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调幅、调频发射与接收设计原理介绍doc

归档日期:07-23       文本归类:地下机动发射      文章编辑:爱尚语录

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  调幅、调频发射与接收设计原理介绍课程设计指导高频电路的一般设计方法电子电路种类很多千差万别设计方法和步骤也因不同情况而异。这里给出高频电路设计的一般步骤以供参考设计者应根据具体情况灵活掌握。总体实现方案的选择由课题要求实现的电路功能及性能指标决定最终实现电路的构成。单元电路形式的选择根据课题要求实现的电路性能指标确定总体实现方案中各单元电路的形式。电路参数的计算根据所选单元电路的形式对组成电路的各元器件的值进行计算。元器件的选择元器件的选择除了要考虑计算出的参数值外还要遵从节约电路成本元器件购买方便以及尽量利用现有条件实现的原则。以上各步骤之间不是绝对独立的往往需要交叉进行尤其是有时受到元器件选择的限制常会推翻最初的设计方案从头来做。所以在进行电路设计之初要先把可能限制电路实现的因素考虑好再着手设计往往可以达到事半功倍的效果。表评分办法高频电路设计举例课题一:基于MC的简易调幅发射机一、简要说明集成模拟乘法器性能好外围电路结构简单可实现振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等过程目前在无线通信、广播电视等领域应用较多。常见的产品型号有MC、LM等。本课题的目的是练习集成模拟乘法器的使用掌握幅度调制的原理。二、要求(基本要求:工作频率MHz载波频率稳定度优于分钟发射功率(输出负载RL=上的功率)PmW调制度ma=,可调调制频率F=Hz,kHz。(发挥部分:()全机使用单电源供电。()自行设计产生正弦波调制信号。()提高整机性能指标。电路要求:振荡器缓冲级调制电路功率放大器(话筒)课题二:基于MC的简易调幅接收机一、简要说明本课题目的是练习集成模拟乘法器的使用掌握同步检波的原理。此题目与课题一结合可制作出完整的调幅收发系统。二、要求(基本要求:直接放大式接收机工作频率MHz载波频率稳定度优于分钟灵敏度mV。(发挥部分:()全机使用单电源供电。()自行设计低频放大电路输出功率(输出负载RL=上的功率)P=mW。()提高整机性能指标。电路要求:天线调谐放大检波低放电路小功率调幅发射机任务:小功率调幅发射机设计技术指标:载波频率f=MHz载波频率稳定度不低于分钟输出负载RL=Ω发射功率(输出负载RL上的功率)PmW调制度ma=,可调调制频率F=Hz,kHz。图调幅发射系统框图一、实现方案的选择(调幅发射系统分析图为最基本的调幅发射系统框图。主要由主振荡器、缓冲级、高频小信号放大器、调制器、高频功率放大器、低频电压放大器等电路组成。在组成电路中除了主振器、调制器、调制信号是最基本的组成单元不能缺少外其他单元电路的选择主要根据设计指标要求来确定。缓冲级将主振器与其后一级隔离以减小后级对振荡器频率稳定度及振荡波形的影响。所以是否选择该单元电路主要根据电路对稳定性的要求高低。一般情况下需要选择该电路。高频放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制为驱动调制级提供足够的增益。是否选择该单元电路主要根据所选择的振幅调制电路决定。即:如果选用低电平调幅电路(如用集成模拟乘法器做振幅调制器)由于这种调制器为小信号输入振荡器输出电压一般能够满足要求就不需要该放大电路而如果采用高电平调幅电路(如集电极调幅电路)由于它要求大信号输入振荡器输出电压不能满足时就要使用一至二级高频放大器。功率放大器是调幅发射系统的末级它的任务是提供发射系统所需要的输出功率。是否选择该电路主要根据系统对发射功率的要求。如果由调幅电路输出的功率能满足性能要求的话就可以不再其后加功率放大电路否则就不能省略。(本设计任务总体实现方案的确定根据以上对调幅发射系统构成电路选择方法的介绍结合设计任务中给定的技术指标确定总体实现方案如下:方案一:低电平调幅发射机由于设计任务要求实现的是小功率发射机发射功率(输出负载图低电平调幅发射机系统框图RL上的功率)P为mW即可。