無線調(diào)頻發(fā)射接收系統(tǒng)的設(shè)計

1、目目 錄錄第第 1 1 章章 緒論緒論.1 11.1 課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 .11.2 課題研究的必要性 .2第第 2 2 章章 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計.3 32.1 無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖及設(shè)計指標(biāo).32.2 無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖及設(shè)計指標(biāo).52.2.1 無線調(diào)頻接收系統(tǒng)組成框圖 .52.2.2 調(diào)頻接收機的指標(biāo)如下： .6第第 3 3 章章 無線調(diào)頻發(fā)射電路系統(tǒng)方案設(shè)計無線調(diào)頻發(fā)射電路系統(tǒng)方案設(shè)計.7 73.1 單元電路方案設(shè)計.73.1.1 高頻小信號諧振放大器.73.1.2 高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設(shè)計.103.1.3 高頻功率放大器的設(shè)計.163.2 MC2833 芯片的調(diào)頻

2、發(fā)射機設(shè)計 .243.2.1 MC2833 芯片介紹.243.2.2 MC2833 調(diào)頻發(fā)射機電路設(shè)計.25第第 4 4 章章 無線調(diào)頻接收系統(tǒng)設(shè)計無線調(diào)頻接收系統(tǒng)設(shè)計.27274.1 無線調(diào)頻接收電路框圖及其原理.274.1.1 調(diào)頻接收機的工作原理.274.1.2 單元電路的設(shè)計 .274.2 MC3361 調(diào)頻接收機的設(shè)計 .304.2.1 MC2833 芯片介紹.304.2.2 MC3361 調(diào)頻接收電路 .31第第 5 5 章章 電路仿真電路仿真.33335.1 小功率發(fā)射機的調(diào)試與測試結(jié)果.335.2 接收電路的調(diào)試.33第第 6 6 章章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.3535參考文獻參

3、考文獻.3636致謝致謝.37371第第 1 1 章章 緒論緒論隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無線通訊技術(shù)已廣泛地在通信、計算機、自動控制、自動測量、遙控/遙測、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域中應(yīng)用。無線電路與人們熟知的雙向無線電、電視、廣播設(shè)備并無不同之處。它們中的一些需要高線性調(diào)制（TV 圖像） ，一些需要經(jīng)過中繼站工作（雙相無線電） ，真正的差別在于元件的體積小得多，以及在無線電中，絕大多數(shù)情況下都能使用時分復(fù)用、擴頻或其他能有效提高通信帶寬利用率的方法。無線通信技術(shù)以驚人的速度持續(xù)增長，幾乎每天都有新的應(yīng)用的報道。除了諸如無線電廣播和電視等傳統(tǒng)的通信應(yīng)用外，射頻（RF）和微波也正在被

4、應(yīng)用于無繩電話、蜂窩移動通信、局域網(wǎng)和個人通信系統(tǒng)中。無鑰匙進門，射頻識別，在醫(yī)院或療養(yǎng)院中監(jiān)控病人，計算機的無線鼠標(biāo)和無線鍵盤，以及家用電器的無線網(wǎng)絡(luò)化，這些都是應(yīng)用射頻技術(shù)的其他一些領(lǐng)域。其中某些應(yīng)用傳統(tǒng)上采用紅外技術(shù)，然而射頻電路由于其卓越的性能正在取而代之。在可以預(yù)見的將來，射頻技術(shù)有望繼續(xù)保持當(dāng)前的增長率。設(shè)計無線遙控電子系統(tǒng)的根本目的是將信息從一處傳到另一處。因此無線遙控電子系統(tǒng)可劃分為發(fā)射電路、接收電路和存在發(fā)射與接收之中的信息處理和控制過程。由于存在地球大氣的損耗，因而直接傳送信息不現(xiàn)實，把信息通過載波調(diào)制到高頻是必要的。在本設(shè)計中采用 FSK 調(diào)制方式、甲乙類功率放大器和耦合

5、天線構(gòu)成發(fā)射電路、接收電路采用集成芯片混頻器進行高頻向低頻解調(diào)及必要的信息恢復(fù)電路。本文敘述了發(fā)射機、編碼、接收機、解調(diào)等電路的原理 ，利用計算機仿真完成了電路形式的選擇和性能分析。達(dá)到了理論與實際相結(jié)合的目的，提高了分析問題解決問題的能力。1.11.1 課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展從 1912 年阿姆斯特朗發(fā)明的朝外差接收方法，為現(xiàn)代無線電接收技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，此后他又發(fā)明了頻率調(diào)制方法，開創(chuàng)了嶄新的高質(zhì)量通信方式，開始了2高保真優(yōu)質(zhì)的新時代。1937 年里布斯發(fā)明了脈沖編碼調(diào)制，在第二次世界大戰(zhàn)期間，各國都給予了無線電通信足夠的重視。在二戰(zhàn)結(jié)束后無線調(diào)頻技術(shù)也得到了進一步的發(fā)展，許多

6、國家建立起無線廣播電臺，從此廣播進入一個全新的高保真時代21 實際末，隨著無線廣播技術(shù)的成熟與發(fā)展，以及電子技術(shù)尤其是計算機、單片機技術(shù)的民用化進程加速，無線廣播逐步應(yīng)用到學(xué)校、農(nóng)村、工廠、小區(qū)、醫(yī)院等場所，作為教學(xué)工具、應(yīng)急廣播工具、智能管理工具、安全廣播工具等使用，同時無線廣播的功能也大大提高，可以實現(xiàn)點對點、分組、統(tǒng)一、定時自動廣播等。1.21.2 課題研究的必要性課題研究的必要性現(xiàn)在是一個信息爆炸的新時代。信息關(guān)乎著所有人的生活、財產(chǎn)、甚至是生命安全。每天我們都會收看電視節(jié)目、收聽廣播電臺、瀏覽網(wǎng)頁等，在做這些事情的時候我們可以得到很多信息，比如：明天會下雨、某國發(fā)生地震、物價上漲、股

