小功率調頻發(fā)射機設計

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY1高頻電子電路設計高頻電子電路設計 小功率調頻發(fā)射機設計小功率調頻發(fā)射機設計學習要求學習要求 掌握調頻發(fā)射機整機電路的設計與調試方法，以及高頻電路的調試中常見故障的分析與排除；學會如何將高頻單元電路組合起來實現(xiàn)滿足工程實際要求的整機電路的設計與調試技術。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2 一、調頻發(fā)射機及其主要技術指標一、調頻發(fā)射機及其主要技術指標(a)高頻振蕩頻率調制調制信號緩沖隔離倍頻高頻功放1. 組成框圖 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY3一、調頻發(fā)射機及其主要技術指標一、調頻發(fā)射機及其主要技術指標2.

2、 主要技術指標主要技術指標 發(fā)射功率發(fā)射功率 一般是指發(fā)射機輸送到天線上的功率。 總效率總效率 發(fā)射機發(fā)射的總功率 與其消耗的總功率 PC 之比，稱為發(fā)射機的總效率 。 非線性失真非線性失真 要求調頻發(fā)射機的非線性失真系數(shù) 應小 于 1 %。 雜音電平雜音電平 雜音電平應小于 65 dB。APA 工作頻率或波段工作頻率或波段 發(fā)射機的工作頻率應根據(jù)調制方式，在國家或有關部門所規(guī)定的范圍內選取。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY4二、單元電路設計與調試二、單元電路設計與調試 整機電路的設計計算順序一般是從末整機電路的設計計算順序一般是從末級單元電路開始，向前逐級進行。而級單元電

3、路開始，向前逐級進行。而電路的裝調順序一般從前級單元電路電路的裝調順序一般從前級單元電路開始，向后逐級進行。開始，向后逐級進行。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY51-1、LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器RB2VQRB1C1VCCL1CC2C3EBCBRETRCDCcC4AL2C5C6DCR3R2R1vLC 振蕩器調頻電路*11o21CLf YANGTZE NORMAL UNIVERSITY61-2、變容二極管調頻、變容二極管調頻 RB2VQRB1C1 VCCL1CC2C3EBCBRETRCDCcC4AL2C5C6DCR3R2R1vLC振 蕩 器調 頻 電 路* 調頻電路由變容二

4、極管DC及耦合電容Cc組成， R1與R2為變容二極管提供靜態(tài)時的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3稱為隔離電阻，常取R3R2，R3R1，以減小調制信號v對VQ的影響。 C5與高頻扼流圈L2給v提供通路，C6起高頻濾波作用。變容二極管DC通過Cc部分接入振蕩回路，有利于提高主振頻率fo的穩(wěn)定性，減小調制失真。圖4.2.2為變容二極管部分接入振蕩回路的等效電路， 接入系數(shù)p及回路總電容CS分別為CcCjC1L1jccCCCpjcjc1CCCCCCSC jYANGTZE NORMAL UNIVERSITY7 變容二極管的變容二極管的Cj-v 特性曲線特性曲線 圖4.2.3 變容二極管的Cj-v特性曲線

5、變容二極管的Cj-v特性曲線如圖4.2.3所示。設電路工作在線性調制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點Q處，曲線的斜率為VCkCYANGTZE NORMAL UNIVERSITY81-3、 LC調頻振蕩器調頻振蕩器主要性能參數(shù)及其測主要性能參數(shù)及其測試方法試方法 主振頻率主振頻率 LC振蕩器的輸出頻率fo稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計測量回路的諧振頻率fo，高頻電壓表測量諧振電壓vo，示波器監(jiān)測振蕩波形。 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 主振頻率fo的相對穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定 度表示。 小時/ominmaxoofffff 最大頻偏最大頻偏 指在一定的調制電壓作用下所能達到的最大頻率偏移值。將 稱為相對頻偏。 omff

