無(wú)線電發(fā)射與接收

PAGEIII畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：無(wú)線電發(fā)射與接收系別：專業(yè)：通班級(jí)：學(xué)生姓名：目錄摘要 XI關(guān)鍵詞 XIABSTACT XIIKEYWORD XII引言 11.總體方案論證 21.1發(fā)射機(jī) 21.1.1調(diào)制方式的選擇 21.1.2功率放大電路的選擇 31.2接收機(jī) 31.2.1接收機(jī)電路的選擇 31.2.2解調(diào)電路的選擇 31.2.3恢復(fù)電路的選擇 31.3控制部分 41.3.1編碼電路 41.3.2解碼電路 41.3.3驅(qū)動(dòng)電路 42.實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 52.1發(fā)射機(jī) 52.1.1LC振蕩器的設(shè)計(jì) 52.1.2調(diào)頻電路的設(shè)計(jì) 82.1.3射隨器的設(shè)計(jì) 92.1.4末級(jí)功放及發(fā)射電路的設(shè)計(jì) 102.2接收機(jī) 122.2.1放大電路的設(shè)計(jì) 122.2.2對(duì)接收信號(hào)解調(diào)電路的設(shè)計(jì) 152.2.3對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的電路的設(shè)計(jì) 162.2.4線圈的設(shè)計(jì) 172.3控制電路 192.3.1編碼電路 192.3.2解碼及驅(qū)動(dòng)電路 203.電路仿真與測(cè)試 223.1調(diào)頻波電路的仿真 223.2數(shù)字電路的仿真 24結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29摘要本文簡(jiǎn)要的介紹了無(wú)線電遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。文章從方案的總體論證入手，闡述了編碼、調(diào)制、發(fā)射、接收、解調(diào)、譯碼等功能模塊的設(shè)計(jì)思想、基本原理和具體電路的設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)，由于采用了數(shù)字技術(shù)，所以也使系統(tǒng)具有了抗干擾的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)中沒有采用收發(fā)信整機(jī)形式，整機(jī)采用分離電路實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞無(wú)線遙控調(diào)頻編碼接收解碼ABSTACTThistextbriefintroductionwirelessradiotransmitterandreceiver.Thearticleproceedswithoveralldemonstrationofthescheme,haveexplaineddesignphilosophy,thedesignsofbasicprincipleandconcretecircuitofsuchfunctionmoduleascode,modulation,launching,receiving,demodulation,decipherarecalculated.Meanwhile,becauseofadoptingdigitaltechnology,makethesystemhaveadvantageofanti-interference.Notadoptingreceivinganddispatchingthecompletemachineformoftheletterinthedesign,thecompletemachineadoptstheformofdiscretecomponent.KEYWORDWirelessradiotransmitterandreceiverFrequencymodulationcodeReceiveDecodePAGE1引言隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線通訊技術(shù)已廣泛地在通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量、遙控/遙測(cè)、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域中應(yīng)用。無(wú)線電路與人們熟知的雙向無(wú)線電、電視、廣播設(shè)備并無(wú)不同之處。