7、票的漲跌。這些都我們的生活息息相關(guān)，無形中我們對信息有了一種割舍不下的依賴。所以如何實現(xiàn)遠(yuǎn)距離高質(zhì)量的通信是越來越多的人共同追求的問題，而該系統(tǒng)正好可以解決部分人對通信的需求。3第第 2 章章 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計2.12.1 無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖及設(shè)計指標(biāo)無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖及設(shè)計指標(biāo)2.1.12.1.1 無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖與調(diào)幅系統(tǒng)相比，調(diào)頻系統(tǒng)由于高頻振蕩器輸出的振幅不變，因而具有較強的抗干擾能力與較高的效率，在無線通信、廣播電視、遙控遙測等方面獲得廣泛應(yīng)用。直接調(diào)頻發(fā)射機組成框圖如下圖 2.1 所示：高頻振蕩信頻緩沖隔離頻率調(diào)制高頻功放調(diào)制信號圖 2.

8、1 直接調(diào)頻發(fā)射機組成框圖2 2. .1 1. .2 2 調(diào)調(diào)頻頻發(fā)發(fā)射射機的指標(biāo)機的指標(biāo)1 1. .發(fā)發(fā)射射功功率率 AP一般是指發(fā)射機輸送到天線上的功率。只有當(dāng)天線的長度與發(fā)射頻率 的波長可比擬時，天線才能有效地把載波發(fā)射出去。波長與頻率的f關(guān)系為 ：。式中，c為電磁波傳播速度，c = 3108ms。若接收機的fc/靈敏度=2V，則通信距離s與發(fā)射功率的關(guān)系為 AVAP mWAkmPS407. 14表2.1列出了小功率發(fā)射機的功率與通信距離s的關(guān)系。AP表表2.12.1發(fā)射功率發(fā)射功率P P。與通信距離。與通信距離s s的關(guān)系的關(guān)系mWAP50 50100 100200 200300 30

9、0400 400500 500600 600700skm2.84 2843.38 3384.024.454.825.085.275.502 2. .總總效效率率發(fā)射機發(fā)射的總功率與其消耗的總功率之比稱為發(fā)射機的總效率，APCPA即： (2.1)/CAAPP3.工工作作頻頻率率工作頻率或波段發(fā)射機的工作頻率應(yīng)根據(jù)調(diào)制方式，在國家或地區(qū)或有關(guān)部門所規(guī)定的范圍內(nèi)選取。廣播通信常用波段的劃分如表 6.4.2 所示，對于調(diào)頻發(fā)射機，工作頻率一般在超短波范圍內(nèi)。表表 2.32.3 廣播通信常用波段劃分廣播通信常用波段劃分波段名稱波長范圍m頻率范圍頻段名稱超長波100000100003kHz30kHz甚低頻

10、長波10000100030kHz300kHz低頻中波100020030kHz1.5MHz中頻中短波200501.5MHz6MHz中高頻短波50106MHz30MHz高頻4.4.非線性失真非線性失真當(dāng)最大頻偏為75kHz，調(diào)制信號的頻率為 1OOHz7500Hz時，要求調(diào)頻mf發(fā)射機的非線性失真系數(shù)應(yīng)小于1。5 5. .雜雜音音電電瓶瓶 調(diào)頻發(fā)射機的寄生調(diào)幅應(yīng)小于載波電平的 510，雜音電平應(yīng)小于-65dB。56.LC6.LC振蕩與調(diào)頻電路振蕩與調(diào)頻電路產(chǎn)生頻率= 5MHz的高頻振蕩信號。變?nèi)荻O管線性調(diào)頻，最大頻偏0f=10kHz。發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。mf7.7.緩沖隔離級緩沖隔離級

11、將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。因為功放級輸出信號較大，工作狀態(tài)的變化(如諧振阻抗變化)會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度，或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。8 8. .功功率率激激勵勵級級為末級功放提供激勵功率。如果發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出功率能夠滿足末級功放的輸入要求，則功率激勵級可以省去。9 9. .末末級級功功放放將前級送來的信號進行功率放大，使負(fù)載(天線)上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機效率較高，則應(yīng)采用丙類功放；若整機效率要求不高，如50，波形失真要小，則可以采用甲類功放。如果要求A50，選用丙類功放較好。A2.2 無線調(diào)頻發(fā)

12、射機組成框圖及設(shè)計指標(biāo)無線調(diào)頻發(fā)射機組成框圖及設(shè)計指標(biāo)2.2.12.2.1 無線調(diào)頻接收系統(tǒng)組成框圖無線調(diào)頻接收系統(tǒng)組成框圖無線調(diào)頻接收系統(tǒng)采用外插式調(diào)頻，系統(tǒng)框圖如 2.2 所示：限幅鑒頻中頻放大混頻高頻放大本振圖 2.2 外差式調(diào)頻接收機組成框圖低頻功放62.2.22.2.2 調(diào)頻接收機的指標(biāo)如下：調(diào)頻接收機的指標(biāo)如下：1 1. . 工工作作頻頻率率范范圍圍 接收機可以接收到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發(fā)射機的工作頻率相對應(yīng)，如調(diào)頻廣播收音機的頻率 范圍為 88MHz 108MHz，是因為調(diào)頻廣播發(fā)射機的工作頻率范圍也為88MHz 108M

