

由式(4-2-5)得

，若取C1=100pF，則L1≈10H實驗中可適當調(diào)整L1的圈數(shù)或C1的值。電容C2、C3由反饋系數(shù)

F及電路條件C1<<C2，C1<<C3所決定，若取C2=510pF，

由

，則

取

C3=3000pF，取耦合電容

Cb=0.01F。13

(3)測變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線，設置變?nèi)莨艿撵o態(tài)工

作點VQ本題給定變?nèi)荻O管的型號為

2CC1C，已測量出其Cj-v曲線如圖所示。取變?nèi)莨莒o態(tài)反向偏壓VQ=4V，由特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容CQ=75pF。14

(4)計算調(diào)頻電路元件值變?nèi)莨艿撵o態(tài)反向偏壓VQ由電阻

R1與R2分壓決定，已知

VQ=4V，若取

R2=10k

，隔離電阻R3=150kΩ。為減小振蕩回路高頻電壓對變?nèi)莨艿挠绊懀瑧⌒?，但過小又會使頻偏達不到指標要求?？梢韵热。缓笤趯嶒炛姓{(diào)試。當VQ=-4V時，對應CQ=75pF，

則CC18.8pf.

取標稱值20pF∵15(5)計算調(diào)制信號的幅度為達到最大頻偏的要求，調(diào)制信號的幅度VΩm，可由下列關(guān)系式求出。由式(4-2-14)得由Cj-v曲線得變?nèi)莨?/p>

2CC1C在VQ=–4V處的斜率pF/V，

由式(4-2-9)得調(diào)制信號的幅度VΩm=ΔCj/kc=0.92V。

由式(4-2-12)得調(diào)制靈敏度Sf為kHz/V161-5、調(diào)頻振蕩器的裝調(diào)與測試A。安裝要點

電路元件不要排得太松，引線盡量不要平行，否

則會引起寄生反饋。

多級放大器應排成一條直線，盡量減小末級與前級之間的耦合。

地線應盡可能粗，以減小分布電感引起的高頻損耗。

為減小電源內(nèi)阻形成的寄生反饋，應采用濾波電容

Cφ及濾波電感Lφ組成的π型或Γ型濾波電路。

安裝時應合理布局，減小分布參數(shù)的影響。17b。

測試點選擇

正確選擇測試點，減小儀器對被測電路的影響。在高頻情況下，測量儀器的輸入阻抗(包含電阻和電容)及連接電纜的分布參數(shù)都有可能影響被測電路的諧振頻率及諧振回路的Q值，為減小這種影響，應使儀器的輸入阻抗遠大于電路測試點的輸出阻抗。

所有測量儀器如高頻電壓表、示波器、掃頻儀、數(shù)字頻率計等的地線及輸入電纜的地線都要與被測電路的地線連接好，接線盡量短。18C。

調(diào)試方法（1）先調(diào)整靜態(tài)工作點。（3）測量頻偏加入幅度為VΩ的調(diào)制信號以后，可以采用頻偏儀測量頻偏。也可以用示波器測量C點的波形，觀察波形在X方向的相移。（2）觀測動態(tài)波形并測量電路的性能參數(shù)。與低頻電路的調(diào)試基本相同，所不同的是按照理論公式計算的電路參數(shù)與實際參數(shù)可能相差較大，電路的調(diào)試要復雜一些。192、高頻功率放大器設計

利用寬帶變壓器作耦合回路的功率放大器稱為寬帶功率放大器。它不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大。但效率

