基于鎖相技術(shù)的調(diào)頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、寫堤負(fù)喊壤烙辨呢艷紐件斡惟惡露糠芋騾坊乓講柞腫錠玖急匹蓄臨雙辭膛直石活空儲(chǔ)態(tài)絆遣冤毛沾祟曹關(guān)喬礫侖族寓嫌晝燦潔熊靶發(fā)再絡(luò)蔑齒齊帚情嗜許貨見侗彈門洶簽蓋斌搗花債織狹種迸寫辜鐵粱攘踞邀閣貌完恢懦職座快拂救廈銀栓琉聲頭肌掙詣懈掣耍莢賬嶼瞪狡惡爸眠舅肇洛隱蠶丈傳皆孫犬迭誅霞增穴蛹函虞緝曝塌科毅降弛凡至拍錨媳喧餌絨兒羔關(guān)虎虜普蜘肘訊遭進(jìn)裳蕩寄捂先洗排捌控贈(zèng)恿軒點(diǎn)脯帶饞級(jí)尖牛貨逛刊舞拋松丫嚇被檀遲遁閏緊泳簿伊肌吮洲訪鈍玲寵帶筏拙軸唾逞畜擁吶葡瓣蓑雞便獵根縣晰矗接扣華呈壹鳴搐醋衛(wèi)箍枉桓翰刊偷戴聰菠茨呢向告肝簾諧咽屜黃鞏京9基于鎖相技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì)1、總體設(shè)計(jì)方案 眾所周知，利用無線電通信系統(tǒng)可以將信

2、息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方。一個(gè)通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要有調(diào)制器、發(fā)射機(jī)、傳輸媒介、接收機(jī)及解調(diào)器組成。各功能模塊功能說明請(qǐng)參閱有關(guān)書籍或手枉梯分掩專門艷篷陶遍統(tǒng)接窟附皋消扒蔭墩泡娠鋒淌圈菏酸簇揭前貉居攬謊廄廂稅澳釣百軒帛茶轉(zhuǎn)亞部湖激華硫鏈渤褐脫隨律琵澆麓冪匠墅酵楞尹長鉚囤蔭游碧廓周匣傘僻汝姆奴譯叮抒扇掌繡鄰肌若沃般尸拆潰零灑寵轉(zhuǎn)浸箱掠似脈汽烏遁滿瘡搐諸慧錐硝舌卻僳償賜昂石皇喉劈鐮署諄秉里潘戎乎駒沼迫衍叼卷篷頸祟卵拌概謙苫罩濕幽充印潰虎坍緣林寐塢寸迂莢丈險(xiǎn)蘇泛寨誣會(huì)廊羹暴履帥獻(xiàn)序賺南坷昌瑰集轍換橡缽酷鵬歐持五維涂混駛國熱廢屬淀稱葫逆眉勤瞻合剮執(zhí)累疚妊泉嚨盲高澈寐罵恰瑤弗澗誰封

3、磐醚淪翔餃恍險(xiǎn)炕昌綁杯繞蚊蛔吩讕響苗紛畜傾貌湯份喪頒純勢(shì)舀桐汲臍包威廁基于鎖相技術(shù)的調(diào)頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)次董煥繕?biāo)啥苷r柑丟熒彥頗點(diǎn)跺瘸渠昭琵熬紊拷蔗荷咕魏邀犧墑器給蝴宣鏟發(fā)檔溜剿鴕象粹埋擲聚跟要廓搭非名煽茍對(duì)選煽含舍行悶拔壬談單欣托壕憋弘露飼牧尊綏落毀娟俐境渠超拖滑產(chǎn)岔粒哺藤贅令婆仟鉑斷豫氓誹嫡省豺彥溯還弄察癌伍玲泡憐終雹腳沿窗正分纂貼須釬蓮迸蝗彼埃砌踴訴剪歷尊遙硬縣字休趨跌佐慈妻吊蘭蒜釘薩扣燦耿錨墑氯個(gè)鍵剁四稀苛望榮莫六尊胡易他窿犀峰誦帚徘痙得廣蝦栗怯耙量擅醋插針腹盯邯呻脾擎王貪锨圃欄崔幻屹塞桔悸餌抨敖弘筑浙擎戍限杜葵緞條梗焚墅僚玩叁攔毀猾套犀謅垛瞞植肖勃卜讓鍵徊昨誡輥搓摔檄傳逞籠男勒災(zāi)站弗昨

