調(diào)頻發(fā)射與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、調(diào)頻發(fā)射與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握小功率調(diào)頻發(fā)射與接收系統(tǒng)的基本原理、電路設(shè)計(jì)與電路調(diào)試。第1節(jié) 調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)圖4.1為調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的基本組成框圖，表示的是直接調(diào)頻發(fā)射機(jī)的組成。本課題主要研究直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)。圖4.1 直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)組成框圖1、主要技術(shù)指標(biāo)發(fā)射功率發(fā)射功率一般是指發(fā)射機(jī)輸送到天線上的功率。只有當(dāng)天線的長(zhǎng)度與發(fā)射機(jī)高頻振蕩的波長(zhǎng)相比擬時(shí)，天線才能有效地把載波發(fā)射出去。波長(zhǎng)與頻率f的關(guān)系為f=c/f式中，c為地磁波傳播速度，c=3108m/s。若接收機(jī)的靈敏度US=2mV，則通信距離s與發(fā)射功率PA的關(guān)系為skm=1.07小功率發(fā)射系統(tǒng)的功率PA與通信距離s的關(guān)系

2、如表1所示。表1 發(fā)射功率PA與通信距離s的關(guān)系PA/mW50100200300400500s/km2.843.384.024.454.825.08工作頻率或波段發(fā)射機(jī)的工作頻率應(yīng)根據(jù)調(diào)制方式，在國(guó)家或有關(guān)部門(mén)所規(guī)定的范圍內(nèi)選取。對(duì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，工作頻率一般在超短波范圍內(nèi)。總效率發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的總功率PA與其消耗的總功率Pc之比稱為發(fā)射系統(tǒng)的總效率A，即A=PA/Pc (2-3)2、電路型式的選擇調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)是由調(diào)頻振蕩級(jí)、緩沖隔離級(jí)、倍頻級(jí)、高頻功率放大級(jí)等組成。如果振蕩器的振蕩頻率可以滿足發(fā)射載波頻率的要求，就可省去倍頻級(jí)。（1）調(diào)頻振蕩級(jí)本課題主要研究變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。選擇震蕩器的電路型式

3、是根據(jù)載波頻率f0、頻率穩(wěn)定度的技術(shù)要求決定的。如果課題要求的載波頻率f0不高，則可以采用LC調(diào)頻震蕩器。（2）緩沖隔離級(jí)將調(diào)頻震蕩器與功放級(jí)隔離，以減小后級(jí)對(duì)震蕩器頻率穩(wěn)定度及振蕩波形的影響。緩沖隔離級(jí)通常采用射極跟隨器電路。（3）功率推動(dòng)級(jí)為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率?？梢赃x擇在弱過(guò)壓工作狀態(tài)的丙類功放，也可以由甲類功放承擔(dān)。如果發(fā)射功率不大，且振蕩級(jí)的輸出功率能夠滿足末級(jí)功放的輸入要求，那么功率推動(dòng)級(jí)也可以省去。（4）末級(jí)功放要使負(fù)載(天線)上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機(jī)效率較高，應(yīng)選擇丙類功率放大器。末級(jí)功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機(jī)各部分的作用

4、，適當(dāng)?shù)睾侠矸峙涔β试鲆妗＃?）集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)上面概述的是調(diào)頻系統(tǒng)方框圖中各單元電路型式是選擇，各個(gè)單元電路可以由分立元件組成，也可以由集成電路組成。而單片集成FM低功率發(fā)射電路，則可包含調(diào)頻振蕩器級(jí)、緩沖隔離級(jí)、倍頻級(jí)等多個(gè)單元電路。單片集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)如圖4.2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。圖4.2集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)方框圖3、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）設(shè)計(jì)課題：小功率FM發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)（2）主要技術(shù)指標(biāo)：發(fā)射功率PA80mW，負(fù)載電阻RL=75，工作中心頻率f0=6.5MHz，最大頻偏fm=75kHz，總效率A50%。（3）本設(shè)計(jì)可提供的主要器件如下：高頻