它們中的一些需要高線性調(diào)制（TV圖像），一些需要經(jīng)過中繼站工作（雙相無(wú)線電），真正的差別在于元件的體積小得多，以及在無(wú)線電中，絕大多數(shù)情況下都能使用時(shí)分復(fù)用、擴(kuò)頻或其他能有效提高通信帶寬利用率的方法。無(wú)線通信技術(shù)以驚人的速度持續(xù)增長(zhǎng)，幾乎每天都有新的應(yīng)用的報(bào)道。除了諸如無(wú)線電廣播和電視等傳統(tǒng)的通信應(yīng)用外，射頻（RF）和微波也正在被應(yīng)用于無(wú)繩電話、蜂窩移動(dòng)通信、局域網(wǎng)和個(gè)人通信系統(tǒng)中。無(wú)鑰匙進(jìn)門，射頻識(shí)別，在醫(yī)院或療養(yǎng)院中監(jiān)控病人，計(jì)算機(jī)的無(wú)線鼠標(biāo)和無(wú)線鍵盤，以及家用電器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化，這些都是應(yīng)用射頻技術(shù)的其他一些領(lǐng)域。其中某些應(yīng)用傳統(tǒng)上采用紅外技術(shù)，然而射頻電路由于其卓越的性能正在取而代之。在可以預(yù)見的將來(lái)，射頻技術(shù)有望繼續(xù)保持當(dāng)前的增長(zhǎng)率。設(shè)計(jì)無(wú)線遙控電子系統(tǒng)的根本目的是將信息從一處傳到另一處。因此無(wú)線遙控電子系統(tǒng)可劃分為發(fā)射電路、接收電路和存在發(fā)射與接收之中的信息處理和控制過程。由于存在地球大氣的損耗，因而直接傳送信息不現(xiàn)實(shí)，把信息通過載波調(diào)制到高頻是必要的。在本設(shè)計(jì)中采用FSK調(diào)制方式、甲乙類功率放大器和耦合天線構(gòu)成發(fā)射電路、接收電路采用集成芯片混頻器進(jìn)行高頻向低頻解調(diào)及必要的信息恢復(fù)電路。本文敘述了發(fā)射機(jī)、編碼、接收機(jī)、解調(diào)等電路的原理，利用計(jì)算機(jī)仿真完成了電路形式的選擇和性能分析。達(dá)到了理論與實(shí)際相結(jié)合的目的，提高了分析問題解決問題的能力。第一章總體方案論證PAGE291.總體方案論證無(wú)線電傳輸部分控制部分無(wú)線電遙控系統(tǒng)根據(jù)課題要求，用圖1-1體現(xiàn)系統(tǒng)的組成：無(wú)線電傳輸部分控制部分無(wú)線電遙控系統(tǒng)發(fā)射機(jī)接收機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)驅(qū)動(dòng)電路解碼電路編碼電路恢復(fù)電路解調(diào)電路接收放大功放發(fā)射調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路解碼電路編碼電路恢復(fù)電路解調(diào)電路接收放大功放發(fā)射調(diào)制信號(hào)圖1-1無(wú)線電遙控系統(tǒng)的組成無(wú)線電傳輸部分，是為系統(tǒng)提供信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?；控制部分，為系統(tǒng)提供在信道上傳輸?shù)?、?shí)現(xiàn)遙控功能的控制信號(hào)。在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們將系統(tǒng)分為發(fā)射與接收兩部分討論。1.1發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。主振主振調(diào)制射隨器編碼高頻功放圖1-2接收機(jī)結(jié)構(gòu)1.1.1調(diào)制方式的選擇題目中要求我們通過按鍵來(lái)控制兩路電燈，其中一盞有八極亮度，即有八種狀態(tài)，并且要用數(shù)碼管顯示其亮度級(jí)別；另外八盞只有亮與不亮兩種狀態(tài)。發(fā)射機(jī)載波信號(hào)采用LC振蕩電路來(lái)產(chǎn)生，選用電容三點(diǎn)式振蕩改進(jìn)型的西勒電路，以變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的方式產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對(duì)頻帶寬度沒有做任何限制，為了便于實(shí)現(xiàn)，提高抗干擾能力，載波傳輸采用FSK調(diào)制方式。