正交鑒頻器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（demo)

1、.wd.wd.wd.16MHz 調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)無(wú) 43 孫憶南 2004011007第一局部：正交鑒頻器的設(shè)計(jì)裝調(diào)設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求：使用 MC1496 設(shè)計(jì)正交鑒相鑒頻器，能夠解調(diào)50mVe.m.f，調(diào)制信號(hào)1kHz，頻偏20kHz，載頻為1.709MHz 的調(diào)頻信號(hào)，對(duì)于寄生調(diào)幅的抑制沒(méi)有要求。提供的主要器件為MC1496，LM741，10 x10 型50uH中周。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 加深對(duì)相乘器工作原理的認(rèn)識(shí)；2 掌握正交鑒相鑒頻器的工程設(shè)計(jì)方法；3 掌握用頻率特性測(cè)試儀調(diào)試移相網(wǎng)絡(luò)和鑒頻特性曲線的方法。二、 正交鑒頻器的電路設(shè)計(jì)21 正交鑒頻器的工作原理常見(jiàn)的鑒頻器有雙失諧鑒頻器，比例鑒

2、頻器，正交鑒相鑒頻器等。其核心都是將調(diào)頻波轉(zhuǎn)化為調(diào)頻調(diào)幅波或調(diào)頻調(diào)相波。其中，正交鑒相鑒頻器性能較好，便于集成化，應(yīng)用逐漸廣泛，其他兩種形式一般只在過(guò)去的分立元件電路中應(yīng)用。正交鑒相鑒頻器由移相網(wǎng)絡(luò)和鑒相器構(gòu)成。22 移相網(wǎng)絡(luò)使用 LC 諧振回路構(gòu)成的移相網(wǎng)絡(luò)。如圖1 所示。圖 1 圖2由電路分析，可以知道：常數(shù)，完成了調(diào)頻波到調(diào)頻調(diào)相波的轉(zhuǎn)換。由 f0=1.704MHz，L = 50H，計(jì)算得到C1 170 pF 。取C2=8.2pF。23 鑒相器采用模擬相乘器構(gòu)成。常用的模擬相乘器有LM1496。內(nèi)部電路見(jiàn)圖2。LM1496 內(nèi)部沒(méi)有偏置電路，需要外接，偏置電路見(jiàn)圖3。Q9,Q8,Q7 構(gòu)

3、成鏡像電流源，由5腳設(shè)置工作電流，一般為1mA。外接電阻。1，4腳經(jīng)小電阻接地，電位為0。8，10腳接到R9,R14分壓，電位為+6V。輸出端負(fù)載電阻取3.3K，電位約為8.7V。由此，可以判斷各個(gè)晶體管均工作在放大區(qū)。2,3腳之間為增益調(diào)整電阻，取1K，為中等的增益。圖324 移相網(wǎng)絡(luò)和鑒相器的連接對(duì)于 LM1496，1,4腳的輸入阻抗較高，8,10腳的輸入阻抗較低，因此將移相網(wǎng)絡(luò)的輸出接至1,4腳，這樣對(duì)于移相網(wǎng)絡(luò)的Q值影響較小。由于乘法器的每個(gè)端均為雙端平衡輸入，因此將8腳，4腳交流接地，轉(zhuǎn)為單端輸入。1,4腳的輸入利用了L1作為直流通路，防止了較小的偏置電阻R3的影響。25 低放和電源

4、低放采用LM741接成差分放大器的形式，和LM1496 采用直流耦合，這樣便于調(diào)試鑒相器的平衡。低放輸入端采用簡(jiǎn)單的一階RC濾波，截止頻率為低放的增益取為5倍，較低，以保證足夠的動(dòng)態(tài)范圍。電源采用7808三端穩(wěn)壓器，產(chǎn)生+8V 電壓，供運(yùn)放使用。該三端穩(wěn)壓器也可不用，使運(yùn)放使用+12V，-8V 的不平衡的供電也是可以的。三、電路調(diào)試與測(cè)試結(jié)果31 調(diào)節(jié)W1，W2 使相乘器兩輸入端直流平衡。32 調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)相移90度。(1) 粗調(diào)：用掃頻儀觀察移相網(wǎng)絡(luò)的諧振特性，調(diào)節(jié)L1使得諧振頻率為中頻頻率。必要時(shí)，調(diào)整諧振電容C1的容量。實(shí)驗(yàn)中，加大C1至220pF。(2) 細(xì)調(diào)：用信號(hào)發(fā)生器輸入載頻中心頻