6、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY9 變容二極管特性曲線變容二極管特性曲線 特性曲線Cj-v 如圖4.2.3示。 性能參數(shù)VQ、Cj0、 及Q點處的斜率kc等可以通過Cj-v 特性曲線估算。 jC 圖4.2.4是變容二極管2CC1C的Cj-v 曲線。由圖可得 VQ= 4V時 CQ=75pF， YANGTZE NORMAL UNIVERSITY10 調制靈敏度調制靈敏度 單位調制電壓所引起的最大頻偏稱為調制靈敏度，以 表示，單位為 kHz/V，即fSmmVfSf 為調制信號的幅度； 為變容管的結電容變化 時引起的最大頻偏。 回路總電容的變化量為mVmfjCj2CpCS在頻偏較小時

7、， 與 的關系可采用下面近似公式，即SSQom21CCffmfSC p- f ，jC- f 。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY11 為靜態(tài)時諧振回路的總電容， 即SQCQCQC1QCCCCCCS C1- - f調制靈敏度 mQo2VCCfSfSS 為回路總電容的變化量；SC式中， 調制靈敏度 可以由變容二極管Cj-v 特性曲線上VQ處的斜率kc及式(4-2-15)計算。 越大，說明調制信號的控制作用越強，產(chǎn)生的頻偏越大。 fSfSfSYANGTZE NORMAL UNIVERSITY12 1-4、設計舉例、設計舉例 例 設計一LC高頻振蕩器與變容二極管調頻電路。kHz10m

8、f振蕩器的靜態(tài)工作點取 ， ，測得三極管的 由式(4-2-1) 式(4-2-4) 計算出各電阻值。 V6CEQV60。mA2CQI 主要技術指標主要技術指標 主振頻率 fo =5MHz，頻率穩(wěn)定度510 4/小時，主振級的輸出電壓Vo1V，最大頻偏 。 已知條件已知條件 +VCC = +12V，高頻三極管3DG100，變容二極管2CC1C。 (1) 確定電路形式，設置靜態(tài)工作點確定電路形式，設置靜態(tài)工作點YANGTZE NORMAL UNIVERSITY13 (2) 計算主振回路元件值計算主振回路元件值 由式(4-2-5)得 ，若取C1=100pF，則L110H實驗中可適當調整L1的圈數(shù)或C1

9、的值。11o21CLf電容C2、C3由反饋系數(shù) F 及電路條件C1C2，C1C3 所決定，若取C2=510 pF， 由 ，則 取 C3=3000 pF，取耦合電容 Cb=0.01F。2/18/1/32CCFYANGTZE NORMAL UNIVERSITY14 (3) 測變容二極管的測變容二極管的Cj-v 特性曲線，設置變容管的靜特性曲線，設置變容管的靜態(tài)工態(tài)工 作點作點VQ本題給定變容二極管的型號為 2CC1C ，已測量出其Cj-v 曲線如圖4.2.4所示。取變容管靜態(tài)反向偏壓VQ=4V，由特性曲線可得變容管的靜態(tài)電容CQ=75pF。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY15 (

10、4) 計算調頻電路元件值計算調頻電路元件值變容管的靜態(tài)反向偏壓VQ由電阻 R1與R2分壓決定，已知 VQ=4V，若取 R2=10k ，隔離電阻 R3=150k。k201R為減小振蕩回路高頻電壓對變容管的影響， 應取小，但 過小又會使頻偏達不到指標要求?？梢韵热?，然后在實驗中調試。當VQ=- 4V時，對應CQ=75pF， 則 CC 18.8 pf . )(jccCCCpp2 . 0p取標稱值20pFpYANGTZE NORMAL UNIVERSITY16(5) 計算調制信號的幅度計算調制信號的幅度 為達到最大頻偏 的要求，調制信號的幅度Vm，可由下列關系式求出。由式(4-2-14) 得mfSS

11、Qom21CCff由Cj-v 曲線得變容管 2CC1C 在VQ= 4V 處的斜率5 .12jCVCkpF/V， 由式(4-2-9) 得調制信號的幅度Vm=Cj / kc= 0.92V。 由式(4-2-12)得調制靈敏度Sf 為9 .10mmVfSfkHz/V YANGTZE NORMAL UNIVERSITY171-5、調頻振蕩器的裝調與測試、調頻振蕩器的裝調與測試 A。安裝要點。安裝要點 電路元件不要排得太松，引線盡量不要平行，否 則會引起寄生反饋。 多級放大器應排成一條直線，盡量減小末級與前級之間的耦合。 地線應盡可能粗，以減小分布電感引起的高頻損耗 。 為減小電源內阻形成的寄生反饋，應采