較低，一般只有20%左右。它通常作為發(fā)射機的中間級，以提供較大的激勵功率。

利用選頻網(wǎng)絡作為負載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器。根據(jù)放大器電流導通角θ的范圍，可以分為甲類、乙類、丙類和丁類等功率放大器。丙類功放的電流導通角θ<90，效率可達到80%。它通常作為發(fā)射機的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的效率。一、電路的基本原理202-1、匹電路的基伶本原理晶體管T1與高頻變范壓器Tr1組成寬帶錘功率放大嗽器，晶體區(qū)管T2與選頻低網(wǎng)絡L2、C2組成丙腰類諧振趕功率放鉆器。211.遵寬帶功等率放大騙器(1)靜態(tài)工作艷點晶體管T1與RB1、RB2、RE1、RF組成的蜜寬帶功濃率放大常器工作擁在甲類壇狀態(tài)。情其特點抄是：晶它體管工李作在線繭性放大區(qū)。其靜態(tài)工作裳點的計算方茅法與低頻電扒路相同。由關(guān)系式(4-捷3-1系)~(搭4-3堪-4)確定。寬帶功缸率放大倚器集電叨極的輸侮出功率PC為PC=PH/T式中，PH為輸出負生載上的實潔際功率；T為變壓器族的傳輸效蠟率，一般T=0.籌75~0杠.85。(2)高頻變賓壓器221.尚寬帶功柄率放大貝器圖4.3.坦2甲類功放得的負載特逃性圖4.3.腳2是寬帶南功率放扮大器的馳負載特詠性。為板獲得最洋大不失靈真輸出少功率，榨靜態(tài)工推作點Q應選在扁交流負挖載線AB的中點鮮。集電極的丸輸出功率PC的表達式眼為式中，R'H為集電極滲等效負載借電阻；Vcm為集電極詠交流電壓復的振幅，最其表達式虎為231.蒸寬帶功粥率放大罵器(3)功率增碑益與電壓放必大器不同軋的是，功栽放應有一佩定的功率厲增益，對鉗于圖4.3稻.1所示電紡路，寬腦帶功放召要為下葉一級丙識類功放慌提供一牙定的激薪勵功率德，必須碑將前級對輸入的柴信號進浙行功率畢放大，企功率增御益為AP=PC/Pi式中，Pi為功放烘的輸入勒功率，葵它與功襪放的輸流入電壓Vim及輸入電帝阻Ri的關(guān)系本為242.起丙類功走率放大友器(1)基本關(guān)系餃式丙類功壺放的基戲極偏置繩電壓–VBE是利用催發(fā)射極汁電流的匠直流分剃量IE0(IE0Ic0)在射極千電阻RE2上產(chǎn)生能的壓降技來提供萌的，故姐稱為自喜給偏壓賄電路。當放大器怠的輸入信糟號vi為正弦波突時，集電揀極的輸出刺電流iC為余弦溝脈沖波繡。利用刻諧振回睬路L2C2的選頻言作用可必輸出基膜波諧振拔電壓vC1、電流iC1。集電極聾基波電系壓的振票幅式中，IC1m為集電蜘極基波惕電流的姐振幅；Rp為集電極歉負載阻抗君。252.丙年類功率放尖大器集電極缺輸出功糧率直流電婦源VCC供給的直湖流功率式中，IC0為集電極足電流脈沖iC的直流分轉(zhuǎn)量。電流熟脈沖iC經(jīng)傅立粒葉級數(shù)膽分解，虎可得峰藥值與分解系滅數(shù)n(θ)的關(guān)系式262.嫁丙類功方率放大糕器分解系數(shù)n(θ)與θ的關(guān)系抱如圖4.3膝.3所示。α2（θ）的值風，在θ=啊60o時最大離，即二監(jiān)次諧波的電壘流脈沖Icm2為最大值卡，而且效率η也比較高堪。272.丙惕類功率放饑大器圖4.3.嘴4為功放管輸裹入電壓VBE與集電極嬸電流脈沖iC的波形關(guān)魄系。由圖可得墻：式中,Vj為晶體秩管導通庸電壓(硅管約0.6V，鍺管約0.3V項)；VBm為輸入柔電壓(或激勵電坐壓)的振幅便；VB為基極蹤蝶直流偏蔽壓。VB=-IC0?RE當輸入傘電壓VBE大于導潑通電壓時，晶體仁管導通，怒并工作在虎放大狀態(tài)軌，則基極百電流脈沖與集電來極電流管脈成線性關(guān)劣系，即滿叔足282.虜丙類功勤率放大禮器功放的功互率增益或如圖4.3.楊1所示，猛丙類功裁放的輸偉出回路處采用變繼壓器耦經(jīng)合方式混。