所以可以利用提供的集成模拟乘法器MC组成低电平调幅电路。系统框图如图所示。方案二:高电平调幅发射机因为设计任务中对发射功率并没有限制上限值所以也可以采图高电平调幅发射机系统框图用高电平调幅电路组成发射系统如图所示。若缓冲级输出电压能满足高电平调幅电路的要求并且最终负载上的输出功率也满足指标要求时则应力求电路结构简单去除高频放大电路。二、单元电路形式的选择(调幅发射系统各单元电路的分析()主振器主振器就是高频振荡器根据载波频率的高低和频率稳定度来确定电路形式。在频率稳定度要求不高的情况下可以采用电容反馈三点式振荡电路如克拉泼、西勒电路。频率稳定度要求高的情况下可以采用晶体振荡器也可以采用单片集成振荡电路。()缓冲级缓冲级通常采用射极跟随器基本原理是利用它的输入电阻高和输出电阻低的特点在电路中起着阻抗变换的作用。()高频放大器高频放大器属于线性放大器。根据电路所需要的电压增益和选择性来确定电路形式。一般电路形式有单调谐放大器和双调谐放大器。在对放大器选择性要求不高的场合可以选用单调谐放大器。为提高放大器的电压增益可以选择多级放大器级联的电路形式。()振幅调制器振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中以调幅波的形式传送出去。通常有低电平调幅和高电平调幅两种实现电路。低电平调幅电路输出功率小适用于低功率系统。它的电路形式有多种如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路即集成模拟乘法器调幅。这种集成电路的出现使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单而且成本很低。高电平调幅电路输出功率大一般在系统末级直接产生满足发射要求的调幅波。它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。集电极调幅电路的优点是效率高晶体管获得充分的应用缺点是需要大功率的调制信号源。基极调幅电路的优缺点正好与之相反它的平均集电极效率不高但所需的调制功率很小有利于调幅发射系统整机的小型化。()功率放大器功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)、丙类功放根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。采用低电平调幅电路的系统由于调制器输出信号为调幅波其后的功率放大器必须是线性的(如甲类、甲乙类或乙类功放)而采用高电平调幅电路的系统则在末级直接产生达到输出功率要求的调幅波多以丙类放大器作为此时的末级电路。(设计任务单元电路形式的确定根据以上对调幅发射系统单元电路形式的介绍结合本设计任务的技术指标确定各单元电路形式如下:由于技术指标中对主振器的频率和频率稳定度要求不高所以采用西勒振荡电路缓冲级采用射极跟随器低电平调幅电路采用集成模拟乘法器实现高电平电路采用基极调幅电路。三、电路参数计算根据以上确定的单元电路形式下面给出具体的电路以及组成电路的各元件值的计算方法。(主振器图为西勒振荡电路。它被接成共基组态Cb为基极旁路电容。其静态工作点由偏置电阻Rb、Rb、Re、Rc决定。电容C、C、C、C与电感L组成振荡回路。振荡器输出信号一般尽可能从低阻抗点取出以减弱外接负载对振荡幅度、频率稳定度的影响。本电路从发射极取出信号送给下一级。()偏置电阻值的计算偏置电阻决定静态工作点所以要先确定振荡器的静态工作电流ICQ。一般小功率振荡器的静态工作电流ICQ为(,)mA设计时可以在此范围内任取一值如取ICQ=mA。根据所选晶体管型号确定电流放大系数的值。则:由ReVEVE确定Re式中一般取VEVCCIEICQ由ReRcVCCVCEQICQ确定Rc式中取VCEQVCC或依据集电极直流电压VC(~)VCC确定RC。由流过Rb的电流IBIBQICQ确定RbVBQIBVEQVBEIB式中VEQICQRe。由VBQVCCRb。VCC确定RbRbRbRbVBQ根据以上计算出的各电阻值选取最接近的标称电阻值。为便于调整静态工作点实际电路中Rb常用固定值的电阻与电位器串联。()振荡回路元件值的计算根据西勒振荡器的原理CCCC回路的振荡频率f主要由C、C和L决定即fL(CC)()而一般谐振回路的电感L与电容C值之间关系取为LC~()由式()、()确定L、C、C的值。