調(diào)幅、調(diào)頻發(fā)射與接收設計原理介紹

1、 課程設計指導高頻電路的一般設計方法電子電路種類很多，千差萬別，設計方法和步驟也因不同情況而異。這里給出高頻電路設計的一般步驟，以供參考，設計者應根據(jù)具體情況，靈活掌握。1.總體實現(xiàn)方案的選擇由課題要求實現(xiàn)的電路功能及性能指標，決定最終實現(xiàn)電路的構(gòu)成。2.單元電路形式的選擇根據(jù)課題要求實現(xiàn)的電路性能指標，確定總體實現(xiàn)方案中，各單元電路的形式。3.電路參數(shù)的計算根據(jù)所選單元電路的形式，對組成電路的各元器件的值進行計算。4.元器件的選擇元器件的選擇，除了要考慮計算出的參數(shù)值外，還要遵從節(jié)約電路成本，元器件購買方便，以及盡量利用現(xiàn)有條件實現(xiàn)的原則。以上各步驟之間不是絕對獨立的，往往需要交叉進行，尤其

2、是有時受到元器件選擇的限制，常會推翻最初的設計方案，從頭來做。所以，在進行電路設計之初，要先把可能限制電路實現(xiàn)的因素考慮好，再著手設計，往往可以達到事半功倍的效果。表1 評分辦法課 題滿分基本要求設計與總結(jié)報告：方案設計與論證理論分析與計算測試方法與測試數(shù)據(jù)對測試結(jié)果的分析40實際制作完成情況40發(fā)揮部分根據(jù)完成項的數(shù)目、難度、完成的質(zhì)量20 高頻電路設計舉例課題一：基于MC1496的簡易調(diào)幅發(fā)射機一、簡要說明集成模擬乘法器性能好，外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻等過程，目前在無線通信、廣播電視等領域應用較多。常見的產(chǎn)品型號有MC1495/1496、LM1595/1

3、596等。本課題的目的是練習集成模擬乘法器的使用，掌握幅度調(diào)制的原理。二、要求1基本要求：工作頻率5MHz；載波頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-3/分鐘，發(fā)射功率（輸出負載RL=75W上的功率）P010mW，調(diào)制度ma=30%80%可調(diào)，調(diào)制頻率F=500Hz3kHz。2發(fā)揮部分：（1）全機使用單電源供電。（2）自行設計產(chǎn)生正弦波調(diào)制信號。（3）提高整機性能指標。電路要求：振蕩器 緩沖級 調(diào)制電路 功率放大器 （話筒）課題二：基于MC1496的簡易調(diào)幅接收機一、簡要說明本課題目的是練習集成模擬乘法器的使用，掌握同步檢波的原理。此題目與課題一結(jié)合，可制作出完整的調(diào)幅收發(fā)系統(tǒng)。二、要求1基本要求：直接放大式接

4、收機，工作頻率5MHz，載波頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-3/分鐘，靈敏度1mV。2發(fā)揮部分：（1）全機使用單電源供電。（2）自行設計低頻放大電路，輸出功率（輸出負載RL=8 W上的功率）P0 =100mW。（3）提高整機性能指標。電路要求：天線 調(diào)諧放大 檢波 低放電路小功率調(diào)幅發(fā)射機任務：小功率調(diào)幅發(fā)射機設計技術(shù)指標：載波頻率f0=2MHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3/分鐘，輸出負載RL=75，發(fā)射功率（輸出負載RL上的功率）P010mW，調(diào)制度ma=30%80%可調(diào)，調(diào)制頻率F=500Hz3kHz。圖-1 調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)框圖一、實現(xiàn)方案的選擇1調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)分析圖-1為最基本的調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)框圖。主要

5、由主振蕩器、緩沖級、高頻小信號放大器、調(diào)制器、高頻功率放大器、低頻電壓放大器等電路組成。在組成電路中，除了主振器、調(diào)制器、調(diào)制信號是最基本的組成單元，不能缺少外，其他單元電路的選擇，主要根據(jù)設計指標要求來確定。緩沖級將主振器與其后一級隔離，以減小后級對振蕩器頻率穩(wěn)定度及振蕩波形的影響。所以，是否選擇該單元電路，主要根據(jù)電路對穩(wěn)定性的要求高低。一般情況下，需要選擇該電路。高頻放大器的任務是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制，為驅(qū)動調(diào)制級提供足夠的增益。是否選擇該單元電路，主要根據(jù)所選擇的振幅調(diào)制電路決定。即：如果選用低電平調(diào)幅電路（如用集成模擬乘法器做振幅調(diào)制器），由于這種調(diào)制器為小信號輸入，振蕩器

6、輸出電壓一般能夠滿足要求，就不需要該放大電路；而如果采用高電平調(diào)幅電路（如集電極調(diào)幅電路），由于它要求大信號輸入，振蕩器輸出電壓不能滿足時，就要使用一至二級高頻放大器。功率放大器是調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的末級，它的任務是提供發(fā)射系統(tǒng)所需要的輸出功率。是否選擇該電路，主要根據(jù)系統(tǒng)對發(fā)射功率的要求。如果由調(diào)幅電路輸出的功率能滿足性能要求的話，就可以不再其后加功率放大電路，否則，就不能省略。2本設計任務總體實現(xiàn)方案的確定根據(jù)以上對調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成電路選擇方法的介紹，結(jié)合設計任務中給定的技術(shù)指標，確定總體實現(xiàn)方案如下：方案一：低電平調(diào)幅發(fā)射機圖-2低電平調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)框圖由于設計任務要求實現(xiàn)的是小功率發(fā)射機，發(fā)

