半雙工調(diào)頻對講機(jī)

1、 非線性電子線路課程設(shè)計報告 半雙工調(diào)頻無線對講機(jī)專 業(yè)：通信工程指導(dǎo)老師：xxx學(xué) 號：xxxxxx姓 名：xxx 電子與信息工程學(xué)院 2015年12月7日摘要隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，各種通信設(shè)備也應(yīng)運而生，如手機(jī)，電腦，對講機(jī)等無線通信設(shè)備，。半雙工即Half duplex Communication，是指在通信過程的任意時刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能有一個方向上的傳輸存在。采用半雙工方式時，通信系統(tǒng)每一端的發(fā)送器和接收器，通過收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)接到通信線上，進(jìn)行方向的切換，因此，會產(chǎn)生時間延遲。收/發(fā)開關(guān)實際上是由軟件控制的電子開關(guān)。半雙工方式要求收發(fā)兩端都有發(fā)送裝置和接收裝置

2、。由于這種方式要頻繁變換信道方向，故效率低，但可以節(jié)約傳輸線路。半雙工方式適用于終端與終端之間的會話式通信。方向的轉(zhuǎn)變由軟件控制的電子開關(guān)來控制的。例如：無線對講機(jī)就是一種半雙工設(shè)備，在同一時間內(nèi)只允許一方講話。半雙工調(diào)頻無線對講機(jī)更是在日常生活中發(fā)揮著重要的作用，半雙工對講機(jī)系統(tǒng)具有使用簡單，不受網(wǎng)絡(luò)限制 ，通話成本低，適用范圍廣的優(yōu)勢。是在混頻鑒頻等技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用無線電通信原理研發(fā)的一種通信方式，半雙工對講機(jī)，從電路工作形式上來講，仍然屬于單工工作方式。嚴(yán)格的講，半雙工對講機(jī)應(yīng)該屬于變形單工對講機(jī)電路。本系統(tǒng)的功能在于通話工程，無線對講機(jī)的特點是可供小型單位作內(nèi)部電話使用，此外由于采用

3、成品無線模塊，從而使制作變得很簡單，成本也很低。對講機(jī)實現(xiàn)了內(nèi)部的通話，為人們的日常生活帶來了極大的方便，值得進(jìn)一步推廣。，有著很好的發(fā)展前景。希望這項技術(shù)的研究能為人們以后的生活以及工作帶來更大的便利，為人們提供更為舒適完美的生活方式?！娟P(guān)鍵詞】:對講機(jī)，半雙工，調(diào)頻基本要求本次實驗要求：本次實驗要求設(shè)計一套半雙工調(diào)頻對講機(jī)【要求一】共同使用一個載波信道，發(fā)射與接收頻率均為10.7MHZ【要求二】公用一根天線【要求三】使用同一振蕩器實現(xiàn)本振【要求四】調(diào)制信號的頻率為4.7MHZ，載波信號的頻率為10.7MHZ【要求五】組裝接收和發(fā)射電路【要求六】實現(xiàn)調(diào)頻系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)雙工器單調(diào)諧小信號放大集成陶

4、瓷選頻放大模擬乘法混頻正交鑒頻音頻放大耳機(jī)高頻功率放大器雙平衡二極管混頻變?nèi)荻O管調(diào)頻音頻放大微音器音源圖1.半雙工調(diào)頻對講機(jī)方框圖工作原理發(fā)射電路包括：變?nèi)荻O管調(diào)頻電路，二極管混頻，高頻小信號放大器。接收電路包括：單調(diào)諧小信號放大器，模擬乘法下變頻混頻器 ，中頻放大器，選頻放大器，正交鑒頻電路。發(fā)射時，聲音經(jīng)過微音器，將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)過高頻濾波器濾除高頻分量，再經(jīng)過音頻放大器將其放大，經(jīng)過變?nèi)荻O管調(diào)頻后送入混頻器使載波的頻率按照調(diào)制信號規(guī)律變化。調(diào)制后的信號進(jìn)入高頻信號放大器后經(jīng)由天線發(fā)射。接收時，經(jīng)過單調(diào)諧小信號放大器進(jìn)行放大，然后送入模擬乘法混頻器混頻輸出中頻信號，經(jīng)過選

5、頻放大后，進(jìn)入鑒頻器進(jìn)行解調(diào)，得到音頻信號。音頻信號經(jīng)過放大后，獲得所需的功率推動耳機(jī)發(fā)出聲音單元模塊設(shè)計1. 混頻 混頻電路是超外差式接收機(jī)的重要組成部分，它的作用是將載頻為fc的己調(diào)信號不失真地變換為載頻為fI的中頻己調(diào)信號。從頻譜的觀點來看，混頻的作用就是將輸入己調(diào)信號頻譜不失真地從fc搬移到fI 的位置上。因此，混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實現(xiàn)這種頻譜搬移。如圖2中就是利用乘法器實現(xiàn)調(diào)頻信號的混頻功能的。在高頻電子電路中，常常需要將信號自某一頻率變成另一個頻率。這樣不僅能滿足各種無線電設(shè)備的需要，而且有利于提高設(shè)備的性能。對信號進(jìn)行變頻，是將信號的各分量