电容C、C由反馈系数F=CC以及电路条件CCCC决定。一般F取,。以上估算各电容值时应尽量选取标称电容值。为便于调整振荡频率实际电路中C可用固定值的电容与可变电容器并联。()旁路电容值的选取一般应使旁路电容Cb的容抗为与其并联的电阻值的,。但是当与其并联的电阻值较大时应当使Cb的容抗为几十欧姆甚至几欧姆。这里选取标称值CbF。(缓冲级图为射极跟随器电路即共集电极组态的放大器。其静态工作点由偏置电阻Rb、Rb、Re决定。C、C分别为输入、输出耦合电容。()偏置电阻值的计算射极跟随器的静态工作电流ICQ一般为(,)mA设计时可以在此范围内任取一值如取ICQ=mA。根据所选晶体管型号确定电流放大系数的值。而Rb、Rb、Re值的计算方法则与主振器中偏置电阻值的计算方法相同请参照计算。为便于电路调整实际电路中Re可用固定值的电阻与电位器串联。()级间耦合电容的选取级间耦合电容值的大小主要由前后级之间的隔离度决定。为减小射随器对前级振荡电路的影响耦合电容C不能太大一般为pF级。而射随电路输出耦合电容C可以取大些如F。(低电平调幅电路集成模拟乘法器MC的内部结构及其工作原理请参见“基础实验三集成乘法器调幅实验”。采用集成模拟乘法器MC构成的调幅电路如图所示。电路采用双电源供电方式。载波信号从脚(VX端)输入C为高频旁路电容使脚交流接地调制信号从脚(VY端)输入C为低频旁路电容使脚交流接地。调幅信号从脚单端输出。电阻R、R、R、R、R提供静态偏置电阻保证乘法器内部的各个晶体管工作于放大状态阻值的选取应使得下列静态偏置电压关系式成立:VV,VV,VV()V(VV)VV(VV)VV(VV)V()根据器件参数要求脚静态偏置电流I应小于mA一般取I=mA则IVEEVR()可见在确定负电源电压VEE后由式()可得电阻R的值。引脚与之间的外接负反馈电阻Re可调节乘法器的信号增益扩展调制信号的线性动态范围。其值增大线性范围增大但乘法器的增益会减小。电阻R、R与电位器RP组成平衡调节电路改变RP的值可以使乘法器输出有载波的普通调幅波或抑制载波的双边带调幅波。(基极调幅电路图为基极调幅电路载波和调制信号同时加在晶体管的基极调幅波从集电极的谐振回路取出。为使晶体管工作状态为甲乙类或乙类需要预先确定基极偏置电阻的值。根据晶体管型号确定截止电压VBE的值。若选择乙类工作状态则基极静态偏置电压VBQ=VBE。由VBQRbVCC确定Rb、Rb的值RbRb一般这两个电阻值应选为k数量级。电阻Re一般取几百欧姆。谐振回路电感L和电容C的值依据载波频率fLC确定。电感L采用带磁芯的变压器以便调节磁芯改变电感量达到调谐同时也可以实现阻抗匹配。VCCVces集电极等效负载电阻Rc式中P为设计任务中要Po求达到的发射功率Vces表示晶体管集电极、发射极间的饱和压降一般为V左右。设变压器初级线圈匝数N次级线圈匝数N集电极接入初级线圈的匝数N则匝数比由以下两式确定:NNRcQLLNNTRLQLL式中RL表示任务指标中给出的发射机输出负载。(线性功率放大器图为甲类线性功放电路适用于中间级或输出功率较小的末级功率放大器。为获得最大不失真输出功率静态工作点应选在交流负载线的中点所以集电极静态电流ICQ与集电极交流的振幅ICm近似相等。静态工作电流ICQ一般为(,)mA设计时可以在此范围内任取一值如取ICQ=mA。设变压器的效率T=则功放集电极输出功率PcPT。由PcVcmIcm可得集电极电压振幅Vcm从而得集电极等效负载电阻RcVcmPc设变压器初级线圈匝数N次级线圈匝数N则匝数比TRcNNRL射极电阻ReVCCVcmVces为提高放大器的输入阻抗稳定增益ICQ实际电路中Re常要串联一个几欧姆或几十欧姆的交流负反馈电阻。图甲类线性功率放大器基极偏置电阻Rb、Rb的计算方法以及旁路电容Ce的选取详见主振器中偏置电阻和旁路电容的计算。小功率调频发射机任务:小功率调频发射机设计主要技术指标::载波频率f=MHz载波频率稳定度不低于分钟输出负载RL=Ω发射功率(输出负载RL上的功率)PmW调制频率F=Hz,kHz最大频偏fm=kHz总效率ηA。一、总体实现方案的选择调频发射系统分析图为基本的直接调频发射系统框图。主要由调频振荡图直接调频发射系统组成框图器、缓冲隔离器、倍频器、高频功率放大器、调制信号发生器等电路组成。