7、射功率（輸出負載RL上的功率）P0 為10mW即可。所以，可以利用提供的集成模擬乘法器MC1496，組成低電平調(diào)幅電路。系統(tǒng)框圖如圖-2所示。方案二：高電平調(diào)幅發(fā)射機圖-3 高電平調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)框圖因為設計任務中對發(fā)射功率并沒有限制上限值，所以，也可以采用高電平調(diào)幅電路組成發(fā)射系統(tǒng)，如圖-3所示。若緩沖級輸出電壓能滿足高電平調(diào)幅電路的要求，并且最終負載上的輸出功率也滿足指標要求時，則應力求電路結(jié)構(gòu)簡單，去除高頻放大電路。二、單元電路形式的選擇1調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)各單元電路的分析（1）主振器主振器就是高頻振蕩器，根據(jù)載波頻率的高低和頻率穩(wěn)定度來確定電路形式。在頻率穩(wěn)定度要求不高的情況下，可以采用電容反

8、饋三點式振蕩電路，如克拉潑、西勒電路。頻率穩(wěn)定度要求高的情況下，可以采用晶體振蕩器，也可以采用單片集成振蕩電路。（2）緩沖級緩沖級通常采用射極跟隨器，基本原理是利用它的輸入電阻高和輸出電阻低的特點，在電路中起著阻抗變換的作用。（3）高頻放大器高頻放大器屬于線性放大器。根據(jù)電路所需要的電壓增益和選擇性，來確定電路形式。一般電路形式有單調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。在對放大器選擇性要求不高的場合，可以選用單調(diào)諧放大器。為提高放大器的電壓增益，可以選擇多級放大器級聯(lián)的電路形式。（4）振幅調(diào)制器振幅調(diào)制器的任務是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)幅波的形式傳送出去。通常有低電平調(diào)幅和高電平調(diào)幅兩種

9、實現(xiàn)電路。低電平調(diào)幅電路輸出功率小，適用于低功率系統(tǒng)。它的電路形式有多種，如斬波調(diào)幅器、平衡調(diào)幅器、模擬乘法器調(diào)幅等，比較常用的是采用模擬乘法器形式制成的集成調(diào)幅電路，即集成模擬乘法器調(diào)幅。這種集成電路的出現(xiàn)，使產(chǎn)生高質(zhì)量調(diào)幅信號的過程變得極為簡單，而且成本很低。高電平調(diào)幅電路輸出功率大，一般在系統(tǒng)末級直接產(chǎn)生滿足發(fā)射要求的調(diào)幅波。它的電路形式主要有集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅兩種。集電極調(diào)幅電路的優(yōu)點是效率高，晶體管獲得充分的應用；缺點是需要大功率的調(diào)制信號源?；鶚O調(diào)幅電路的優(yōu)缺點正好與之相反，它的平均集電極效率不高，但所需的調(diào)制功率很小，有利于調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機的小型化。（5）功率放大器功率放大器主

10、要有甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）、丙類功放，根據(jù)功放的輸出功率和效率來確定選擇哪一種。采用低電平調(diào)幅電路的系統(tǒng)，由于調(diào)制器輸出信號為調(diào)幅波，其后的功率放大器必須是線性的（如甲類、甲乙類或乙類功放）；而采用高電平調(diào)幅電路的系統(tǒng)，則在末級直接產(chǎn)生達到輸出功率要求的調(diào)幅波，多以丙類放大器作為此時的末級電路。2設計任務單元電路形式的確定根據(jù)以上對調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)單元電路形式的介紹，結(jié)合本設計任務的技術(shù)指標，確定各單元電路形式如下：由于技術(shù)指標中對主振器的頻率和頻率穩(wěn)定度要求不高，所以，采用西勒振蕩電路；緩沖級采用射極跟隨器；低電平調(diào)幅電路采用集成模擬乘法器實現(xiàn)；高電平電路采用基極調(diào)幅電路。三、電路參

11、數(shù)計算根據(jù)以上確定的單元電路形式，下面給出具體的電路，以及組成電路的各元件值的計算方法。1主振器圖-4為西勒振蕩電路。它被接成共基組態(tài)，Cb為基極旁路電容。其靜態(tài)工作點由偏置電阻Rb1、Rb2、Re、Rc決定。電容C1、C2、C3、C4與電感L1組成振蕩回路。振蕩器輸出信號一般盡可能從低阻抗點取出，以減弱外接負載對振蕩幅度、頻率穩(wěn)定度的影響。本電路從發(fā)射極取出信號送給下一級。（1）偏置電阻值的計算圖-4 西勒振蕩電路偏置電阻決定靜態(tài)工作點，所以，要先確定振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ。一般小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ為（14）mA，設計時可以在此范圍內(nèi)任取一值，如取ICQ=2mA。根據(jù)所選晶體