6、移至新的頻域，各分量的頻率間隔和相對幅度保持不變。進(jìn)行這種頻率變換時，新頻率等于信號原來的頻率與某一參考頻率之和或差。該參考頻率通常稱為本機(jī)振蕩頻率。本機(jī)振蕩頻率可以是由單獨的信號源供給，也可以由頻率變換電路內(nèi)部產(chǎn)生。當(dāng)本機(jī)振蕩由單獨的信號源供給時，這樣的頻率變換電路稱為混頻器。2鑒頻調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波，簡稱鑒頻（ FM Detector, Discriminator ）。其作用是從己調(diào)波中檢出反映在頻率變化上的調(diào)制信號。在調(diào)頻接收機(jī)中，當(dāng)?shù)确{(diào)頻信號通過鑒頻前各級電路時，因電路頻率特性不均勻而導(dǎo)致調(diào)頻信號頻譜結(jié)構(gòu)的變化，從而造成調(diào)頻信號的振幅發(fā)生變化。如果存在著干擾，還會進(jìn)一步加劇這種

7、振幅的變化。鑒頻器解調(diào)這種信號時，上述寄生調(diào)幅就會反映在輸出解調(diào)電壓上，產(chǎn)生解調(diào)失真。因此， 一般必須在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調(diào)幅，保證加到鑒頻器上的調(diào)頻電壓是等幅的?？梢?，限幅與鑒頻一般是連用的，統(tǒng)稱為限幅鑒頻器。鑒頻是調(diào)頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：將調(diào)頻波經(jīng)過一個線性移相網(wǎng)絡(luò)變換成調(diào)頻調(diào)相波，然后再與原調(diào)頻波一起加到一個相位檢波器進(jìn)行鑒頗。因此，實現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。相位檢波又分為疊加型相位檢波和乘積型相位檢波，利用模擬乘法器的相乘原理可實現(xiàn)乘積型相位檢波， 其基本原理是：在乘法器的一個輸入端輸入調(diào)頻波Vs(t), 設(shè)其表達(dá)式為：Vst=Vsmco

8、sc+mfsint式中，mf為調(diào)頻系數(shù)。另一輸入端輸入經(jīng)線性移相網(wǎng)絡(luò)移相后的調(diào)頻調(diào)相波Vs'（t）， 設(shè)其表達(dá)式為：Vs'（t）=Vsm'cosc+mfsint+2+式中，第一項為高頻分量，可以被濾波器濾掉。第二項是所需要的頻率分量，只要線性移相網(wǎng)絡(luò)的相頻特性 （ ）在調(diào)頻波的頻率變化范圍內(nèi)是線性的，當(dāng) （ ）三0 .4rad 時， s in （ () ) （ ）。因此鑒頻器的輸出電壓VO (t ） 的變化規(guī)律與調(diào)頻波瞬時頻率的變化規(guī)律相同，從而實現(xiàn)了相位鑒頻。所以相位鑒頻器的線性鑒頻范圍受到移相網(wǎng)絡(luò)相頻特性的線性范圍的限制。1.發(fā)射部分：1.1變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻?/p>

9、極管調(diào)頻電路主要是由主振電路和變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路構(gòu)成，圖一變?nèi)荻O管調(diào)頻電路主振電路設(shè)計原理分析:  端口通過濾直電容C82輸入頻率為1KHz大小為200mv的調(diào)制信號，并且頻率由零慢慢增大，端口12輸出調(diào)頻信號。T1,T2為3DG12C三極管，C9、C10、C7、L4、CC1、C8為主振回路，D1為Bb910變?nèi)荻O管。為了減小三極管的極間電容Cce、Cbe、Ccb這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，要求C9>C7,C10>C7，且C7越小，這種影響就越小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性也就越高。則回路的諧振頻率是式中，L為LC振蕩電路的總電感量，C為振蕩電路中的總電容，主要取決于C3、

