調(diào)幅、調(diào)頻發(fā)射與接收設(shè)計原理的介紹

.二、單元電路形式的選擇輸入回路的電路形式主要有單調(diào)諧回路,雙調(diào)諧耦合回路。其中耦合回路的選頻特性要優(yōu)于單調(diào)諧回路,一般在接收機性能要求較高的場合使用。本設(shè)計選擇單調(diào)諧回路。接收機中高頻放大電路和中頻放大電路,均屬于小信號線性放大,電路工作于甲類狀態(tài)。電路的形式有單調(diào)諧放大電路、雙調(diào)諧放大電路等,對電路選擇性要求較高的場合,一般選擇雙調(diào)諧放大電路。本設(shè)計選擇單調(diào)諧放大電路。實現(xiàn)同步檢波器的電路形式有乘法器、環(huán)形或橋形幅度調(diào)制器等。由于集成電路的發(fā)展,在廣播接收機、電視接收機電路中,多采用模擬乘法器來完成同步解調(diào)。包絡(luò)檢波器是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負載C的充放電過程實現(xiàn)檢波,適用于解調(diào)含有較大載波分量的大信號。三、電路參數(shù)計算1．輸入回路圖-15為單調(diào)諧輸入回路。根據(jù)接收信號的中心頻率f0和接收信號的帶寬B,確定表示輸入回路諧振特性的品質(zhì)因數(shù)。圖-15單調(diào)諧輸入回路根據(jù)中心頻率,確定回路電感L和電容C的值。其中,電容值不能太小,否則,分布電容會影響回路的穩(wěn)定性,一般取C>>Cie<Cie表示下級高頻放大電路中晶體管的輸入電容>。為便于調(diào)整,實際電路中電容C常用固定電容和可變電容并聯(lián)的形式。在設(shè)計輸入回路時,還要考慮它與天線之間,以與它與下一級放大電路之間的阻抗匹配。所以,要事先確定天線的等效阻抗,以與放大電路的等效輸入阻抗。輸入回路可以采用部分接入的方法,改善下一級電路對輸入回路選頻性能的影響。2．高頻小信號調(diào)諧放大器圖-16為小信號調(diào)諧放大器的電路?！?〕直流偏置電阻值的計算一般取發(fā)射極靜態(tài)電壓。則基極電壓,其中,VBE為晶體管基極、發(fā)射極間的電壓,對于硅管VBE約為0.7V,對于鍺管VBE約為0.2V。根據(jù)系統(tǒng)的功率增益分配,確定本電路交流輸出功率P0。設(shè)發(fā)射極電壓和集電極飽和壓降共占去電源電壓VCC的10%,則放大器直流功率。由于甲類放大器的集電極效率最大為,而,則。由,確定Re。由流過Rb2的電流,確定：。由,確定。圖-16小信號調(diào)諧放大器下面介紹交流下元件參數(shù)的設(shè)定。電阻R0和電容C0組成低通濾波器,抑制高頻信號對直流電源的干擾,防止通過電源線形成本級電路對其他級電路的反饋。對于小功率接收機,R0一般取100,C0的阻抗值應(yīng)小于等于R0阻值的1/10。旁路電容CE的阻抗值也應(yīng)小于等于RE的1/10；級間隔直耦合電容CC的阻抗值應(yīng)小于等于放大器輸入阻抗的1/10。集電極諧振回路元件值的設(shè)定方法?？紤]晶體管Y參數(shù)等效電路的Y參數(shù)值,假設(shè)接入系數(shù)值后,根據(jù)已知的電路工作頻率f0設(shè)定回路外接電感值L和總電容值C,外接電容值C等于C減去晶體管Y參數(shù)中的輸入輸出電容。再根據(jù)工作頻率f0與回路帶寬B,決定回路有載品質(zhì)因數(shù)QL=f0/B；回路諧振電阻R可由R=2f0LQL決定。3．本地振蕩電路本地振蕩電路與發(fā)射機中的主振器原理相同,設(shè)計方法也相同,可參見發(fā)射機中主振器電路參數(shù)的計算。4．同步檢波器圖-17MC1496實現(xiàn)的同步檢波電路采用MC1496實現(xiàn)的電路[謝自美],如圖圖-17MC1496實現(xiàn)的同步檢波電路5．二極管包絡(luò)檢波器檢波器的電路如圖-18所示。圖-18二極管包絡(luò)檢波器〔1〕二極管D的選擇在選擇檢波二極管時,要考慮輸入信號的頻率,保證二極管的工作頻率遠小于其自身的截止頻率。