【正文】 23 實(shí)驗(yàn)整機(jī)電路圖及相關(guān)程序 .............................................................24 整機(jī)主要元器件選用及簡(jiǎn)介 .............................................................25總結(jié) .......................................................29致謝 .......................................................30參考文獻(xiàn) ...................................................31附錄 A .....................................................32附錄 B .....................................................33附錄 C .....................................................34前言自 20 世紀(jì) 90 年代以來，無(wú)線通信在全球范圍內(nèi)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。發(fā)射機(jī)作為無(wú)線通信設(shè)備的重要組成部分，其發(fā)展極大的促進(jìn)了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展。為了有效地進(jìn)行傳輸，必須將攜帶信息的低頻電信號(hào)調(diào)制到幾十MHz～幾百 MHz 以上的高頻振蕩信號(hào)上，再經(jīng)天線發(fā)送出去。本文所討論的就是一個(gè)利用鎖相環(huán)組成的直接調(diào)頻信號(hào)發(fā)射器。該 FM 發(fā)射機(jī)電路工作頻率穩(wěn)定，抗干擾力強(qiáng)，制作調(diào)試簡(jiǎn)單。論文的正文部分主要包括 3 個(gè)要點(diǎn)，如下：⑴ 簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)框圖和設(shè)計(jì)要求；⑵ 闡述各單元電路的設(shè)計(jì)原理及其功能；⑶ 概述整個(gè)電路的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)總圖；最后再由結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)和附件構(gòu)成該論文。調(diào)頻發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)的概驗(yàn)如下：發(fā)射功率：一般是指發(fā)射機(jī)輸送到天線上的功率。波長(zhǎng) 與頻率 f 的關(guān)系為? =c/f 式中，c 為電磁波傳播速度，c=3*10 8m/s，若接受機(jī)的靈敏度 =2VA，則通信距離 s 與發(fā)射機(jī)功率 的關(guān)系為V?PA ??mwkmps4107??表 列出了小功率發(fā)射機(jī)的功率 與通信距離 s 的關(guān)系。廣播通信常用波段的劃分如表 所示，對(duì)于調(diào)頻發(fā)射機(jī)，工作頻率一般在超短波范圍內(nèi)。?雜音電平：調(diào)頻發(fā)射機(jī)的寄生調(diào)幅應(yīng)小于載波電平的5%～10%，雜音電平應(yīng)小于65dB。殘波輻射：殘波輻射是指雜波與輸出功率之比。頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)是指已調(diào)波在規(guī)定頻偏的情況下經(jīng)理想解調(diào)后輸出音頻的幅頻響應(yīng)。75m總效率 50%A?發(fā)射距離＞1調(diào)制方式： FM 調(diào)頻發(fā)射機(jī)基本原理方框圖圖 直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)組成框圖 發(fā)射機(jī)系統(tǒng)各部分波形圖 圖 發(fā)射機(jī)系統(tǒng)各部分波形圖 調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)方框圖各部分簡(jiǎn)介參考分頻器作用：合理的分割各單元的工作頻段，合理進(jìn)行各單元功率分配，使各單元之間具有恰當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系以減少各單元的工作中出現(xiàn)聲干擾失真；利用分頻電路的特性以彌補(bǔ)單元在某頻段里的聲缺陷，將各頻段圓滑平順的對(duì)接起來。