5、小功率晶體管：3DG6；高頻小功率晶體管：3DG12；變?nèi)荻O管：2CC1D；高頻磁環(huán)：NXO-100；集成調(diào)頻發(fā)射IC：MC2833；通用印制電路板1塊；供調(diào)試發(fā)射用的75發(fā)射天線1根。第2節(jié) MC2833原理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)MC2833型單片調(diào)頻發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)是：(1)工作頻率高，可達(dá)100MHz以上，其典型應(yīng)用為49.7MHz；(2)供電電壓較低，為(38)V；(3)片內(nèi)增加了兩級(jí)放大器，在工作頻率為49.7MHz、負(fù)載為50、諧波衰減不低于50dB時(shí)，輸出功率可達(dá)10mW。圖4.3所示是MC2833的內(nèi)部組成方框圖。它是由可變電抗和高頻振蕩組成的調(diào)頻振蕩器、緩沖加兩級(jí)放大器組成的三倍頻功率放大

6、器、對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大的微音放大器以及電壓基準(zhǔn)四部分組成。MC2833各片腳的名稱與作用如下：腳：可變電抗輸出端，通過(guò)電感和晶體接到16腳高頻振蕩器上作為振蕩回路的一部分。腳：去耦端，外接一電容至地，起高頻旁路作用。腳：調(diào)制信號(hào)輸入端，信號(hào)由片內(nèi)微音放大器輸出端經(jīng)耦合電容送入，可控制可變電抗的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻震蕩器的頻率調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻波。腳：微音放大器輸出端，送出音頻信號(hào)。腳：微音放大器輸入端。腳：接地端。腳：第二放大管的 發(fā)射級(jí)端。腳：第二放大管的基級(jí)端。腳：第二放大管的集電級(jí)端。腳：電源輸入端( (38)V)。11.腳：第一放大管的集電級(jí)端。12.腳：第一放大管的發(fā)射級(jí)端。13.腳：第一放

7、大管的基級(jí)端。14.腳： 圖4.3 MC2833內(nèi)部組成方框圖高頻(射頻)輸出端，由內(nèi)部調(diào)頻振蕩器經(jīng)緩沖器送出。15、16.腳：高頻振蕩器的振蕩回路外接電容端。15、16.腳間接56pF，15腳接51pF到地。1、MC2833組成調(diào)頻發(fā)射機(jī)的基本原理語(yǔ)音通過(guò)話筒變成音頻電壓信號(hào)送給微音放大器進(jìn)行音頻電壓放大。此音頻電壓信號(hào)經(jīng)耦合電容送給可變電抗的輸入端腳3去控制可變電抗。而由受音頻電壓控制的可變電抗經(jīng)小電感和晶體與高頻振蕩器組成調(diào)頻振蕩電路，產(chǎn)生調(diào)頻波經(jīng)緩沖送給兩級(jí)三倍頻放大器。通過(guò)高頻振蕩器后，輸出載頻為49.875MHz的調(diào)頻波。2、實(shí)驗(yàn)電路本實(shí)驗(yàn)提供的實(shí)驗(yàn)板是一個(gè)由MC2833為主，并增

8、加了一級(jí)外接高頻功率放大器而組成的調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)。其電路如圖4.4所示。圖4.4 集成調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電路本發(fā)射系統(tǒng)的信息傳送過(guò)程：需傳送的信息(語(yǔ)音)經(jīng)過(guò)話筒變成音頻電信號(hào)，音頻電信號(hào)經(jīng)腳5送給微音放大器進(jìn)行音頻放大，然后放大的音頻信號(hào)從腳4經(jīng)2.2F的耦合電容送到腳3去控制可變電抗的大小?？勺冸娍古c3.3H電感、16.625MHz晶體串聯(lián)與高頻振蕩器的外接電容56pF、51pF組成調(diào)頻電容三點(diǎn)式振蕩電路，其載波振蕩頻率為16.625MHz。此調(diào)頻振蕩信號(hào)從片內(nèi)送給緩沖級(jí)，由腳14經(jīng)耦合電容送到由第一放大管組成的三倍頻放大器，其負(fù)載為由B1變壓器耦合的諧振回路，其諧振頻率為49.875MHz。

