【正文】 振蕩載波信號(hào)。音頻放大：將話筒發(fā)出的信號(hào)放大到調(diào)制電路所需要的調(diào)制電壓。高頻功放：對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，加入到天線中，從而向空間輻射。在頻穩(wěn)度要求較高的情況下，一般可以選用晶體振蕩電路，也可以選用單片集成電路。高頻電壓放大器的主要作用是將振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電壓放大到一定程度后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻諧振放大器。當(dāng)選用集成模擬乘法器作為振幅調(diào)制器時(shí)，由于輸入信號(hào)要求為小信號(hào)，因此當(dāng)輸出電壓能夠滿足要求是，可以考慮不用外加高頻電壓放大器。為簡(jiǎn)便起見，本機(jī)調(diào)幅器采用模擬乘法器MC1496進(jìn)行調(diào)幅[4]。通常調(diào)制分為低電平調(diào)制和高電平調(diào)制，采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法是屬于低電平調(diào)制，低電平調(diào)幅電路具有輸出功率小的特點(diǎn)，適用于功率較低的系統(tǒng)。由模擬乘法器調(diào)制電路輸出的已調(diào)信號(hào)較小，不能滿足末級(jí)功放的輸入要求，因此，要在模擬乘法器后邊加上功率激勵(lì)級(jí)來放大已調(diào)調(diào)制的信號(hào)功率，從而滿足后級(jí)電路的輸入要求[7]。本機(jī)所設(shè)計(jì)的為小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類諧振功率放大器，如果一級(jí)放大器不能滿足要求，可以選用兩級(jí)或者三級(jí)[2]。由于無線設(shè)備本身的傳播距離的限制，因此，若想達(dá)到比較理想的傳播距離，必須外接天線[6]。增益值增益值表示天線的功率放大倍數(shù)，增益值越大代表對(duì)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)越大，傳輸質(zhì)量也就越好[6]。方案一：采用石英晶體振蕩器，石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，在選擇合適的偏置電路的情況下，頻穩(wěn)度可達(dá)到數(shù)量級(jí)，而且，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，波形失真度也比較小，因此，在頻穩(wěn)度要求較高的電路中，可以選用石英晶體振蕩器作為主振級(jí)。方案三：采用LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路，三點(diǎn)式振蕩電路有電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式之分，相對(duì)來說，電容三點(diǎn)式的輸出波形相對(duì)電感三點(diǎn)式要穩(wěn)定，且頻率變化不會(huì)改變電抗的性質(zhì)，因此振蕩器一般都采用電容三點(diǎn)式形式。LC回路由于受到標(biāo)準(zhǔn)性和品質(zhì)因數(shù)的限制，其頻穩(wěn)度一般只能達(dá)到數(shù)量級(jí)。石英是一種各向異性的結(jié)晶體，其化學(xué)成分是二氧化硅。晶片的固有機(jī)械振動(dòng)頻率又稱為諧振頻率，其值與晶片的幾何尺寸有關(guān)，具有很高的穩(wěn)定性[19]。與LC諧振回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，采用高精度和頻穩(wěn)措施后，石英晶體振蕩器可以達(dá)到的頻率穩(wěn)定度。電路中的T1靜態(tài)工作點(diǎn)由R1R2和R3決定，在設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先決定集電極電流Icq，~4mA，Icq過大會(huì)引起波形失真，有時(shí)還伴隨產(chǎn)生高次諧波[6]。晶體振蕩級(jí)與小信號(hào)放大級(jí)聯(lián)合電路圖如圖（圖311）所示[7]：圖311 主振級(jí)單元電路此電路中主振級(jí)工作在較低的6MHz的頻率上，一般晶體振蕩器都能達(dá)到要求，且具有一定的輸出電壓，而且頻率穩(wěn)定度較高，無需進(jìn)行倍頻[3]。