高频电子线路学习

我的高频电路 1学习感想孤独情圣对于电设的高频的方向，一再的被称为传说。它最神奇的地方就 在于极具挑战性。罗老师说过，做高频只要你做出来就一定能拿奖。 可是向我们福大这种学校怎么却很少人在国赛拿奖，而它又几乎是通 信专业学生专利，因为是专业所需。一直期盼罗国新，但最终选的是邵雄老师的课。邵雄无疑是个非 常棒的老师，带点幽默感，但很能和学生打成一片的。更重要的是他 让我的认识到了自己原来高频还处于懵懂状态。本来花了一个寒假学 完了基本厚厚的大书，知道今天上完课才知道原来一切都只是一个开 始。对于高频，只能用一句话来形容“纸上得来终觉浅。”它需要一 个极具经验和极富与众不同眼光的人来主宰。对于学校的教程，是一 本最多人厌恶的电子线路（非线性部分）。可以说多说人提到这 本书脑子里都会浮现出两个字“挂了”。就上学期的电子线路线性部 分（低频）课程，有一半的人吐了吧，现在学的就是传说中的非线性 部门，那对多数人来说几乎就是一门哲学，两个字抽象。对于想学好高频的人来说，我想说你不能仅仅只是会看书，就 因为抽象，更要要带着全新的视角看书，否则只会是一塌糊涂，越看 越迷糊。如果说学低频的人是牛顿，那学高频的人就应该是爱因斯坦。 怎么说呢，常规的电子线路就像经典力学一样，电压就是电压，电流 就是电流，它建立在一套经典电路分析理论的基础之上，而且这套理 论与我们日常的宏观实际非常接近，在学电路的学生来说几乎是根深 蒂固。回头看高频，电压，电流已经不是简单的传输，而是通过“趋 肤效应”紧贴导线的外表面传导。这就意味着最最本质的东西发生了 改变，一切的一切也就随之发生了天翻地覆的巨变。所以要时刻以不 同的眼观看待高频电路，任何一条导线在做高频的人眼里都是一根电 感，任何的并排导线在做高频的人眼里都是一个电容，而且分布参数 的数量级已经到了可以改变电路的性质，甚至改变电路最本质的特 性。这就是为什么同一张原理图不同的人刷出来结果完全不一样，甚 至同一个人前后两次刷出来的电路板性质差别巨大。对于低频来说， 电路的各种参数及特性都是固定的，而且具备一套十分完备的理论体 系，就像古典概型一样，通过计算可以得到任何的电路特性，而且结 果唯一。对于高频来说，各种寄生参量对电路的影响极大，而且这些 参量的出现不论从时间还是数值上都只无规律的，就像离散型随机变 量。在低频里被忽略的种种到了高频里都是你的参数。因为无规律， 所以不能计算，也就很难得知确切结果，只能预测。这就是为什么按 着明明按着电路图印制出来的板却不能用。因为对于高频的高手来 说，没有两个电路是一样的，就算仅是导线的长短不同，他就会称它 是两个图。因为在他眼里电路图简单的器件导线图了，而是一张布满 电容电感的抽象网络，而且这个网络具有不可预知性。就像一把5厘 米的尺子到了爱因斯坦手里就会变短，同样的钟表到了他眼里就会延 时。他的理论建立在经典理论之上，却又于经典理论格格不入。所以 想学好高频，首先要建立在雄厚的基础之上，还要有全新的理念和眼 光。没有用全新的理念学相对论，即使他整本书看熟了，公式都记住 了，我我还是要说他没学会，因为他没有认识到本质的东西。对于高 频，如果没有全新的视角，那就只能说明：同学，你还没起步呢。我的高频电路 2射频功放独孤情圣功率放大器，对所有学通信的人都是再熟悉不过了，打从大二初就开始学三级管和场效 应管等，把直流电源转化为交流信号的功放器件。而射频功放，关键在于射，要对外辐射 结合效率和频段占据，就必须工作在高频波段，这就需要对放大器的认识进入一个全新的阶 段。本教材花费了一章的篇幅来解释谐振，那试问你是怎么理解谐振功率放大器的呢？相信 多数人学完第二章，只是知道有谐振这么一回事，多了一章考试范围我想说你太不相信专 家的能力了，他不会无缘无故安排你多学一个章节滴，下面谈谈个人的看法吧首先要明白上学期学了整整一本书，到底在学什么否则就该反省一下一个学期都学到 什么了。可以说上学期的电子线路（线性部分）就围绕着低频小信号的功率放大，围绕着小 功率器件的各种特性展开。全书从交直流等效回路讲到稳定增益的负反馈网络，从简单功放 到级联功放。从各种等效模型到具体电路的实现。无非就是围绕低频小信号的放大，为你解 释功率器件的各种特性。 