一般可選用點接觸型檢波二極管,如2AP9,其截止頻率為100MHz,本例中就可選用此二極管?！?〕檢波負載電阻的確定先估算檢波器后的低頻放大器等效輸入電阻ri的值,一般為2～5k。為滿足檢波輸出波形不產(chǎn)生負峰切割失真的條件,即式中ma表示調(diào)幅度,通常,在接收機中ma最大約為0.8,平均為0.3,所以,一般選RL=5～10k。〔3〕負載電容C的確定根據(jù)檢波輸出波形不產(chǎn)生惰性失真的條件,得工程上近似計算式：本例中已知調(diào)制信號頻率F=500Hz～3kHz,所以,max=2Fmax=23103rad/s,從而求得C小于〔4〕隔直耦合電容CC的確定CC的存在主要影響檢波的下限頻率。為使調(diào)制信號頻率為最小值時,CC上的電壓降不大,不產(chǎn)生頻率失真,必須滿足下式：在通常的音頻X圍內(nèi),上式是容易滿足的。一般取CC為幾F,如5~10F。高頻電路的安裝與調(diào)試由于頻率的提高,高頻電路特性比低頻電路特性要復(fù)雜一些。因此,高頻電路的調(diào)試需要考慮更多的問題。下面就從元器件的選擇、識別,到電路常見故障的處理,做具體介紹。一、電子元件與其在高頻電路中的應(yīng)用〔一〕、導(dǎo)線與電纜1．導(dǎo)線類型與用途裸銅線——低頻電路中作地線鍍銀線——頻率為大于幾MHz的電路中作地線或繞制電感線圈單股漆包線——繞制電感線圈多股塑包線——電源連接線或電路接線單股塑包線——電路里點與點之間的短接線沙〔絲〕包線——繞制接收機中波天線線圈、電感線圈或多層的蜂房式線圈導(dǎo)線組——數(shù)十根導(dǎo)線彼此絕緣,壓成扁平的帶子,在計算機與外設(shè)的連接中使用2．導(dǎo)線的高頻電阻與電感圖-1導(dǎo)線趨膚效應(yīng)示意圖隨著工作頻率的升高,流過導(dǎo)線的交流電流會離開導(dǎo)線中心,向?qū)Ь€表面〔皮膚〕集中。這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。如圖圖-1導(dǎo)線趨膚效應(yīng)示意圖因而,在高頻電路中,連接線要短而粗,以減小導(dǎo)線電阻對能量的損耗。也可以在銅導(dǎo)線外面鍍銀,即使用鍍銀線,提高導(dǎo)線的導(dǎo)電率來降低導(dǎo)線的交流電阻?！捕场㈦娮?．電阻的高頻等效電路電阻器在直流或低頻電路中,等效為一個純電阻。而在高頻電路中,由于趨膚效應(yīng)與各種損耗的影響,電阻等效為RLC電路。如圖-2所示。圖-2電阻的高頻等效電路在高頻電路中,電阻的頻率特性不可忽視。在一定頻率時,阻值低的電阻以分布電感影響為主,阻值高的電阻以分布電容影響為主。對于低阻值的電阻,應(yīng)盡可能縮短電阻引線以減小引線電感。對于高阻值的電阻,由于其分布電容的旁路作用,使電阻值大幅度降低,所以應(yīng)盡可能使用小電阻值。另外,電阻的外形尺寸越小,高頻特性越好。在允許的X圍內(nèi),盡可能地使用功率小的電阻〔功率小,外形尺寸也小〕?？紤]到電路的可靠性,電阻的損耗功率應(yīng)為額定功率的1/2以下。在高頻電路中,電阻引線也將變?yōu)殡姼?使電阻的頻率特性變差。所以,電阻的引線必須盡可能地縮短。如貼片電阻,就是沒有引線且外形小的電阻,在3GHz以內(nèi)的頻域都可以使用。2．種類與用途合成型電阻——碳質(zhì)實芯合成電阻,其分布電容、分布電感較大。不宜用于高頻電路。薄膜型電阻——金屬膜、碳膜電阻。金屬膜電阻的精度一般高于碳膜電阻,但其不能制作高阻值〔1M以上〕,與碳膜電阻相比價格高。因而,一般在穩(wěn)定性和電性能要求較高的場合,選用金屬膜電阻。線繞型電阻——即使采用無感繞法,其分布電感也比非線繞電阻器大得多。不宜用于高頻電路?！踩场㈦娙萜?．電容器的高頻等效電路電容在高頻應(yīng)用時,除了它本身的損耗之外,還要考慮它的引線電感。各種損耗可用等效的串聯(lián)電阻RC表示,電感LC體現(xiàn)了因引線和電極的形狀而引起的電感成分。電容器的實際等效電路如圖-3所示。