10、C7、C8、Cc1及變?nèi)荻O管反偏時的結(jié)電容Cj。，變?nèi)荻O管電容Cj作為組成LC振蕩電路的一部分，電容值會隨加在其而端的電壓的變化而變化，從而達(dá)到變頻的目的。R4、R5、R6、R7和W2調(diào)節(jié)并設(shè)置電容三點式振蕩器中T1管的靜態(tài)工作點，R8、R9、R10調(diào)節(jié)并設(shè)置T2管的靜態(tài)工作點，C7、C9、C10以及L4、CC1、C8構(gòu)成LC振蕩電路。電容三點式振蕩器電路等效電路如下圖所示。 圖二 電容三點式振蕩器等效電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設(shè)計原理分析 圖中，直接調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管(Bb910)D1，耦合電容C1、C3、C82，偏置電阻R1、R2，隔離電阻R3和電位器W1構(gòu)成。接入系數(shù)Cj

11、CCp33，（C3由不同電容值的電容代替，保證接入系數(shù)不同）其中等效電路圖如下圖所示。 變?nèi)荻O管部分接入等效圖1.2二極管混頻電路本實驗采用集成模擬相乘器作混頻電路實驗。因為模擬相乘器的輸出頻率包含有兩個輸入頻率之差或和，故模擬相乘器加濾波器，濾波器濾除不需要的分量，取和頻或者差頻二者之一，即構(gòu)成混頻器。模擬相乘器濾波器本機(jī)振蕩器圖三 相乘混頻器方框圖圖四 環(huán)形二極管混頻器圖五 混頻前后的頻譜圖設(shè)信號是：載波頻率為fs的普通調(diào)幅波，本機(jī)振蕩頻率為fl。 由相乘混頻可得輸出電壓。1.3高頻小信號諧振放大器圖六 高頻小信號諧振放大器本系統(tǒng)經(jīng)環(huán)形二極管混頻得到fc=10.7MHz的高頻小信號, 高

12、頻小信號放大器一般用于放大微弱的高頻信號,此類放大器應(yīng)具備如下基本特性: 只允許所需的信號通過,即應(yīng)具有較高的選擇性。放大器的增益要足夠大。放大器工作狀態(tài)應(yīng)穩(wěn)定且產(chǎn)生的噪聲要小。放大器應(yīng)具有一定的通頻帶寬度。 除此之外,雖然還有許多其它必須考慮的特性,但在初級設(shè)計時,大致以此特性作考慮。2. 接收部分2.1單調(diào)諧小信號放大器圖七 單調(diào)諧小信號放大器原理圖小信號調(diào)諧放大器的類型很多，按調(diào)諧回路區(qū)分。由單調(diào)諧回路，雙調(diào)諧回路和參差調(diào)諧回路放大器。按晶體管連接方法區(qū)分，有共基極、共發(fā)射極和共集電極放大器。實用上，構(gòu)成形式根據(jù)設(shè)計要求而不同。以電容器和電感器組成的回路為負(fù)載，增益和

13、負(fù)載阻抗隨頻率而變的放大電路。這種回路通常被調(diào)諧到待放大信號的中心頻率上。由于調(diào)諧回路的并聯(lián)諧振阻抗在諧振頻率附近的數(shù)值很大，所以放大器可得到很大的電壓增益；而在偏離諧振點較遠(yuǎn)的頻率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速減小。因而調(diào)諧放大器通常是一種增益高和頻率選擇性好的窄帶放大器。調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于各類無線電發(fā)射機(jī)的高頻放大級和接收機(jī)的高頻與中頻放大級。在接收機(jī)中，主要用來對小信號進(jìn)行電壓放大；在發(fā)射機(jī)中主要用來放大射頻功率。調(diào)諧放大器的調(diào)諧回路可以是單調(diào)諧回路，也可以是由兩個回路相耦合的雙調(diào)諧回路?？梢酝ㄟ^互感與下一級耦合，也可以通過電容與下一級耦合。一般說，采用雙調(diào)諧回路的放大器，其頻

14、率響應(yīng)在通頻帶內(nèi)可以做得較為平坦，在頻帶邊緣上有更陡峭的截止。典型的單調(diào)諧放大器電路如圖所示。圖中LC并聯(lián)諧振回路為晶體管的集電極負(fù)載，由于LC回路有帶阻作用，即對帶內(nèi)信號阻抗較大，輸入信號Us經(jīng)電容器C1耦合到be“基射”之間。放大后再耦合到外接負(fù)載導(dǎo)納YL上。2.2模擬乘法器混頻圖八 相乘混頻方框圖圖九 MC1496構(gòu)成的混頻電路圖為模擬乘法器混頻電路，該電路由集成模擬乘法器MC1496完成。 MC1496可以采用單電源供電，也可采用雙電源供電。本實驗電路中采用12V，8V供電。R12（820）、R13（820）組成平衡電路，F(xiàn)2為4.5MHz選頻回路。本實驗中輸入信號頻率為Sf

