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文檔簡介
1、16MHz調(diào)頻接收機的設計無 43 憶南 2004011007第一部分:正交鑒頻器的設計裝調(diào)設計指標與要求:使用MC1496設計正交鑒相鑒頻器,能夠解調(diào)50mVe. m. ft調(diào)制信號1kHz,頻偏20kHz, 載頻為1. 709MHz的調(diào)頻信號,對于寄生調(diào)幅的抑制沒有要求。提供的主要器件為MC1496, LM741, 10x10 型50uH中周。一、實驗目的:1. 加深對相乘器工作原理的認識;2. 掌握正交鑒相鑒頻器的工程設計方法;3. 掌握用頻率特性測試儀調(diào)試移相網(wǎng)絡和鑒頻特性曲線的方法。二、正交鑒頻器的電路設計2. 1正交鑒頻器的工作原理常見的鑒頻器有雙失諧鑒頻器,比例鑒頻器,正交鑒相鑒
2、頻器等。其核心都是將調(diào)頻波 轉化為調(diào)頻調(diào)幅波或調(diào)頻調(diào)相波。其中,正交鑒相鑒頻器性能較好,便于集成化,應用逐漸 廣泛,其他兩種形式一般只在過去的分立元件電路中應用。正交鑒相鑒頻器由移相網(wǎng)絡和鑒相器構成。2. 2移相網(wǎng)絡使用LC諧振回路構成的移相網(wǎng)絡。如圖1所示。-OUWT-OUTVU1OtJT 圖2由電路分析,可以知道:|H(#)| 常數(shù),叭門旦 _2q1 九=一,2九 2 兀 JL (C+C2)完成了調(diào)頻波到調(diào)頻調(diào)相波的轉換。由 /0 =1.704滋,L = 50 卩,計算得到a 170 pF。取C2二8. 2;2. 3鑒相器采用模擬相乘器構成。常用的模擬相乘器有LM1496O部電路見圖2。L
3、M1496部沒有偏置 電路,需要外接,偏置電路見圖3。Q9.Q8.Q7構成鏡像電流源,由5腳設置工作電流,一般為1mA。外接電阻他川丁二-5OQQ = 6. W 4腳經(jīng)小電阻接地,電位為0。8,電位約為8.7Y。由此,可以判10腳接到R9.R14分壓,電位為+6V。輸出端負載電阻取3.3K,斷各個晶體管均工作在放大區(qū)。2.3腳之間為增益調(diào)整電阻,取1K,為中等的增益。圖32. 4移相網(wǎng)絡和鑒相器的連接對于LM1496, 1.4腳的輸入阻抗較高,& 10腳的輸入阻抗較低,因此將移相網(wǎng)絡的輸出接至1,4腳,這樣對于移相網(wǎng)絡的Q值影響較小。由于乘法器的每個端均為雙端平衡輸入,因此將8腳,4腳交流接地
4、,轉為單端輸入。1.4腳的輸入利用了L1作為直流通路,避免了較小 的偏置電阻R3的影響。2. 5低放和電源低放采用LM741接成差分放大器的形式,和LM1496采用直流耦合,這樣便于調(diào)試鑒相器的平衡。低放輸入端采用簡單的一階RC濾波,截止頻率為XRC 2 *33/: *4700/7 低放的增益取為5倍,較低,以保證足夠的動態(tài)圍。電源采用7808三端穩(wěn)壓器,產(chǎn)生+8Y電壓,供運放使用。該三端穩(wěn)壓器也可不用,使運 放使用+12V, -8V的不平衡的供電也是可以的。三、電路調(diào)試與測試結果3. 1調(diào)節(jié)Wl, W2使相乘器兩輸入端直流平衡。3. 2調(diào)相移網(wǎng)絡相移90度。(1) 粗調(diào):用掃頻儀觀察移相網(wǎng)絡