9、放大的三倍頻信號(hào)經(jīng)B1的次級(jí)傳送到第二放大管的基極腳8。第二放大管與B2變壓器耦合的諧振回路組成第二級(jí)三倍頻放大器，然后經(jīng)B2的次級(jí)送給由晶體管T3組成的高頻輸出級(jí)，經(jīng)天線將信號(hào)輻射出去。為了確保電源的穩(wěn)定，電路還增加了一個(gè)集成穩(wěn)壓電路7805，并在輸出級(jí)與集成單片的供電上采用高頻扼流圈和高頻旁路電容進(jìn)行去耦濾波，起到隔離作用。3、實(shí)驗(yàn)要求（1）學(xué)習(xí)掌握本實(shí)驗(yàn)電路的基本原理與信息傳輸過(guò)程。掌握發(fā)射系統(tǒng)各組成部分的功能及輸入、輸出信號(hào)的頻譜、波形以及各組成部分之間的關(guān)系。（2）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使實(shí)驗(yàn)的發(fā)射系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)的原理測(cè)量各功能電路的輸入、輸出波形頻率。（3）提出測(cè)量發(fā)

10、射系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的方法，并提出實(shí)現(xiàn)測(cè)量所需的儀器設(shè)備型號(hào)，完成主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析說(shuō)明發(fā)射系統(tǒng)各功能電路的作用及要求。分析說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)發(fā)射系統(tǒng)的特點(diǎn)以及對(duì)本實(shí)驗(yàn)發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的意見(jiàn)。第3節(jié) 調(diào)頻接收系統(tǒng)調(diào)頻接收系統(tǒng)的方框圖如圖4.5所示。圖4.5 調(diào)頻接收機(jī)方框圖1、調(diào)頻接收系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)工作頻率范圍：接收系統(tǒng)可以接收到的無(wú)線電波的頻率范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍。接收系統(tǒng)的工作頻率必須與發(fā)射機(jī)的工作頻率相對(duì)應(yīng)。靈敏度：接收系統(tǒng)接收微弱信號(hào)的能力稱為靈敏度。一般用輸入信號(hào)電壓的大小來(lái)表示。接收的輸入信號(hào)越小，靈敏度越高。選擇性：接收系統(tǒng)從各種信號(hào)和干擾中選出所需信號(hào)(

11、抑制不需要的信號(hào))的能力稱為選擇性。單位用dB(分貝)表示，dB數(shù)越高，選擇性越好。頻率特性：接收系統(tǒng)的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。輸出功率：負(fù)載輸出的最大不失真功率稱為輸出功率。2、電路型式選擇根據(jù)調(diào)頻接收系統(tǒng)的方框圖，它是由輸入回路、高頻放大器、混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器、鑒頻器、低頻功放等組成。（1）輸入回路由天線接收并通過(guò)饋線送給接收系統(tǒng)的各種電波信號(hào)，都要先送到有諧振特性的輸入回路。輸入回路是接收系統(tǒng)選擇信號(hào)的第一關(guān)。它的作用是初步選取接收系統(tǒng)要接收的某一載頻信號(hào)，盡量減少損耗地傳送到下一級(jí)，并抑制接收頻道以外的一切干擾信號(hào)。對(duì)輸入回路的要求；為了保證信號(hào)不產(chǎn)生頻率失真，通頻