12、管型號確定電流放大系數(shù)b的值。則：由 ，確定Re，式中一般取由，確定Rc，式中取；或依據(jù)集電極直流電壓，確定RC。由流過Rb2的電流 ，確定，式中。由，確定。根據(jù)以上計算出的各電阻值，選取最接近的標稱電阻值。為便于調(diào)整靜態(tài)工作點，實際電路中Rb1常用固定值的電阻與電位器串聯(lián)。（2）振蕩回路元件值的計算根據(jù)西勒振蕩器的原理，C3<<C1，C3<<C2，回路的振蕩頻率f0主要由C3、C4和L1決定，即 （2-1）而一般諧振回路的電感L與電容值之間關系取為 （2-2）由式（2-1）、（2-2）確定L1、C3、C4的值。電容C1、C2由反饋系數(shù)F=C1/C2，以及電路條件C3&

13、lt;<C1，C3<<C2決定。一般F取1/81/2。以上估算各電容值時，應盡量選取標稱電容值。為便于調(diào)整振蕩頻率，實際電路中C4可用固定值的電容與可變電容器并聯(lián)。（3）旁路電容值的選取一般應使旁路電容Cb的容抗為與其并聯(lián)的電阻值的1/201/10。但是，當與其并聯(lián)的電阻值較大時，應當使Cb的容抗為幾十歐姆甚至幾歐姆。這里選取標稱值。2緩沖級圖-5為射極跟隨器電路，即共集電極組態(tài)的放大器。其靜態(tài)工作點由偏置電阻Rb1、Rb2、Re決定。C1、C2分別為輸入、輸出耦合電容。圖-5 射級跟隨器（1）偏置電阻值的計算射極跟隨器的靜態(tài)工作電流ICQ一般為（310）mA，設計時可以在此

14、范圍內(nèi)任取一值，如取ICQ=4mA。根據(jù)所選晶體管型號確定電流放大系數(shù)b的值。而Rb1、Rb2、Re值的計算方法，則與主振器中偏置電阻值的計算方法相同，請參照計算。為便于電路調(diào)整，實際電路中Re可用固定值的電阻與電位器串聯(lián)。（2）級間耦合電容的選取圖-6 低電平調(diào)幅電路級間耦合電容值的大小，主要由前后級之間的隔離度決定。為減小射隨器對前級振蕩電路的影響，耦合電容C1不能太大，一般為 pF級。而射隨電路輸出耦合電容C2可以取大些，如0.01mF。3低電平調(diào)幅電路集成模擬乘法器MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理，請參見“基礎實驗三 集成乘法器調(diào)幅實驗”。采用集成模擬乘法器MC1496構(gòu)成的調(diào)幅電路

15、，如圖-6所示。電路采用雙電源供電方式。載波信號從10腳（VX端）輸入，C3為高頻旁路電容，使8腳交流接地；調(diào)制信號從1腳（VY端）輸入，C4為低頻旁路電容，使4腳交流接地。調(diào)幅信號從12腳單端輸出。電阻R6、R7、R8、R9、R10提供靜態(tài)偏置電阻，保證乘法器內(nèi)部的各個晶體管工作于放大狀態(tài)，阻值的選取應使得下列靜態(tài)偏置電壓關系式成立： （2-3） （2-4）根據(jù)器件參數(shù)要求，5腳靜態(tài)偏置電流I5應小于4 mA，一般取I5=1mA，則 （2-5）可見，在確定負電源電壓VEE后，由式（2-5）可得電阻R5的值。圖-7 基極調(diào)幅電路引腳2與3之間的外接負反饋電阻Re，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴展調(diào)

16、制信號的線性動態(tài)范圍。其值增大，線性范圍增大，但乘法器的增益會減小。電阻R1、R2與電位器RP組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變RP的值可以使乘法器輸出有載波的普通調(diào)幅波或抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。4基極調(diào)幅電路圖-7為基極調(diào)幅電路，載波和調(diào)制信號同時加在晶體管的基極，調(diào)幅波從集電極的諧振回路取出。為使晶體管工作狀態(tài)為甲乙類或乙類，需要預先確定基極偏置電阻的值。根據(jù)晶體管型號確定截止電壓VBE的值。若選擇乙類工作狀態(tài)，則基極靜態(tài)偏置電壓VBQ=VBE。由，確定Rb1、Rb2的值，一般這兩個電阻值應選為kW數(shù)量級。電阻Re一般取幾百歐姆。諧振回路電感L和電容C的值，依據(jù)載波頻率確定。電感L采用帶磁芯的變壓器，

17、以便調(diào)節(jié)磁芯改變電感量，達到調(diào)諧；同時，也可以實現(xiàn)阻抗匹配。集電極等效負載電阻，式中P0為設計任務中要求達到的發(fā)射功率；表示晶體管集電極、發(fā)射極間的飽和壓降，一般為1V左右。設變壓器初級線圈匝數(shù)N1，次級線圈匝數(shù)N2，集電極接入初級線圈的匝數(shù)N0，則匝數(shù)比由以下兩式確定：，式中RL表示任務指標中給出的發(fā)射機輸出負載。5線性功率放大器圖-8為甲類線性功放電路，適用于中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點應選在交流負載線的中點，所以，集電極靜態(tài)電流ICQ與集電極交流的振幅ICm近似相等。靜態(tài)工作電流ICQ一般為（310）mA，設計時可以在此范圍內(nèi)任取一值，如取I