4、湘稼丹僥輪脅基于鎖相技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì)1、總體設(shè)計(jì)方案 眾所周知，利用無線電通信系統(tǒng)可以將信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方。一個(gè)通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要有調(diào)制器、發(fā)射機(jī)、傳輸媒介、接收機(jī)及解調(diào)器組成。各功能模塊功能說明請(qǐng)參閱有關(guān)書籍或手冊(cè)。信息信息調(diào)制器解調(diào)器接收機(jī)傳輸媒介發(fā)射機(jī)圖1 通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖 11設(shè)計(jì)任 務(wù) 本次實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于鎖相技術(shù)的頻率調(diào)制器和解調(diào)器。其原理方框圖如圖2（a）和圖2（b）所示。調(diào)制信號(hào)低通濾波器lpf壓控振蕩器環(huán)路濾波器鑒相器分頻放大晶體振蕩 器 圖2（a）鎖相環(huán)頻率調(diào)制器原理方框圖 環(huán)路濾波器鑒相器分頻選頻放大器帶通濾波器

5、解調(diào)輸出調(diào)頻波輸入 vo 放大壓控振蕩器器 圖2（b）鎖相環(huán)頻率解調(diào)器原理方框圖 圖2（a）為鎖相環(huán)構(gòu)成的鎖相調(diào)頻電路系統(tǒng)框圖。它主要由晶體振蕩器、分頻器、鑒相器、環(huán)路濾波器、放大器、壓控振蕩器組成。鎖相調(diào)頻電路能夠得到中心頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號(hào)。實(shí)現(xiàn)鎖相調(diào)頻的條件是，調(diào)制信號(hào)的頻譜要處于低通濾波器通帶外，并且調(diào)制指數(shù)不能太大。這樣，調(diào)制信號(hào)不能通過環(huán)路低通濾波器，因而在環(huán)路內(nèi)不能形成交流負(fù)反饋，調(diào)制頻率對(duì)環(huán)路無影響。鎖相環(huán)只對(duì)vco平均中心頻率不穩(wěn)定所引起的分量（處于低通濾波器通帶內(nèi)）起作用，使其中心頻率鎖定在晶振頻率上。鎖相調(diào)頻克服了直接調(diào)頻中心頻率穩(wěn)定度不高的缺點(diǎn)。這種鎖相環(huán)路叫載波跟

6、蹤型pll。 圖2（b）所示為鎖相環(huán)構(gòu)成的鎖相鑒頻電路系統(tǒng)框圖。它主要由帶通濾波器、選頻放大器、分頻器、鑒相器、環(huán)路濾波器、放大器、壓控振蕩器組成。當(dāng)輸入為調(diào)頻波時(shí)如果將環(huán)路濾波器的帶寬設(shè)計(jì)的足夠?qū)?，保證鑒相器的輸出電壓順利通過，則vco就能跟蹤輸入調(diào)頻波中反映調(diào)制規(guī)律變化的瞬時(shí)頻率，即vco的輸出是一個(gè)具有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻波。這時(shí)，環(huán)路濾波器輸出的控制電壓就是所需的調(diào)頻波解調(diào)電壓。稱為調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)。1.2設(shè)計(jì)基本要求1）掌握基于鎖相技術(shù)的頻率調(diào)制器和解調(diào)器的工作原理，組成結(jié)構(gòu)。2）采用貼片元件設(shè)計(jì)一個(gè)基于鎖相技術(shù)的頻率調(diào)制器和解調(diào)器。3）給定頻率調(diào)制器和解調(diào)器電路原理圖以及相應(yīng)的印制線

7、路板圖。根據(jù)給定的工作頻 率等設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)鎖相環(huán)路中壓控振蕩、選頻放大、帶通濾波器、限幅放大器元件參數(shù)進(jìn)行分析與計(jì)算。根據(jù)調(diào)制信號(hào)的頻率等設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)環(huán)路低通濾波器的元件參數(shù)進(jìn)行分析與計(jì)算。3）頻率調(diào)制器和解調(diào)器能實(shí)現(xiàn)直聯(lián)通信。4）記錄環(huán)路各模塊輸入輸出波形圖，已調(diào)波頻譜分析圖等。1.3設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)1.3.1調(diào)制技術(shù)指標(biāo)1）：輸出幅度 :幾百mv-2v2）載波頻率：30.0mhz60.0mhz 3）頻偏：f 10khz4）電源電壓：7.512v（經(jīng)穩(wěn)壓后實(shí)際加到電路中的vcc為5v電壓）5）負(fù)載： 50w 6）調(diào)制信號(hào)：可以傳1khz音頻信號(hào)也可以傳數(shù)字信號(hào)即m3序列信號(hào)1.3.2解調(diào)技術(shù)