12、帶要有適當(dāng)?shù)膶挾?。為了?duì)鄰頻道信號(hào)有足夠的衰減，要有一定的選擇性。輸入回路的電路型式有幾種，這里可以采用簡(jiǎn)單的單調(diào)諧回路，如圖4.6所示。圖4.6 接收系統(tǒng)的輸入回路（2）高頻電壓放大在輸入信號(hào)很微弱的情況下使用高頻放大器。高頻放大器的型式按器件可分為晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器和集成電路放大器。按負(fù)載的性質(zhì)可分為諧振和非諧振放大器。在高頻范圍內(nèi)采用任何一種型式的高頻電壓放大器都可滿足要求。（3）混頻器混頻器的作用就是將輸入信號(hào)的載頻fS與本振信號(hào)頻率fL進(jìn)行頻率變換，將輸入信號(hào)的載頻變成固定中頻的載波信號(hào)，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，本課程設(shè)計(jì)題目只研究低中頻?；祛l器有

13、晶體三極管混頻器、二極管混頻器、場(chǎng)效應(yīng)管混頻器、模擬乘法器構(gòu)成的混頻器等。至于選用哪種混頻器，要根據(jù)需要而定。需要變頻功率大，一般選用由三極管混頻器、場(chǎng)效應(yīng)管混頻器、模擬乘法器構(gòu)成的混頻器?；祛l器的工作頻率比較高的話，可采用二極管混頻器，其中的二極管可采用肖特基表面勢(shì)壘二極管。（4）本機(jī)振蕩器本機(jī)振蕩器就是產(chǎn)生頻率為fL的等幅振蕩信號(hào)，然后將信號(hào)送入混頻器與輸入信號(hào)的各個(gè)頻率分量進(jìn)行混頻，并由混頻器的輸出選頻回路選出fI= fLfS的中頻信號(hào)及上下邊頻分量。本機(jī)振蕩器的電路型式可以采用電容三點(diǎn)式電路和晶體振蕩器。（5）中頻放大器中頻放大器的任務(wù)是將混頻器的輸出信號(hào)進(jìn)行電壓放大，以滿足鑒頻器的輸

14、入信號(hào)幅度要求。根據(jù)混頻器輸出的中頻頻率來(lái)確定中頻放大器的型式。一般選用的中頻放大器有晶體三極管調(diào)諧放大器、場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)諧放大器、集成放大器等。（6）鑒頻器鑒頻器是完成調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)。鑒頻電路可分為三類，第一類是調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型的鑒頻器有雙失諧回路鑒頻器、相位鑒頻器、差分峰值鑒頻器等。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型的鑒頻器可以用模擬乘法器構(gòu)成。第三類是脈沖均值型。這種類型的鑒頻器有脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。鑒頻器的種類比較多，在本課程研究的高頻頻段內(nèi)每一類型鑒頻器都適應(yīng)。以上調(diào)頻接收機(jī)各個(gè)方框圖內(nèi)的單元電路，可以采用分立元件或集成電路組成調(diào)頻接收系統(tǒng)，也可以使用單片調(diào)頻接收系統(tǒng)。3、設(shè)計(jì)

15、任務(wù)（1）設(shè)計(jì)課題：調(diào)頻接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（2）主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率f0=6.5MHz，輸出功率P0=0.25W，RL=8，靈敏度1mV。（3）本設(shè)計(jì)可提供的主要器件如下：高頻小功率晶體管：3DG6、3DG8；集成模擬乘法器：XCC，MC1496；單片調(diào)頻接收IC：MC3362；高頻中周10A型；運(yùn)算放大器741；第4節(jié) MC3362原理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)MC3362型單片調(diào)頻接收機(jī)的特點(diǎn)：(1)工作頻率高，使用芯片內(nèi)部振蕩電路時(shí)，工作頻率可達(dá)200MHz，使用外接本振電路時(shí)，則工作頻率可高達(dá)450MHz；(2)接收靈敏度高，當(dāng)信噪比為12dB時(shí)，典型值可達(dá)0.3V；(3)功耗低，標(biāo)準(zhǔn)耗電電流只有3.6