18、CQ=7mA。設變壓器的效率hT=0.8，則功放集電極輸出功率。 由，可得集電極電壓振幅，從而得集電極等效負載電阻設變壓器初級線圈匝數(shù)N1，次級線圈匝數(shù)N2，則匝數(shù)比射極電阻，為提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益，實際電路中Re常要串聯(lián)一個幾歐姆或幾十歐姆的交流負反饋電阻。圖-8 甲類線性功率放大器基極偏置電阻Rb1、Rb2的計算方法，以及旁路電容Ce的選取，詳見主振器中偏置電阻和旁路電容的計算。小功率調(diào)頻發(fā)射機任務：小功率調(diào)頻發(fā)射機設計主要技術(shù)指標：載波頻率f0=2MHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3/分鐘，輸出負載RL=75，發(fā)射功率（輸出負載RL上的功率）P0 ³50mW，調(diào)制頻率

19、F=500Hz3kHz，最大頻偏fm=20kHz，總效率A>50%。一、總體實現(xiàn)方案的選擇1. 調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)分析 圖-9 直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)組成框圖 圖-9為基本的直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)框圖。主要由調(diào)頻振蕩器、緩沖隔離器、倍頻器、高頻功率放大器、調(diào)制信號發(fā)生器等電路組成。由調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻的間接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)，與直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)相比，主要是調(diào)頻波產(chǎn)生過程不同。圖2.2.2-10給出了間接調(diào)頻時調(diào)頻波的產(chǎn)生過程圖，調(diào)頻波輸出后，系統(tǒng)的組成電路也包括緩沖隔離器、倍頻器、高頻功率放大器等?？紤]到直接調(diào)頻系統(tǒng)應用的廣泛性，以及電路的易實現(xiàn)性，本設計舉例主要介紹直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的實現(xiàn)。圖-10 間接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)

20、的調(diào)頻波產(chǎn)生過程實際制作的直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)組成電路的選擇，主要根據(jù)設計指標要求來確定。調(diào)頻振蕩器在產(chǎn)生穩(wěn)定的載波信號的同時，完成調(diào)頻功能，是調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的核心電路，不可缺少。緩沖隔離級將調(diào)頻振蕩器與功放級隔離，以減小后級對振蕩器頻率穩(wěn)定度及振蕩波形的影響。是否選擇該單元電路，主要根據(jù)電路對穩(wěn)定性要求的高低。一般情況下，需要選擇該電路。倍頻器將調(diào)頻振蕩器產(chǎn)生的信號頻率加倍，以達到發(fā)射機載波頻率的要求，這樣可以降低振蕩器的工作頻率，提高電路的頻率穩(wěn)定度。如果振蕩器的振蕩頻率可以滿足發(fā)射機載波頻率的要求，就可省去此電路。高頻功放電路使負載（天線）上獲得設計要求的發(fā)射功率。如果要求達到的發(fā)射功率比較大

21、，那么在末級功放之前還要加功率推動級，以便為末級功放提供足夠的激勵功率。如果要求的發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出功率能夠滿足末級功放的輸入要求，那么功放推動級也可省去。2. 本設計任務總體實現(xiàn)方案的確定根據(jù)以上對調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成電路選擇方法的介紹，結(jié)合設計任務中給定的技術(shù)指標，確定總體實現(xiàn)方案如下：方案一：集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)隨著集成芯片技術(shù)的發(fā)展，集成電路已成為無線電收發(fā)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，如我們熟悉的收音機、電視機、手機等等。所以，在自行設計制作高頻電路時，也可以嘗試使用單片集成電路，學習集成電路的使用也是電路設計中重要的環(huán)節(jié)。在選擇集成芯片時，可以優(yōu)先選用那些在市場上容易買到、價格適宜的產(chǎn)

22、品。單片集成的調(diào)頻低功率發(fā)射電路，可以包含調(diào)頻振蕩器級、緩沖隔離級、倍頻級等多個單元電路。單片集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)如圖-11所示。由于單片集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的輸出功率比較小，因此需要在集成電路后加功率放大器。方案二：分立調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng) 由于設計任務的技術(shù)指標要求不高，所以，采用由調(diào)頻振蕩器、緩沖隔離器、高頻功率放大器、調(diào)制信號發(fā)生器等分立電路組成的調(diào)頻發(fā)射機，也可以實現(xiàn)設計目標。集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)高頻功放調(diào)制信號 圖-11 集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)框圖二、單元電路形式的選擇1調(diào)頻振蕩器直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中，調(diào)頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調(diào)頻，電抗管調(diào)頻、變?nèi)荻O管調(diào)頻。晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的優(yōu)點是提高

23、了振蕩器中心頻率的穩(wěn)定性；電抗管調(diào)頻電路與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路相比，要復雜一些?？紤]到本設計任務要求中心頻率的穩(wěn)定性不高（10-3/分鐘），用LC振蕩器就可達到；再考慮到電路的簡單易實現(xiàn)，所以，選擇采用LC調(diào)頻振蕩器、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。2緩沖隔離級緩沖級通常采用射極跟隨器電路。3高頻功率放大器要使負載（天線）上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機效率較高，應選擇丙類功率放大器。末級功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機各部分的作用，適當?shù)睾侠矸峙涔β试鲆?。功率推動級為末級功放提供激勵功率?？梢赃x擇在弱過壓工作狀態(tài)下的丙類功放，或甲類功放。本設計任務中，發(fā)射功率要