5、率，細(xì)調(diào)L1，使運(yùn)放輸出電壓為0，不經(jīng)輸出耦合電容。33 測(cè)量鑒頻器S 曲線測(cè)試方法：(1) S 曲線圖形：使用掃頻儀測(cè)量。(2) 零點(diǎn)頻率，上下峰點(diǎn)頻率、幅度：使用信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字萬(wàn)用表點(diǎn)頻法測(cè)量。(3) 最大不失真頻偏，使用信號(hào)發(fā)生器輸出調(diào)頻波，用示波器觀察鑒頻輸出。測(cè)量(2)(3)兩項(xiàng)：信號(hào)發(fā)生器輸出幅度為50mv e.m.f331 移相網(wǎng)絡(luò)不并聯(lián)電阻，R4 為無(wú)窮大。零點(diǎn)頻率：1.704MHz上峰點(diǎn)頻率，幅度：1.734MHz, 3.17V下峰點(diǎn)頻率，幅度：1.684MHz, -3.07V最大不失真頻偏：17kHz鑒頻靈敏度：158mV/kHz332 移相網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)10K 電阻，R4=1

6、0K。零點(diǎn)頻率：1.701MHz上峰點(diǎn)頻率，幅度：1.751MHz, 1.63V下峰點(diǎn)頻率，幅度：1.659MHz, -1.61V最大不失真頻偏：34kHz鑒頻靈敏度：38mV/kHz333 為了滿足設(shè)計(jì)要求：能無(wú)失真解調(diào)頻偏20kHz信號(hào)。調(diào)整R4=18K。取得較好的效果。零點(diǎn)頻率：1.704MHz上峰點(diǎn)頻率，幅度：1.745MHz 2.07V下峰點(diǎn)頻率，幅度：1.663MHz, -2.05V最大不失真頻偏為25kHz鑒頻靈敏度：73mV/kHz334 調(diào)整移相網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使得中頻頻率處的相移不為90 度。對(duì)兩種情況進(jìn)展了實(shí)驗(yàn)：(1) 減小C 20pF，使移相網(wǎng)絡(luò)諧振頻率偏移中頻較大。不加回路

7、阻尼電阻R4，測(cè)得零點(diǎn)頻率1.784MHz；上峰點(diǎn)頻率，幅度：1.809MHz, 3.31V；下峰點(diǎn)頻率，幅度：1.761MHz, -3.12V。S 曲線在頻率上發(fā)生偏移，形狀 基本不變。參加1.704MHz的調(diào)頻信號(hào)，因?yàn)橥耆幵赟 曲線的外側(cè)，輸出波形很小，且有失真。(2) 微調(diào)L1，使諧振頻率略有偏移。零點(diǎn)頻率：1.710MHz，上峰點(diǎn)頻率：1.739MHz，下峰點(diǎn)頻率：1.690MHz。參加1.704MHz 的調(diào)頻信號(hào)，并從零開(kāi)場(chǎng)加大頻偏，當(dāng)頻偏較小時(shí)，輸出波形 基本無(wú)失真，但是明顯的疊加一個(gè)直流分量，這是因?yàn)檩d頻已經(jīng)偏離了S 曲線的對(duì)稱中心。頻偏加大后，由于單側(cè)已經(jīng)到達(dá)S曲線的峰頂，

8、所以波形發(fā)生不對(duì)稱的失真，最大不失真頻偏為7.5KHz，明顯減小。335 解調(diào)信號(hào)輸出諧振回路并聯(lián)18kHz調(diào)Q電阻。輸入為解調(diào)50mV e.m.f，調(diào)制信號(hào)1kHz，頻偏20kHz，載頻為1.704MHz 的調(diào)頻信號(hào)。輸出波形如以以下圖：解調(diào)出的信號(hào)波形無(wú)失真，滿足設(shè)計(jì)要求。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與體會(huì)1完成了正交鑒相鑒頻器的設(shè)計(jì)，指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。2通過(guò)對(duì)相移網(wǎng)絡(luò)不同參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，可以知道：減小調(diào)Q電阻R4，可以降低相移網(wǎng)絡(luò)的Q值，可以展寬解調(diào)S曲線的線性范圍，可以無(wú)失真的解調(diào)更高頻偏的信號(hào)，改善中心頻率處的線性，同時(shí)會(huì)使鑒頻靈敏度下降。調(diào)節(jié)諧振回路C1,L1，可以改變鑒頻器的中心頻率。3由于解調(diào)器位