1.1.2功率放大電路的選擇功率放大器一般可又推動(dòng)級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成，具體級(jí)數(shù)應(yīng)由所要求的總功率增益而定。試題要求輸出功率不大于20mW，假設(shè)天線特性阻抗為75Ω，則在匹配良好的條件下天線上電壓峰峰值要小于3.5V。一般西勒振蕩器輸出電壓峰峰值為1V是可實(shí)現(xiàn)的，故用一級(jí)功率放大應(yīng)能滿足要求。考慮到前后級(jí)影響的問題，在振蕩器與功放間加入了一級(jí)射隨器，起隔離和激勵(lì)的作用。鑒于輸出功率低，兼顧效率，功放管工作在甲乙類。1.2接收機(jī)接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1-3所示：放大放大混頻本振8MHz解調(diào)譯碼受控設(shè)備圖1-3接收機(jī)結(jié)構(gòu)1.2.1接收機(jī)電路的選擇為保證接收機(jī)具有較高的靈敏度，選用高頻低噪聲晶體管2SC763。為獲得一定的電壓增益，采用共射級(jí)諧振放大電路。天線接收到的高頻信號(hào)，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選頻為7.5MHz的一條信號(hào)后，經(jīng)過高頻小信號(hào)放大器放大，放大后的信號(hào)被送入混頻電路進(jìn)行混頻和解調(diào)再送入恢復(fù)電路。1.2.2解調(diào)電路的選擇為了實(shí)現(xiàn)低功耗、低電壓和高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，選擇了摩托羅拉的單片集成窄帶FM解調(diào)芯片MC3361B構(gòu)成解調(diào)電路，它在窄帶語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信中有良好的鏡頻抑制能力。MC3361B包含一個(gè)振蕩器、混頻器、限幅放大器、正交鑒頻器、有源濾波器、靜噪電路、搜索控制和閉音開關(guān)。通過對(duì)MC3361B外圍器件值的確定，使MC3361B本振在8MHz，與高頻放大器送來(lái)的7.5MHz的信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生500KHz的中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)過500KHz的窄帶陶瓷濾波器（FL）送回MC3361進(jìn)行鑒頻。1.2.3恢復(fù)電路的選擇碼型在傳輸過程中產(chǎn)生的畸變可以通過LM311電壓比較器恢復(fù)成只有高低電平的數(shù)字信號(hào)。這樣做的好處是，一方面提高了接收機(jī)的抗干擾能力，另一方面也能與后級(jí)數(shù)字電路匹配。比較器門限電壓由鑒頻器輸出經(jīng)RC低通濾波器獲得，其電壓相當(dāng)于信號(hào)中的支流分量電壓。此方法有一定的自適應(yīng)能力，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干擾能力。1.3控制部分1.3.1編碼電路編碼電路采用八路開關(guān)按鍵和一個(gè)單刀雙置按鍵K1來(lái)控制八盞燈。單刀雙置按鍵K1用來(lái)選擇被控對(duì)象是七路只有亮滅狀態(tài)的小燈泡，還是具有八級(jí)亮度的電燈。采用CD40147<10-4線優(yōu)先編碼器>，對(duì)八路按鍵進(jìn)行編碼。目前只用8-3線部分（也可用選用8-3優(yōu)先編碼器74LS148,但為了充分利用資源，所以選用低功耗的CD40147），利用MC145026和MC145027對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行編碼和解碼，這樣可以產(chǎn)生適合于無(wú)線信道傳輸?shù)拇a型。MC145026產(chǎn)生占空比隨傳0、傳1改變的單極性碼，一組編碼中包含五位地址碼和四位數(shù)據(jù)碼。在本設(shè)計(jì)中MC145026的地址碼4位是設(shè)定的，另一位由K1控制，用來(lái)選擇控制對(duì)象是要調(diào)亮度的燈還是其余的七盞電燈。相應(yīng)的MC145027也有五位地址碼，只有與MC145026地址碼相同的MC145027才會(huì)有解碼輸出。這樣，可以用一片MC145026控制2—25個(gè)MC145027。1.3.2解碼電路在接收端用兩片MC145027對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行解碼。一片MC145027對(duì)應(yīng)一個(gè)控制對(duì)象，只有接收到的地址碼與自己地址碼相同的芯片才會(huì)工作，這樣我們就可以只配置一套接收機(jī)就可以完成工作了。