但是线性功放有两个致命前提，一是低频，二是小信号。因为低 频，可以忽略结电容引起的非线性失真，因为小信号，忽略泰勒级数中的二次方级以上各非 线性项，使放大器工作在较为理想的线性转移特性区域。是它们方便了我们线性的放大信号， 但也是它们严重的限制了使用范围。一般的信号放大到几百豪幅就会出现明显的波形失真 这就是为什么编辑教材的专家要我们研究放大器的非线性部分。在一般放大器已经工作到了 极限状态下，这时即使再多加几级的功放，也不能完成信号的放大。那用什么办法进一步放 大信号，以满足日常生活的需要。经过有才的前人们日夜不停地探索与研究，最早用的是甲 类功放，不知哪个有才的发明了合成的乙类功放，不仅是效率提高了不少，更使得放大器的 最大放大倍数整整提高了一倍。而乙类功放之所能工作，是因为正负周期刚好都是半周期余 弦波，能在输出端合成完整的波形。但如何进一步提高功率管效率及信号放大能力呢，经过 有才人地不懈努力，最最经典的谐振功率放大器应运而生。已经学完了谐振放大器，我不知道多数人是什么感觉，个人感觉就是两个字经典， 而且经典到了极限。不是说推导的那些公式很经典，而是传达的哲学思想愿超越我的想象。 孙子云“投之亡地然后存，限之死地而后生。”既然线性功放已经工作到极限状态了，那就 索性让它失真。在允许失真的前提下就很容易成千上万倍的放大信号，最后再从失真的放大 信号中取出不失真的频率分量，完成大信号的放大，这就是谐振。已经学完谐振功放了，我 不知道大家是什么感觉，可能自己看没感觉，但我想说第一个想到它的人真TM有才，它蕴 含的哲学思想让人赞不绝口而又回味无穷。要大家去看高频的教材，对很多人来说想必是很 痛苦的。但当你真正认识它的时候，或者你接触到它的本质的时候，你会发现，其实这本教 材编的相当经典。我也看过一些其他版本的教材，蕴含的哲学思想都没它精彩。所以用这套 教材是我们的幸运，愿你喜欢上它，喜欢上高频。有了谐振，射频也就不是难事了。通过谐振匹配网络，既可以实现阻抗匹配，又可以从 大的失真信号中取出不是真的频率分量。同理，对于高频射频信号，经放大器作用后产生非 线性失真，自然也能通过谐振网络的滤波选频作用取出不是真的频率分量，从而完成射频信 号的放大。从此为信号的无线传输级各种调制解调的实现打下伏笔。可以说第二章的谐振功 率放大器只是基础，但它的破蛋而出，可以说为整个高频电子线路奠定了基础。基于谐振， 很多原本传说中的各种理想电路变成了现实。解释一下，大家在书中也学到了谐振网络的两大作用，一是阻抗匹配，二是滤波选频。 也就是你设计的一个谐振网络必须同时具备匹配在放大器的最佳输出阻抗和谐振在所需的 工作频率w上。看似很难，比如说设计好了阻抗匹配网络能否刚好有同时满足谐振频率呢， 如果你不去试下，永远会觉得这巧合得就像是个传说。但细算之下你会发现，其实阻抗匹配 和滤波选频并不矛盾。因为你设计谐振网络的步骤是先把所有电抗原件作为电阻，匹配好输 入输出阻抗。而后再根据阻抗值和工作频率w计算所需的电感电容值，因此谐振频率也一定 是w。两者不仅不矛盾，而且相辅相成。也就是设计好的谐振网络在满足阻抗匹配的前提下 计算出来的电容电感值一定满足滤波选频，不信你自己试下。其实说了这么多，就是想解释一下谐振的由来和本质，其实认识谐振的本质，对高频学 习来说只是个起点，但如果你对它一无所知，那就说明你学高频连门都没有入呢，丧需努力。 不过没事，更多的精彩，日后我们一起探索我的高频电路3PCB设计独孤情圣对于高频电路图，尤其的GHz以上的超高频电路图，已经不能用传统的电 路分析方法解读它，因为它的各种参数与原件的相对位置，引脚长度，引线宽度， 隔离宽度等版图结构息息相关。因此对于高频电路板的设计于一般的电路板设计 截然不同。对于一般的电路图设计，不论是用multisim还是protel，都是先在电 路图上摆放原件，连接引线，然后自动生成PCB版图。最后打开版图对不合理 的地方手动修改。而对于高频电路板的设计，它需要独特视角和极具经验的人来 完成。