13、Hz。2 2. . 靈靈敏敏度度 接收機接收微弱信號的能力稱為靈敏度，通常用輸入信號電壓的大小來表示， 接收的輸入信號越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機的靈敏度一般為 2V 30V。3 3. . 選選擇擇性性 接收機從各種信號和干擾信號中選出所需信號(或衰減不需要的信號 )的能力 稱為選擇性，單位用dB(分貝 )表示， dB 數(shù)越高，選擇性越好。一般調(diào)幅收音機頻偏 10kHz 的選擇性應(yīng)大于 20dB，調(diào)頻收音機的中頻干擾比應(yīng)大于 50dB。4 4. . 頻頻率率特特性性 接收機的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機的通頻帶一般為 200kHz。5 5. . 輸輸出出功功率率 接收機的負(fù)載上

14、獲得的最大不失真(或非線性失真系數(shù)為給定值時)功率稱輸出功率。7第第 3 3 章章 無線調(diào)頻發(fā)射電路系統(tǒng)方案設(shè)計無線調(diào)頻發(fā)射電路系統(tǒng)方案設(shè)計3.13.1 單元電路方案設(shè)計單元電路方案設(shè)計3.1.13.1.1 高頻小信號諧振放大器高頻小信號諧振放大器根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，因放大器的增益大于 20dB，且MHzfo20，MHzf427 . 0，采用單級放大器即可實現(xiàn)，擬定高頻小信號諧振放大器的電路原理圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 高頻小信號諧振放大器參考電路原理圖1. 電路結(jié)構(gòu)的工作過程電路結(jié)構(gòu)的工作過程（1）靜態(tài)工作過程當(dāng)輸入信號 ui=0V 時，放大器處于直流工作狀態(tài)(靜態(tài))。理想情況下，

15、變壓器 T1 的次級、變壓器 T2 的初級視為短路，電容器 Cb、Ce、Cf 視為開路，放大器的直流通路如圖 3.2(a)所示。此時，輸出信號為 0。（2）動態(tài)工作過程當(dāng)輸入信號 ui 不等于 0V 時，放大器處于交直流工作狀態(tài)(動態(tài))。理想情況下，電容器 Cb、Ce、Cf 視為短路，放大器的交流通路如圖 3.2(b)所示。8圖 3.2 2.2. 選擇晶體管與計算選擇晶體管與計算 Y Y 參數(shù)參數(shù)根據(jù)晶體管 Y 參數(shù)等效電路可知，為了保證當(dāng)大氣工作穩(wěn)定，應(yīng)該選擇 yre小的晶體管。為了能在給頂?shù)墓ぷ黝l率上正行工作，要求晶體管的頻率特性要好，一般選用0)105(ffT的管子。在要求電壓增益高的情

16、況下，應(yīng)選取|yfe|大的晶體管。由于設(shè)計要求MHzfo20，MHzf427 . 0，且電壓增益不是很大，選用晶體管 3DG6C 在性能上可以滿足需要。晶體管選定后，根據(jù)高頻小信號諧振放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在滿足電壓增益要求的前提下，EQI應(yīng)盡量小些以減小靜態(tài)功率損耗。值得注意的是，EQI變化會引起 Y 參數(shù)的變化，在正常的EQI取值范圍內(nèi)，隨著EQI的增加，|yfe|變大，gie、goe 略有增加。這里采用EQI等于 1mA 進行 Y 參數(shù)計算，看是否能滿足增益的需要，否則將進行調(diào)整。3.3.求晶體管的混合求晶體管的混合參數(shù)參數(shù) 已知晶體管 3DG6C 的參數(shù)為MHzfT250， 70rb

17、bpFccb3,。據(jù)此可求得：mAIEQ1600（1）發(fā)射結(jié)的結(jié)電阻；301056. 1)(/26mAImVrEQbe（2）發(fā)射結(jié)的結(jié)電導(dǎo)；srgebeb31064. 0/1（3）晶體管的跨導(dǎo)；smAmAIgem31046.38)(26/ )(（4）發(fā)射結(jié)電容。pFFfgCTmeb5 .2412105 .24)2/(94.4.由混合由混合參數(shù)求參數(shù)求 Y Y 參數(shù)參數(shù)由于，可以按下列公式計算：pFCc3 bcbebCC（1）共射晶體管輸入導(dǎo)納 （3.1） ，mSjCjgrCjgyebebbbebebie82. 216. 1)(1由此可得：mSgie16. 1。（2）共射晶體管輸出導(dǎo)納 mSjC

18、jgrgrCjebcbbbmbbcboe922. 0185. 0)(1y（3.2） ，由此可得：mSgoe185. 0。(3)共射晶體管正向傳輸導(dǎo)納 （3.3） ，mSjcjgrgyebebbbmfe73. 095.34)(1由此可得：mSyfe65.35|，37.11fe。（4）共射晶體管反向傳輸導(dǎo)納 （3.4） ，mSjcjgrcjyebebbbcbre347. 007. 0)(1由此可得：mSyre354. 0|，4 .101fe。5.5.確定靜態(tài)工作點確定靜態(tài)工作點根據(jù)晶體管的混合參數(shù)已知條件可知：晶體管為 3DG6C，mAIEQ1，600，mAIIEQBQ60/1/0。為了穩(wěn)定靜態(tài)工