12、用濾波電容 C及濾波電感 L組成的型或型濾波電路。 安裝時應合理布局，減小分布參數(shù)的影響。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY18b。 測試點選擇測試點選擇 正確選擇測試點，減小儀器對被測電路的影響。 在高頻情況下，測量儀器的輸入阻抗(包含電阻和電容)及連接電纜的分布參數(shù)都有可能影響被測電路的諧振頻率及諧振回路的Q值，為減小這種影響，應使儀器的輸入阻抗遠大于電路測試點的輸出阻抗。 所有測量儀器如高頻電壓表、示波器、掃頻儀、數(shù)字頻率計等的地線及輸入電纜的地線都要與被測電路的地線連接好，接線接線盡量短。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY19C。 調試方法調試方法（1）

13、先調整靜態(tài)工作點）先調整靜態(tài)工作點。（3）測量頻偏）測量頻偏 加入幅度為V的調制信號以后，可以采用頻偏儀測量頻偏。也可以用示波器測量 C點的波形，觀察波形在X 方向的相移。（2）觀測動態(tài)波形并測量電路的性能參數(shù)）觀測動態(tài)波形并測量電路的性能參數(shù)。與低頻電路的調試基本相同，所不同的是按照理論公式計算的電路參數(shù)與實際參數(shù)可能相差較大，電路的調試要復雜一些。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY202、高頻功率放大器設計高頻功率放大器設計 利用寬帶變壓器寬帶變壓器作耦合回路的功率放大器稱為寬帶寬帶功率放大器功率放大器。它不需要調諧回路，可在很寬的頻率范圍內獲得線性放大。但效率 較低，一般

14、只有20%左右。它通常作為發(fā)射機的中間級，以提供較大的激勵功率。 利用選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡作為負載回路的功率放大器稱為諧振諧振功率放大器功率放大器。根據(jù)放大器電流導通角的范圍，可以分為甲類、乙類、丙類和丁類等功率放大器。丙類功放的電流導通角50%，負載 RL=51。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY35 2-6、高頻諧振功率放大器的調整、高頻諧振功率放大器的調整 1. 諧振狀態(tài)的調整諧振狀態(tài)的調整當出現(xiàn)回路 失諧失諧 狀態(tài) 時，回路的等效阻抗將下降。這時集電極電壓減小，集電極電流增大，集電極的耗散功率增加，嚴重時將損壞晶體管。3121CCVCCV為保證晶體管安全工作，調諧時，可以先

15、將電源電壓 降低到規(guī)定值的 ，待找到諧振點后，再 將 升到規(guī)定值，然后微調回路參數(shù)。如圖4.3.7所示，在回路諧振時，高頻電壓表的讀數(shù)應達到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，示波器監(jiān)測的波形為不失真基波。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY362-6、高頻諧振功率放大器的調整、高頻諧振功率放大器的調整2. 寄生振蕩及其消除寄生振蕩及其消除(1) 參量自激型寄生振蕩 當功放的輸出電壓 足夠大時，晶體管的許多參數(shù) （如集電結電容 ）將隨著工作狀態(tài)的變化而變化，產(chǎn)生許多新的頻率分量存在于晶體管的輸出和輸入端，而形成自激振蕩。圖 (a) 為1/2基波的影響，圖 (b)為 3倍頻的影響。

16、CmVcbC 參量自激的特點是：必須在外加信號激勵下才產(chǎn)生，因此斷開激勵信號觀察振蕩是否繼續(xù)存在，是判斷自激型寄生振蕩的有效方法。參量寄生振蕩使輸出電壓的峰值可能顯著增加(比正常值大5倍6倍) ，回路可能處于失諧狀態(tài)，集電極的耗散功率會很大，有可能導致晶體管損壞。 消除參量寄生振蕩的常用辦法是：在基極或發(fā)射極接入防振電阻(幾歐姆至幾十歐姆)，或引入適當?shù)母哳l電壓負反饋，或降低回路的QL值，如果可能的話，減小激勵信號電平。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY372-7、高頻諧振功率放大器的調整、高頻諧振功率放大器的調整 (2) 反饋型寄生振蕩 反饋型寄生振蕩又分為低頻寄生振蕩低頻