16、mA(VCC=3V)；(4)供電范圍寬，(27)V均能正常工作；(5)音頻輸出電壓較大，約為350mV。另外，該芯片的噪聲低，鏡像選擇性好，并有接收信號(hào)強(qiáng)弱顯示器，其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)60dB。圖4.7所示是MC3362的內(nèi)部組成方框圖。它是由兩級(jí)混頻器和兩個(gè)本振源組成的兩級(jí)變頻，經(jīng)限幅放大送給鑒頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)頻解調(diào)。通常第一混頻級(jí)的第一中頻選為10.7MHz，可選用中心頻率為10.7MHz的三端陶瓷濾波器作為第一中頻的濾波器。第二混頻級(jí)的第二中頻選為455MHz，可采用中心頻率為455MHz的三端陶瓷濾波器作為第二中頻的濾波器。而第二本振信號(hào)源的頻率應(yīng)選為10.245MHz，這樣就能保證第二混頻器輸入

17、信號(hào)載頻為10.7MHz時(shí)與本振頻率10.245MHz相差為455MHz。圖4.7 MC3362內(nèi)部組成方框圖MC3362各引腳功能說(shuō)明如下：腳6是電源(Vcc)正端，腳16(Vee)是電源負(fù)端，也是公共地端。腳1和腳4是第一混頻器信號(hào)輸入端，可以平衡輸入，也可以不平衡輸入，腳24可用電容器高頻旁路。腳20、21、22、23是第一本振的相關(guān)引腳。其中，腳20是第一本振信號(hào)輸出端；腳21、腳22是第一本振的選頻電路連接端；腳23是可變電容控制端，內(nèi)部是一個(gè)變?nèi)荻O管，從腳23輸入控制電壓，可改變第一本振的頻率。腳19是第一混頻器的輸出端。腳17、18、2、3、4、5是第二混頻器的相關(guān)引腳，腳17

18、、18是第二混頻器輸入端，輸入的是第一中頻輸出的已調(diào)信號(hào)。腳2是第二本振內(nèi)部放大器的集電極輸出端，腳3是第二本振內(nèi)部放大器的發(fā)射極引出端，腳4是第二本振內(nèi)部放大器的基極引出端。通過(guò)外接晶體或選頻電路，內(nèi)部放大器與外接選頻電路構(gòu)成第二本振信號(hào)與腳17、腳18輸入的第一中頻信號(hào)同時(shí)加到第二混頻器，產(chǎn)生第二混頻信號(hào)的輸出端。腳7、8、9是限幅放大器的相關(guān)引腳，腳7是限幅器輸入端，腳8、9是限幅器退耦濾波端。腳10是電表驅(qū)動(dòng)指示端。由于限幅器消耗電流大小與信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)，通過(guò)電流表可以知道信號(hào)強(qiáng)弱情況。腳11是第二中頻載波檢測(cè)端。腳12是外接相移網(wǎng)絡(luò)線圈端子，從方框圖可看出，第二中頻已調(diào)信號(hào)和被移相了的第二中頻信號(hào)加到乘法器進(jìn)行鑒頻，產(chǎn)生音頻信號(hào)或數(shù)據(jù)信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，由腳13鑒頻輸出端輸出。腳14是比較器輸入端，腳15是比較器輸出端。1、由MC3362組成的接收系統(tǒng)由MC3362組成的接收系統(tǒng)是一個(gè)超外差接收系統(tǒng)，只是采用了兩級(jí)混頻等措施來(lái)提高系統(tǒng)的性能。采用MC3362與外電路組成接收系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)量。2、實(shí)驗(yàn)電路本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)由MC3362為主，增加了高頻放大器和音頻放大器而組成的調(diào)頻接收系統(tǒng)。其電路圖如圖4-8所