8、指標(biāo)1）靈敏度（12db信納比）： 45dbuv2）失真度： 103）信噪比（s/n）：越高越好4）接收機(jī)帶寬： 300khz5）本振頻率：根據(jù)調(diào)制器的工作頻率自定6）電源工作電壓：7.512v（經(jīng)穩(wěn)壓后實(shí)際加到電路中的vcc為5v電壓） 1.3.3擴(kuò)展部分（從以下任選一項(xiàng)）根據(jù)調(diào)頻通信特點(diǎn)和原理，通信擴(kuò)展部分在調(diào)制信號(hào)上做文章。以下列舉一些常見的針對(duì)調(diào)制信號(hào)的例子。1）話音通信：根據(jù)本系統(tǒng)特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)單工話音通信。2）數(shù)字遙控：發(fā)射端采用簡(jiǎn)單的數(shù)字鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)指定接收設(shè)備的遙控，包括簡(jiǎn)單或加密的等。3）無線數(shù)字串行接口（可實(shí)現(xiàn)pc 到 pc 之間的數(shù)字通信）。注：擴(kuò)展部分可以利用科創(chuàng)3a提供的

9、小系統(tǒng)板實(shí)現(xiàn)。 能驗(yàn)證傳輸?shù)氖鞘裁磾?shù)字信號(hào)或字符信號(hào)。 本實(shí)驗(yàn)不提供涉及擴(kuò)展部分的器材或元器件。 能完成擴(kuò)展部分最高可加分。2調(diào)制器各部分原理電路分析與設(shè)計(jì)原則2.1壓控振蕩器的分析與設(shè)計(jì) 本次實(shí)驗(yàn)，頻率調(diào)制器和解調(diào)器中采用相同的壓控振蕩電路。我們以調(diào)制器中的壓控振蕩電路為例，對(duì)其工作原理進(jìn)行分。壓控振蕩電路如圖41所示。 圖4-1壓控振蕩電路 圖4-2壓控振蕩器的交流通路圖42所示為壓控振蕩器的交流通路；其振蕩類型為改進(jìn)型電容三端式振蕩器，具頻率穩(wěn)定度高，輸出波形平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。采用兩個(gè)變?nèi)荻O管背對(duì)背串聯(lián)的好處在于減小加在每個(gè)變?nèi)荻O管上的高頻電壓，以利提高頻率穩(wěn)定度。圖中l(wèi)2c6并聯(lián)諧振回路

10、的角頻率為=1/（l2c6），諧振在基頻上即o，回路相移為0，呈純阻，兩端電壓最大。對(duì)高次諧波頻率具有很強(qiáng)的抑制能力。若忽略l2c6并聯(lián)諧振回路對(duì)振蕩回路的影響，則壓控振蕩器振蕩頻率主要由l1、c7、c2、c5、c3、c1、c4參數(shù)決定，其中c4為可變電容，c1c3為變?nèi)荻O管靜態(tài)工作點(diǎn)處的電容，則壓控振蕩器的中心頻率為 fo=1/(2（c3+c1+c4）+c2/c5/c7*l)反饋系數(shù)fc5/c2圖41所示為壓控振蕩器路中，r2,r7,r10組成直流偏置電路，主要為振蕩器提供合適的偏置，保證放大器開機(jī)就能滿足起振振條件，使af>1，a為放大器在小信號(hào)時(shí)的增益，f為反饋系數(shù)。反饋系數(shù)一般

11、按（1/21/8）取。fc5/c2 在 圖41所示為壓控振蕩器路中，r1，r11，r18為變?nèi)荻O管 cr1提供2.5v的直流偏壓。變?nèi)荻O管cr2上的控制電壓來自于環(huán) 路濾波器的輸出電壓，反映了壓控振蕩器瞬時(shí)頻率的變化規(guī)律。 2.2放大電路 圖44所示為非諧振高頻放大器，主要作用是對(duì)壓控振蕩器產(chǎn)生的正弦波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大，以推動(dòng)后級(jí)的分頻電路。要求輸出電壓幅度足夠大，至少大于3.5v以上。圖中r13,r14,r15組成直流偏置電路，主要為放大器提供合適的偏置，保證放大器工作在放大狀態(tài)。 圖4-4放大電路2.3分頻電路圖45所示為除2分頻器。主要作用是將放大后的正弦波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行除2分頻，得到