19、作點，晶體管分壓式偏置電阻上流過的電流一般需設(shè)置為(510)BQI，這里取 10 倍關(guān)系，并設(shè)置VVEQ5 . 1，VVCEQ5 . 7，則(1)kmAVIVEQEQ11/5 . 1/Re；(2) kmAVIVVRBQBEQEQb2 .13)1060/1/()7 . 05 . 1 ()10/()(2，取標(biāo)稱值13k，得到實際的流過偏置電阻上的電流為mAkVRVVIbBEQEQRb17. 013/)7 . 05 . 1 (/ )(2210(3) kmAVIVVVccRbRBEQEQb4017. 0/)7 . 05 . 19()/ )(21。在實際制作過程中，1bR可用 30k的電阻和 50k的電

20、位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點。6.6.元件清單元件清單表表 3.13.1 元件清單元件清單3.1.23.1.2 高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設(shè)計高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設(shè)計1.1. 電路的基本原理電路的基本原理圖 3.3 所示的為 LC 正弦波振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。其中，晶體管 T序號元件及名稱作用1變壓器 T1耦合元件2變壓器 T2耦合元件，初級線圈與電容器 C 組成選頻.回路3晶體管 T放大元件4電阻Rb1、Rb2分壓式偏置電路，固定晶體管基極靜態(tài)電位5電阻 Re發(fā)射極直流負(fù)反饋電阻，穩(wěn)定靜態(tài)工作點6電容器 C與 CT、T2 初級線圈組成晶體管集電極諧振負(fù)載，起選頻作用7電容

21、器CT諧振回路諧振頻率調(diào)節(jié)電容8電阻 RT諧振回路可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)諧振回路品質(zhì)因素，實現(xiàn)阻抗匹配9電容器 Cf電源濾波電容10電容器Cb基極旁路電容11電容器 Ce發(fā)射極旁路電容12Vcc直流電源11組成電容三點式振蕩器的改進型是路即克拉潑電路，它被接成共基組態(tài)，為基極耦合電容，其靜態(tài)工作點由決定，即 （3.5） （3.6） 圖 3.3 LC 高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 （3.7） （3.8）小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流一般為 14m。偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。、與組成并聯(lián)諧振回路，其中兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓以滿足相位平衡條件。比值決定反饋電壓的大小，當(dāng)時，振

22、蕩器足振幅平衡條件，電路的起振條件為1。為減小晶體管的極間電容對回路振蕩頻率的影響，12的取值要大。如果選，則回路的諧振頻率主要由3121,CCCC決定即 （3.9）如果取為幾十皮法，則可取幾百皮法至幾千皮法。反饋系數(shù) F 一般取 1/81/2。 調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管 DC及耦合電容 C。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，即 VQ=R2/（R1+R2）VCC。電阻 R3稱為隔離電阻，常取 R3 R2,R3R1以減小調(diào)制信號對的影響。C5與高頻扼流圈 L2給提供電路 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的穩(wěn)定性，減小調(diào)

23、制失真。圖 3.4 所示的為變?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 C分別為 圖 3.4 變?nèi)荻O管部分接入的等效電路圖 （3.10） jCjCCCcCCC1（3.11） 13式中，為變?nèi)荻O管的結(jié)電容，它與外加電壓的關(guān)系為 （3.12）式中，為變?nèi)莨芗恿闫珘簳r的結(jié)電容；VD 為變?nèi)莨?PN 結(jié)內(nèi)建電位差（硅管 VD=0.7V，鍺管 VD=0.3V）；為變?nèi)荻O管的電容變化指數(shù)，與頻偏的大小有關(guān)（在小頻偏情況下，選=1 的變?nèi)荻O管可近似實現(xiàn)線性調(diào)頻；在大頻偏情況下，必須先=2 的超突變結(jié)變?nèi)荻O管，才能實現(xiàn)較好的線性調(diào)頻）；為變?nèi)莨軆啥怂拥姆聪螂妷海?。變?nèi)荻O管

24、的特性曲線如圖 3.5 所示。設(shè)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 （3.13）圖 3.5 變?nèi)荻O管的特性曲線2.2.主要性能參數(shù)及其測試方法主要性能參數(shù)及其測試方法（1） 主振頻率 LC 振蕩器的輸出頻率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，高頻電壓表測量諧振電壓，示波器監(jiān)測辰蕩波形。測試點如14圖 3.3 所示，即 C 點測電壓；E 點測波形；A 點測頻率。由于數(shù)字頻率計的輸入阻抗較低，所以要接入電容，一般取等于幾十皮法。（2） 頻率穩(wěn)定度 主振頻率的相對穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定度表示。雖然調(diào)頻信號的瞬時頻率隨調(diào)制信號的改變而改變，但這種變化是以穩(wěn)定的載

25、頻為基準(zhǔn)的。若載頻不穩(wěn)，則調(diào)頻信號的頻譜有可能落到接收機通帶之外。因此，對于調(diào)頻電路，不公要滿足一定頻偏要求，而且振蕩頻率必順保持足夠高的頻率穩(wěn)定度。測量頻率穩(wěn)定度的方法是，在一定的時間范圍（如 1 小時）內(nèi)或溫度范圍內(nèi)每隔幾分鐘讀一個頻率值，然后取其范圍內(nèi)的最大值與最小值，則頻率穩(wěn)定度 /小時 （3.14）圖 3.3 所示克拉潑電路的頻率穩(wěn)定度較低，其為（10-310-4）/小時。（3）最大頻偏 指在一定的調(diào)制電壓作用下所能達(dá)到的最大頻率偏移值稱為相對頻偏。用于調(diào)頻廣播、電視伴音，移動式電臺等的相對頻偏較小，一般10-3，在頻偏在 50KHz75KHz之內(nèi)。采用頻偏儀測量頻偏。（4）變?nèi)荻O

