第二章 射频辅助电路设计.docx
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第二章射频辅助电路设计
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无线电通信电路测试与设计
无线电通信电路测试与设计
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无线电通信电路测试与设计
2.1电源电路设计
2.1.1电源稳压部分设计稳压电路220V交流电
变压整流滤波不稳压直流电
0
vF
t
稳压
vo
RF
v1
0t0
0
t
v2
t0
vR
t0
vF
t
图2.1.1稳压电路电子信息学院
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复习
变压电路:
变压电路:
U1/U2=I2/I1=N1/N2=nUIN
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复习
整流部分电路:
整流部分电路:
半波整流电路
T1D
v20vo0vo
2
π
2π
3π4π
ωt
ui
u2
RL
uo
桥式整流电路
T1D1
1
ωt
RF
ωt
D4
ui
u2
4
D3
3
D2
RL
0
整流电路波形
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RF滤波电路
+
T1
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复习
2
Uc
U2
1
+U2_
4
U1_
+
3
C
RL
UL0_
电容滤波电路
滤波波形
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稳压电路分类:
稳压电路分类:
线性稳压电源,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、优点是稳定性高,纹波小,可靠性高,易做成多路、欧出连续可调的模块。
缺点是体积大,较笨重,效率相欧出连续可调的模块。
缺点是体积大,较笨重,对较低。
对较低。
开关型直流稳压电源RF优点是体积小,重量轻,稳定可靠;可以升压、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,纹波峰峰值一般为或转换电压极性。
缺点是纹波较大,欧出电压的1欧出电压的1%。
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线性稳压电源的设计:
线性稳压电源的设计:
最常见的是X78XX系列三端正电源线性稳压器,最常见的是X78XX系列三端正电源线性稳压器,它有一系列X78XX系列三端正电源线性稳压器固定的电压输出(5V,6V,8V,9V,10V,12V,15V,18V,24V)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,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。
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。
1.5A的输出电流提供足够的散热片,它可以提供大于1.5A的输出电流。
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三端稳压器的型号规格和管脚分布。
三端稳压器的型号规格和管脚分布。
正、负稳压7805电路负稳压电路例如:
78M05三端稳压器可输出+5V、0.5A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
RF外形及管脚分布,如附图所示。
外形及管脚分布,如附图所示。
GNDINOUT电子信息学院
123
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三端稳压器
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参数
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RF输出电压
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稳压器的输出电压,能稳定在多少V7805输出电压稳定在5V稳压器的输出电压,能稳定在多少V,7805输出电压稳定在5V输出电压稳定在
线性调整率
稳压器的输入电压一般都比较宽,在该范围内,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。
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。
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7~25V之间变化的时候,在常温,500mA电流的情况下7~25V之间变化的时候7805在常温,输出500mA电流的情况下,输入电压在7~25V之间变化的时候,输出电压的变化典型值为3mV最大值为50mV3mV,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,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。
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RF一个量。
7805在负载变化在5mA~1.5A时输出电压的变化范围在10~50mV在负载变化在5mA~1.5A一个量。
7805在负载变化在5mA~1.5A时,输出电压的变化范围在10~50mV
静态电流
对于线性稳压器来说是一个非常重要的参数。
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的,它不流向负载,而是直接流向地,因此该电流是越小越好。
须的,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在负载小于1A的情况下,8mA。
7805在负载小于1A的情况下,静态电流为8mA。
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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)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10Hz~100kHz频率范围内输出噪声电压为频率范围内输出噪声电压为40uV7805在10Hz~100kHz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/VdB来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,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。
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,在负载电流小于1A的情况下,点的纹波抑制比最小为62dB7805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80dB。
一般的DataSheet给出的纹波抑制比都是在120Hz。
频率越高,给出的纹波抑制比都是在120Hz为80dB。
一般的DataSheet给出的纹波抑制比都是在120Hz。
频率越高,纹波抑制比一般会变小。
制比一般会变小。
输入输出电压差
RF
是指输入电压与输出电压的电压差值。
X7805中电压差为2V,是指输入电压与输出电压的电压差值。
在X7805中电压差为2V,也就表示输入中电压差为2V电压必须比输出电压大2V或者更多,芯片才能正常工作。
2V或者更多电压必须比输出电压大2V或者更多,芯片才能正常工作。
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电源电路设计
⑴固定输出连接
图2.1.2稳压电路稳压电路
在设计时必须注意:
(VI)和(Vo)之间的关系,7805为例,RF在设计时必须注意:
(VI)和(Vo)之间的关系,以7805为例,该三端稳压器之间的关系为例的固定输出电压是5V而输入电压至少大于8V这样输入/输出之间有3V5V,8V,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,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,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又不致于功耗偏大。
和,又不致于功耗偏大。
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仿真:
仿真:
三端式稳压器电路的仿真分析
U1
LM7812KC
XMM1
C1
0.33uF
C2
0.1uF
R1
1000ohm
V1
16V
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问题:
问题:
变化对输出电压U的影响(输入电压UI变化对输出电压O的影响(RL=100?