1.3.3驅(qū)動(dòng)電路74LS138管腳的輸出電壓可以使工作電流低的發(fā)光二極管正常工作。而小電燈的亮度調(diào)節(jié)，可以通過三個(gè)能提供不同電流的射隨器相加來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管則采用MC14511來(lái)驅(qū)動(dòng)。第二章實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算本章將詳細(xì)闡述該課題實(shí)際電路的各功能模塊的原理、電路的工作狀態(tài)、各模塊電路中所用的各種元器件的選擇及其參數(shù)的確定。2.1發(fā)射機(jī)發(fā)射電路是以高頻電子線路的知識(shí)為依托，這其中包括了LC正弦振蕩器，射隨器，功放電路等模塊，我們?cè)诮滩闹羞\(yùn)可以找到這些模塊的原型電路。2.1.1LC振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器是不需外信號(hào)激勵(lì)、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。凡是可以完成此功能的裝置都可以作為振蕩器。無(wú)線電發(fā)明初期所用的火花發(fā)射機(jī)、電弧發(fā)生器等，都是振蕩器。但是用電子管、晶體管等器件與L、C、R等元件組成的振蕩器則完全取代了以往所有產(chǎn)生振蕩的方法，因?yàn)樗腥缦聝?yōu)點(diǎn)：（1）它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?，而本身靜止不動(dòng)，不需作機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)。如果用高頻交流發(fā)電機(jī)其旋轉(zhuǎn)速度必須很高，最高頻路也只能達(dá)50KHz，但卻需要很堅(jiān)實(shí)的機(jī)械構(gòu)造。（2）LC正弦波振蕩器產(chǎn)生的是“等幅振蕩”，而火花發(fā)射機(jī)等產(chǎn)生的是“阻尼振蕩”。（3）使用方便，靈活性很大，它的功率可自毫瓦級(jí)至幾百千瓦，工作頻率則可自極低頻率（例如每分鐘幾個(gè)周波）之微波波段圖2-1電容三點(diǎn)式振蕩器等效電路我們選擇了基于電容反饋三點(diǎn)式振蕩器改進(jìn)型西勒電路，而不是電感三點(diǎn)式振蕩器，就是為了獲得滿意的波形。因?yàn)殡娙萑c(diǎn)式振蕩的集電極和基極電流，可以通過對(duì)諧波為電阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸入的諧波分量減小，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩(wěn)定電容都是與該電路并聯(lián)的，因此適當(dāng)加大回路電容值，就可以減弱不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定度。最后，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，甚至可以只用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。但是，電容三點(diǎn)式振蕩不能通過調(diào)整C1和C2來(lái)改變振蕩頻率，否則其反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并設(shè)C1與C2為固定電容，則在后面的FSK直接調(diào)頻時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。圖2-2就是我們用到的西勒電路。圖2-1電容三點(diǎn)式振蕩器等效電路圖2-2a．LC調(diào)頻振蕩器的電路由LC正弦波振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路所組成，其電路，如圖2-2所示。其中晶體管VT和電容C1、C2、C3組成電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路—西勒電路。VT的靜態(tài)工作點(diǎn)由R1、R2、R3、R4所決定，即：為了減小管子與回路間的耦合，C3取值較小，C1、C2取值較大。通常C3遠(yuǎn)小于C1、C3也遠(yuǎn)小于C2，因而回路總?cè)萁频扔贑3。