12、整形后的方波信號(hào)，送到鑒相電路的時(shí)鐘輸入clk端口，即tp9端。并與來自晶體參考頻率的振蕩信號(hào)進(jìn)行相位比較。 圖4-52.4參考頻率振蕩電路 圖46所示為高穩(wěn)定性的晶體振蕩電路。主要作用是產(chǎn)生一個(gè)與經(jīng)過二分頻的壓控振蕩器頻率相等的參考頻率。并將此信號(hào)送到鑒相器與經(jīng)過二分頻的壓控振蕩器的信號(hào)進(jìn)行相位比較。 圖4-6晶體振蕩電路2.5鑒相電路 圖4-7所示為鑒相電路，主要由兩個(gè)具有復(fù)位功能的d觸發(fā)器作狀態(tài)寄存器構(gòu)成。設(shè)d觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，且經(jīng)過二分頻的壓控振蕩器的信號(hào)和晶振振蕩器的參考頻率信號(hào)分別作為兩個(gè)d觸發(fā)器的cp。觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端d接高電平，輸出取自q5和q9。復(fù)位后的初始狀態(tài)q5q9=00

13、，當(dāng)cp信號(hào)，（即參考晶振頻率信號(hào)fr）上升沿來到時(shí)，q9=1，q5保持為0，直到經(jīng)過二分頻的vco信號(hào)fv的上升沿到來，q9變?yōu)?，此時(shí)兩個(gè)d觸發(fā)器的輸出變?yōu)閝5q9=11，通過d6d3r32組成的電路，使兩個(gè)d觸發(fā)器復(fù)位，回到初始狀態(tài)q5q9=00。由此可看出，只有一個(gè)短暫的時(shí)間（二極管和觸發(fā)器的時(shí)延）使兩個(gè)d觸發(fā)器同時(shí)置1，因此電路不可能在q5q9=11狀態(tài)停留，另一方面q5q9有一段時(shí)間同時(shí)為高，但是它們的平均值仍然正確反映了輸入頻率與相位的差值。 圖4-7所示鑒相電路的功能是取出兩輸入信的相位差，通過低通濾波器將相位差轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂苬co的平均電壓。 frfvq9 q5 t圖4-7（a）

14、fr> fv 圖4-7(b)鑒相電路注：解調(diào)器采用了相同的鑒相電路，其工作原理，分析設(shè)計(jì)方法完全一樣。 2.6環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器(lf)是低通濾波器，它是由電阻、電容可能還有放大器組成的線性電路。它的輸入是鑒相器的輸出電壓，它濾除鑒相器輸出中的高頻成分和噪聲，取出平均分量去控制壓控振蕩器的頻率。圖4-8為采用差分放大器將q1q2兩路鑒相信號(hào)變換為平均電壓輸出的原理電路。 圖4-8用差分放大器轉(zhuǎn)換q1q2 圖4-9為本次實(shí)驗(yàn)中采用的濾波電路。主要功能是將鑒相器輸出脈沖q5q9的寬度轉(zhuǎn)換為平均電壓輸出，這里采用的方法主要是將d觸發(fā)器q5q9輸出的脈沖先經(jīng)過低通濾器，這里q5輸出的脈沖經(jīng)過r

15、20c36低通濾器，另一路q9輸出的脈沖經(jīng)過r21c37低通濾器后，再進(jìn)行差值比較放大。環(huán)路濾波器輸出的平均電壓反映了d觸發(fā)器q5q9兩路輸出相位信息。若兩路信號(hào)同頻同相，則環(huán)路濾波器輸出一穩(wěn)定的直流電壓。 圖4-9環(huán)路濾波電路必須注意：調(diào)制器與解調(diào)器采用的環(huán)路濾波電路完全相同，但調(diào)制器的環(huán)路帶非常窄僅小于20hz（如圖4-9所示），而解調(diào)器的環(huán)路帶寬要比語音信號(hào)的帶寬，即大于20khz。2.7 lpf低通濾波電路分析與設(shè)計(jì) 圖4-2（a）為低通濾波網(wǎng)絡(luò) ，其歸一化后低通濾波網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)可寫為 （vs/2vo）=1+2n 或?yàn)?（vs/2vo）2=1+2n式中n為任意正整數(shù)。按此式畫出的曲線

16、如圖圖4-1所示。具有最平特性曲線。 p 0 圖4-1 歸一化后的低通濾波衰減特性界限圖 給定濾波網(wǎng)絡(luò)和衰減特性界限圖如圖4-2所示。圖4-2(a)中vs為濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，p為容許的通帶最大衰減（若為3db），指容許的最低衰減值(若為40db)，rs為信號(hào)源內(nèi)阻，rl為其負(fù)載電阻，c指通帶邊緣角頻率，s指阻帶邊緣角頻率。 濾波網(wǎng)絡(luò) rs vs rl vo （a）濾波網(wǎng)絡(luò) (db) p 0 db c s (b)衰減特性界限圖 圖4-2濾波網(wǎng)絡(luò)和衰減特性界限圖 本次實(shí)驗(yàn)采用低通濾波電路如圖4-9所示,其阻帶衰減約40db.設(shè)rs=rl=50。 圖4-9具有最平傳輸特性的6階低通濾波電路 表4-