5、的諧振特性,調(diào)節(jié)L1使得諧振頻率為中頻頻率。必要 時,調(diào)整諧振電容C1的容量。實驗中,加大C1至220pF。(2) 細調(diào):用信號發(fā)生器輸入載頻中心頻率,細調(diào)L1,使運放輸出電壓為0,不經(jīng)輸出 耦合電容。3. 3測量鑒頻器S曲線測試方法:(1) S曲線圖形:使用掃頻儀測量。(2) 零點頻率,上下峰點頻率、幅度:使用信號發(fā)生器和數(shù)字萬用表點頻法測量。(3) 最大不失真頻偏,使用信號發(fā)生器輸出調(diào)頻波,用示波器觀察鑒頻輸出。測疑兩項:信號發(fā)生器輸出幅度為50mv e.m.f3. 3. 1移相網(wǎng)絡不并聯(lián)電阻,R4為無窮大。零點頻率:1. 704MHz上峰點頻率,幅度:1. 734MHz, 3. 17V下
6、峰點頻率,幅度:1.684MHz, -3. 07V最大不失真頻偏:17kHz鑒頻靈敏度:158mV/kHz3. 3. 2移相網(wǎng)絡并聯(lián)10K電阻,R4=10Ko零點頻率:1.701MHz上峰點頻率,幅度:1.751MHz, 1.63V下峰點頻率,幅度:1.659MHz, -1.61V最大不失真頻偏:34kHz鑒頻靈敏度:38mV/kHz3. 3. 3為了滿足設計要求:能無失真解調(diào)頻偏20kHz信號。調(diào)整R4二18K。取得較好的效果。零點頻率:1. 704MHz上峰點頻率,幅度:1.745MHz 2.07V下峰點頻率,幅度:1.663MHz, -2. 05V最大不失真頻偏為25kHz鑒頻靈敏度:7
7、3mV/kHz3. 3. 4調(diào)整移相網(wǎng)絡參數(shù),使得中頻頻率處的相移不為90度。對兩種情況進行了實驗:(1) 減小C20pF,使移相網(wǎng)絡諧振頻率偏移中頻較大。不加回路阻尼電阻R4,測得零點 頻率1.784MHz;上峰點頻率,幅度:1.809MHz, 3. 31V;下峰點頻率,幅度:1. 761MHz, -3. 12V。 S曲線在頻率上發(fā)生偏移,形狀基本不變。加入1. 704MHz的調(diào)頻信號,因為完全處在S曲線 的外側,輸出波形很小,且有失真。(2) 徴調(diào)L1,使諧振頻率略有偏移。零點頻率:1.710HHz,上峰點頻率:1.739MHz,下 峰點頻率:1.690MHz。加入1. 704MHz的調(diào)頻
8、信號,并從零開始加大頻偏,當頻偏較小時, 輸出波形基本無失真,但是明顯的疊加一個直流分量,這是因為載頻已經(jīng)偏離了S曲線的對 稱中心。頻偏加大后,由于單側已經(jīng)達到S曲線的峰頂,所以波形發(fā)生不對稱的失真,最大 不失真頻偏為7.5KHz,明顯減小。3. 3. 5解調(diào)信號輸出諧振回路并聯(lián)18kHz調(diào)Q電阻。輸入為解調(diào)50mV e. m. f,調(diào)制信號1kHz,頻偏20kHz,載 頻為1. 704MHz的調(diào)頻信號。輸出波形如下圖:解調(diào)出的信號波形無失真,滿足設計要求。四、實驗結論與體會1. 完成了正交鑒相鑒頻器的設計,指標滿足設計要求。2. 通過對相移網(wǎng)絡不同參數(shù)的實驗,可以知道:減小調(diào)Q電阻R4,可以
9、降低相移網(wǎng)絡的 Q值,可以展寬解調(diào)S曲線的線性圍,可以無失真的解調(diào)更高頻偏的信號,改善中心頻率處的 線性,同時會使鑒頻靈敏度下降。調(diào)節(jié)諧振回路C1,L1,可以改變鑒頻器的中心頻率。3. 由于解調(diào)器位于最后一級,信號幅度大,同時由于在面包板上插接電路,所以更要特別注意電路的屛蔽與濾波。如果不注意的話,單獨調(diào)試解調(diào)器不會出現(xiàn)問題,但是在聯(lián)調(diào) 的時候,就比較容易反饋到中放的輸入端,產(chǎn)生自激。為此,采用如下的辦法,所有的芯片 的電源端,所有外接電源,乘法器的直流偏置都對地就近加濾波電容。所有帶有高頻信號的 連線盡可能短,或以雙絞線的形式傳輸信號。第二部分:16MHz調(diào)頻接收機的整體設計和聯(lián)調(diào)組分工情況