而且L1、C1、C2、C3組成并聯(lián)諧振回路，C1、C2對(duì)振蕩頻率的影響便大大減小，回路振蕩頻率f0則主要由C3、L1決定，即：而管子的極間電容Cce、Cbe、Ccb又全部直接并聯(lián)在C1、C2上，它們只影響C1、C2的值而不影響C3。可見C3越小，管子間電容對(duì)回路諧振頻率的影響就越小，回路標(biāo)準(zhǔn)性也就越高。但C3不能無(wú)限小，它受到振幅起振條件的限制。因?yàn)榻尤隒3后，接在電感L1兩端的電路RL’（RL//Re0）折算到振蕩管C-B極的數(shù)值減小，其值為：其中：因而放大器的增益也就是環(huán)路增益會(huì)相應(yīng)的減小。所以在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，要合理選擇C3的值。而C1兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓UBE，以滿足相位平衡條件。比值F=C2/C1決定反饋電壓的大小，當(dāng)Av0F=1時(shí)，振蕩器滿足振幅平衡條件，電路的起振條件為：Av0F?1。如果C3取幾十皮法，C2、C1可取幾百皮法至幾千皮法。反饋系數(shù)F一般取—。電路采用+12V的直流穩(wěn)壓電源，高頻三級(jí)管選用3DG100（3DG6），主振頻率f0=7.5MHz。b．確定電路形勢(shì)和設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ一般為1～4mA，ICQ偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重。頻率穩(wěn)定度降低。振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)?。篒cq=2mA，UCEQ=6V,測(cè)得三極管的β=60。則：為了提高電路的穩(wěn)定性，R3的值可適當(dāng)增大，?。篟3=2KΩ，R4=1KΩ由：Ueq=IcqRe=IcqR4=2V若取流過R2的電流Ib2：Ib2=10Ibq=10Icq/β=0.33mA則：由式即：R1用20電阻和47的電位器串聯(lián)，以便在實(shí)際電路中調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。c．主振回路元件值的計(jì)算若取L1=10，則C3≈45pF試驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整L1、C3及電路中各電容、電阻的值，以使振蕩器輸出正弦波波形和幅度達(dá)到要求。電容C1、C2有反饋系數(shù)F及電路條件C3遠(yuǎn)小于C1、C3遠(yuǎn)小于C2所決定，若取C1=1000pF，由F=C2/C1=0.5～0.125，若取F=0.5，則C2=510pF，取藕和電容CB=0.012.1.2調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)調(diào)頻電路采用電容二極管用2CC1C電路。本設(shè)計(jì)中，調(diào)制信號(hào)為二元單極性碼，即只有高低兩個(gè)電平，故對(duì)調(diào)制線性度要求不高。因此，本設(shè)計(jì)采用電容二極管部分接入，即對(duì)變?nèi)荻O管不外加反偏電壓的電路。變?nèi)荻O管部分接入振蕩電路，這有利于提高主振頻率f0的穩(wěn)定性，減少調(diào)制失真。圖2-3為變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路。圖2-3變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路由于對(duì)變?nèi)荻O管沒有加反偏壓，如圖2-4所示：圖2-4Cj為變?nèi)荻O管的結(jié)電容，它與外加電壓的關(guān)系為：可求得Cj對(duì)主振回路的介入系數(shù)p為：在上式中：Cj0—變?nèi)荻O管零偏壓時(shí)的節(jié)電容Ud—變?nèi)荻O管PN結(jié)內(nèi)建電位差（硅管Ud=0.7V，鍺管Ud=0.3V）—電容變化指數(shù)，由變?nèi)萦^型號(hào)決定，由變?nèi)莨苄吞?hào)決定，如變?nèi)莨?CC1C的=0.5U—變?nèi)荻O管兩端電壓，本設(shè)計(jì)中，為使變?nèi)荻O管參量的變化對(duì)振蕩頻率影響較小，必須使接入系數(shù)p〈〈1，這樣才能使振蕩器的頻率穩(wěn)定度提高。取Cc=5pF，Cj=21pF，并在調(diào)試中作適當(dāng)調(diào)整。低頻調(diào)制信號(hào)UΩ的耦合之路電容C5及電感L2應(yīng)對(duì)UΩ提供通路。