)?
UI/VUO/V
30
12.012
25
12.009
20
12.007
15
12.007
9
7.530
5
3.564
1
468.282nv
负载电阻R变化对输出电压U的影响(负载电阻L变化对输出电压O的影响(UI=20V)V
RL/?
UO/V
∞
12.008
50001000200
12.00812.00812.007
20
12.001
10RF
11.995
5
11.859
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2.扩大输出电流连接
图2.1.3所示电路W7800系2.1.3所示电路W7800系所示电路W7800列集成稳压器扩展输出电流的应用电路。
的应用电路。
当稳压电路所需输出电流大于2A2A时需输出电流大于2A时,利用的作用,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。
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扩流三端稳压器仿真
Q1
BJT_PNP_VIRTUAL
XMM1
R1
30ohm
U1
MC7812CT
V1
30V
C2
0.33uF
C1
0.1uF
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10,0.5Ω,0.3V,例:
计算若功率管β=10,UBE=-0.3V,电阻R=0.5Ω,I3=1A。
试计算扩展输出电流IO。
(设公共端的电流I2≈0)1A。
0)。
(设公共端的电流
ICIRR0.5II1BI3
I0
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IO=I3+IC=I3+βIB=I3+β(I1?
IR)
UBE0.3=(1+β)I3+β=(1+10)×1?
10×=5AR0.5
可见I扩大5倍了倍了。
可见O比I3扩大倍了。
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RF3.扩展输出电压的电路
无线电通信电路测试与设计
所示电路为W7800系列集成稳压器扩展输出电压的应用电路。
试写出扩展系列集成稳压器扩展输出电压的应用电路。
所示电路为系列集成稳压器扩展输出电压的应用电路输出电压U的表达式并说明调输出电压的方法。
输出电压O的表达式并说明调输出电压的方法。
CW78xx+U’O
∞
+R4R3R1R2UO
UIU’’OF007
RF
-
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设集成稳压器的输出电压为
′UO
′′集成运算放大器的输出为UO
R4R2R4′′UO=(1+)UO?
UOR3R1+R2R3因
(1))
′′′UO=UO+UO
(2)代入
(1))代入()
′UO
(2))RF
UO
R3R2′=(1+)()UOR1R3+R4
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,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,当改的滑动端子时,在输出端就能得到可调而稳定的直流电压。
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。
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2.1电源电路设计
2.1.2电源耦合部分设计
现代射频电路中一般都含有模拟电路和数字电路两部分,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,9V、5V、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,等等。
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。
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,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,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,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RF由电源串入第一级放大电路中,即使只是很少一点的信号,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。
会产生很大的干扰,从而影响整个电路的稳定。
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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,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。
有效的减小串扰。
图2.1.4低通型π型耦合电路
这个电路放置在两个模块电路RF的直流电源供电电路之间,的直流电源供电电路之间,使得各模块相互隔离,得各模块相互隔离,去除了各模块间的交流信号串扰。
模块间的交流信号串扰。
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2.2滤波器的设计
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,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。
滤波器主要是用来选择或者抑制某一频段信号的装波器。
滤波器按照频率选择性可以分为低通滤波器、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。
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,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,这个频段叫做通带,而对于其频段外的信号衰减很大,从RF而阻止信号通过称为阻带。
带阻滤波器和前面三种相反,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,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。
、利通过。
、
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滤波器按照频率选择性可以分为:
滤波器按照频率选择性可以分为:
低通滤波器
UU
高通滤波器
低通滤波器
f
高通滤波器
f
带通滤波器
UU
带阻滤波器
RF
f带通滤波器带阻滤波器f
图2.2.1滤波器幅频特性图
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无源滤波器:
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、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。
滤波器LC滤波器主要利用分立元件(电容、电感)LC滤波器主要利用分立元件(电容、电感)来实现滤滤波器主要利用分立元件波特性。
LC滤波器一般用于中心频率小于500MHz的电路滤波器一般用于中心频率小于500MHz的电路,波特性。
LC滤波器一般用于中心频率小于500MHz的电路,并且其Q值也不会太大,一般在几百。
LC滤波器可以并且其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。
很容易的获得较大的带宽。
RF
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R+UiLIC
LC谐振电路2.2.1LC谐振电路
(1)串联谐振电路
为信号源电压,频率为ω电路电流为IUi为信号源电压,频率为ω;电路电流为I
Z=R+jωL+
1jωC
1?
