【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào) 制 信 號(hào) 石 英 晶 體調(diào) 頻 倍 頻 電 路 高 頻 功 放 圖 43 發(fā)射機(jī)方案三系統(tǒng)框圖 綜上可知，方案一實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，頻率穩(wěn)定度高，但是由于鎖相環(huán)或者 DDS 在此使用，即違反題目不允許使用大規(guī)模集成器件的要求，因?yàn)殒i相環(huán)或者 DDS 作為單功能模塊使用時(shí)只能作為信號(hào)源，而不能作為調(diào)制器。方案三頻率穩(wěn)定度最高，但是石英晶體調(diào)制，頻偏很小，需要經(jīng)過(guò)多次倍頻方式才能獲得 75KHz 最大頻偏，實(shí)施難度最大。方案二則兼顧了方案一與方案 三的問(wèn)題，采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻，頻率穩(wěn)定度以及最大頻偏的問(wèn)題均能較容易實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)提升發(fā)射機(jī)效率有很好的改善。因此本作品采用方案二的方式進(jìn)行發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。 調(diào)頻 接收機(jī)方案比較與選擇 方案一： 接收機(jī)整個(gè)電路采用三極管與檢波二極管構(gòu)建。選用低噪聲三極管搭建前置低噪聲放大器、三極管混頻器、西勒振蕩器或晶體振蕩器、中頻放大電路以及鑒頻器和低頻功率放大器。其系統(tǒng)框圖如圖 44 所示。 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 7 三 極 管前 置 放 大三 極 管混 頻 器 B P F三 極 管放 大 B P F 鑒 頻 器 低 頻 放 大包 絡(luò) 檢 波本 振M C U顯 示 圖 44 接收機(jī)方案一系統(tǒng)框圖 方案二： 接收機(jī)混頻器采用集成混頻 器單功能模塊搭建，本振采用鎖相環(huán)（ PLL），前置低噪聲放大和中頻放大采用晶體三極管搭建，低頻功放采用集成單功能模塊。其系統(tǒng)框圖如圖 45 所示。 三 極 管前 置 放 大混 頻 器 單功 能 模 塊 B P F三 極 管放 大 B P F 鑒 頻 器低 頻 放 大 單功 能 模 塊鎖 相 環(huán)（ P L L ） 包 絡(luò) 檢 波M C U顯 示 圖 45 接收機(jī)方案二系統(tǒng)框圖 方案三： 接收機(jī)盡可能選擇單功能模塊進(jìn)行搭建，前置低噪聲放大器、中頻放大器均可采用集成的低噪聲高速運(yùn)算放大器搭建，本振采用直接數(shù)字式頻率合成器（ DDS），混頻器、相移乘法鑒頻器、低頻功率放大器均采用集成單功能模塊搭建。其系統(tǒng)框圖如圖 46 所示。 前 置 放 大單 功 能 模 塊混 頻 器 單功 能 模 塊 B P F中 頻 放 大 單功 能 模 塊 B P F 鑒 頻 器低 頻 放 大 單功 能 模 塊D D S 包 絡(luò) 檢 波M C U顯 示 圖 46 接收機(jī)方案三系統(tǒng)框 圖 綜上可知，通過(guò)對(duì)各個(gè)方案的分析，方案一由于需要使用較多的三極管電路，對(duì)靜態(tài)的確定要求較高，因此在調(diào)試難度上較大，而且本振采用的是西勒振蕩器或者晶體振蕩器，改變頻率不易，即不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索功能。方案二雖然使用了部分單功能芯片模塊，降低了一定的調(diào)試難度，但是由于本振采用的是鎖相環(huán)，鎖相環(huán)調(diào)試難度較大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索功能時(shí)容易出現(xiàn)失鎖的情況。方案三則基本采用了單功能芯片模塊，使用 DDS 作為本振，自動(dòng)搜索實(shí)現(xiàn)非常容易，穩(wěn)定度高，整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試難度降低。因而本作品中的接收機(jī)采用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)。 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 8 5 調(diào)頻 發(fā)射機(jī) 電路設(shè)計(jì) 低頻電壓放大器 的設(shè)計(jì) 為了穩(wěn)定工作點(diǎn)，采用分壓式偏置電路及電流負(fù)反饋電路來(lái)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。 一般可用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選取靜態(tài)工作點(diǎn)與偏置電路元件參數(shù)。 低頻電壓放大器選用阻容耦合共射 放大器，電路如圖 51 所示。 圖 51 低頻電壓放大器 偏置電阻的估算 對(duì)于小信號(hào)放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在能滿足電壓 增益要求的前提下， CQI 應(yīng)盡量小一些，這樣可以減小靜態(tài)功率損耗。一般選取 mA～I(xiàn) CQ ? 為宜， 本設(shè)計(jì)選取mAICQ ? 。 為了 滿足靜態(tài)工作點(diǎn)的條件，要求 BEBQ UU ?? 一般選取 BEBQ UU )105( ～? ，BQR II )105( ～? ， 本設(shè)計(jì)取 VUBQ 3? ， BQR II 6? 