24、求不高，省去功放推動級。三、電路參數(shù)計算根據(jù)以上確定的單元電路形式，下面給出具體的電路，以及組成電路的各元件值的計算方法。1調(diào)頻振蕩器基于LC振蕩器的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路原理，在本書第一篇基礎實驗四“頻率調(diào)制與解調(diào)”中有詳細介紹，圖-12為基于西勒振蕩器的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。此類電路的靜態(tài)工作點的設置及其偏置電阻的計算方法，與普通LC振蕩器的方法相同，詳見2.2.1節(jié)小功率調(diào)幅發(fā)射機中主振器“偏置電阻值的計算”。圖-12 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路振蕩回路元件值的計算，只要把變?nèi)荻O管在固定直流反向偏壓下的結(jié)電容Cj看作振蕩回路總電容中的一部分處理即可，由振蕩的中心頻率確定變?nèi)荻O管結(jié)電容Cj的值，

25、中心振蕩頻率（即載波頻率）、反饋系數(shù)等參數(shù)的計算和取值方法，詳見節(jié)小功率調(diào)幅發(fā)射機中主振器“振蕩回路元件值的計算”。調(diào)制信號并聯(lián)在變?nèi)荻O管兩端，在振蕩回路中構(gòu)成了部分接入，有利于提高中心頻率的穩(wěn)定度，減小調(diào)制失真。接入系數(shù)，為保證頻偏達到技術(shù)指標要求，p不宜取得過小，可以先取p=0.3，需要的話，在實際電路調(diào)試中可以再做調(diào)整。確定接入系數(shù)p后，即可得到電容C4的值。變?nèi)荻O管直流偏置電阻的計算，根據(jù)需要的反向偏壓值決定。根據(jù)已知的變?nèi)荻O管結(jié)電容Cj與反向偏壓變化關系曲線（或關系式），得到相應結(jié)電容Cj的靜態(tài)反向偏壓VjQ的值。再由電路中的分壓關系，可知，從而確定分壓電阻R1、R2的值。為便

26、于調(diào)整靜態(tài)偏壓，實際電路中R1常用固定值的電阻與電位器串聯(lián)組成。由于在調(diào)頻振蕩電路中高頻信號和低頻信號同時工作，所以，電路中輔助性元件的位置和值的選取，對于保證兩種信號各自的通路、減小它們之間的相互影響，都非常重要。首先分析扼流圈的作用。對于低頻調(diào)制信號來說，扼流圈呈現(xiàn)的阻抗應很小，相當于短路，保證低頻信號的一端輸入加至變?nèi)荻O管的負端；而對高頻信號，扼流圈則應呈現(xiàn)大阻抗，相當于開路，以減小高頻振蕩信號對低頻信號的影響。其次分析隔直電容的作用。對于低頻調(diào)制信號來說，電容呈現(xiàn)的阻抗應很大，相當于開路，保證低頻信號加至變?nèi)荻O管的兩端；而對高頻信號，電容則應呈現(xiàn)小阻抗，相當于短路，以進一步濾除高頻

27、信號。所以，扼流圈和隔直電容的取值應滿足以下關系式：，式中，w0表示高頻載波信號的角頻率，W表示低頻調(diào)制信號的角頻率。2緩沖隔離級這里仍采用圖-5所示的射極跟隨器電路作為緩沖級，即共集電極組態(tài)的放大器。偏置電阻及級間電容的取值方法，詳見電路參數(shù)計算中緩沖級電路的計算。高頻功率放大器采用甲類功放作功率推動級電路時，功放的電路與元件值計算，請參見線性功率放大器的電路計算方法。丙類功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率，電路如圖-13所示。電路元件值的計算，從選擇臨界狀態(tài)為功放工作狀態(tài)開始。然后，根據(jù)所圖-13 高頻功率放大器選導通角確定各分量電流以及直流功率等。這部分內(nèi)容在一般

28、的高頻電子線路教材中都有詳細的介紹，讀者可參見相關教材。另外，由于基于這種工程估算方法得到的各種參數(shù)值，與實際電路調(diào)試時，根據(jù)測試結(jié)果不斷調(diào)整后得到的最終參數(shù)值之間，往往存在較大的誤差。所以，丙類功放電路的設計與制作，需要一定的經(jīng)驗和技巧，只有親手進行電路的設計與制作，才能真正掌握。調(diào)幅接收機本設計舉例的目的是掌握點頻超外差調(diào)幅接收機的設計。任務：普通調(diào)幅接收機設計技術(shù)指標：載波頻率f0=2MHz，調(diào)制信號頻率F=500Hz3kHz。輸出功率P0=0.25W，RL=8，靈敏度1mV。一、總體實現(xiàn)方案的選擇圖-14 超外差式調(diào)幅接收系統(tǒng)框圖1調(diào)幅接收系統(tǒng)分析圖-14為超外差式調(diào)幅接收系統(tǒng)方框圖。