26、管特性曲線 變?nèi)荻O管的特性曲線如圖 3.5 所示。變?nèi)荻O管的性能參數(shù)及 Q 點處的斜率 kc等可以通過特性曲線j0CCVjQ、估算。測量曲線的方法如下：先不接變?nèi)荻O管（參見圖 3.3），用頻率計測量 A 點的頻率；再接入變?nèi)莨芗捌淦秒娐?，其?R1與一電位器串聯(lián)以改變變?nèi)莨艿撵o態(tài)直流偏壓，測出不同時對應(yīng)的輸出頻率由式（3.9）或下式計算對應(yīng)的回路總電容：15 （3.15）再由式（3.11）計算變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容，然后將 VQ與的對應(yīng)數(shù)據(jù)列表并繪制曲線。不同型號的變?nèi)莨?，其曲線相差較大，性能參數(shù)也不相同。使用前一定要測量（或查閱手冊）變?nèi)莨艿那€。圖 3.6 所示的為變?nèi)荻O管 2CCIC

27、的。由圖可得時，Q 處的斜率可由式（3.13）求得。若取，則斜率。圖 3.6 2CCIC 特性曲線（5） 調(diào)制靈敏度 單位電壓所的最大頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以表示，單位為 kHZ/V,即 （3.16）式中，為調(diào)制信號的幅度；為變?nèi)莨艿碾娙葑兓?時的最大頻偏，由于變?nèi)莨懿糠纸尤胫C振回路，則引起回路總電容的變化量為16 = （3.17）在頻偏較小時，與的關(guān)系可采用下面近似公式計算： QmCCff210（3.18）將式（3.18）代入式（6-2-12）得調(diào)制靈敏度 （3.19）式中，為變?nèi)荻O管結(jié)電容的變化引起回路總電容的變化量；為靜態(tài)時諧振回路的總電容， （3.20）調(diào)制靈敏度可以由變?nèi)荻O管特性曲

28、線上處的斜率及式（3.19）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。3.1.33.1.3 高頻功率放大器的設(shè)計高頻功率放大器的設(shè)計1.1.電路的基本原理電路的基本原理利用寬帶變壓器作藕合的功放稱為寬帶功放。常見寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調(diào)諧回路，可在很寬的平了范圍內(nèi)獲得線性放大但效率 比較低，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(luò)作為負(fù)載回路的功放稱為諧振功放，根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角 的范圍，可分為甲類、丙類、乙類和丁類等功放。電流導(dǎo)角 越小，放大器的效率越高。如丙類功放的 90 ,但功效可以達(dá)

29、到 80%，丙類功放通常作為發(fā)射機的末級，已獲得較大的輸出功率和較高的效率。（1）.寬帶功放17靜態(tài)工作點如圖 3.7 所示，晶體管 T1組成的寬帶功放工作在甲類狀態(tài)，亦稱為甲類功放。其中，RB1、RB2 為基極偏置電阻；RE1 直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點；RF 為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點由下列關(guān)系式確定：VEQ = IEQ (RF + RE1 ) I CQ REI (3.21)式中，RF 一般為幾歐姆至幾十歐姆。 ICQ =IBQ (3.22) VBQ = VEQ +0.7V (3.23) VCEQ =VCC -ICQ （RF+REI）

30、 (3. 24)高頻變壓器圖 3.7 所示的高頻變壓器仍然是應(yīng)用變壓器原理，依靠磁芯中的公共磁通將初級線圈的能量傳輸?shù)酱渭壘€圈。線圈漏感和分布電容的影響限制了它的高頻特性。這種寬帶變壓器一般用在短波段。由變壓器原理可得，寬帶功放集電極的輸出功率 (3.25) 式中，為輸出負(fù)載上的實際功率；為變壓器的傳輸效率，一般=0.750.85。183.7 高頻功放電路 圖 3.8 所示的是甲類功放的負(fù)載特性；為獲得不失真輸出功率，靜太工作點 Q 應(yīng)選在交流負(fù)載線 AB 中點。集電極的輸出功率 (3.26)HcmcmcmCRVIVP22121圖 3.8 甲類功放的負(fù)載特性式中，為集電極等效負(fù)載電阻；為集電極

31、交流電壓的振幅，其表達(dá)式為 (3.27)式中，稱為飽和壓降，約 1V。Icm 為集電極交流電流的振幅，其表達(dá)式為 (3.28)CQCmII如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為，次級線圈的匝數(shù)為，則 (3.29)式中，RH為變壓器次級接入的負(fù)載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗|Zi|。功率增益與電壓放大器不同的是寬帶功放應(yīng)有一定的功率增益，對于圖 3.7 所示電路，寬帶功放要為下一級丙類功放提供一定的激勵功率，必須將前級輸入的信號進行功率放大，功率增益 Ap=Pc/Pi (3.30)式中，Pi 為寬帶功放的輸入功率。輸入功率與寬帶功放的輸入電壓 Vim 及輸入電阻 Ri 的關(guān)系為 19 (3.31)式中，R

32、i 又可以表示為 (3.32)式中，為共發(fā)射極接法晶體管的輸入電阻，高頻工作時，可認(rèn)為它近似等于晶體管的基極體電阻； 為晶體管共射電流放大系數(shù)，即。2.2.丙類功放丙類功放（1）基本關(guān)系式如圖 3.7 所示，丙類功放的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量在射極電阻 RE2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時，集電極的輸出電流為余弦脈沖波。利用諧振回路中 L2、C2的選頻作用可輸出基波諧振電壓電流。集電極基波電壓的振幅： (3.33)式中， 為集電極基波電流的振幅；Rp為集電極負(fù)載阻抗。集電極輸出功率： (3.34)PcpcccCRVRIIVPIm2Im