其作看用一是突實現(xiàn)阻潮抗匹配群，將集竊電極的瞇輸出功廚率送至壓負載；咱二是與墾諧振回屯路配合氣，濾除守諧波分灑量。集電極稀諧振回尋路為部各分接入伐，諧振撫頻率或292.丙縮慧類功率放偏大器(2)負載特帖性當功放袍處于臨界工作狀哨態(tài)A點時，管并子的集電廢極電壓正擁好等于管呈子的飽和碰壓降VCES，集電極俱電流脈沖坡接近最大伶值ICm。此時兔集電極京輸出的襪功率PC和效率都較高區(qū)，對應挪的等效覽負載電恢阻判斷功選放是否罩為臨界歪工作狀寶態(tài)的條深件是：Vcc滔-Vc匯m=V略ces302-2、鉛高頻變壓貞器的繞制高頻變經(jīng)壓器的狂磁芯應近采用鎳少鋅(NX安O)鐵氧體綢，當用NXO-護100環(huán)形鐵惹氧體作洗高頻變鍛壓器磁息芯時，像工作頻胃率可達伐十幾兆兄赫。其個結(jié)構(gòu)如虎圖4.3.鬼6所示，勒尺寸為劣外徑×書內(nèi)徑×詢高度，帽電感量L由下式計千算[2]：(4-連3-3懶0)繞制高頻穗變壓器的鍵漆包線一肯般選用線組徑為f0.31惡mm的漆潤包線。為濁減小線圈效漏感與分邁布電容的藥影響，匝紀數(shù)應盡刃可能少，盛匝間距離陰盡可能大臨（繞稀一妨些，并繞牢得緊一些憲）。312-3、誓主要技術(shù)可指標及實貧驗測試方券法輸出功率高頻功放姨的輸出功腹率是指放欺大器的負飛載RL上得到套的最大脾不失真冒功率。睛也就是盤集電極征的輸出那功率，巧即效率常將集電懷極的效率謝視為高頻柜功放的效搖率，用h表示，當卵集電極回躺路諧振時芽，h的值由下更式計算：功率增心益功放的營輸出功瞇率Po與輸入功計率Pi之比稱為蠶功率增益卷，用AP(單位：dB)表示(見式4-3托-10壞)。322-4涌、主要崇技術(shù)指兼標及實災驗測試飼方法高頻功放塔的測試電警路高頻信有號發(fā)生遍器提供棕激勵信化號電壓夾與諧振奶頻率示波器純監(jiān)測波焰形失真直流毫圍安表m拔A測量割集電極春的直流捐電流高頻電壓只表V測量炎負載RL的端電壓在集電孩極回路墳處于諧鵝振狀態(tài)損時，放單大器的航輸出功脆率可以偶由下式遙計算：PO=RLVL2=Vom22RL332-5府、設計堤舉例（P1浪45）例設計一高譜頻功放。已知條襲件+VCC=+1獲2V，晶體份管3D言G13網(wǎng)0，晶體管3DA挎1。主要技稱術(shù)指標輸出功率Po≥500據(jù)mW，工作屆中心頻率，效率η>50%，負載RL=51Ω。342-6、切高頻諧振壟功率放大胸器的調(diào)整1.諧振狀站態(tài)的調(diào)朋整當出現(xiàn)回勒路失諧狀態(tài)時，回路的等挽效阻抗將簡下降。這毒時集電極蛛電壓減小機，集電極屆電流增大艱，集電極擺的耗散功昏率增加，創(chuàng)嚴重時將育損壞晶體夏管。為保證侮晶體管恐安全工勇作，調(diào)浩諧時，季可以先塑將電源掘電壓降低到損規(guī)定值夠的，待找爬到諧振購點后，膚再將升到規(guī)潑定值，包然后微促調(diào)回路寸參數(shù)。辨如圖4.3百.7所示，在典回路諧振招時，高頻屠電壓表的仔讀數(shù)應達漫到最大值炊，直流毫害安表的讀球數(shù)為最小討值，示波戚器監(jiān)測的替波形為不腫失真基波褲。352-6語、高頻落諧振功狡率放大上器的調(diào)框整2.寄生振收蕩及其閃消除(1)參量自老激型寄京生振蕩當功放的乒輸出電壓足夠大蚊時，晶降體管的篩許多參科數(shù)（如集電隙結(jié)電容）將隨伐著工作幫狀態(tài)的霉變化而慘變化，話產(chǎn)生許逗多新的兆頻率分敗量存在獨于晶體草管的輸避出和輸沒入端，租而形成技自激振漠蕩。圖(a)為1/2基波的怒影響，來圖(b)側(cè)為3蔑倍頻的忍影響。參量自激理的特點是棕：必須在巾外加信號帶激勵下才令產(chǎn)生，因擊此斷開激推勵信號觀鼻察振蕩是南否繼續(xù)存赴在，是判蜂斷自激型美寄生振蕩覆的有效方雙法。參量墻寄生振蕩符使輸出電泛壓的峰值站可能顯著賽增加(比正常集值大5倍～6倍)，回路澡可能處桿于失諧偷狀態(tài)，伐集電極允的耗散決功率會蓋很大，賴有可能曬導致晶煉體管損傻壞。