29、主要由輸入回路、高頻小信號調(diào)諧放大器、混頻器、本機振蕩、中頻放大器、檢波器、低頻放大等電路組成。在一些超外差接收機里，為保證輸出信號電平恒定，還往往增加自動增益控制電路，控制高頻放大級和中頻放大級的增益。（1）輸入回路輸入回路是接收系統(tǒng)選擇信號的第一關。它的作用是初步選取接收系統(tǒng)要接收的某一載波信號，以盡量少的損耗傳送到下一級，并抑制接收頻率以外的一切干擾信號。衡量輸入回路性能的指標主要有通頻帶和選擇性。為了保證信號不產(chǎn)生頻率失真，通頻帶要有適當?shù)膶挾龋粸榱藢︵忣l道信號有足夠的衰減，要有一定的選擇性。 （2）高頻小信號調(diào)諧放大器高頻小信號放大器對天線接收下來的微弱信號進行電壓放大，同時，進一步

30、對接收信號進行篩選。衡量此電路性能的指標主要有電壓放大倍數(shù)（或電壓增益）、通頻帶和選擇性。（3）混頻器混頻器將輸入信號的載頻f0與本機振蕩信號頻率fL進行頻率變換，使輸入信號的載頻變成固定的中頻信號，并保持其調(diào)制規(guī)律不變。混頻器有高中頻和低中頻之分，高中頻取f0與fL之和，低中頻取f0與fL之差。本設計以常用的低中頻為例。（4）本機振蕩本機振蕩即正弦波振蕩器，產(chǎn)生頻率為fL的等幅振蕩信號，并將信號送入混頻器與輸入信號的各個頻率分量進行混頻，（5）中頻放大器中頻放大器的任務是將混頻器的輸出信號進行電壓放大，以滿足檢波器對輸入信號幅度的要求。（6）檢波器檢波即調(diào)幅波的解調(diào)，從輸入的調(diào)幅波中還原調(diào)制

31、信號?？梢?，檢波器是調(diào)幅接收機的核心電路，衡量它性能的指標主要有檢波效率、檢波失真、等效輸入電阻等。2本設計任務總體實現(xiàn)方案的確定根據(jù)設計任務要求，載波頻率f0=2MHz比較低，可省去變頻過程，直接將接收的調(diào)幅波放大后解調(diào)。因此，確定本設計任務總體實現(xiàn)方案有：方案一：同步檢波接收機 利用同步檢波的方法，對調(diào)幅波解調(diào)時，實現(xiàn)電路包括輸入回路、高頻放大、本地載波、檢波器。方案二：包絡檢波接收機 利用包絡檢波的方法，對調(diào)幅波解調(diào)時，實現(xiàn)電路包括輸入回路、高頻放大、檢波器。二、 單元電路形式的選擇輸入回路的電路形式主要有單調(diào)諧回路，雙調(diào)諧耦合回路。其中耦合回路的選頻特性要優(yōu)于單調(diào)諧回路，一般在接收機性

32、能要求較高的場合使用。本設計選擇單調(diào)諧回路。接收機中高頻放大電路和中頻放大電路，均屬于小信號線性放大，電路工作于甲類狀態(tài)。電路的形式有單調(diào)諧放大電路、雙調(diào)諧放大電路等，對電路選擇性要求較高的場合，一般選擇雙調(diào)諧放大電路。本設計選擇單調(diào)諧放大電路。實現(xiàn)同步檢波器的電路形式有乘法器、環(huán)形或橋形幅度調(diào)制器等。由于集成電路的發(fā)展，在廣播接收機、電視接收機電路中，多采用模擬乘法器來完成同步解調(diào)。包絡檢波器是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負載C的充放電過程實現(xiàn)檢波，適用于解調(diào)含有較大載波分量的大信號。三、電路參數(shù)計算1輸入回路圖-15為單調(diào)諧輸入回路。根據(jù)接收信號的中心頻率f0和接收信號的帶寬B，確定表示

33、輸入回路諧振特性的品質(zhì)因數(shù)。圖-15單調(diào)諧輸入回路根據(jù)中心頻率，確定回路電感L和電容C的值。其中，電容值不能太小，否則，分布電容會影響回路的穩(wěn)定性，一般取C>>Cie(Cie表示下級高頻放大電路中晶體管的輸入電容)。為便于調(diào)整，實際電路中電容C常用固定電容和可變電容并聯(lián)的形式。在設計輸入回路時，還要考慮它與天線之間，以及它與下一級放大電路之間的阻抗匹配。所以，要事先確定天線的等效阻抗，以及放大電路的等效輸入阻抗。輸入回路可以采用部分接入的方法，改善下一級電路對輸入回路選頻性能的影響。2高頻小信號調(diào)諧放大器圖-16為小信號調(diào)諧放大器的電路。（1）直流偏置電阻值的計算 一般取發(fā)射極靜態(tài)

34、電壓。則基極電壓，其中，VBE為晶體管基極、發(fā)射極間的電壓，對于硅管VBE約為0.7V，對于鍺管VBE約為0.2V。根據(jù)系統(tǒng)的功率增益分配，確定本電路交流輸出功率P0。設發(fā)射極電壓和集電極飽和壓降共占去電源電壓VCC的10%，則放大器直流功率。由于甲類放大器的集電極效率最大為，而，則。由，確定Re。由流過Rb2的電流 ，確定：。由，確定。圖-16小信號調(diào)諧放大器下面介紹交流下元件參數(shù)的設定。電阻R0和電容C0組成低通濾波器，抑制高頻信號對直流電源的干擾，防止通過電源線形成本級電路對其他級電路的反饋。對于小功率接收機，R0一般取100W，C0的阻抗值應小于等于R0阻值的1/10。旁路電容CE的阻