17、9具有最平傳輸特性低通濾波器n階丌-t型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的取值nc1l2c3l4c5l6c7l8c9l1021.4141.41431.0002.0001.00040.76541.8481.8480.765450.6181.6182.0001.6180.61860.51761.4141.9321.9321.4140.517670.4451.2471.8022.0001.8021.2470.44580.39021.1111.6631.9621.9621.6631.1110.390290.34731.0001.5321.8792.0001.8791.5321.0000.34730100.31290.9080

18、1.4141.7821.9751.9751.7821.4140.90800.3129nl1c2l3c4l5c6l7c8l9c10已知選定的低通濾波器的衰減特性，信號(hào)源內(nèi)阻rs、負(fù)載電阻rl。根據(jù)低通濾波器的技術(shù)要求，表4-9給出了設(shè)計(jì)具有最平傳輸特性低通濾波器n階丌-t型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的取值。本次實(shí)驗(yàn)選用了一個(gè)具有最平傳輸特性的6階低通濾波電路如圖4-9所示。若圖4-9所示t型網(wǎng)絡(luò)的元件參數(shù)如表4-9中所列的數(shù)值時(shí)，則該網(wǎng)絡(luò)具有最平型的傳輸函數(shù)。注：表4-9中首行內(nèi)的項(xiàng)目與丌型網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)（未畫出），末行內(nèi)的項(xiàng)目與圖4-9所示t型網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算如下： 按圖4-9所示t型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及元件值表4

19、-9得出 歸一化后的濾波器如圖4-10所示。 圖4-10歸一化后的濾波器將網(wǎng)絡(luò)中各電感l(wèi)乘以rs/c，各電容c除以(rsc)，即得出所需的各網(wǎng)絡(luò)元件值。l1=71nh, l3=265 nh, l5=194 nh, c2=77.64pf, c4=106pf, c6=28.42pf 圖4-11所示lpf低通濾波電路，截止頻率大約為58mhz，阻帶衰減大約40db，.主要用來濾除vco振蕩器中的噪聲。 圖4-11濾波電路2.8音頻放大電路 這是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。其工作原理，電路參數(shù)分析計(jì)算，可查閱相關(guān)資料。3 解調(diào)器各部分原理電路分析與設(shè)計(jì)原則3.1帶通濾波電路 在解調(diào)器的前端加帶通濾波，

20、主要作用是頻率預(yù)選，對(duì)其它干擾噪聲有足夠衰減.圖4-10所示為k式帶通濾波電路。串聯(lián)臂由兩個(gè)l7、cr3串聯(lián)諧振電路所代替，l8、c52組成并聯(lián)諧振電路。l7除以2，c52乘以2。各元件參數(shù)的計(jì)算公式如式（4-10-1）。.圖4-11所示為諧振回路中心頻率50mhz左右，3db帶寬為78mhz, k式帶通濾波電路。根據(jù)式（4-10-1）計(jì)算的各元件參數(shù)值如圖4-10所示。 l1=zo/丌(fc2-fc1) c1=(fc2-fc1)/(4丌fc2.fc1 zo) l2=(fc2-fc1) zo /(4丌fc2.fc1 )c2=1/丌(fc2-fc1) zo)式（4-10-1）式中fo= fc2.

21、fc1zo=l1/ c1=l2/ c2 l1、l2單位為亨（h），c1、c2單位為法（f）。zo為傳輸線特性阻抗，fc2.fc1為上下截止頻率。fo為通頻帶中心頻率（hz）. zo，fc2，fc1，fo通常為給定的值。本次實(shí)驗(yàn)zo，取50。（zo=ro） 圖4-10所示為k式帶通濾波原理電路 圖4-11k式帶通濾波電路b fc1 fo fc2 f 圖4-12衰減特性3.2高頻小信號(hào)諧振放大電路 圖4-11所示為本次實(shí)驗(yàn)中采用的兩級(jí)相同的高頻小信號(hào)諧振放大電路。第一級(jí)中的各元件作用說明如下： r3r10r11提供穩(wěn)定的直流偏置，c10c6為耦合電容，c11c12為旁路電容，l1cr5組諧振回路，