33、2ImIm212121直流電源 Vcc 供給的直流功率： PD=VCCICO (3.35)式中，Ico為集電極電流脈沖 ic的直流分量。電流脈沖 ic經(jīng)傅里葉級數(shù)分解，可得峰值 Icm 與分解系數(shù)的關(guān)系式 (3.36)分解系數(shù)與的關(guān)系如圖 3.9 所示。20圖 3.9 電流脈沖的分解系數(shù)集電極的耗散功率 (3.37)集電極的效率 (3.38) 0101121)()(2121CCCMCQCMCCMCDCVVIIVVPP式中稱為電壓利用系數(shù)圖 3.10 所示的是丙類功放管特性曲線折線化后的輸入電壓與集電極電流脈沖的波形關(guān)系。由圖可得 (3.39)圖 3.10 輸入電壓 VBK與集成電流 iC的波形

34、式中，Vj為晶體管導(dǎo)通電壓（硅管約 0.6V，鍺管約 0.3V）；VBK為輸入電壓（或激勵電壓）的振幅；VB為基極直流偏壓 (3.40)VRIVECOB7 . 021當(dāng)輸入電壓 VBE大于導(dǎo)通電壓 V1時，晶體管導(dǎo)通，并工作在放大狀態(tài)，則基極電流脈沖 IBm與集電極電流脈沖 Icm成線性關(guān)系，即滿足 (3.41)因此，基極電流脈沖的基波幅度 IBIm及直流分量 IBO也可以表示為 (3.42)基極基波輸入功率 (3.43)丙類功放的功率增益 (3.44)(lg1000dBppAPPAiPiP或如圖 3.7 所示，丙類功放的輸出回路采用變壓器耦合方式。其作用，一是實現(xiàn)抗阻抗匹配，將集電極的輸出功

35、率送至負(fù)載 RL；二是與諧振回路配合，濾除諧波分量。集電極諧振回路為部分接入，諧振頻率 或 (3.45) 由變壓器原理可得 (3.46) 式中，N1為集電極接入初級的匝數(shù)；N2為初級線圈總匝數(shù)；N3為次級線圈總匝數(shù)；QL為初級回路有載品質(zhì)因數(shù)，一般取值為 210。丙類功放的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級輸出阻反抗匹配。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗Z1= (3.47)22式中， 為晶體管基極體電阻，。（2）負(fù)載特性 當(dāng)丙類功放的電源電壓+Vcc，基極偏置電壓 VB，輸入電壓（或稱激勵電壓）VBm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則丙類功放的工作狀態(tài)只取決于集電極的等效負(fù)載阻抗 R

36、q.丙類功放的交流負(fù)載特性如圖 6.3.5 所示。由圖可見，當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點 A 時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降 VCES，集電極電流脈沖接近最大值 Icm。此時集電極輸出的功率 Pc 和效率都較高，稱此時丙類功放處于臨界工作狀態(tài)。所對應(yīng)的等效負(fù)載電阻 (3.48)圖 3.10 丙類功放的負(fù)載特性當(dāng) Rq 小于臨界值時，丙類功放處于欠壓工作狀態(tài)，如 C 點所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此，輸出功率和效率都較小，當(dāng) Rq 大于臨界值時，丙類功放處于過壓工作狀態(tài)，如 B 點所示。集電極電壓雖然較大，但集電極電流波形凹陷，因此輸出功率較低，但效

37、率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，丙類功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)，如 A 點所示。判斷功放是否為臨界工作狀態(tài)的條件是 VcccmCes (3.49)式中，Vcm 為集電極輸出電壓的幅度；VCES為晶體管飽和壓降。233.主要技術(shù)指標(biāo)及實驗測試方法主要技術(shù)指標(biāo)及實驗測試方法(1).輸出功率 高頻功放的輸出功率是指放大器的負(fù)載 RL上得到的最大不失真功率。在圖 6.3.1 所示電路中，由于負(fù)載 RL與丙類功放的諧振回路之間采用變壓器耦合方式，實現(xiàn)了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗 RO上的功率等于負(fù)載RL上的功率，所以將集電極的輸出功率視為高頻功放的輸出功率，即 (3.50)012012

38、12m10212121RVRIIVPmCmCmCC測量高頻功放主要技術(shù)指標(biāo)的電路如圖 3.11 所示，其中高頻信號發(fā)生器提供激勵信號電壓與諧振頻率，示波器監(jiān)測波形失真，直流毫安表 mA 測量集電極的真流電流，高頻電壓表 V 測量負(fù)載 RL的端電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時才能進行各項技術(shù)指標(biāo)的測量。可以通過高頻電壓表 V 及直流毫安表 mA 的指針來判斷集電極回路是否諧振，即電壓表 V 的指標(biāo)為最大值，毫安表 mA 的指示為最小值時集電極回路處于諧振（或用掃頻儀測量）。放大器的輸出功率可以由下式計算： (3.51)式中，VL為高頻電壓表 V 的測量值。效率 高頻功放的能量轉(zhuǎn)換效率主要由集