10、:高敖:林靜設計混頻和中放:錢禹丞設計本機振蕩器:林延光設計正交鑒頻器:憶南設計組長:憶南一、設計任務和指標設計一個由高頻小信號放大器、本機振蕩器、混頻器、中頻信號放大器和正交鑒相鑒頻 器構成的調(diào)頻接收機。工作頻率:16.455MHz,靈敏度優(yōu)于200uV(SNR=l),本振頻率為 14.7456MHzo二、整體設計由于靈敏度要求為200uV,鑒頻器的最低解調(diào)電壓為50mV,這要鑒頻前的總電壓增益為=250心48如 考慮到應留些設計余量,增益分配如下:高放20dB,混頻10dB, 200/V中放25dB??偤蜑?5dB,余量較大。20dB25dB10dB三、收發(fā)聯(lián)調(diào)1. 每級以1千歐電阻做負載
11、,確保每一級工作正常。2. 連接各單元電路,檢查各單元功能。發(fā)現(xiàn):本機振蕩器停振,這是由于混頻器,本振信號從射極輸入,輸入阻抗低,所需的 本振功率較大,而本振采用單管振蕩器,帶負載能力不足,造成停振。這一情況,事先已經(jīng) 預料到,并且已經(jīng)搭好一個射極跟隨器組成的緩沖器,立即接入,問題解決。中放自激,加強混頻,中放,鑒頻三級之間的去耦,同時,調(diào)節(jié)中放電路的布局,自激 程度有減弱,但不能消除。于是在中放管的射極加入100歐的負反饋電阻,略降低該級的增 益。自激消除。3. 整機聯(lián)調(diào)由于各級連接后,負載情況有變,同時,由于本振頻率存在誤差,造成中頻頻率和設計 值有偏差,所以需要統(tǒng)一的對各級進行調(diào)諧。(1
12、) 將掃頻儀的高頻輸出加在髙放輸入端,檢波探頭加在鑒頻器前,外加16. 455MHz頻 標,調(diào)節(jié)混頻器、中放的輸出回路,使之諧振在中頻頻率上,為了滿足帶寬要求,即獲得更 好的矩形系數(shù),對兩個回路采用較輕微的參差調(diào)諧。(2) 去掉掃頻儀的檢波探頭,直接加在鑒頻器的輸出,調(diào)節(jié)鑒頻器的相移網(wǎng)絡使得S曲 線的零點和16. 455MHz的頻標重合。(3) 由于鑒頻器的移相網(wǎng)絡和中放的輸出回路采用變壓器和電容耦合,兩個回路互相略 有影響,所以重復(1)(2)遍,使得S曲線上下對稱,而且線性良好。四、指標測試整機靈敏度:60uVo最大不失真頻偏:大于25kHz。臨波道抑制:優(yōu)于-30dB,偏離工作頻率lOO
13、KHz鏡像抑制:優(yōu)于-25dB可以接收到發(fā)射機發(fā)出的信號,波形清晰無失真,信噪比較好。五、實驗體會總結1. 合作完成了 16MHz調(diào)頻接收機的設計裝調(diào),性能指標滿足設計要求,在實驗中進一 步體會接收機的系統(tǒng)概念,培養(yǎng)了團結協(xié)作的能力。2. 要注意各級之間的配合。如上文提到的聯(lián)調(diào)時出現(xiàn)的本振停振,由于調(diào)試本振時采 用1千歐電阻做負載,因此單獨調(diào)試時不會出現(xiàn)問題。但是由于混頻器的本振口輸入阻抗低, 因此聯(lián)調(diào)時出現(xiàn)本振停振。這種情況是可以在系統(tǒng)整體設計時考慮到的,所以在整機聯(lián)調(diào)前, 就設計了射極跟隨器構成的緩沖級,解決了此問題。3. 如何保證電路的穩(wěn)定工作。實驗中,往往中頻上更容易出現(xiàn)自激。這是因為,雖然 高放工作頻率高,但是只有一級,增益不大。而中
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