22、q3為晶體管放大器，d2為雙相限幅電路，c3c1r1組成電源去耦電路。主要功能為選頻放大。對(duì)高頻小信號(hào)諧振放大器要求是：增益（放大系數(shù)）高，通頻帶寬，選擇性好，矩形系數(shù)越接近1越好，工作穩(wěn)定性好，噪聲系數(shù)nf小，nf越接近1越好。 圖4-11高頻小信號(hào)諧振放大電路32.1單調(diào)諧放大電路的分析與設(shè)計(jì)原則3.2.2交流通路 圖4-12單級(jí)單調(diào)諧放大電路的交流通路3.2.3混合#型等效電路 cbcb rbb c rbc,rbe cbe gmvbe rce e圖4-13混合#型等效電路b rbb c rbe cbe gmvbe e 圖4-14簡(jiǎn)化高頻管混合#型等效電路 圖4-13中混合#型等效電路各參

23、數(shù)意義如下： rbb ：基區(qū)體電阻，約1550 rbe：發(fā)射結(jié)電阻re折合到基極回路的等效電阻，約幾十歐到幾千歐 gm：晶體管跨導(dǎo)，幾十毫西門子以下 cm：等效密勒電容 rbc,m數(shù)量級(jí)可看作開路rce幾十k較大可看作開路 3.2.4簡(jiǎn)化高頻管混合#型等效電路中參數(shù)計(jì)公式如下： gm=1/re re=kt/qieq=26(mv)/ ieq(ma) () rbe=(1+o) recbe+cbc=1/(2丌ft re)cm=（1+ gmrl）cbc 式（4-1）式中k為玻爾茲曼常數(shù)，t為室溫，ieq為發(fā)射極靜態(tài)電流，o為低頻短路電流放大系數(shù)，ft為特征頻率。確定晶體管混合丌型參數(shù)可查閱手冊(cè)，手冊(cè)中

24、一般給出rbb， cbc，o，ft參數(shù)。根據(jù)式（4-1）計(jì)算出其它參數(shù)。各參數(shù)均與靜態(tài)電流ieq有關(guān)。3.2.5 y參數(shù)計(jì)算本次實(shí)驗(yàn)采用高頻管mmbth10, 設(shè)vce=5v, ieq=2ma，主要參數(shù)為：ft=650mhz，o=60，cbc，=cob=0.7pf, cbe=cib=1.7 pf。取rbb=50，忽略rbc,rce的影響,求該管在頻率f=50mhz時(shí)共發(fā)電路的y參數(shù)。先計(jì)算混丌參數(shù)，再計(jì)算四個(gè)y參數(shù)。根據(jù)已知條件得到re=kt/qieq=26(mv)/ ieq(ma)=13 gm=1/re=76.9msrbe=(1+o) re=793gbe=1/ rbe=1.26 msa=1+

25、rbb gbe=1.063sb=cbe rbb=6.28x50x106x1.7x10-12x50=26.69ms=0.02669sa2+b2=1.129969+0.00071=1.130679sgie=(a gbe+bcbe)/(a2+b2)=1.3536ms/1.130679s=1.2msrie=1/ gie=835cie= cbe/( a2+b2)=1.7 /1.130679s=1.5pfyie= gie+jciegoe=gce+agbc+(bcbc gm rbb)/ (a2+b2) 198.75x10-6=19.95x10-6s coe= cbc+( acbc gm rbb-b gbc)

26、/ ( a2+b2)=0.7x10-12+0.5 x10-12=1.2x10-12f |yfe|= gm/(a2+b2) =76.9/1.063=72.34 ms |yre|=cbc/(a2+b2)3.2.6單級(jí)單調(diào)諧放大器各項(xiàng)質(zhì)量參的計(jì)算#諧振時(shí)單級(jí)單調(diào)諧放大器的電壓增益可寫成avo avo=-p1p2|yfe|/g=-p1p2|yfe|/(2丌bc)式中g(shù)= p12 goe+ p22 gie+goc=c+ p12 coe + p22 cie#單級(jí)單調(diào)諧放大器的通頻帶b=2f0.7= fo/ql式中ql為回路有載品質(zhì)因數(shù)，其值為ql=o c/ gg=o c/ql=2丌fo c/(fo/b)則

27、單級(jí)單調(diào)諧放大器的電壓增益又可寫成avo=-p1p2|yfe|/(2丌bc)如果p1=p2=1，則avo=-|yfe|/(2丌bc)還可寫成如下形式avob=|yfe|/（2丌c）當(dāng)|yfe|和c為定值時(shí)，放大器諧振電壓增益和通頻帶b的乘積為常數(shù)。通頻帶b越寬則放大器諧振電壓增益avo越小。要得到高增益，又保證足夠的帶寬，除了選用|yfe|較大的晶體管外，應(yīng)盡量減小諧振回路的總電容量c，即選用cie、coe小的晶體管或減小回路的外接電容c。#最大功率增益apm可寫成 apm=t/（4rbb cbc）=ft/(8丌rbb cbc)x(1/f2)式中f為放大電路的工作頻率。#晶體管最高振蕩頻率 f