由于LC和C串聯(lián),工作頻率升高時容易引起串聯(lián)共振,使理想電容的阻抗值下降。圖-3電容的高頻等效電路2．合理選用電容器。大多數(shù)電容是正溫度系數(shù),即電容量隨溫度升高而加大；有一些是負溫度系數(shù)；還有一些是專門設(shè)計的,在一定的溫度X圍內(nèi)電容量不變。電容器的性能主要是由制造電容器所使用的介質(zhì)材料的特性決定。這些介質(zhì)有云母、玻璃、陶瓷、滌綸膜等材料,空氣也可作為介質(zhì)〔一般為可變電容器〕。其中瓷介電容〔CC型〕,云母電容,塑料薄膜電容,主要用于高頻電路,如作調(diào)諧、濾波器元件。通常,當(dāng)用電容來降低對地的阻抗時,如電源的去耦和晶體管的發(fā)射極旁路、IC偏置電路的旁路等,電路使用1～100MHz頻率時用0.01〔四〕、電感電感屬非標(biāo)稱元件,很難找到電路所需值的電感元件,通常需要自己設(shè)計制作。因此,電感線圈的設(shè)計計算是比較重要的,尤其在高頻電路中的選頻、濾波電路的電感。1．線圈的損耗〔1〕線圈的分布電容——線圈匝與匝之間,導(dǎo)線與導(dǎo)體之間能構(gòu)成電容,繞組與底板以與屏蔽罩之間、多層繞組層與層之間等都存在電容,稱為分布電容。電感線圈匝與匝之間的分布電容如圖-4所示。這些分布電容在工作頻率較高時就會影響電路性能。圖-4電感線圈的分布電容〔2〕線圈是由導(dǎo)線繞制而成的,因此線圈也有交流電阻,此電阻會消耗一部分功率。用品質(zhì)因數(shù)Q來衡量線圈損耗的大小。要提高電感線圈的Q值,應(yīng)增加線圈感抗,減小損耗電阻?？刹扇∫韵麓胧骸みx擇最佳的線圈形狀·選擇尺寸較大的線圈——線圈尺寸大,所用導(dǎo)線可粗一點,使損耗電阻減小?！び缅冦y線繞制線圈·用絞合線〔又稱李茲線〕繞制線圈·線圈中加入磁芯2．電感線圈的制作電感線圈一般可分為空芯和帶磁芯的兩種?？招倦姼械睦@制,要根據(jù)電感值選擇線圈的直徑d〔其半徑用r表示〕、長度l、匝數(shù)N。電感值近似計算式為〔設(shè)r<<l〕：式中0=4107H/m表示真空的磁導(dǎo)率。帶磁芯的電感,由于磁芯的導(dǎo)磁系數(shù)很大,使線圈中的磁通增加很多,因而比空芯電感的電感量增大了。高頻電感與高頻變壓器所采用的磁芯材料為鎳鋅〔NXO〕鐵氧體。以NXO-100環(huán)型鐵氧體為例,設(shè)其尺寸為外直徑內(nèi)直徑高度,繞在其上的線圈匝數(shù)為N,磁芯橫截面積A〔cm2〕,平均磁路長度l〔cm〕,磁導(dǎo)率=100H/m,則電感值可由下式計算：為減小線圈漏感與分布電容的影響,線圈的匝數(shù)應(yīng)盡可能少,匝間距離應(yīng)盡可能大?！参濉场⒅蓄l變壓器——也叫中周變壓器,簡稱中周中周是超外差接收設(shè)備中的重要元件,起選頻和耦合作用,抑制上下頻帶,只允許中間頻率的信號通過。它很大程度上決定了整機的靈敏度、選擇性和通頻帶等指標(biāo)。我國規(guī)定,無線電廣播調(diào)幅收音機的中頻為465kHz,調(diào)頻收音機的中頻為10.7MHz,黑白、彩色電視接收機的中頻分為圖像38MHz,伴音31.5MHz?！擦场⒏哳l扼流圈高頻扼流圈是只允許直流和低頻交流通過,而對高頻交流呈現(xiàn)很大阻抗的元件。串饋扼流圈——電感量不需很大,0.5MHz以下不超過<1000～10000>μH,頻率越高,電感量越小。并饋扼流圈——電感量應(yīng)遠大于調(diào)諧回路的電感量,取其10～20倍或更大一些。二、高頻電路的安裝高頻電路的頻率特性與實際安裝技術(shù)有很大關(guān)系。1．合理安排元件,盡量減小各種元件之間的寄生耦合。必要時,可以對關(guān)鍵元件進行屏蔽。2．直流電源應(yīng)有良好的去耦濾波裝置。用于去耦的電容、電阻等元件應(yīng)盡量安裝在離電源最近的位置；如果去耦元件需要接地,應(yīng)就近接地。3．電路元件間的接線應(yīng)盡量短而粗,避免平行走線。4．高頻電路的接地應(yīng)采用多點、就近接地方法。若整個電路既有模擬信號又有數(shù)字信號,應(yīng)使模擬地與數(shù)字地分開布線,避免信號間的干擾。