R1 、R2和構(gòu)成分壓式偏置電路，C2和C3的串接電容直接并接在晶體兩端，為晶體的負(fù)載電容。高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級(jí)高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。因此，在測(cè)試其直流工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先用示波器觀察一下放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。否則，所測(cè)數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。后者比較簡(jiǎn)單、直觀。經(jīng)過小信號(hào)放大后輸出波形(圖314）如下[5]：圖314 經(jīng)小信號(hào)放大器后輸出載波與未加入放大器時(shí)相比，波形和頻率都沒有變化，指示振幅（電壓）有所增加。在緩沖隔離級(jí)的選擇上不論是在低頻電路還是高頻電路的整機(jī)設(shè)計(jì)中，緩沖隔離級(jí)常采用射極跟隨器電路[1]。如果忽略晶體管基極體電阻rb39。式中，r0很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個(gè)恒壓源[3]。所以圖示射極輸出器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、電壓放大倍數(shù)近似等于1的特點(diǎn)。對(duì)于圖示電路，取，若晶體管電流放大倍數(shù)β=60，則，取R6=1kΩ的電阻，Rp1=1kΩ的電位器。 語(yǔ)音放大級(jí)電路設(shè)計(jì) 語(yǔ)音放大器主要是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大和限頻，經(jīng)過放大后的語(yǔ)音信號(hào)送入調(diào)制級(jí)對(duì)高頻載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，本機(jī)采用LM386進(jìn)行語(yǔ)音功率放大。信號(hào)由3腳引入，經(jīng)放大后由1腳經(jīng)輸出電容C8送到受調(diào)放大級(jí)。RP4越小，電路增益越高；反之，增益越小[9]。完成這種調(diào)制過程的裝置稱為振幅調(diào)制器。調(diào)制過程如圖所示： ttt（a）調(diào)制信號(hào)波形（b）載波信號(hào)波形（c）Ma＜1時(shí)的已調(diào)波形tt（e）Ma＞1時(shí)的已調(diào)波波形（d）Ma=1時(shí)的已調(diào)波波形圖341 調(diào)幅波調(diào)制過程 (1) 普通調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為了突出基本概念，簡(jiǎn)化分析，假設(shè)調(diào)制信號(hào)為單頻等幅余弦波，即 （341）設(shè)載波電壓為 （342）通常載波頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)制頻率，即滿足，根據(jù)調(diào)幅的定義可直接寫出調(diào)幅波的表示式 （343）（2）調(diào)幅度的定義調(diào)幅度（又稱調(diào)制度或調(diào)制指數(shù)）反映了調(diào)制信號(hào)對(duì)高頻載波幅度的控制能力，它是與載波振幅之比，即 （344）式中，為比例常數(shù)。因此，在調(diào)制信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)調(diào)幅信號(hào)的最大振幅為，最小振幅為，由此可得調(diào)幅度， （345）由上式可得調(diào)幅度還可以表示為 （346）式中，；。圖342 普通調(diào)幅波波形根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求以及為了最大程度的減小各極間的干擾，本機(jī)采用模擬乘法器作為調(diào)幅電路，模擬乘法器的出現(xiàn)，使高質(zhì)量的調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生變得很簡(jiǎn)單，而且成本也很低。乘法器的靜態(tài)偏置電流主要由內(nèi)部恒流源Io的值來確定,Io是第5引腳上的電流I5的鏡像電流，改變電阻R25可調(diào)節(jié)Io的大小。