它 的輸出誤差電壓 v d (t)是 v i (t)與 v o (t) 的瞬時(shí)相位之差的函數(shù)。壓控振蕩器作用：壓控振蕩器受控制電壓控制，使嚴(yán)控振蕩器的頻率向參考信號(hào)頻率接近，也就是使差拍頻率越來越近，直至消除頻率差而鎖定。可變分頻器作用：信號(hào)處理步驟，通過根據(jù)施加到控制端上的信號(hào)的電平，反相／不反相施加到輸入端的輸入時(shí)鐘信號(hào)，來形成分頻前的時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)具有比分頻前的時(shí)鐘信號(hào)中的預(yù)定脈沖寬度大的脈沖寬度的時(shí)鐘脈沖中的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，按照預(yù)定的分頻數(shù)，對(duì)分頻前的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)對(duì)應(yīng)于輸入時(shí)鐘信號(hào)一個(gè)方向上的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，并從輸出端輸出分頻信號(hào)，作為輸出時(shí)鐘信號(hào)；連接／斷開步驟，根據(jù)外部控制信號(hào)，連接／斷開形成在輸出端和控制端之間并用作返回控制端的信號(hào)路徑的反饋路徑；延遲步驟，使施加到輸入端上的信號(hào)通過反饋路徑返回到控制端的延遲時(shí)間大于輸入時(shí)鐘信號(hào)的脈沖寬度。 調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作原理工作原理：語(yǔ)言或音樂的聲波，使話筒內(nèi)的膜片及線圈產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)，由于電磁感應(yīng)的作用，又將膜片及線圈的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的音頻電流或電壓信號(hào)，并將微弱的音頻電流或電壓信號(hào)送到音頻放大器放大幅度。為達(dá)到預(yù)訂的頻率采用倍頻使高頻信號(hào)頻率整倍升高到所需值。調(diào)頻廣播具有抗干擾性能強(qiáng)、聲音清晰等優(yōu)點(diǎn)，獲得了快速的發(fā)展。由于調(diào)幅波受到頻帶寬度的限制，在接收機(jī)中存在著通帶寬度與干擾的矛盾，因此音頻信號(hào)的頻率局限于 30～8000Hz 的范圍內(nèi)。2 鎖相環(huán)路（PLL） 鎖相環(huán)路作用及原理一、作用：鎖相環(huán)路是一種以消除頻率誤差為目的的自動(dòng)控制電路，鎖相環(huán)電路是一種相位負(fù)反饋系統(tǒng)，利用相位誤差信號(hào)電壓去消除頻率誤差。鑒相器是相位比較部件，它能夠檢測(cè)出兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位誤差，輸出反映相位誤差的電壓。壓控振蕩器受控于環(huán)路濾波器輸出電壓，即其振蕩頻率受環(huán)路濾波器輸出電壓控制。鎖相環(huán)路就是利用兩個(gè)信號(hào)之間的相位誤差來控制壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率，最終使兩個(gè)信號(hào)之間的相位保持恒定，從而達(dá)到兩個(gè)信號(hào)頻率相等的目的。鑒相器（PD）是進(jìn)行相位比較的裝置，它把壓控振蕩器的輸出信號(hào)Vo(t)與輸入信號(hào) vi(t)的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于兩信號(hào)相位差的誤差電壓Vd(t) ，起到相位差 —電壓變換作用。電路通常由電阻、電容或電感等組成，有時(shí)也包含運(yùn)算放大器。二、鎖相環(huán)路的具體工作過程如下：相位比較器把輸入信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)，將它的頻率和相位與從VCO輸出端送來的信號(hào)進(jìn)行比較。 由低通濾波器濾除誤差信號(hào)中的交流分量，產(chǎn)生信號(hào)Ve(t)去控制VCO，強(qiáng)制VCO朝著減小相位/頻率誤差的方向改變其頻率，使輸入基準(zhǔn)信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間的任何頻率或相位差逐漸減小直至為0，這時(shí)我們就稱環(huán)路已被鎖定。環(huán)路的這種狀態(tài)稱為跟蹤狀態(tài)。鎖相環(huán)路基本特性有（1）環(huán)路鎖定后，沒有頻率誤差。（2）頻率跟蹤特性。