35、抗值也應小于等于RE的1/10；級間隔直耦合電容CC的阻抗值應小于等于放大器輸入阻抗的1/10。集電極諧振回路元件值的設定方法?？紤]晶體管Y參數(shù)等效電路的Y參數(shù)值，假設接入系數(shù)值后，根據(jù)已知的電路工作頻率f0設定回路外接電感值L和總電容值CS，外接電容值C等于CS減去晶體管Y參數(shù)中的輸入輸出電容。再根據(jù)工作頻率f0及回路帶寬B，決定回路有載品質(zhì)因數(shù)QL= f0/B；回路諧振電阻RS可由RS=2p f0LQL決定。3本地振蕩電路本地振蕩電路與發(fā)射機中的主振器原理相同，設計方法也相同，可參見發(fā)射機中主振器電路參數(shù)的計算。4同步檢波器圖-17 MC1496實現(xiàn)的同步檢波電路采用MC1496實現(xiàn)的電路

36、謝自美，如圖-17所示。5二極管包絡檢波器 檢波器的電路如圖-18所示。圖-18 二極管包絡檢波器（1）二極管D的選擇在選擇檢波二極管時，要考慮輸入信號的頻率，保證二極管的工作頻率遠小于其自身的截止頻率。一般可選用點接觸型檢波二極管，如2AP9，其截止頻率為100MHz，本例中就可選用此二極管。 （2）檢波負載電阻的確定先估算檢波器后的低頻放大器等效輸入電阻ri的值，一般為25kW。為滿足檢波輸出波形不產(chǎn)生負峰切割失真的條件，即式中ma表示調(diào)幅度，通常，在接收機中ma最大約為0.8，平均為0.3，所以，一般選RL=510 kW。（3）負載電容C的確定根據(jù)檢波輸出波形不產(chǎn)生惰性失真的條件，得工程

37、上近似計算式：本例中已知調(diào)制信號頻率F=500Hz3kHz，所以，Wmax=2pFmax=2p´3´103rad/s，從而求得C小于（4）隔直耦合電容CC的確定CC的存在主要影響檢波的下限頻率。為使調(diào)制信號頻率為最小值時，CC上的電壓降不大，不產(chǎn)生頻率失真，必須滿足下式：在通常的音頻范圍內(nèi)，上式是容易滿足的。一般取CC為幾mF，如510mF。 高頻電路的安裝與調(diào)試由于頻率的提高，高頻電路特性比低頻電路特性要復雜一些。因此，高頻電路的調(diào)試需要考慮更多的問題。下面就從元器件的選擇、識別，到電路常見故障的處理，做具體介紹。一、電子元件及其在高頻電路中的應用（一）、導線與電纜1導線

38、類型與用途裸銅線低頻電路中作地線鍍銀線頻率為大于幾MH z的電路中作地線或繞制電感線圈單股漆包線繞制電感線圈多股塑包線電源連接線或電路接線單股塑包線電路里點與點之間的短接線沙（絲）包線繞制接收機中波天線線圈、電感線圈或多層的蜂房式線圈導線組數(shù)十根導線彼此絕緣，壓成扁平的帶子，在計算機與外設的連接中使用2導線的高頻電阻與電感圖-1 導線趨膚效應示意圖隨著工作頻率的升高，流過導線的交流電流會離開導線中心，向?qū)Ь€表面（皮膚）集中。這種現(xiàn)象稱為趨膚效應。如圖-1所示。直流或頻率很低的電流將均勻分布在導線中；當電流頻率很高時，導線中心部位幾乎沒有電流流通，這相當于把導線的橫截面積減小為導線外圈的圓環(huán)面積

39、，導電的有效面積比直流時大為減小，而導線阻值的大小與其橫截面積成反比，長度成正比。所以，導線的電阻增大。因而，在高頻電路中，連接線要短而粗，以減小導線電阻對能量的損耗。也可以在銅導線外面鍍銀，即使用鍍銀線，提高導線的導電率來降低導線的交流電阻。（二）、電阻1電阻的高頻等效電路電阻器在直流或低頻電路中，等效為一個純電阻。而在高頻電路中，由于趨膚效應及各種損耗的影響，電阻等效為RLC電路。如圖-2所示。圖-2電阻的高頻等效電路在高頻電路中，電阻的頻率特性不可忽視。在一定頻率時，阻值低的電阻以分布電感影響為主，阻值高的電阻以分布電容影響為主。對于低阻值的電阻，應盡可能縮短電阻引線以減小引線電感。對于

40、高阻值的電阻，由于其分布電容的旁路作用，使電阻值大幅度降低，所以應盡可能使用小電阻值。另外，電阻的外形尺寸越小，高頻特性越好。在允許的范圍內(nèi)，盡可能地使用功率小的電阻（功率小，外形尺寸也?。?。考慮到電路的可靠性，電阻的損耗功率應為額定功率的1/2以下。在高頻電路中，電阻引線也將變?yōu)殡姼?，使電阻的頻率特性變差。所以，電阻的引線必須盡可能地縮短。如貼片電阻，就是沒有引線且外形小的電阻，在3GHz以內(nèi)的頻域都可以使用。2種類與用途合成型電阻碳質(zhì)實芯合成電阻，其分布電容、分布電感較大。不宜用于高頻電路。薄膜型電阻金屬膜、碳膜電阻。金屬膜電阻的精度一般高于碳膜電阻，但其不能制作高阻值（1MW 以上），與