?
=R+j?
ωL?
?
=R+jXωC?
?
图2-3串联谐振电路图2.2.2串联谐振电路
X表示电抗。
由此式可以得到串联谐振的一些特点。
表示电抗。
由此式可以得到串联谐振的一些特点。
表示电抗当满足X=0,也即当满足,ωL=1ωC
00
RF
串联谐振电路电抗为0,电路呈纯阻态,串联谐振电路电抗为,电路呈纯阻态,这时电路会出现谐振状态,这时电路会出现谐振状态,其谐振频率为
ωo=
1LC
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谐振时电路的阻抗最低为R。
谐振时电路的阻抗最低为。
由于电流Io=Ui/R,由于电流,所以谐振时电流最大。
所以谐振时电流最大。
品质因素可以表示为
R+Ui-
LIC
图2-3串联谐振电路
1Q0==Rω0CR
Q0一般在50~200之间
ω0L
图2.2.2串联谐振电路2.2.2
RF
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X
得到
容性
感性
ωω0?
Z=R+jQ0R?
?
?
?
ωω?
?
0?
当工作频率低于
0
ω0
ω
ω0时,电路呈容抗特性;
串联谐振电路阻抗曲线
(b)
当工作频率高于ω0时,电路呈感抗特性;当工作频率等于ω0时,电路呈纯电阻特性。
RF
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+U
(2)并联谐振电路)
Z=(R+jωL)//r1jωC=jωC1(R+jωL+)rjωc1?
Cr1R+j(ωC?
)LωL(R+jωL)r1
Ii
CR
L
_
图2.2.3并联谐振电路
R1Cr1Y==+j(ωC?
)ZLωL
=G+jB
RF
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.1LC谐振电路谐振电路
(2)并联谐振电路
电路产生谐振,电路产生谐振,谐振频率为
ω0C=1ω0L
ωo=
1
LC谐振时电路的导纳最低为G谐振时电路的导纳最低为G,也就是电阻最大
输出电压
U=Ii/Y
谐振时电压最大
品质因素可以表示为
1=Q0=Gω0LG
ω0C
RF
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当工作频率低于ω时,电路呈感抗特性;0当工作频率等于ω时,电路呈纯电阻特性。
0当工作频率高于ω时,电路呈容抗特性;0电子信息学院
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令广义失谐
Z=111+j(ωC?
)ReoωL=Reo1+jReo(ωC?
1)ωL
=Reoff1+jQ0(?
0)f0f
ff02?
fξ=Qo(?
)=Qof0ff0
ReoZ==2?
f1+jξ1+jQ0f0
Z=Reo2?
f21+Q0()f0
2
Reo
RF
=
Reo1+ξ2
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矩形系数:
通频带选择性矩形系数:
当增益下降到Auo的0.707倍时对应的频率范围:
当增益下降到倍时对应的频率范围1、通频带fbw0.7:
令N(f)=
1
22?
f21+Q0()f0
=
12
得:
BW0.7fbw0.7=2?
f0.7=f2?
f1=f0Q0
∴Q0值越大fbw0.7越窄,选择性好。
2、矩形系数:
选择性好坏。
RF
Kr0.1=fbw0.1/fbw0.7
Q0值越大曲线愈尖锐,选择性越好。
理想情况下K0.1=1
∴选择性与fbw0.7选择性与矛盾。
矛盾。
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
LC滤波电路2.2.2LC滤波电路
1、低通滤波器
LC
CL
RF
图2.2.4低通滤波单元电路
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
1、低通滤波器
LCLC
LCCL
2LCC
L2C
L
RF
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
2、高通滤波器
CLLC
图2.2.6高通滤波器单元电路
RF
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
2、高通滤波器
CLCL
CLLC
C/2LL
CL/2
RF
C
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
3、带通滤波器
L1C1L2C2L3
C3L4
C4L5
C5
RF
图2.2.8宽带带通滤波器
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
3、带通滤波器
L1C1
C2L2
L2
C2
C1
L1
图2.2.8带通滤波器单元电路
RF
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RF无线电通信电路测试与设计2.2.2LC滤波电路滤波电路
1、带通滤波器
L1C1C1L1
C1
L1
L1
C1
L2
C2
C2
L2
C2
L2
L2
C2
(a)
L1
C1
C1
L1
C1/2
2L1
L2/2
2C2
C2
L2
RF
L2
C2
图2.2.8带通滤波器级联电路
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3、带通滤波器频
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