由调相实现调频的间接调频发射系统与直接调频发射系统相比主要是调频波产生过程不同。图给出了间接调频时调频波的产生过程图调频波输出后系统的组成电路也包括缓冲隔离器、倍频器、高频功率放大器等。考虑到直接调频系统应用的广泛性以及电路的易实现性本设计举例主要介绍直接调频发射系统的实现。实际制作的直接调频发射系统组成电路的选择主要根据设计指标要求来确定。调频振荡器在产生稳定的载波信号的同时完成调频功能是调频发射系统的核心电路不可缺少。缓冲隔离级将调频振荡器与功放级隔离以减小后级对振荡器频率稳定度及振荡波形的影响。是否选择该单元电路主要根据电路对稳定性要求的高低。一般情况下需要选择该电路。倍频器将调频振荡器产生的信号频率加倍以达到发射机载波频率的要求这样可以降低振荡器的工作频率提高电路的频率稳定度。如果振荡器的振荡频率可以满足发射机载波频率的要求就可省去此电路。高频功放电路使负载(天线)上获得设计要求的发射功率。如果要求达到的发射功率比较大那么在末级功放之前还要加功率推动级以便为末级功放提供足够的激励功率。如果要求的发射功率不大且振荡级的输出功率能够满足末级功放的输入要求那么功放推动级也可省去。本设计任务总体实现方案的确定根据以上对调频发射系统构成电路选择方法的介绍结合设计任务中给定的技术指标确定总体实现方案如下:方案一:集成调频发射系统随着集成芯片技术的发展集成电路已成为无线电收发系统不可缺少的组成部分如我们熟悉的收音机、电视机、手机等等。所以在自行设计制作高频电路时也可以尝试使用单片集成电路学习集成电路的使用也是电路设计中重要的环节。在选择集成芯片时可以优先选用那些在市场上容易买到、价格适宜的产品。单片集成的调频低功率发射电路可以包含调频振荡器级、缓冲隔离级、倍频级等多个单元电路。单片集成调频发射系统如图所示。由于单片集成调频发射系统的输出功率比较小因此需要在集成电路后加功率放大器。方案二:分立调频发射系统由于设计任务的技术指标要求不高所以采用由调频振荡器、缓冲隔离器、高频功率放大器、调制信号发生器等分立电路组成的调频发射机也可以实现设计目标。图集成调频发射系统框图二、单元电路形式的选择(调频振荡器直接调频发射系统中调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频电抗管调频、变容二极管调频。晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比要复杂一些。考虑到本设计任务要求中心频率的稳定性不高(分钟)用LC振荡器就可达到再考虑到电路的简单易实现所以选择采用LC调频振荡器、变容二极管调频电路。(缓冲隔离级缓冲级通常采用射极跟随器电路。(高频功率放大器要使负载(天线)上获得令人满意的发射功率而且整机效率较高应选择丙类功率放大器。末级功放的功率增益不能太高否则电路性能不稳定容易产生自激。因此要根据发射机各部分的作用适当地合理分配功率增益。功率推动级为末级功放提供激励功率。可以选择在弱过压工作状态下的丙类功放或甲类功放。本设计任务中发射功率要求不高省去功放推动级。三、电路参数计算根据以上确定的单元电路形式下面给出具体的电路以及组成电路的各元件值的计算方法。(调频振荡器基于LC振荡器的变容二极管直接调频电路原理在本书第一篇基础实验四“频率调制与解调”中有详细介绍图为基于西勒振荡器的变容二极管调频电路。此类电路的静态工作点的设置及其偏置电阻的计算方法与普通LC振荡器的方法相同详见节小功率调幅发射机中主振器“偏置电阻值的计算”。振荡回路元件值的计算只要把变容二极管在固定直流反向偏压下的结电容Cj看作振荡回路总电容中的一部分处理即可由振荡的中心频率确定变容二极管结电容Cj的值中心振荡频率(即载波频率)、反馈系数等参数的计算和取值方法详见节小功率调幅发射机中主振器“振荡回路元件值的计算”。调制信号并联在变容二极管两端在振荡回路中构成了部分接入有利于提高中心频率的稳定度减小调制失真。接入系数pC为保证频偏达到技术指标要求p不宜取得过小可CCj以先取p=需要的话在实际电路调试中可以再做调整。确定接入系数p后即可得到电容C的值。变容二极管直流偏置电阻的计算根据需要的反向偏压值决定。根据已知的变容二极管结电容Cj与反向偏压变化关系曲线(或关系式)得到相应结电容Cj的静态反向偏压VjQ的值。