。 KI UUIUR CQ BEBQEQEQ 34 ??????? ? KIUIUR CQBQRBQ 33006 32 ??? ???? ?? 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 9 KU RUVR BQ BQCC 663 100)35()( 21 ?????? 為了調(diào)整方便，選用 10K 固定電位器和 100K 電位 器 串聯(lián)。 集電極負(fù)載電阻的估算 KI mVrI mVrr CQbbEQbbbe )1( // ????????? ?? 若選取 CL RR ?? ，即 CL RR ?/ ，由beCbeLu rRrRA ?? ?? / 得 KrAR beuC 2300 ???? ? （ 3）電容參數(shù)的選取 嚴(yán)格計(jì)算 1C 、 2C 、 3C 的參數(shù)較為麻煩，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，通常選取 FCC ?)102(21 ～?? FC ?)10050(3 ～? 。本設(shè)計(jì)選取 FCC ?1021 ?? ， FC ?1003 ? 。 調(diào)頻電路 的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法可分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類(lèi)。 由于 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 具有 優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，易于獲得較大的頻偏，而且在頻偏較小的情況下，非線性失真 可以很小。因?yàn)樽內(nèi)荻O管是電壓控制器件，所需調(diào)制信號(hào)的功率很小 。因此，本設(shè)計(jì)選用此方案。 集成壓控振蕩器 MC1648 外接電路減到很少，使用非 常方便。因而壓控振蕩器可以選用單片集成振蕩電路 MC1648 來(lái)構(gòu)成。輸出為正弦波的 LC 振蕩器 用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)回路調(diào)頻， 直接用控制電壓實(shí)現(xiàn)控制。 在這個(gè)電路中采用了兩個(gè)變?nèi)荻O管，并且同極性對(duì)接，常稱(chēng)為背靠背聯(lián)接。其主要目的是減小高頻振蕩電壓對(duì)變?nèi)荻O管總電容的影響。為了減小這個(gè)影響采用兩個(gè)變?nèi)荻O管背靠背串接的方式，由兩個(gè)變?nèi)荻O管代替一個(gè)變?nèi)荻O管。對(duì)高頻振蕩電壓來(lái)說(shuō)，每一個(gè)變?nèi)荻O管只有原來(lái)高頻振蕩電壓的一半，這樣就能減小高頻振蕩電壓對(duì)變?nèi)荻O管總電容的影響。而對(duì)于調(diào)制電壓 uΩ(t)來(lái)說(shuō)，由于是低頻信號(hào)，高 頻扼流圈 L 相當(dāng)于短路，加在兩個(gè)變?nèi)荻O管上的調(diào)制電壓是相同的。 與此 同時(shí)提高了振蕩器的頻率穩(wěn)定度。調(diào)制器 原理 電路如圖 52 所示。 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 10 圖 52 VCO 原理電路 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的特點(diǎn)為最大 頻偏大，能夠達(dá)到幾 MHz，為解決調(diào)制頻偏過(guò)大的問(wèn)題，因此使用變二極管部分接入的方式完成，以達(dá)到調(diào)制信號(hào)變化 1V 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻偏為75KHz， 與此 同時(shí)提高了振蕩器的頻率穩(wěn)定度。 調(diào)制器具體電路如圖 53 所示。 在要求的相對(duì)頻偏較小，而所需要的 m 也就較小，因此，這時(shí)即使 γ 不等于 2，二次諧波失真和中心頻率偏移也不大。例如在 本 調(diào)頻發(fā)射 機(jī)中，中心頻率 fS 在 26～ 28MHz范圍內(nèi) ，要求的最大頻偏 Δf=75kHz，若所用變?nèi)荻O管的 γ=1，則由式 Δfm=2?mωc可求得 m=103～ 103，這時(shí)對(duì)應(yīng)的 kf2 和 /ccff? 都很小。由此可見(jiàn)，在相對(duì)頻偏較小的情況下，對(duì)變?nèi)荻O管 γ 值的要求并不嚴(yán)格。 圖 53 直接調(diào)頻電路 直流偏置電路 MC1648 的第 10 腳輸出一個(gè)約 的穩(wěn)定電壓，作為變?nèi)荻O管的一個(gè)偏壓，調(diào)整RP2 可以調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的 偏壓。 R3 為隔離電阻，一般選取比較大，可以減弱因調(diào)整 RP2對(duì)振蕩回路 Q 值的影響，本設(shè)計(jì)選取 51K。串饋扼流線圈 L1 的電感量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，在短波波段一般選取 15μ H～ 50μ H，本設(shè)計(jì)選取 15μ H。 頻率 調(diào)制電路 VCO 產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)， CVD 的大小受所加偏置電壓Ur 控制，偏置電壓與容量關(guān)系曲線，如圖 54 所示。 