（3）窄帶濾波特性。當(dāng)壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率鎖定在輸入信號(hào)上時(shí)，位于信號(hào)頻率附近的頻率分量，通過鑒相器變成低頻信號(hào)而平移到零頻率附近，這樣環(huán)路濾波器的低通作用對(duì)輸入信號(hào)而言，就相當(dāng)于一個(gè)高頻帶通濾波器，只要把環(huán)路濾波器的帶通做的比較窄，整個(gè)環(huán)路就具有很窄的帶通特性。3 高頻振蕩電路的選取 高頻振蕩電路的設(shè)計(jì)要求及選取滿足振蕩的性能指標(biāo)要求振蕩中心頻率 =0fMHz5穩(wěn)定度為 量級(jí)以上1?電路容易起振，輸出波形好 方案一:變壓器反饋式 LC 正弦波振蕩器變壓器反饋式 LC 正弦波振蕩器電路如圖 3. 1 所示。（2）選頻網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò)由 L1和 C 構(gòu)成。（3）反饋網(wǎng)絡(luò) 變壓器二次側(cè)繞組 N2作為反饋繞組，將輸出的一部分，經(jīng) Cb反饋到輸入端。二、電路能否振蕩的判斷在反饋輸入端 K 處斷開，用瞬時(shí)極性法進(jìn)行判斷。根據(jù)同名端的概念，N 2上端瞬時(shí)極性為正，反饋至 K 處的瞬時(shí)極性為正，為正反饋。本電路中，N N 2同繞在一磁芯上為緊耦合。實(shí)踐中，只要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，增減 N2的匝數(shù)或改變同一磁棒上NN 2的相對(duì)位置調(diào)節(jié)反饋系數(shù)的大小，使反饋量合適，即可滿足起振條件。振蕩頻率可用下式計(jì)算式中， L 為諧振回路總電感量， C 為諧振回路總電容量。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與 LC 回路的諧振現(xiàn)象十分相似。 諧振頻率 從石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個(gè)諧振頻率，即:（1）當(dāng) L、C、R 支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，它的等效阻抗最?。ǖ扔赗） 。發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)頻率用 fd 表示。標(biāo)稱頻率 標(biāo)稱頻率是指石英晶體振蕩器的振蕩頻率，它與負(fù)載電容的容量值有關(guān)。負(fù)載電容常用的標(biāo)準(zhǔn)值有 16PF、20PF、30PF、50PF、100PF 。該值決定電路工作頻率的確良穩(wěn)定程度。工作溫度范圍 工作溫度范圍是指石英晶體振蕩器正常工作時(shí)所允許的最低溫度至最高溫度（環(huán)境溫度）。三、原理工作特性 石英晶體是利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)和電信的交換，當(dāng)晶片的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)，它本身具有固有的機(jī)械振動(dòng)頻率；當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶片固有的機(jī)械振動(dòng)頻率時(shí)，晶片的振動(dòng)幅度最大，外電路中的交流電最大，既顯現(xiàn)出電的諧振特性。（1） 、專門用于基頻振動(dòng)的晶體稱為基音晶體。四、等效電路和頻率石英晶體振蕩器的等效電路和頻率如 所示 (a) (b) 圖 3..2 石英晶體振蕩器的等效電路和頻率 （a）等效電路 (b)頻率特性 對(duì)于石英晶體振蕩器的等效電路，可以產(chǎn)生兩個(gè)諧振頻率。 當(dāng) R、 L、C 支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，等效于純電阻 R，阻抗最小，其串聯(lián)諧振頻率= sfLC?21 當(dāng)外加信號(hào)頻率高于 時(shí)， 增大， 減小，R、L、C 串sX聯(lián)支路呈感性，可與 C0 所在電容支路發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)諧振頻率為= = = pf|210CL???L?210C??f01??石英晶體的電抗—頻率特性如圖 （b）所示。只有信號(hào)頻率在 和 之間才顯感性。 石英晶體構(gòu)成的正弦波振蕩器基本電路有兩類。五、石英晶體振蕩電路優(yōu)缺點(diǎn)容易起振 頻率調(diào)節(jié)不方便工作頻率泛音式振蕩可達(dá) MHzf20?振蕩波形好穩(wěn)定度可