39、電極的效率所決定。所以，常將集電極的效率視為高頻功放的效率，用表示，即 (3.52)圖 3.11 所示的電路可以用來測量高頻功放的效率。集電極回路諧振時，的值由下式計算： (3.53)式中，VL 為高頻電壓表的測量值；Ico 為直流毫安表的測量值。24圖 3.11 高頻功放的測試電路(2).功率增益功率增益 高頻功率的輸出功率 Po 與輸入功率 Pi 之比稱為功率增益，用 Ap（單位：dB）。3.23.2 MC2833MC2833 芯片的調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計芯片的調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計3.2.13.2.1 MC2833MC2833 芯片介紹芯片介紹1. MC2833 是美國 MOTOROLA 公司同步開發(fā)無

40、繩電話和調(diào)頻通訊設(shè)備的 FM 發(fā)射系統(tǒng)，內(nèi)置了話筒放大電路、壓控振蕩器和兩級緩沖放大晶體管。其主要特性如下：（1）2.89.0V 寬范圍的工作電壓（2）低功耗電流（典型值為 2.9mA）（3）只需少量的外圍元器件（4）60MHz 頻率具有-30dB 直接功率輸出（5）使用片內(nèi)放大晶體管輸出功率可達(dá)+10dBm 的輸出功率（6）可以接入 FCC、DOT、PTT 等射頻電路2. MC2833 的極限參數(shù)表表 3.5 MC2833 的極限參數(shù)的極限參數(shù)(Ta=25 Vcc=4.0V)253.MC2833 引腳圖 圖 3.12 是 MC2833 的引腳圖。圖 3.12 MC2833 引腳圖3.2.23

41、.2.2 MC2833MC2833 調(diào)頻發(fā)射機電路設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機電路設(shè)計1.電路基本原理電路基本原理MC2833 內(nèi)部包括話筒放大器、射頻壓控振蕩器、緩沖器、 兩個輔助晶體管放大器等幾個主要部分, 需要外接晶體、 LC 選頻網(wǎng)絡(luò)以及少量電阻、電容和名稱標(biāo)識符極限值單位電源電壓Vcc10V(DC)工作電壓范圍Vcc2.89.0V(DC)最高結(jié)溫TJ+150環(huán)境溫度TA-30-75儲藏溫度Tstg-65+15026電感。 MC2833 的電源電壓范圍較寬, 為 28 V90V。當(dāng)電源電壓為 40 V, 載頻為166 MHz 時, 最大頻偏可達(dá) 10kHz, 調(diào)制靈敏度可達(dá) 15HzmV。輸出最大功

42、率為10mW(50 負(fù)載)。 話筒產(chǎn)生的音頻信號從腳輸入, 經(jīng)放大后去控制可變電抗元件?？勺冸娍乖闹绷髌珘河善瑑?nèi)參考電壓 VREF 經(jīng)電阻分壓后提供。由片內(nèi)振蕩電路、可變電抗元件、外接晶體和 15、16 腳兩個外接電容組成的晶振直接調(diào)頻電路(Pierce電路)產(chǎn)生載頻為 16.5667MHz 的調(diào)頻信號。與晶體串聯(lián)的 33F 電感用于擴展最大線性頻偏。緩沖器通過 14 腳外接三倍頻網(wǎng)絡(luò)將調(diào)頻信號載頻提高到 49.7 MHz, 同時也將最大線性頻偏擴展為原來的三倍, 然后從 13 腳返回片內(nèi), 經(jīng)兩級放大后從腳輸出。 MC2833 輸出的調(diào)頻信號可以直接用天線發(fā)射, 也可以接其它集成功放電路

43、后再發(fā)射出去。2.MC2833 調(diào)頻發(fā)射電路調(diào)頻發(fā)射電路27第第 4 4 章章 無線調(diào)頻接收系統(tǒng)設(shè)計無線調(diào)頻接收系統(tǒng)設(shè)計4.14.1 無線調(diào)頻接收電路框圖及其原理無線調(diào)頻接收電路框圖及其原理4.1.14.1.1 調(diào)頻接收機的工作原理調(diào)頻接收機的工作原理一般調(diào)頻接收機的組成框圖如圖4.1 所示。其工作原理是：天線接收到的高頻信號，經(jīng) 輸入調(diào)諧回路選頻為，再經(jīng)高頻放大器放大，進入混頻器；本機振蕩器輸出的另一高頻信號亦進入混頻器，則混頻器的輸出為含有、(+)、(-)等頻率分量的信號。混頻器的輸出接有選頻回路，選出中頻信號 (-)，再經(jīng)中頻放大器放大，獲得足夠高的增益，然后經(jīng)鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號，

44、再由低頻功放級放大，驅(qū)動揚聲器。從天線接收到的 高頻信號經(jīng)過混頻成為固定的中頻-，故稱為超外差式接收機。這種接收機的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。28輸入調(diào)諧回路高頻放大混頻中頻放大鑒頻低頻功放本機振蕩揚聲器圖 4.1 調(diào)頻接收機組成框圖4.1.24.1.2 單元電路的設(shè)計單元電路的設(shè)計1 1混混頻頻器器電電路路設(shè)設(shè)計計一種簡單實用的混頻電路如圖6.5.2 所示。其中，三極管T1實現(xiàn)頻率變換，將天線接收 到的高頻調(diào)制信號 ()與三極管 T2和晶振組成的本機振蕩器的輸出信號 ()進行混頻，由 LC 選頻網(wǎng)絡(luò)選出中頻信號(-)。頻率變換的原理是，利用三極管集電極電流ic與輸入 電壓之間4