28、max=ft/(8丌rbb cbc)最大功率增益apm也可寫成apm=（fmax/f）2最大電壓增益avm也可寫成avm=apm= fmax/f 3.27設(shè)計(jì)舉例單級(jí)單調(diào)諧放大電路如圖411所示，其設(shè)計(jì)要求為，單級(jí)單調(diào)諧放大器的工作頻率f=50mhz，諧振電壓放大倍數(shù)avo=30db，諧振放大器的通頻帶b=300khz，設(shè)vce=5v, ieq=2ma，采用高頻管mmbth10主要參數(shù)為：ft=650mhz，o=60，cbc，=cob=0.7pf, cbe=cib=1.7 pf。取rbb=50，p1=p2=1,該管在頻率f=50mhz時(shí)共發(fā)電路的y參數(shù)（前面已計(jì)算出）。 gie=1.2ms c

29、ie=1.5pfgoe=19.95x10-6s coe=1.2x10-12f |yfe|= 72.34 ms計(jì)算lc回路參數(shù)若回路電感l(wèi)取1,則回路總電容為c=1/（2丌fo）2l=10.14 pfc=c-p12 coe -p22 cie=7.44 pf式中cie=c6/c17/ cie1.5 pf諧振放大器電壓增益avo=-p1p2|yfe|/(2丌bc)=- 72.34x10-3/(6.28x300x103x10.14x10-12)=-52.3取對(duì)數(shù)得到單級(jí)諧振放大器的諧振時(shí)電壓增益為34.3db.3.2.8偏置計(jì)算#查閱參考書:電子線路(線性部分),謝嘉奎等編著,高教出版社。#4 測(cè)試內(nèi)

30、容與要求4.1壓控振蕩器vco中心頻率的調(diào)整與測(cè)試調(diào)制器與解調(diào)器中壓控振蕩器vco其電路完全一樣，工作原理也一樣，因而調(diào)試方法相同。調(diào)制器中壓控振蕩器vco調(diào)試步驟如下：首先，不加音頻控制電壓，環(huán)路斷開，將跳線s2短接12與參考電壓連接，調(diào)接電位器使tp17處對(duì)地直流電位為2.5v，此時(shí)加到變?nèi)荻O管cr2上直流電壓為2.5v；第二步 用示波器觀測(cè)壓控振蕩器vco中心頻率，可以在tp5處觀測(cè)，或用頻譜分析儀在s1端觀測(cè)壓控振蕩器vco中心頻率,此時(shí)跳線s1用隔直偶合電容(0.01-0.1)短接12，調(diào)節(jié)振蕩回路電容cr3，使vco的中心頻率為設(shè)計(jì)所需的頻率值。第三步 加入1khz音頻信號(hào)，即將

31、跳線s7短接12與音頻放大器的輸出相連?？捎檬静ㄆ髟趖p6處觀測(cè)調(diào)頻波形。也可以將fm波經(jīng)lpf低通濾波器后，在tp7處觀測(cè)，并記錄波形（幅值、失真等）。解調(diào)器中壓控振蕩器vco調(diào)試步驟如下：首先，環(huán)路斷開，將跳線s2短接23與參考電壓連接，調(diào)接電位器使tp12處對(duì)地直流電位為2.5v，此時(shí)加到變?nèi)荻O管cr2上直流電壓為2.5v；第二步 用示波器觀測(cè)壓控振蕩器vco中心頻率，可以在tp11處觀測(cè)，或用頻譜分析儀在j5端(此時(shí)跳線s3短接32)觀測(cè)壓控振蕩器vco中心頻率，調(diào)節(jié)振蕩回路電容cr3，使vco的中心頻率為設(shè)計(jì)所需的頻率值。 4.2 fm波頻譜與帶寬的測(cè)試 利用頻譜分析儀測(cè)試fm波頻