且时刻把握以下三大原则：1布局的设计先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置,再结合自动布局完成 PCB的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC （电 磁兼容）等，必须从电路板的整体布局、布线的可通性和PCB的可制造性、机械 结构、散热、EMI（电磁干扰）、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件，再放置特殊的和较大的元 器件,最后放置小元器件。同时，要兼顾布线方面的要求，高频元器件的放置要尽量 紧凑,信号线的布线才能尽可能短，从而降低信号线的交叉干扰等。1.1与机械尺寸有关的定位插件的放置电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位 插件。通常，电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处，并与PCB边缘要有3 mm5 mm的间距;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元 器件，如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB边缘的位置，以便于调整和连 接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。1.2特殊元器件的放置大功率管、变压器、整流管等发热器件，在高频状态下工作时产生的热量较 多，所以在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易 流通的地方。大功率整流管和调整管等应装有散热器，并要远离变压器。电解电 容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干，造成其电阻增大， 性能变差,影响电路的稳定性。易发生故障的元器件，如调整管、电解电容器、继电器等，在放置时还要考虑 到维修方便。对经常需要测量的测试点，在布置元器件时应注意保证测试棒能够 方便地接触。由于电源设备内部会产生50 Hz泄漏磁场，当它与低频放大器的某些部分交 连时，会对低频放大器产生干扰。因此，必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放 大器各级最好能按原理图排成直线形式，如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动，不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离，减小 它们之间的寄生耦合干扰。考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系，还应将低频电路和高频电路分 开，模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央，这样方便各引脚 与其他器件的布线连接。电感器、变压器等器件具有磁耦合，彼此之间应采用正交放置，以减小磁耦合。 另外，它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽，以减小对 其他电路的影响。在PCB的关键部位要配置适当的高频退耦电容，如在PCB电源的输入端应接一 个10pF100 pF的电解电容，在集成电路的电源引脚附近都应接一个0.01 pF 左右的瓷片电容。有些电路还要配置适当的高频或低频扼流圈，以减小高低频电 路之间的影响。这一点在原理图设计和绘制时就应给予考虑，否则也将会影响电 路的工作性能。元器件排列时的间距要适当，其间距应考虑到它们之间有无可能被击穿或打 火。含推挽电路、桥式电路的放大器，布置时应注意元器件电参数的对称性和结 构的对称性，使对称元器件的分布参数尽可能一致。在对主要元器件完成手动布局后，应采用元器件锁定的方法，使这些元器件不 会在自动布局时移动。即执行Edit change命令或在元器件的Properties选中 Locked就可以将其锁定不再移动。1.3普通元器件的放置对于普通的元器件，如电阻、电容等，应从元器件的排列整齐、占用空间大小、 布线的可通性和焊接的方便性等几个方面考虑，可采用自动布