再由电路中的分压关系可知VjQRVCC从而确定分压电阻RRR、R的值。为便于调整静态偏压实际电路中R常用固定值的电阻与电位器串联组成。由于在调频振荡电路中高频信号和低频信号同时工作所以电路中辅助性元件的位置和值的选取对于保证两种信号各自的通路、减小它们之间的相互影响都非常重要。首先分析扼流圈的作用。对于低频调制信号来说扼流圈呈现的阻抗应很小相当于短路保证低频信号的一端输入加至变容二极管的负端而对高频信号扼流圈则应呈现大阻抗相当于开路以减小高频振荡信号对低频信号的影响。其次分析隔直电容的作用。对于低频调制信号来说电容呈现的阻抗应很大相当于开路保证低频信号加至变容二极管的两端而对高频信号电容则应呈现小阻抗相当于短路以进一步滤除高频信号。所以扼流圈和隔直电容的取值应满足以下关系式:LLCC式中表示高频载波信号的角频率表示低频调制信号的角频率。(缓冲隔离级这里仍采用图所示的射极跟随器电路作为缓冲级即共集电极组态的放大器。偏置电阻及级间电容的取值方法详见电路参数计算中缓冲级电路的计算。高频功率放大器采用甲类功放作功率推动级电路时功放的电路与元件值计算请参见线性功率放大器的电路计算方法。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率电路如图所示。电路元件值的计算从选择临界状态为功放工作状态开始。然后根据所图高频功率放大器选导通角确定各分量电流以及直流功率等。这部分内容在一般的《高频电子线路》教材中都有详细的介绍读者可参见相关教材。另外由于基于这种工程估算方法得到的各种参数值与实际电路调试时根据测试结果不断调整后得到的最终参数值之间往往存在较大的误差。所以丙类功放电路的设计与制作需要一定的经验和技巧只有亲手进行电路的设计与制作才能真正掌握。调幅接收机本设计举例的目的是掌握点频超外差调幅接收机的设计。任务:普通调幅接收机设计技术指标:载波频率f=MHz调制信号频率F=Hz,kHz。输出功率P=WRL=Ω灵敏度mV。一、总体实现方案的选择图超外差式调幅接收系统框图(调幅接收系统分析图为超外差式调幅接收系统方框图。主要由输入回路、高频小信号调谐放大器、混频器、本机振荡、中频放大器、检波器、低频放大等电路组成。在一些超外差接收机里为保证输出信号电平恒定还往往增加自动增益控制电路控制高频放大级和中频放大级的增益。()输入回路输入回路是接收系统选择信号的第一关。它的作用是初步选取接收系统要接收的某一载波信号以尽量少的损耗传送到下一级并抑制接收频率以外的一切干扰信号。衡量输入回路性能的指标主要有通频带和选择性。为了保证信号不产生频率失真通频带要有适当的宽度为了对邻频道信号有足够的衰减要有一定的选择性。()高频小信号调谐放大器高频小信号放大器对天线接收下来的微弱信号进行电压放大同时进一步对接收信号进行筛选。衡量此电路性能的指标主要有电压放大倍数(或电压增益)、通频带和选择性。()混频器混频器将输入信号的载频f与本机振荡信号频率fL进行频率变换使输入信号的载频变成固定的中频信号并保持其调制规律不变。混频器有高中频和低中频之分高中频取f与fL之和低中频取f与fL之差。本设计以常用的低中频为例。()本机振荡本机振荡即正弦波振荡器产生频率为fL的等幅振荡信号并将信号送入混频器与输入信号的各个频率分量进行混频()中频放大器中频放大器的任务是将混频器的输出信号进行电压放大以满足检波器对输入信号幅度的要求。()检波器检波即调幅波的解调从输入的调幅波中还原调制信号。可见检波器是调幅接收机的核心电路衡量它性能的指标主要有检波效率、检波失真、等效输入电阻等。(本设计任务总体实现方案的确定根据设计任务要求载波频率f=MHz比较低可省去变频过程直接将接收的调幅波放大后解调。因此确定本设计任务总体实现方案有:方案一:同步检波接收机利用同步检波的方法对调幅波解调时实现电路包括输入回路、高频放大、本地载波、检波器。方案二:包络检波接收机利用包络检波的方法对调幅波解调时实现电路包括输入回路、高频放大、检波器。二、单元电路形式的选择输入回路的电路形式主要有单调谐回路双调谐耦合回路。其中耦合回路的选频特性要优于单调谐回路一般在接收机性能要求较高的场合使用。本设计选择单调谐回路。接收机中高频放大电路和中频放大电路均属于小信号线性放大电路工作于甲类状态。电路的形式有单调谐放大电路、双调谐放大电路等对电路选择性要求较高的场合一般选择双调谐放大电路。