17、寄生振蕩與高頻或高頻或超高頻寄生振蕩超高頻寄生振蕩。圖4.3.10分別為疊加有低頻自激與高頻自激信號的輸出波形。 低頻寄生振蕩一般是由功放輸入輸出回路中的分布電容引起的。 消除低頻寄生振蕩的辦法是設法破壞它的正反饋支路，例如減少基極回路線圈的電感量或串入電阻RF，降低線圈的Q值。高頻寄生振蕩一般是由電路的分布參數(shù)(分布電容、引線電感等)的影響所造成的。例如引線較長時，其產(chǎn)生的分布電感(使放大器原有的電感相當于開路)與電路中的分布電容構成了振蕩回路。消除高頻寄生振蕩的有效辦法是：盡量減少引線的長度、合理布局元器件或在基極回路接入防振電阻。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY38三、

18、整機設計舉例三、整機設計舉例 V12CCVmW500AP 51LRkHz10mf%50A例例 設計一小功率調頻發(fā)射機設計一小功率調頻發(fā)射機 已知已知 ，晶體管 3DG100， = 60。 主要技術指標主要技術指標 發(fā)射功率 ， 負載電阻(天線) ， 工作中心頻率 f0=5 MHz ，最大頻偏 ，總效率 。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY39 三、整機設計舉例三、整機設計舉例調制信號緩沖隔離LC 振蕩與調頻1.25mW0dB1.25mW13dB25mW13dB500mW功率激勵末級功放 LC振蕩與調頻電路 產(chǎn)生頻率 的高頻振蕩 信 號 。 變 容 二 極 管 線 性 調 頻 ，

19、 最 大 頻偏 。發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。MHz50fkHz10mf 緩沖隔離級 將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。緩沖隔離級常采用射極跟隨器電路。 末級功放 將前級送來的信號進行功率放大，使負載(天線)上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機效率較高，則應采用丙類功率放大器 功率激勵級 為末級功放提供激勵功率。如果發(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，則功率激勵級可以省去。 (2) 增益分配功率增益 如果集中在末級功放，則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機各組成部分的作用，合理地分配功率增益。緩沖級可以不分配功率增益。設各級功率增益如圖 4

20、.4.2 所示。(1) 擬定發(fā)射機的組成方框圖YANGTZE NORMAL UNIVERSITY40 四、整機四、整機 電路的裝調與測試電路的裝調與測試 R4 1k28kR2 8.2kR1R3T1C1 0.01F510pFC32000pFC4C533pFC620pF4.7FC8 5100pF10kDC150kR520kR6R11*47H2kC2100pFL110H47HC7R72CC1C8kR8R9R101k0.047FRP11kR123kR14360R135C103DG100C9T33DA18.2k6T2TC110.01F247H12V2T3T2T51RL3DG13020R15C120.02

21、2FL23DG10010k0.01F0.01F2*T2T4*330pFvLC 正弦波振蕩電路 變容二極管調頻電路 緩沖隔離級 通過調節(jié)發(fā)射極電RP1， 可以改變射極跟隨器的輸入阻抗 。寬帶功率放大器丙類功率放大器YANGTZE NORMAL UNIVERSITY41四、整機四、整機 電路的裝調與測試電路的裝調與測試 電路的調試順序為：電路的調試順序為： 先分級調整單元電路的靜態(tài)工作點， 測量其性能參數(shù)；然后再逐級進行聯(lián)調，直到整機調試；最后進行整機技術指標測試。由于功放運用的是折線分析方法，其理論計算為近似值。此外單元電路的設計計算沒有考慮實際電路中分布參數(shù)的影響，級間的相互影響，所以電路的實際工作狀態(tài)與理論工作狀態(tài)相差較大，因而元件參數(shù)在整機調整過程中，修改比較大，這是在高頻電路整機調試中需要特別注意的。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY42四、整機四、整機 電路的裝調與測試電路的裝調與測試 1. 調頻振蕩級與緩沖級相聯(lián)時的常見故障調頻振蕩級與緩沖級相聯(lián)時，可能出現(xiàn)振蕩級的輸出電壓幅度