為了使輸出上，下調(diào)制對(duì)稱，在設(shè)計(jì)外部電路時(shí)，還應(yīng)使V12=V6，V8=V10，而且12腳及6腳所接的負(fù)載電阻應(yīng)相等，即R28=R29，調(diào)制輸出信息波形（圖344）如下[8]：圖344 調(diào)制信號(hào) 高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)高頻功率放大器是各種無線電發(fā)射機(jī)的重要組成部分，其工作頻率較高，相對(duì)寬帶也比較窄，一般都采用LC諧振網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載構(gòu)成諧振功率放大器。高頻功率放大器一般多用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)電路，其電流消耗往往要占到整機(jī)耗電量的絕大部分，所以功率放大器工作狀態(tài)的優(yōu)劣以及工作效率的高低就相當(dāng)重要。圖351 晶體管高頻功率放大器原理圖（1） 電路組成諧振功率放大器的原理如圖所示，除電源和偏置電路外，它由晶體管，諧振回路和輸入回路三部分組成。晶體管作為一個(gè)電流控制器件，它在較小的激勵(lì)信號(hào)電壓作用下，形成基極電流，控制了較大的集電極電流，流過諧振回路產(chǎn)生高頻功率輸出，從而完成了把電源的直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率的任務(wù)。此時(shí)輸入激勵(lì)信號(hào)應(yīng)為大信號(hào)，可達(dá)到1~2V,，甚至更大。與低頻功放不同的是，高頻功放選用諧振回路作負(fù)載，即保證輸出電壓相對(duì)于輸入電壓不失真，還具有阻抗變換的作用，這是因?yàn)榧姌O電流是周期性的高頻脈沖其頻率分量除了有用分量（基波分量）外，還有諧波分量和其他頻率成分，用諧振回路選出有用分量，將其他無用分量濾除；通過諧振回路阻抗的調(diào)節(jié)，從而使諧振回路呈現(xiàn)高頻功放所要求的最佳負(fù)載阻抗值，即匹配，使高頻功放以高效率輸出大功率[17]。當(dāng)?shù)乃矔r(shí)值大于基極和發(fā)射極之間的導(dǎo)通電壓時(shí)，晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生基極脈沖電流，如圖（b）所示。將用傅里葉級(jí)數(shù)展開，得式中，為集電極電流直流分量，分別為集電極電流的基波，二次諧波及高次諧波分量的振幅。對(duì)其他各次諧波而言，回路失諧而呈現(xiàn)很小的電抗并可看成短路。這樣，脈沖形狀的集電極電流，或者說包含有直流，基波和高次諧波成分的電流流經(jīng)諧振回路時(shí)，只有基波電流才產(chǎn)生壓降，因而LC諧振回路兩端輸出不失真的高頻信號(hào)電壓。所以，晶體管集電極和發(fā)射極之間的電壓為 （352）其波形如圖（d）所示。同時(shí)，諧振回路還可以將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為純電阻Re。因此，在諧振功率放大器中，諧振回路除了起濾波作用外，還起到阻抗匹配的作用[23]。放大器的輸出功率Po等于集電極電流基波分量在負(fù)載Re上的平均功率，即 （353）集電極直流電源供給功率PD等于集電極電流直流分量Ico與Vcc的乘積，即 （354）集電極耗散功率Pc等于集電極直流電源供給功率PD與基波輸出功率Po之差，即 （355）放大器集電極效率等于輸出功率Po與基波供給功率PD之差，即 （356）丙類工作狀態(tài)的諧振功率放大器的效率很高，當(dāng)電流導(dǎo)通角時(shí)，效率可達(dá)90%，隨著的減小，效率還會(huì)進(jìn)一步提高。所以，諧振功率放大器一般取為70度左右[11]。將不進(jìn)入飽和區(qū)的工作狀態(tài)稱為欠壓，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線①所示，為頂尖余弦脈沖。如果晶體管工作剛好不進(jìn)入飽和區(qū)，則稱為臨界工作狀態(tài)，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線②所示，雖然仍為尖頂余弦脈沖，但頂端變化平緩。圖353 放大器的工作狀態(tài)l 欠壓狀態(tài)根據(jù)丙類諧振功率放大器的工作原理可知，基極電壓最大值與集電極電壓最小值出現(xiàn)在同一時(shí)刻，所以只要當(dāng)比較大（大于），晶體管工作就不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)而工作在欠壓狀態(tài)。