41、碳膜電阻相比價格高。因而，一般在穩(wěn)定性和電性能要求較高的場合，選用金屬膜電阻。線繞型電阻即使采用無感繞法，其分布電感也比非線繞電阻器大得多。不宜用于高頻電路。（三）、電容器1電容器的高頻等效電路電容在高頻應用時，除了它本身的損耗之外，還要考慮它的引線電感。各種損耗可用等效的串聯(lián)電阻RC表示，電感LC體現(xiàn)了因引線和電極的形狀而引起的電感成分。電容器的實際等效電路如圖-3所示。由于LC和C串聯(lián)，工作頻率升高時容易引起串聯(lián)共振，使理想電容的阻抗值下降。圖-3 電容的高頻等效電路2合理選用電容器。大多數(shù)電容是正溫度系數(shù)，即電容量隨溫度升高而加大；有一些是負溫度系數(shù)；還有一些是專門設計的，在一定的溫度范

42、圍內(nèi)電容量不變。電容器的性能主要是由制造電容器所使用的介質(zhì)材料的特性決定。這些介質(zhì)有云母、玻璃、陶瓷、滌綸膜等材料，空氣也可作為介質(zhì)（一般為可變電容器）。其中瓷介電容（CC型），云母電容，塑料薄膜電容，主要用于高頻電路，如作調(diào)諧、濾波器元件。 通常，當用電容來降低對地的阻抗時，如電源的去耦和晶體管的發(fā)射極旁路、IC偏置電路的旁路等，電路使用1100MHz頻率時用0.01mF，再高的頻率時用1000pF以下的電容。（四）、電感電感屬非標稱元件，很難找到電路所需值的電感元件，通常需要自己設計制作。因此，電感線圈的設計計算是比較重要的，尤其在高頻電路中的選頻、濾波電路的電感。1線圈的損耗（1）線圈的

43、分布電容線圈匝與匝之間，導線與導體之間能構(gòu)成電容，繞組與底板以及屏蔽罩之間、多層繞組層與層之間等都存在電容，稱為分布電容。電感線圈匝與匝之間的分布電容如圖-4所示。這些分布電容在工作頻率較高時就會影響電路性能。圖-4電感線圈的分布電容（2）線圈是由導線繞制而成的，因此線圈也有交流電阻，此電阻會消耗一部分功率。用品質(zhì)因數(shù)Q來衡量線圈損耗的大小。要提高電感線圈的Q值，應增加線圈感抗，減小損耗電阻?？刹扇∫韵麓胧?#183;選擇最佳的線圈形狀·選擇尺寸較大的線圈線圈尺寸大，所用導線可粗一點，使損耗電阻減小。·用鍍銀線繞制線圈·用絞合線（又稱李茲線）繞制線圈·

44、線圈中加入磁芯2電感線圈的制作電感線圈一般可分為空芯和帶磁芯的兩種?？招倦姼械睦@制，要根據(jù)電感值選擇線圈的直徑d（其半徑用r表示）、長度l、匝數(shù)N。電感值近似計算式為（設r<<l）：式中m0=4p´107H/m表示真空的磁導率。帶磁芯的電感，由于磁芯的導磁系數(shù)很大，使線圈中的磁通增加很多，因而比空芯電感的電感量增大了。高頻電感及高頻變壓器所采用的磁芯材料為鎳鋅（NXO）鐵氧體。以NXO-100環(huán)型鐵氧體為例，設其尺寸為外直徑´內(nèi)直徑´高度，繞在其上的線圈匝數(shù)為N，磁芯橫截面積A（cm2），平均磁路長度l（cm），磁導率m=100H/m，則電感值可由下式

45、計算：為減小線圈漏感與分布電容的影響，線圈的匝數(shù)應盡可能少，匝間距離應盡可能大。（五）、中頻變壓器也叫中周變壓器，簡稱中周中周是超外差接收設備中的重要元件，起選頻和耦合作用，抑制上下頻帶，只允許中間頻率的信號通過。它很大程度上決定了整機的靈敏度、選擇性和通頻帶等指標。我國規(guī)定，無線電廣播調(diào)幅收音機的中頻為465kHz，調(diào)頻收音機的中頻為10.7MHz，黑白、彩色電視接收機的中頻分為圖像38MHz，伴音31.5MHz。（六）、高頻扼流圈高頻扼流圈是只允許直流和低頻交流通過，而對高頻交流呈現(xiàn)很大阻抗的元件。串饋扼流圈電感量不需很大，0.5MHz以下不超過(100010000)H，頻率越高，電感量越小。并饋扼流圈電感量應遠大于調(diào)諧回路的電感量，取其1020倍或更大一些。二、高頻電路的安裝高頻電路的頻率特性與實際安裝技術(shù)有很大關系。1合理安排元件，盡量減小各種元件之間的寄生耦合。必要時，可以對關鍵元件進行屏蔽。2直流電源應有良好的去耦濾波裝置。用于去耦的電容、電阻等元件應盡量安裝在離電源最近的位置；如果去耦元件需要接地，應就近接地。3電路元件間的接線應盡量短而粗，避免平行走線。4高頻電路的接地應采用多點、就近接地方法。若整個電路既有模擬信號又有數(shù)字信號，應使