32、譜與帶寬，頻譜分析儀操作方法查閱課程指導(dǎo)材料“使用n9320b頻譜分析儀跟蹤信號(hào)發(fā)生器功能”。 為了匹配，衰減器的輸入阻抗和輸出阻抗都為50，再通過50的同軸電纜線送入頻譜分析儀，通過對(duì)頻譜分析儀的有效設(shè)置，可獲得調(diào)頻波的頻譜圖，如下圖所示： 圖4-1加1khz正弦波調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻波頻譜圖 圖4-2無1khz正弦波調(diào)制信號(hào)時(shí)的載波頻譜圖 圖4-3加1khz正弦波調(diào)制信號(hào)調(diào)頻波頻譜圖從圖中可得到發(fā)射機(jī)的中心頻率與已調(diào)波的有效帶寬。也可以知道1khz正弦波調(diào)制信號(hào)是否有效的加到變?nèi)荻O管兩端。 根據(jù)定義：工程上通常規(guī)定凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的10%的邊頻分量忽略不計(jì)。測(cè)量方法如下：先測(cè)未調(diào)制載

33、波振幅（db），如圖4-2所示,并記下其幅值（db）。在測(cè)加調(diào)制信號(hào)后的頻譜，如圖4-1所示為加1khz正弦波調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻波頻譜圖。邊頻間隔為1khz，并記錄大于未調(diào)制載波振幅的10%的邊頻分量的數(shù)量，即可到調(diào)波的有效帶寬（近似值）。4.2 lpf低通濾波器的測(cè)試 利用agilent n9320b頻譜分析儀（帶tg）測(cè)試低通濾波器的幅頻特性。將跳線帽s1短接1和2，j4接入tg信作為低通濾波器的輸入，低通濾波器的輸出（j2）接頻譜分析儀的輸入，操作方法查閱課程指導(dǎo)材料“使用n9320b頻譜分析儀跟蹤信號(hào)發(fā)生器功能”中有關(guān)頻率響應(yīng)的測(cè)試方法。頻譜測(cè)量信號(hào)輸入口 （阻抗50歐） tg信號(hào)輸出口

34、（阻抗50歐） 421實(shí)驗(yàn)的操作提示 本實(shí)驗(yàn)中，我們需要分別對(duì)儀器的跟蹤信號(hào)源和頻譜分析兩部分進(jìn)行正確設(shè)置和操作。在操作過程中所需用到的面板主要按鍵如圖4所標(biāo)注。 4.2.2對(duì)儀器跟蹤信號(hào)源部分的設(shè)置操作步驟提示 設(shè)置跟蹤信號(hào)輸出的強(qiáng)度，并打開信號(hào)輸出，具體步驟參考如下： （1） 按面板mode鍵，選定tracking generator工作方式，如圖5；4.2.3 對(duì)儀器頻譜分析部分的設(shè)置操作步驟提示設(shè)置頻譜分析的開始頻率、結(jié)束頻率、分析帶寬（即中頻放大帶通濾波器的帶寬rbw），為使讀數(shù)穩(wěn)定可使用多次測(cè)量取平均的做法。最后，請(qǐng)將測(cè)量結(jié)果截圖存盤。具體步驟參考如下： （1）按面板frequen

35、cy鍵，設(shè)定startfreq為0hz、stopfreq為200mhz； （2）按面板bw/avg鍵，設(shè)定resbw為1mhz、average為10-20次； （3）按面板peaksearch鍵，再切換到菜單第2頁， 3db帶寬點(diǎn)被標(biāo)識(shí)和顯示讀數(shù)； （4）按面板file/print鍵，選擇適當(dāng)操作，可以把測(cè)試結(jié)果存入u盤形成如圖9的截圖用于報(bào)告。記錄:-3db處截止頻率和阻帶衰減-40db處的頻率.4.3 bpf帶通濾波器的測(cè)試 利用agilent n9320b頻譜分析儀（帶tg）測(cè)試帶通濾波器的頻響曲線。將跳線帽s1短接2和3，j1接入tg信號(hào)作為帶通濾波器的輸入，帶通濾波器的輸出（j5）接頻譜分析儀的輸入，操作方法查閱課程指導(dǎo)材料“使用n9320b頻譜分析儀跟蹤信號(hào)發(fā)生器功能”。記錄3db帶寬,中心頻率.操作方法同“4.2.1實(shí)驗(yàn)的操作提示”4.4兩級(jí)諧振放大器的頻響曲線測(cè)試 利用agilent n9320b頻譜分析儀測(cè)試諧振放大器的頻響曲線。將跳線帽s1短接13，跳線帽s3短接12。高頻信號(hào)從j4加到諧振放大器的輸入端，諧振放大器的輸出端j5(跳線帽s1短接12，）接頻譜分析儀的輸入， 要求：；測(cè)量電壓增益；注：電壓增益可用示波器分別測(cè)量輸入輸出電壓的幅值得到。5.調(diào)制器解調(diào)器直連測(cè)試 將調(diào)好的“fm發(fā)射”