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 11 u rC V D1 . 5 V 5 V2 5 p F5 0 p F 圖 54 V101 變?nèi)荻O管的壓容特性 其振蕩頻率下 式 計(jì)算 12cf LC? ?? 其中 1544151 2 5 611 1 1 12( )VDVDV D V DCCC C CCCC C C C? ? ? ? ? ?? ? ? 對(duì)于 27cf MHz? 點(diǎn)頻，取 2LH?? 得 2 6 2 611 18( 2 ) ( 2 2 7 1 0 ) 2 1 0CC p FfL??? ?? ? ?? ? ? ? 若選取 4 5C pF? 、 56100C C pF?? 、 1235V D V DC C pF??得 1544151 2 5 61 1 35 10 05 181 1 1 12( ) 2 ( 35 10 0)VDVDV D V DCCC C C pFCCC C C C??? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? 符合設(shè)計(jì)要求。 高頻功率放大器的設(shè)計(jì) 甲類(lèi)功率放大器工作在線性狀態(tài)，故信號(hào)的放大處于線性放大狀態(tài)，波形沒(méi)有失真，小信號(hào)放大效果較好，而且調(diào)試比較簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)在于靜態(tài)工作點(diǎn)較高，在沒(méi)有信號(hào)時(shí)依然具有靜態(tài)電流，所以它的效率不是很高。題目要求效率 ≥40%，采用甲類(lèi)功率放大器 能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，所以 本設(shè)計(jì) 采用此方案 電路如圖 55 所示。 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 12 圖 55 高頻功率放大器 環(huán)形電感的設(shè)計(jì) 通常采用試?yán)@法，具體的設(shè)計(jì)方法分兩步： 第一步，在選好的磁環(huán)上，先試?yán)@若干圈，設(shè)匝數(shù)為 N01 ，并測(cè)出其電感量 L01， 由此，計(jì)算出該線圈的結(jié)構(gòu)系數(shù) L0。由公式 20L LN? 得 線圈的結(jié)構(gòu)系數(shù) L0 010 201LL N? 結(jié)構(gòu)系數(shù) L0 與 線圈的結(jié)構(gòu)尺寸、磁芯的有效導(dǎo)磁率 i? 有關(guān)。 第二步，在同樣磁芯上得到的電感量 L 為 220 01201xxx NL L N LN?? 得相應(yīng)的匝數(shù)為：0101xx LNNL? 選用直徑為φ 的漆包線，在線圈上繞 制在 NXO20φ 10 6 5 上繞 Nx 匝，然后測(cè)得實(shí)際電感值，可適當(dāng)調(diào)整到設(shè)計(jì)值，正確的繞法參見(jiàn)圖 56。 圖 56 環(huán)形電感 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 13 6 調(diào)頻 接收機(jī)電路設(shè)計(jì) 低噪聲前置放 大器 的設(shè)計(jì) n 級(jí)級(jí)聯(lián) 網(wǎng)絡(luò) 的總噪聲系數(shù)為 2311 1 2 1 2 ( 1 )1 1 1F F F nFFP H P H P H P H P H P H nN N NNN A A A A A A?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 由此式可知，多級(jí) 網(wǎng)絡(luò) 總的噪聲系數(shù)主要取決于前面兩級(jí)，而和后面各級(jí)的噪聲系數(shù)幾乎沒(méi)有關(guān)系。這是因?yàn)?AP 的乘積很大，后面各級(jí)的影響很小。通常，要求第一級(jí)的 NF1要小而 APH1 要大。 美信公司的 MAX2650 低功耗低噪聲甲類(lèi)放大器，它的增益固定，不需要外圍電路過(guò)多擴(kuò)展，降低了噪聲的引入途徑和調(diào)試的難度。 MAX2650 用于從直流至 900MHz， 它有一個(gè)平坦的增益響應(yīng) 。 單 +5 V 供電。 MAX2650 的低噪聲 系 數(shù) （ 噪聲 系 數(shù) ） 和高驅(qū)動(dòng)能力 （輸入、輸出阻抗 50Ω）， 使它非常適合用于各種傳輸接收 、 緩沖應(yīng)用 。 該器件 采用內(nèi)部偏置 ， 省去了外部偏置電阻或電感器 。 典型的應(yīng)用 ， 唯一需要的外部元件 就 是輸入輸出隔離電容 。 MAX2650 的輸入輸出阻抗均為標(biāo)準(zhǔn)的 50Ω 純電阻，外圍不需要再另行做阻抗匹配，避免 了外加組件所引入的噪聲和信號(hào)衰減，進(jìn)一步降低了調(diào)試的難度。 但是該芯片對(duì)電源的紋波要求較高，紋波要盡可能的小，否則較大的電源紋波引入就能將衰減后的 uV 級(jí)小信號(hào)湮沒(méi)，所以在電源供電上采用了 LC 濾波。做好屏蔽和電源濾波后，降低了電源噪聲的影響。 該前置放大能將信號(hào)放大 7 倍左右（約 17dB），噪聲影響降低，達(dá)到了小信號(hào)低噪放大的目的。其電路圖如圖 61 所示。 圖 61 MAX2650 低噪聲放大器 高頻課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 14 輸入輸出 耦合 電容的選取 輸入輸出耦合電容 1C 、 2C 的取值 5 3 0 0 5 3 0 0 1 9 3 2 0 0( ) 2 7 . 5B l o c kC p F p Ff M H z? ? ?