45、.2 混頻器電路圖29的非線性關(guān)系實現(xiàn)頻率變換。變換后的調(diào)制參數(shù)(調(diào)制頻率和頻率偏移 )保持不 變，僅載波頻率變換成中頻頻率。對于圖4.1 所示電路，由于高頻調(diào)制信號從混頻管的基極輸入，本機振蕩信號從混頻管的發(fā)射極注入，故稱這種電路為基極輸入、發(fā)射極注入式混頻電路。這種電路的特點是：信號的相互影響較小，不易產(chǎn)生牽引現(xiàn)象，但要求本振的輸出電壓較大，以 便使三極管 T1工作于非線性區(qū)，實現(xiàn)頻率變換。 混頻管 T1的靜態(tài)工作點由 R1、R2及 R3決定(在電源電壓 +VCC確定時 )。為使混頻管在大信 號輸入下進入非線性工作區(qū)，靜態(tài)工作電流ICQ不能太大，否則非線性作用消失，混頻增益將大大下降。但

46、ICQ也不能太小。實驗表明 +VCC=+6V 時， IC Q取 O.3mA O.5mA 較合適。 三極管 T2和晶振 JT組成的本機振蕩電路稱為電容反饋三點式振蕩電路，又稱 “考畢茲 ”電路。電路的反饋系數(shù)F=C7C5。振蕩頻率豐要由晶振的頻率決定，因此頻率穩(wěn)定度較高。分析表明，振蕩頻率的表達(dá)式為 (4.1)式中，為晶振的等效電感，與頻率有關(guān)，對于頻率為幾十兆赫的晶振，約為幾毫亨；為諧振回路的總電容，由晶振的等效電容、與外接電容C4、C5及 C7共同決定。若選 C4C5，C4C7，則 (4.2)式中，Cq為 0.005pF0.1pF，C0為 2pF5pF，所以 C4的取值比較小才能對晶振的頻率

47、實現(xiàn)微調(diào)，一般 C4為幾皮法幾十皮法的小微調(diào)電容。本機振蕩電路的靜態(tài)工作點主要由 R4、R5、R6及 R7決定。為使本機振蕩器輸出較大的電壓，靜態(tài)工作電流 ICQ應(yīng)較大，但也不能太大，否則會使振蕩輸出的波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生高次諧波，影響混頻級電路的性能。實驗表明+VCC=+6V 時，ICQ取 O.4mAO.8mA 較好。電 容 C3為本機振蕩器的輸出耦合電容。混頻管工作在非線性狀態(tài)，易引起各種信號的干擾，如中頻干擾、鏡像干擾30等，采用晶振構(gòu)成的本機振蕩電路，可以減小干擾，必要時，在混頻級前加一級高頻調(diào)諧放大器，可大大抑制鏡像干擾。2 2第第一一本本振振電電路路設(shè)設(shè)計計 第一本振電路采用晶體振蕩

48、器。晶體振蕩器的電路如圖6.3.12所示。晶振、C1、C2、C3與T1構(gòu)成改進型電容三點式振蕩電路(克拉波電路 )，振蕩頻率由晶振的等效電容和等效電感決定。電路中 T1的靜態(tài)工作點由R1、R2、R3決定。在設(shè)置靜態(tài)工作點時，應(yīng)首先設(shè)定晶體管的集電極電流，ICQ，一般取 O.5mA4mA，ICQ太大會引起輸出波形失真，產(chǎn)生高次諧波。設(shè)晶體管= 60，ICQ=2mA，VEQ=(1223)VCC，則可算出R1、R2、R3。按圖6.3.12所示電路安裝調(diào)試后，測得VBQ=8.3V，VEQ=7.7V。 4 4. .2 2 M MC C3 33 36 61 1 調(diào)調(diào)頻頻接接收收機機的的設(shè)設(shè)計計4.2.14

49、.2.1 MC2833MC2833 芯片介紹芯片介紹1.1.芯片基本信息芯片基本信息MC3361 是美國 MOTOROLA 公司生產(chǎn)的單片窄帶調(diào)頻接收電路，主要應(yīng)用于語音通訊的無線接收機。片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開關(guān)電路。主要應(yīng)用在二次變頻的通訊接收設(shè)備。其主要特性如下：(1) 低功耗（在 Vcc=4.0V，耗電典型值僅為 3.9mA）(2) 極限靈敏度：2.6uV(-3bB)（典型值）(3) 少量的外接元件(4) 工作電壓：2.08.0V(5) DIP16 和 SO-16 兩種封裝形式(6) 工作頻率：60MHz(max)2. MC

50、2833MC2833 的極限參數(shù)，如下表的極限參數(shù)，如下表 4.14.1 所示所示表表 4.1 MC3361 的極限參數(shù)的極限參數(shù)313.MC2833 芯片引腳圖及功能芯片引腳圖及功能 MC2833 引腳如圖 4.3 所示4.3MC2833 引腳圖MC336l是Motorola公司生產(chǎn)的窄帶單片集成低功耗FM接收機芯片，該芯片內(nèi)部集成 有振蕩、混頻、相移、鑒頻有源濾波、噪聲抑制、消聲開關(guān)等功能電路。各引腳功能如表4.1所示。表4.1 MC3361各引腳功能引腳名稱功能說明引腳名稱功能說明1OSCl中頻振蕩器外接元件端9Demod解調(diào)輸出2OSC2中頻振蕩器外接元件端10Fitter-in濾波器輸入名稱引腳位置標(biāo)識符極限值單位電源電壓4Vcc(max)10V(DC)工作電壓范圍4Vcc48V(DC)檢波輸入電壓8-1.0Vp-p輸入電壓16V161.0VRMS靜噪功能14V14-0.55.0Vpk焊接溫度-Tj1