9、于最后一級(jí)，信號(hào)幅度大，同時(shí)由于在面包板上插接電路，所以更要特別注意電路的屏蔽與濾波。如果不注意的話，單獨(dú)調(diào)試解調(diào)器不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但是在聯(lián)調(diào)的時(shí)候，就比較容易反響到中放的輸入端，產(chǎn)生自激。為此，采用如下的方法，所有的芯片的電源端，所有外接電源，乘法器的直流偏置都對(duì)地就近加濾波電容。所有帶有高頻信號(hào)的連線盡可能短，或以雙絞線的形式傳輸信號(hào)。第二局部：16MHz 調(diào)頻接收機(jī)的整體設(shè)計(jì)和聯(lián)調(diào)組內(nèi)分工情況：高放： 林靜 設(shè)計(jì)混頻和中放： 錢禹丞 設(shè)計(jì)本機(jī)振蕩器： 林延光 設(shè)計(jì)正交鑒頻器： 孫憶南 設(shè)計(jì)組長(zhǎng)： 孫憶南一、設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)由高頻小信號(hào)放大器、本機(jī)振蕩器、混頻器、中頻信號(hào)放大器和正交鑒

10、相鑒頻器構(gòu)成的調(diào)頻接收機(jī)。工作頻率：16.455MHz，靈敏度優(yōu)于200uV(SNR=1)，本振頻率為14.7456MHz。二、整體設(shè)計(jì)由于靈敏度要求為200uV，鑒頻器的最低解調(diào)電壓為50mV，這要鑒頻前的總電壓增益為?？紤]到應(yīng)留些設(shè)計(jì)余量，增益分配如下：高放20dB，混頻10dB，中放25dB?？偤蜑?5dB，余量較大。三、收發(fā)聯(lián)調(diào)1 每級(jí)以1千歐電阻做負(fù)載，確保每一級(jí)工作正常。2 連接各單元電路，檢查各單元功能。發(fā)現(xiàn)：本機(jī)振蕩器停振，這是由于混頻器，本振信號(hào)從射極輸入，輸入阻抗低，所需的本振功率較大，而本振采用單管振蕩器，帶負(fù)載能力缺乏，造成停振。這一情況，事先已經(jīng)預(yù)料到，并且已經(jīng)搭好一

11、個(gè)射極跟隨器組成的緩沖器，立即接入，問(wèn)題解決。中放自激，加強(qiáng)混頻，中放，鑒頻三級(jí)之間的去耦，同時(shí)，調(diào)節(jié)中放電路的布局，自激程度有減弱，但不能消除。于是在中放管的射極參加100歐的負(fù)反響電阻，略降低該級(jí)的增益。自激消除。3 整機(jī)聯(lián)調(diào)由于各級(jí)連接后，負(fù)載情況有變，同時(shí)，由于本振頻率存在誤差，造成中頻頻率和設(shè)計(jì)值有偏差，所以需要統(tǒng)一的對(duì)各級(jí)進(jìn)展調(diào)諧。(1) 將掃頻儀的高頻輸出加在高放輸入端，檢波探頭加在鑒頻器前，外加16.455MHz頻標(biāo)，調(diào)節(jié)混頻器、中放的輸出回路，使之諧振在中頻頻率上，為了滿足帶寬要求，即獲得更好的矩形系數(shù)，對(duì)兩個(gè)回路采用較輕微的參差調(diào)諧。(2) 去掉掃頻儀的檢波探頭，直接加在鑒

12、頻器的輸出，調(diào)節(jié)鑒頻器的相移網(wǎng)絡(luò)使得S 曲線的零點(diǎn)和16.455MHz的頻標(biāo)重合。(3) 由于鑒頻器的移相網(wǎng)絡(luò)和中放的輸出回路采用變壓器和電容耦合，兩個(gè)回路互相略有影響，所以重復(fù)(1)(2)一遍，使得S曲線上下對(duì)稱，而且線性良好。四、指標(biāo)測(cè)試整機(jī)靈敏度：60uV。最大不失真頻偏：大于 25kHz。臨波道抑制：優(yōu)于-30dB，偏離工作頻率100KHz鏡像抑制：優(yōu)于-25dB可以接收到發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)，波形清晰無(wú)失真，信噪比較好。五、實(shí)驗(yàn)體會(huì)總結(jié)1 合作完成了16MHz調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)裝調(diào)，性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步體會(huì)接收機(jī)的系統(tǒng)概念，培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。2 要注意各級(jí)之間的配合。如上文提到的聯(lián)調(diào)時(shí)出現(xiàn)的本振停振，由于調(diào)試本振時(shí)采用1千歐電阻做負(fù)載，因此單獨(dú)調(diào)試時(shí)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。但是由于混頻器的本振口輸入阻抗低，因此聯(lián)調(diào)時(shí)出現(xiàn)本振停振。這種情況是可以在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到的，所以在整機(jī)聯(lián)調(diào)前，就設(shè)計(jì)了射極跟隨器構(gòu)成的緩沖級(jí)，解決了此問(wèn)題。3 如何保證電路的穩(wěn)定工作。實(shí)驗(yàn)中，往往中頻上更容易出現(xiàn)自激。這是因?yàn)?，雖然高放工作頻率高，但是只有一級(jí)，增益不大。而中頻上