本设计选择单调谐放大电路。实现同步检波器的电路形式有乘法器、环形或桥形幅度调制器等。由于集成电路的发展在广播接收机、电视接收机电路中多采用模拟乘法器来完成同步解调。包络检波器是利用二极管的单向导电特性和检波负载RLC的充放电过程实现检波适用于解调含有较大载波分量的大信号。三、电路参数计算(输入回路图为单调谐输入回路。根据接收信号的中心频率f和接收信号的带宽B确定表示输入回路谐振特性的品质因数QfB。图单调谐输入回路根据中心频率f(LC)确定回路电感L和电容C的值。其中电容值不能太小否则分布电容会影响回路的稳定性一般取CCie(Cie表示下级高频放大电路中晶体管的输入电容)。为便于调整实际电路中电容C常用固定电容和可变电容并联的形式。在设计输入回路时还要考虑它与天线之间以及它与下一级放大电路之间的阻抗匹配。所以要事先确定天线的等效阻抗以及放大电路的等效输入阻抗。输入回路可以采用部分接入的方法改善下一级电路对输入回路选频性能的影响。(高频小信号调谐放大器图为小信号调谐放大器的电路。()直流偏置电阻值的计算一般取发射极静态电压VEQV。则基极电压VBQVEQVBE其中VBE为晶体管基极、发射极间的电压对于硅管VBE约为V对于锗管VBE约为V。根据系统的功率增益分配确定本电路交流输出功率P。设发射极电压和集电极饱和压降共占去电源电压VCC的则放大器直流功率PdcVCCICQ。由于甲类放大器的集电极效率最大为c而PCPdcPdc则ICQP(VCC)。由ReVEVE确定Re。IEICQ由流过Rb的电流IBIBQICQ确定:RbVBQIBVEQVBEIB。由VBQVCCRb。VCC确定RbRbRbRbVBQ图小信号调谐放大器下面介绍交流下元件参数的设定。电阻R和电容C组成低通滤波器抑制高频信号对直流电源的干扰防止通过电源线形成本级电路对其他级电路的反馈。对于小功率接收机R一般取C的阻抗值应小于等于R阻值的。旁路电容CE的阻抗值也应小于等于RE的级间隔直耦合电容CC的阻抗值应小于等于放大器输入阻抗的。集电极谐振回路元件值的设定方法。考虑晶体管Y参数等效电路的Y参数值假设接入系数值后根据已知的电路工作频率f设定回路外接电感值L和总电容值C外接电容值C等于C减去晶体管Y参数中的输入输出电容。再根据工作频率f及回路带宽B决定回路有载品质因数QL=fB回路谐振电阻R可由R=fLQL决定。(本地振荡电路本地振荡电路与发射机中的主振器原理相同设计方法也相同可参见发射机中主振器电路参数的计算。(同步检波器采用MC实现的电路谢自美如图所示。(二极管包络检波器检波器的电路如图所示。图二极管包络检波器()二极管D的选择在选择检波二极管时要考虑输入信号的频率保证二极管的工作频率远小于其自身的截止频率。一般可选用点接触型检波二极管如AP其截止频率为MHz本例中就可选用此二极管。()检波负载电阻的确定先估算检波器后的低频放大器等效输入电阻ri的值一般为,k。为满足检波输出波形不产生负峰切割失真的条件即mariRLri式中ma表示调幅度通常在接收机中ma最大约为平均为所以一般选RL=,k。()负载电容C的确定根据检波输出波形不产生惰性失真的条件得工程上近似计算式:maxRLC本例中已知调制信号频率F=Hz,kHz所以max=Fmax=rads从而求得C小于()隔直耦合电容CC的确定CC的存在主要影响检波的下限频率。为使调制信号频率为最小值时CC上的电压降不大不产生频率失真必须满足下式:minCcri在通常的音频范围内上式是容易满足的。一般取CC为几F如~F。高频电路的安装与调试由于频率的提高高频电路特性比低频电路特性要复杂一些。因此高频电路的调试需要考虑更多的问题。下面就从元器件的选择、识别到电路常见故障的处理做具体介绍。一、电子元件及其在高频电路中的应用(一)、导线与电缆(导线类型与用途裸铜线低频电路中作地线镀银线频率为大于几MHz的电路中作地线或绕制电感线圈单股漆包线绕制电感线圈多股塑包线电源连接线或电路接线单股塑包线电路里点与点之间的短接线沙(丝)包线绕制接收机中波天线线圈、电感线圈或多层的蜂房式线圈导线组数十根导线彼此绝缘压成扁平的带子在计算机与外设的连接中使用(导线的高频电阻与电感随着工作频率的升高流过导线的交流电流会离开导线中心向导线表面(皮肤)集中。这种现象称为趋肤效应。如图所示。