15、4.2MHz，本振頻率Lf8.7MHz。 為了實現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的除了輸入信號電壓VS和本振電壓VL外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率，這些組合信號頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號一起通過中頻放大器、解調(diào)器，對輸出級產(chǎn)生干涉，影響輸入信號的接收。 干擾是由于混頻器不滿足線性時變工作條件而形成的，因此不可避免地會產(chǎn)生干擾，其中影響最大的是中頻干擾和鏡像干擾。2.3中頻放大器中頻放大器是個專門放大中頻一個頻率信號的放大器。中頻放大器不僅要放大信號，還要進(jìn)行選頻，即保證放大的是中頻信號。在這一點上，與

16、高頻放大器是有所不同的，高頻放大器要放大88108M1z一個頻段內(nèi)的調(diào)頻信號。中頻放大器的輸出信號要有足夠的幅度，以便限幅和鑒頻器能正常工作。所以，中頻放大器的級數(shù)較多。中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進(jìn)行大幅度提升,以滿足解調(diào)電路的需要。2.4選頻放大器理想選頻放大器的幅頻特性為矩形。在矩形所定的頻率范圍內(nèi)，信號全部通過，電壓增益Au=Aum，為通帶。而在此范圍外的信號則全被抑制，Au=0，為阻帶。實際的選頻特性并非矩形，通帶和阻帶間有過渡帶。通常用下列參數(shù)說明：中心頻率f0；最大電壓放大倍數(shù)Aum帶寬B；選擇性S。中心頻率是選頻的基準(zhǔn)，兩邊的頻率以它為對稱中心；f0處的電壓放大倍數(shù)為Au

17、m。Au下降到Aum的707%的上限頻率和下限頻率之差為帶寬B,下降到10%的帶寬稱為B01。選擇性的優(yōu)劣以B與B01之比來表示，通稱矩形系數(shù)，其值越接近于1說明選擇性越好。選擇性有時以品質(zhì)因數(shù)Q表示f0/B；Q值越高，選擇性越好。2.5正交鑒頻電路鑒頻特性：鑒調(diào)頻電路輸出低頻解調(diào)電壓與輸入低頻信號瞬時頻偏的關(guān)系。理想鑒調(diào)頻特性應(yīng)該是線形的，實際為“ S ”曲線 線形范圍：由于輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率是在載頻附近變化，故鑒頻特性曲線位于載頻附近，其中線形部分稱為鑒頻線形范圍。圖十 鑒頻器及鑒頻特性附錄 1元器件清單表序號名稱型號數(shù)量備注1電阻5.1K 1/8W4只2

18、電阻2001/8W3只3電阻560K 1/8W4只4電阻5101/8W5只5電阻1501/8W3只6開關(guān)二極管IN41482只7變?nèi)荻O管AM-1093只8變?nèi)荻O管2CB142只9瓷片電容100F2只10瓷片電容20F3只11瓷片電容100PF2只12陶瓷電容1043只13陶瓷電容1034只14陶瓷電容330F215可調(diào)電感KB35-7.54只16三極管90123只17三極管90133只18模擬乘法器MC14962個見附錄219開關(guān)二極管2CK93只20晶振6.2MHz1個附錄 2 MC1496平衡式調(diào)制解調(diào)器特性這類器件用于輸出電壓是輸入電壓（信號）和轉(zhuǎn)換電壓（載波）乘積場合。典型應(yīng)用包括

19、抑制載波調(diào)幅，同步檢波，F(xiàn)M檢波，鑒相器。更多的應(yīng)用信息請參照ON半導(dǎo)體公司AN531的應(yīng)用手冊。特性特性極佳的載波抑制性能 增益和信號處理可調(diào) 高共模抑制比 典型值為-85dB 器件內(nèi)部含有8個三極管 多種封裝形式基本操作信息載波饋通是指輸出電壓信號中未調(diào)制的載波（信號電壓為0）?？蛰d波由差分放大器中的電流來平衡（通過偏置電阻調(diào)節(jié)，圖5中的R1）。載波抑制載波抑制是指每個邊帶的載波輸出與信號電壓的比值。載波抑制與輸入的載波等級有很大關(guān)系（如圖22所示），低等級的載波不能夠使上部開關(guān)器件完全導(dǎo)通，致使信號增益降低，由此減少載波抑制。較最優(yōu)載波等級較高的載波信號會引起不必要的器件與電流的載波饋通，并導(dǎo)致載波抑制降低。MC1496的最優(yōu)載波輸入信號是60mV有效值的正弦波，頻率在500KHz附近，在調(diào)制中推薦使用此載波信號。載波饋通依賴于信號波的電壓等級。所以輸入電壓信號大的時候載波抑制可以最小化，但是在輸入三極管對前必須添加線性操作部分，否則在器件的調(diào)制信號輸出端會出現(xiàn)畸變，會與載波抑制混淆。此時