消除參量獨寄生振蕩展的常用辦霉法是：在聲基極或發(fā)奔射極接入謊防振電阻(幾歐姆至幾十歐姆)，或引入消適當?shù)母吡项l電壓負擔反饋，或判降低回路倘的QL值，如開果可能消的話，代減小激目勵信號續(xù)電平。362-7、栗高頻諧振傅功率放大除器的調(diào)整(2)反饋型識寄生振占蕩反饋型寄斯生振蕩又最分為低頻寄再生振蕩與高頻或頂超高頻竭寄生振僚蕩。圖4.3.武10分別為疊壟加有低頻黎自激與高尊頻自激信栽號的輸出大波形。低頻寄生誓振蕩一般谷是由功放披輸入輸出苗回路中的飼分布電容野引起的。消除低頻室寄生振蕩家的辦法是客設法破壞足它的正反向饋支路，叫例如減少章基極回路薦線圈的電邊感量或串飾入電阻RF，降低線僑圈的Q值。高頻寄生霸振蕩一般滾是由電路歸的分布參兔數(shù)(分布電惠容、引岔線電感享等)的影響貸所造成零的。例章如引線淺較長時傅，其產(chǎn)毛生的分但布電感(使放大器加原有的電債感相當于葡開路)與電路濫中的分減布電容五構(gòu)成了完振蕩回走路。消除高領(lǐng)頻寄生救振蕩的晶有效辦嘩法是：沙盡量減姐少引線惹的長度捷、合理丙布局元當器件或集在基極昆回路接否入防振嗎電阻。37三、整白機設計辦舉例例設計一互小功率駐調(diào)頻發(fā)腔射機已知，晶體管窯3DG租100，b=6辭0。主要技切術(shù)指標發(fā)射功率剪，負載凈電阻(天線)祝，什工作中顛心頻率f0=5M倘Hz，最大頻煉偏菠，總效購率逃。38三、整機蘇設計舉例LC振蕩與調(diào)冬頻電路產(chǎn)生頻敲率緊的亞高頻振敞蕩信號丹。變?nèi)葜欢O管巖線性調(diào)歌頻，最豈大頻偏珠。發(fā)辛射機的宴頻率穩(wěn)盈定度由挖該級決寫定。緩沖隔離榴級將振蕩逗級與功堵放級隔豬離，以衫減小功勤放級對亂振蕩級猛的影響渠。緩沖據(jù)隔離級客常采用概射極跟倚隨器電糊路。末級功扭放將前級送估來的信號比進行功率劈燕放大，使挽負載(天線)上獲得云滿足要筑求的發(fā)塊射功率唱。如果波要求整紛機效率鹽較高，魔則應采艘用丙類其功率放繞大器功率激忠勵級為末級功標放提供激捐勵功率。假如果發(fā)射沸功率不大催，且振蕩肺級的輸出鄰功率能夠敗滿足末級膚功放的輸謊入要求，踐則功率激進勵級可以獅省去。(2)增益分配功率增益如果集中扁在末級功跌放，則電口路性能不記穩(wěn)，容易獲產(chǎn)生自激演。因此要途根據(jù)發(fā)射芝機各組成胸部分的作炭用，合理拒地分配功膽率增益。容緩沖級可患以不分配梁功率增益象。設各級疤功率增益掘如圖4.4.敏2所示。(1)擬定發(fā)射胃機的組成紡方框圖39四、整參機電漁路的裝況調(diào)與測咐試LC正弦波振遇蕩電路變?nèi)荻O智管調(diào)頻電裙路緩沖隔離少級通過調(diào)節(jié)狠發(fā)射極電RP1，可以改拋變射極貓跟隨器翅的輸入耽阻抗。寬帶功率梳放大器丙類功廊率放大并器40四、整勵機電京路的裝揀調(diào)與測篩試電路的調(diào)轎試順序為牽：先分級杜調(diào)整單馬元電路商的靜態(tài)徑工作點躍，測量其妄性能參極數(shù)；然勒后再逐欣級進行陵聯(lián)調(diào)，杰直到整扮機調(diào)試濟；最后蒙進行整遭機技術(shù)犯指標測灰試。由于功放習運用的是嚷折線分析君方法，其蓄理論計算基為近似值把。此外單得元電路的溜設計計算耗沒有考慮蛾實際電路肥中分布參皮數(shù)的影響必，級間的筐相互影響送，所以電叼路的實際孔工作狀態(tài)撞與理論工羨作狀態(tài)相風差較大，恨因而元件云參數(shù)在整動機調(diào)整過廚程中，修比改比較大掙，這是在流高頻電路吸整機調(diào)試膠中需要特參別注意的遍。41四、整機航電路的羊裝調(diào)與測忍試1.調(diào)頻振環(huán)蕩級與煙緩沖級計相聯(lián)時垃的常見涂故障調(diào)頻振蕩和級與緩沖員級相聯(lián)時盾，可能出益現(xiàn)振蕩級搬的輸出電艱壓幅度明鋤顯減小或奧波形失真帆變大。產(chǎn)龍生的主要事原因可能拌是射隨器亮的輸入阻愛抗不夠大種，使振蕩齒級的輸出未負