第2讲射频辅助电路设计

射频辅助电路设计1、周期信号的傅里叶级数分解---三角形式，，，21)sincos()(1110ntnbtnaatxnnn1103132121110)cos()3cos()2cos()cos()(nnntnAatAtAtAatxREVIEW:nnnnnnabbaAarctan22*函数分解时可先分析其奇偶性.REVIEW:周期信号的频谱特点①离散性——频谱是离散的而不是连续的，每根谱线代表一个谐波分量。这种频谱称为离散频谱；②谐波性——谱线只能出现在基波角频率1的整数倍上；③收敛性——幅度谱的谱线幅度随着频率的增加而逐渐衰减到零。*信号主要能量集中于第一个零点之中．由频谱的收敛性可知，信号的功率集中在低频段。2、周期信号的傅里叶级数分解---复指数形式REVIEW:ntjnneXtx1)(周期信号的频谱均为离散谱2、非周期信号的频谱特性REVIEW:非周期信号的频谱均为连续谱连续频率离散频率时，当11nTd)(21)(d)(lim)(tjtjnTejXtxtetxTXjX)()(jXtx①门函数的频谱②冲击函数的频谱2021)(tttg，，)2Sa()(jG1)(t③单位直流信号的频谱)(21④指数信号的频谱jateat1)(REVIEW:2.1.1电源稳压部分设计2.1.2电源耦合部分设计2.1电源电路设计2.2滤波器的设计2.2.1LC谐振电路2.2.2LC滤波电路2.2.3其它无源滤波器射频辅助电路设计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vo0tvF0tvR0tv10tv20t变压整流滤波稳压220V交流电不稳压直流电vF0t稳压电路变压电路：U1/U2=I2/I1=N1/N2=n复习2.1电源电路设计T1DRLuouiu2整流部分电路：半波整流电路v2vo00tt234vo0tT11243D1RLuiu2D4D3D2桥式整流电路整流电路波形复习2.1电源电路设计滤波电路T11243CRL++___+U1U2UL0U2Uc电容滤波电路滤波波形复习2.1电源电路设计稳压电路分类: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％。2.1电源电路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，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。2.1电源电路设计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+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外形及管脚分布，如附图所示。IN123OUTGND三端稳压器参数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。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。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/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。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⑴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。输入电压UI变化对输出电压UO的影响（RL=100）UI/V30252015951UO/V12.01212.00912.00712.0077.5303.564468.282nv负载电阻RL变化对输出电压UO的影响（UI=20V）RL/5000100020020105UO/V12.00812.00812.00812.00712.00111.99511.859问题：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）R0.5ΩIRI1I3I0ICIB)(1333RBCOIIIIIIIIARUIBE55.03.0101)101()1(3可见IO比I3扩大5倍了。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，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π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。振荡回路是由电感和电容组成。只有一个回路的振荡回路称为简单振荡回路或单振荡回路。简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小或最大值的特性称为谐振特性，这个特定频率称为谐振频率。简单振荡回路具有谐振特性和频率选择作用。这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。应用：高频小信号谐振放大器、高频谐振功率放大器、LC正弦波振荡器及各种滤波器件等。LC振荡回路并联谐振回路串联谐振回路分类并联谐振回路由于阻抗较大，且有阻抗变换功能，在电路中除用作选频和滤波网络外，常直接作为放大器的负载使用。（1）串联谐振电路RLC+-UiI/IOξO1I图2-3串联谐振电路图2-4电流谐振曲线图2.2.2串联谐振电路Ui为信号源电压，频率为ω；电路电流为IjXRCLjRCjLjRZ11LC10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CL001LC谐振电路RLC+-UiI/IOξO1I图2-3串联谐振电路图2-4电流谐振曲线图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。Q一般在50~200之间LC谐振电路CLRCRRLQ1100：定义品质因数谐振时，回路的感抗和容抗相等，称为特性阻抗，用表示，即:CLLCLCLOo10当工作频率低于时，电路呈容抗特性；0时，电路呈感抗特性；当工作频率高于0时，电路呈纯电阻特性。当工作频率等于LC谐振电路x容性O感性L01C–C1CLX1电抗X随ω变化的规律谐振特性谐振时回路电流最大，且电流与外加电压同相；谐振时回路中电感和电容两端电压为：0o0I11LooCoooUsUjLjLjQUsrUsUIjjQUsjCCr一般Q值都比较大，故设计谐振电路时应考虑元件的耐压问题串联谐振回路的矢量图VsIVLVRVC以电流I为参考方向（即认为I的相位是0）I电感电压超前电流90度，电容电压落后电流90度VLVC电阻电压与电流同相=VSVR当ω=ω0VL与VC大小相等方向相反抵消后使得VS=VL+VR+VC=VR当ωω0由于ωL1/(ωC)所以|VL||VC|，Vs落后于电流IVLVCVRVS当ωω0IVRVLVC由于ωL1/(ωC)所以|VL||VC|，Vs超前于电流VsRLC呈纯阻性RLC呈容性RLC呈感性例题已知一串联谐振回路L=100μH，R=5Ω，C=100pF，求串联谐振频率，若外加电压源频率为2MHz时，RLC整体呈电容性还是电感性？电压相位超前还是落后于电流相位？MHzLCf59.1101001010014.32121:1260解流相位。所以电压相位超前于电整体呈电感性可知此时表所以根据上面讲过的图因为时当外加频率,RLC,20ffMHzf串联谐振回路的谐振曲线和通频带谐振曲线和“归一化”谐振曲线谐振曲线定义：串联谐振回路中电流的幅值（即）与外加电压源频率（ω）之间的关系曲线。“归一化”谐振曲线定义：与外加电压源频率（ω）之间的关系曲线。其中为电路谐振时回路电流（即电流的最大值）。I||0II0I（1）归一化谐振曲线计算及广义失谐ξ概念)1()1(ssCLjRRRCLjRIIVVo谐振频率点电流任一频率点电流)1(11)1(11/)1(110000CRRLjCRRLjRCLj)(11)(110000jQQQjQ记为ξ称为“广义失谐”串联谐振回路的谐振曲线和通频带画出归一化谐振曲线当0即失谐不大时：000022ffQQjII11o谐振频率点电流任一频率点电流oooQ其中2o11II画出曲线Q1Q2串联谐振回路的通频带回路外加电压的幅值不变时，改变频率，回路电流下降到I0的时所对应的频率范围称为串联回路的通频带21oIIo121这个频率宽度称为“通频带”通常记为B或2△ω或2△f通频带的计算f01212110027.07.0122wwB211111200IIIIj12o7.0f