l 臨界狀態(tài)增大，就會(huì)減少，可使放大器在時(shí)工作在放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)上，晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)，所以集電極電流仍為尖頂余弦脈沖。因?yàn)樵陲柡蛥^(qū)晶體管集電結(jié)被加上正向電壓，的增加對(duì)的影想很小，而卻隨的下降迅速減小，所以使得集電極電流脈沖頂部產(chǎn)生下凹現(xiàn)象。（2） 負(fù)載特性當(dāng)放大器中直流電源帶電壓，及輸入電壓振幅維持不變時(shí)，放大器的電流、電壓、功率與效率等隨諧振回路諧振電阻Re變化的特征，稱為放大器的負(fù)載特征。根據(jù)諧振功率放大器工作狀態(tài)的分析可知，當(dāng)及不變，負(fù)載Re變化時(shí)，就會(huì)引起放大器輸出電壓的變化，從而使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。（b）功率、效率變化曲線（a）電流、電壓變化曲線圖354 諧振功率放大器負(fù)載特性曲線由圖中的負(fù)載特性可以看出高頻功放各種狀態(tài)的特點(diǎn)：臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高，通常應(yīng)選擇在此狀態(tài)工作。在實(shí)際調(diào)整中，高頻功放可能會(huì)經(jīng)歷上述各種狀態(tài)，利用負(fù)載特性就可以正確判斷各種狀態(tài)，已進(jìn)行正確的調(diào)整。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對(duì)頻帶又比較窄，所以工作時(shí)一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。表示管子在整個(gè)工作周期內(nèi)全部導(dǎo)通，稱為放大器工作在甲類狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)通角等于90176。表示管子的導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期，稱為放大器工作在丙類狀態(tài)。因?yàn)榍穳籂顟B(tài)的工作效率較低，而過壓狀態(tài)的又會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的失真，所以一般選用讓其工作在臨界狀態(tài)。由于輸出功率要求Po≥1W，因此功放可采用甲類或者丙類功率放大器，但由于總效率要求η≥50%，顯然，只采用一級(jí)甲類功放是達(dá)不到要求的，故采用兩級(jí)功放電路，第一級(jí)采用甲類功率放大器作為激勵(lì)級(jí)，第二級(jí)采用丙類功率放大器，其中甲類功放選用的晶體管為3DG12，丙類功放選擇的晶體管為3DA1。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，則在集電極輸出波形為電流為Ic的余弦脈沖波。當(dāng)功率放大器的電源電壓為+Ucc，基極偏置電壓Ub，輸入電壓（或激勵(lì)電壓）Ubm確定后，如果電流導(dǎo)通角θ選定，則放大器的工作狀態(tài)就只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻Rq。整個(gè)電路的原理圖（圖431 ）見下圖：圖431 高頻功率放大器電路圖（1）所需器件:3DG12(主要參數(shù)：，≤，hfe≥30， ft≥150MHz，Ap≥6dB）3DA1（主要參數(shù)：，hfe≥10，ft≥70MHz，Ap≥13dB）鎳鋅鐵氧磁環(huán)（NX100）若干(規(guī)格：φ10mmφ6mmφ5mm)電源（+Ucc=12V）漆包線（）電阻若干電容若干（2）丙類諧振功率放大器的設(shè)計(jì)（A）確定放大器的工作狀態(tài) 為獲得較高的效率η和最大的輸出功率Pe，功放的工作狀態(tài)應(yīng)選為臨界狀態(tài)，取θ=70度，可得此時(shí)集電極的等效負(fù)載電阻 其中Vcc=12V，Vces=，Pc=Po=1W。若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容C=100pF，得回路電感為 若采用10*6*5的鐵氧體來繞制輸出耦合變壓器，則可計(jì)算出總線圈的匝數(shù)為N2，即 則N2=8（C）基極偏置電路參