直流或频率很低的电流将均匀分布在导线中当电流频率很高时导线中心部位几乎没有电流流通这相当于把导线的横截面积减小为导线外圈的圆环面积导电的有效面积比直流时大为减小而导线阻值的大小与其横截面积成反比长度成正比。所以导线的电阻增大。因而在高频电路中连接线要短而粗以减小导线电阻对能量的损耗。也可以在铜导线外面镀银即使用镀银线提高导线的导电率来降低导线的交流电阻。(二)、电阻(电阻的高频等效电路电阻器在直流或低频电路中等效为一个纯电阻。而在高频电路中由于趋肤效应及各种损耗的影响电阻等效为RLC电路。如图所示。图电阻的高频等效电路在高频电路中电阻的频率特性不可忽视。在一定频率时阻值低的电阻以分布电感影响为主阻值高的电阻以分布电容影响为主。对于低阻值的电阻应尽可能缩短电阻引线以减小引线电感。对于高阻值的电阻由于其分布电容的旁路作用使电阻值大幅度降低所以应尽可能使用小电阻值。另外电阻的外形尺寸越小高频特性越好。在允许的范围内尽可能地使用功率小的电阻(功率小外形尺寸也小)。考虑到电路的可靠性电阻的损耗功率应为额定功率的以下。在高频电路中电阻引线也将变为电感使电阻的频率特性变差。所以电阻的引线必须尽可能地缩短。如贴片电阻就是没有引线且外形小的电阻在GHz以内的频域都可以使用。(种类与用途合成型电阻碳质实芯合成电阻其分布电容、分布电感较大。不宜用于高频电路。薄膜型电阻金属膜、碳膜电阻。金属膜电阻的精度一般高于碳膜电阻但其不能制作高阻值(M以上)与碳膜电阻相比价格高。因而一般在稳定性和电性能要求较高的场合选用金属膜电阻。线绕型电阻即使采用无感绕法其分布电感也比非线绕电阻器大得多。不宜用于高频电路。(三)、电容器(电容器的高频等效电路电容在高频应用时除了它本身的损耗之外还要考虑它的引线电感。各种损耗可用等效的串联电阻RC表示电感LC体现了因引线和电极的形状而引起的电感成分。电容器的实际等效电路如图所示。由于LC和C串联工作频率升高时容易引起串联共振使理想电容的阻抗值下降。图电容的高频等效电路(合理选用电容器。大多数电容是正温度系数即电容量随温度升高而加大有一些是负温度系数还有一些是专门设计的在一定的温度范围内电容量不变。电容器的性能主要是由制造电容器所使用的介质材料的特性决定。这些介质有云母、玻璃、陶瓷、涤纶膜等材料空气也可作为介质(一般为可变电容器)。其中瓷介电容(CC型)云母电容塑料薄膜电容主要用于高频电路如作调谐、滤波器元件。通常当用电容来降低对地的阻抗时如电源的去耦和晶体管的发射极旁路、IC偏置电路的旁路等电路使用,MHz频率时用F再高的频率时用pF以下的电容。(四)、电感电感属非标称元件很难找到电路所需值的电感元件通常需要自己设计制作。因此电感线圈的设计计算是比较重要的尤其在高频电路中的选频、滤波电路的电感。(线圈的损耗()线圈的分布电容线圈匝与匝之间导线与导体之间能构成电容绕组与底板以及屏蔽罩之间、多层绕组层与层之间等都存在电容称为分布电容。电感线圈匝与匝之间的分布电容如图所示。这些分布电容在工作频率较高时就会影响电路性能。图电感线圈的分布电容()线圈是由导线绕制而成的因此线圈也有交流电阻此电阻会消耗一部分功率。用品质因数Q来衡量线圈损耗的大小。要提高电感线圈的Q值应增加线圈感抗减小损耗电阻。可采取以下措施:选择最佳的线圈形状选择尺寸较大的线圈线圈尺寸大所用导线可粗一点使损耗电阻减小。用镀银线绕制线圈用绞合线(又称李兹线)绕制线圈线圈中加入磁芯(电感线圈的制作电感线圈一般可分为空芯和带磁芯的两种。空芯电感的绕制要根据电感值选择线圈的直径d(其半径用r表示)、长度l、匝数N。电感值近似计算式为(设rl):LrNl式中=Hm表示真空的磁导率。带磁芯的电感由于磁芯的导磁系数很大使线圈中的磁通增加很多因而比空芯电感的电感量增大了。高频电感及高频变压器所采用的磁芯材料为镍锌(NXO)铁氧体。以NXO环型铁氧体为例设其尺寸为外直径内直径高度绕在其上的线圈匝数为N磁芯横截面积A(cm)平均磁路长度l(cm)磁导率=Hm则电感值可由下式计算:ANL(H)l为减小线圈漏感与分布电容的影响线圈的匝数应尽可能少匝间距离应尽可能大。(五)、中频变压器也叫中周变压器简称中周中周是超外差接收设备中的重要元件起选频和耦合作用抑制上下频带只允许中间频率的信号通过。它很大程度上决定了整机的灵敏度、选择性和通频带等指标。