三、高頻電路的調(diào)試由于工作頻率的升高,分布參數(shù)與各種耦合與干擾對高頻電路的影響,比低頻電路更加明顯。因此,理論估算的工作狀態(tài)與實際電路測試到的狀態(tài)之間,往往會存在一定的差異。有時,在整機調(diào)試過程中元件參數(shù)甚至需要較大的修改,才能達到預(yù)期的效果。所以,高頻電路的調(diào)試過程與其設(shè)計過程同樣重要,有時比設(shè)計過程更復(fù)雜,除了需要經(jīng)驗以外,更需要細致耐心、棄而不舍的精神。切記不能急躁,更不能盲目地更改元件參數(shù),否則事倍功半,達不到預(yù)期效果。另外,在實際的操作過程中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn),許多問題并不是由于電路本身的故障引起的,而恰恰是由于我們的同學(xué)未能正確使用測試儀器,導(dǎo)致測試結(jié)果錯誤。因此,在調(diào)試電路之前,花些時間學(xué)習(xí)測試設(shè)備的使用方法,掌握它對某類被測電路的測試功能和限制條件,對于快速診斷電路故障是非常重要的,往往可以達到事半功倍的效果。同時,不能忽略連接到電路上的測試設(shè)備可能對電路性能帶來的影響。電路的安裝、調(diào)試順序一般從前級單元電路開始,向后逐級進行。即先將各單元電路彼此斷開,從第一級開始調(diào)整單元電路的靜態(tài)工作點,以與交流狀態(tài)下的性能指標(biāo)；然后與下一級連接,進行逐級聯(lián)調(diào),直到整機調(diào)試；最后進行整機技術(shù)指標(biāo)測試。單元電路的調(diào)試,以振蕩器為例。常見的故障是,電路安裝完畢,上電后,沒有信號輸出。在確認硬件電路連接沒有問題后,檢查電路是否起振?？梢酝ㄟ^測量發(fā)射極直流電壓進行判斷：起振后的射極電壓值應(yīng)大于靜態(tài)〔未振蕩時〕射極電壓值。若電路未起振,多是由于靜態(tài)工作點設(shè)置不當(dāng)引起的,可將基極偏置電阻之一安裝電位器,以便調(diào)節(jié)工作點。在逐級聯(lián)調(diào)時,往往會出現(xiàn)調(diào)試合格的單元電路在聯(lián)調(diào)時性能參數(shù)發(fā)生很大變化的現(xiàn)象,這時,切不可盲目更改元件參數(shù)。故障原因多是由于單級調(diào)試時沒有接負載,而與下一級連接后,下一級的等效輸入阻抗必然對本級性能產(chǎn)生一定的影響；或是所接負載與實際電路中的負載不等效；或是整機的聯(lián)調(diào)又引入了新的分布參數(shù)。因此,整機調(diào)試時需仔細分析故障原因。例如,振蕩器與下級緩沖級相連后,振蕩器的輸出電壓幅度明顯減小或波形失真嚴重。這是由于緩沖級的輸入阻抗不夠大,使振蕩器等效負載值下降,引起輸出信號的變化?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)緩沖級射極電阻,提高緩沖級的輸入阻抗加以解決。在逐級聯(lián)調(diào)時,還會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：單獨加測試信號調(diào)試合格的單元電路,在與前級或下級電路連接后,沒有輸出或輸出信號不正常。這時要考慮,各級相連的電路對其輸入信號幅度與功率的要求是否達到,也就是說,單元電路僅僅有輸入信號是不夠的,還要保證其輸入信號的參數(shù)滿足本級電路的要求。例如調(diào)幅接收機中的二極管大信號包絡(luò)檢波器,就要求輸入調(diào)幅波的幅度達到幾百mV以上。在單獨調(diào)試單元電路時,可借助測試儀器〔如信號發(fā)生器、示波器等〕確定電路達到最佳工作狀態(tài)所需的輸入信號幅值與頻率參數(shù)等。在整機聯(lián)調(diào)時,重點應(yīng)關(guān)注整機性能是否達到指標(biāo)要求。在整機各項指標(biāo)均達到要求的前提下,中間各別