我国规定无线电广播调幅收音机的中频为kHz调频收音机的中频为MHz黑白、彩色电视接收机的中频分为图像MHz伴音MHz。(六)、高频扼流圈高频扼流圈是只允许直流和低频交流通过而对高频交流呈现很大阻抗的元件。串馈扼流圈电感量不需很大MHz以下不超过(,)μH频率越高电感量越小。并馈扼流圈电感量应远大于调谐回路的电感量取其,倍或更大一些。二、高频电路的安装高频电路的频率特性与实际安装技术有很大关系。(合理安排元件尽量减小各种元件之间的寄生耦合。必要时可以对关键元件进行屏蔽。(直流电源应有良好的去耦滤波装置。用于去耦的电容、电阻等元件应尽量安装在离电源最近的位置如果去耦元件需要接地应就近接地。(电路元件间的接线应尽量短而粗避免平行走线。(高频电路的接地应采用多点、就近接地方法。若整个电路既有模拟信号又有数字信号应使模拟地与数字地分开布线避免信号间的干扰。三、高频电路的调试由于工作频率的升高分布参数及各种耦合与干扰对高频电路的影响比低频电路更加明显。因此理论估算的工作状态与实际电路测试到的状态之间往往会存在一定的差异。有时在整机调试过程中元件参数甚至需要较大的修改才能达到预期的效果。所以高频电路的调试过程与其设计过程同样重要有时比设计过程更复杂除了需要经验以外更需要细致耐心、弃而不舍的精神。切记不能急躁更不能盲目地更改元件参数否则事倍功半达不到预期效果。另外在实际的操作过程中我们经常发现许多问题并不是由于电路本身的故障引起的而恰恰是由于我们的同学未能正确使用测试仪器导致测试结果错误。因此在调试电路之前花些时间学习测试设备的使用方法掌握它对某类被测电路的测试功能和限制条件对于快速诊断电路故障是非常重要的往往可以达到事半功倍的效果。同时不能忽略连接到电路上的测试设备可能对电路性能带来的影响。电路的安装、调试顺序一般从前级单元电路开始向后逐级进行。即先将各单元电路彼此断开从第一级开始调整单元电路的静态工作点以及交流状态下的性能指标然后与下一级连接进行逐级联调直到整机调试最后进行整机技术指标测试。单元电路的调试以振荡器为例。常见的故障是电路安装完毕上电后没有信号输出。在确认硬件电路连接没有问题后检查电路是否起振。可以通过测量发射极直流电压进行判断:起振后的射极电压值应大于静态(未振荡时)射极电压值。若电路未起振多是由于静态工作点设置不当引起的可将基极偏置电阻之一安装电位器以便调节工作点。在逐级联调时往往会出现调试合格的单元电路在联调时性能参数发生很大变化的现象这时切不可盲目更改元件参数。故障原因多是由于单级调试时没有接负载而与下一级连接后下一级的等效输入阻抗必然对本级性能产生一定的影响或是所接负载与实际电路中的负载不等效或是整机的联调又引入了新的分布参数。因此整机调试时需仔细分析故障原因。例如振荡器与下级缓冲级相连后振荡器的输出电压幅度明显减小或波形失真严重。这是由于缓冲级的输入阻抗不够大使振荡器等效负载值下降引起输出信号的变化。可通过调节缓冲级射极电阻提高缓冲级的输入阻抗加以解决。在逐级联调时还会出现这样的现象:单独加测试信号调试合格的单元电路在与前级或下级电路连接后没有输出或输出信号不正常。这时要考虑各级相连的电路对其输入信号幅度及功率的要求是否达到也就是说单元电路仅仅有输入信号是不够的还要保证其输入信号的参数满足本级电路的要求。例如调幅接收机中的二极管大信号包络检波器就要求输入调幅波的幅度达到几百mV以上。在单独调试单元电路时可借助测试仪器(如信号发生器、示波器等)确定电路达到最佳工作状态所需的输入信号幅值及频率参数等。在整机联调时重点应关注整机性能是否达到指标要求。在整机各项指标均达到要求的前提下中间各别单元电路输出波形的轻度失真是允许的。随着计算机仿真技术的发展在电路设计中可利用合适的仿真软件来辅助设计缩短设计时间。但同时也必须注意到在电路的实际安装、调试中尤其是高频模拟电路的安装、调试过程中经常会出现仿真中所不能发现的故障现象这是由于实际电路环境中各种条件如电路板材质、元器件参数、温度、湿度、辐射等等因素的不确定性所导致的结果。而这些条件在仿真软件中是很难模拟的。因此我们一定要亲自动手完成电路的设计与制作。只有亲身体验才会发现整个过程使我们受益匪浅。同时为真正掌握电路的设计与制作的技巧要养成随时记录的习惯并定期总结它将帮助我们少走弯路并迅速积累经验。

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