所以在電路中可以獲得最大的電容變化量，并且避免了由偏壓變化而引起的頻率漂移，同時(shí)還簡(jiǎn)化了電路。若基帶信號(hào)引起的結(jié)電容變化為，則引入主振回路的電容變化量為p2，可求得由此引起的振蕩頻率的變化為式中為主振回路總電容。符號(hào)表示與的變化相反。2.1.3射隨器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中采用射隨器，是利用它的輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點(diǎn)，來(lái)將振蕩級(jí)和功放級(jí)隔開，以減小功放對(duì)振蕩級(jí)的影響。因?yàn)楣Ψ泡敵鲂盘?hào)功率較大，當(dāng)其工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)（如諧振阻抗變化），會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定度，使振蕩波形產(chǎn)生失真或減小振蕩器的輸出電壓。所以設(shè)計(jì)時(shí)為了減小級(jí)間相互影響，通常在振蕩級(jí)和功放級(jí)間插入緩沖隔離級(jí)—比如本次采用的射隨器。射隨器的輸入阻抗高，可是振蕩電路有一個(gè)穩(wěn)定的負(fù)載，輸出阻抗低，可為功放級(jí)提供一個(gè)恒壓源。雖然射隨器的電壓放大倍數(shù)Ａｖ接近為1，但對(duì)電流仍有放大作用。本設(shè)計(jì)中采用如圖2-5所示的射隨器電路。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，取Uceq=1/4Ucc，Icq=3～10mA。圖2-5射隨器電路實(shí)際電路中?。篣cc=12V，Icq=5mA，Ubec=0.7V，β=60。Ueq=Ucc-Uceq=12-3=9(V)Ubq=Ueq+Ubeq=9+0.7=9.7(V)Re=Ubeq/Icq=9/5=1.8(KΩ)Ibq≈Icq/β=5/60=83.3E-6(A)Rb=(UCC-Ubq)/Ibq=100(KΩ)Rb采用30KΩ的固定電阻和100KΩ的電位器串聯(lián)，Re采用4.7KΩ的電位器，這樣是為了便于在實(shí)際電路中調(diào)整靜態(tài)工作。由于諸多因素的影響，上面各元件的值僅作為調(diào)式電路的參考值。2.1.4末級(jí)功放及發(fā)射電路的設(shè)計(jì)無(wú)論是在低頻電路中還是在高頻電路中，為了獲得足夠大的輸出功率，必須采用功率放大器，二者相同之處在于都是輸出功率大和效率高。但由于二者的工作頻率和相對(duì)頻帶寬度相差很大，就決定了它們之間有著根本的差異：低頻功率放大器的工作頻率低，但相對(duì)頻帶寬度卻很寬；高頻功率放大器的工作頻率高，但相對(duì)頻帶很窄，中心頻率越高，則相對(duì)頻寬越小。利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器。諧振功率放大器主要工作在高頻段，用作無(wú)線電發(fā)射機(jī)的功率輸出級(jí)。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍，可分為甲類、乙類、丙類、甲乙類、丁類及戊類等不同類型的功率放大器。甲乙類放大器適合作為中間級(jí)或輸出功率較小的末級(jí)功放。本設(shè)計(jì)中，對(duì)輸出功率要求不高，功率放大器可工作在甲乙類狀態(tài)，作為發(fā)射機(jī)的末級(jí)功放。甲乙類功率放大器的電路，如圖2-6所示：電路參數(shù)的確定及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：設(shè)計(jì)中采用高頻小功率管3DG100B，它的主要參數(shù)為：PCM=100mW，ICM=20mA，hfe≥30，UCES≤1V，fT≥150MHz，AP≥7dB，Ucc=+12V電路要求：輸出功率P0≤20mW，工作頻率f0=7.5MHz,負(fù)載RL=75Ω。設(shè)功放工作在臨界狀態(tài)，由于負(fù)載RL與與功率放大器的諧振回路之間采用變壓器耦合的方式，實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，則集電極上的最佳負(fù)載電阻R0上的功率就等于負(fù)載RL上的功率所以將集電極的輸出功率視為高頻功率放大器的輸出功率。由于高頻功率放大器的輸出功率為P0=20mW，則取放大器的靜態(tài)電流ICQ=ICM=4mA圖2-6∵則：靜態(tài)時(shí)晶體管的射級(jí)電位UEQ為基極電位UBQ、電流IBQ為：若取基極偏置電流I1=3IIBQ,則R2取標(biāo)稱值4.7KΩ∴取標(biāo)稱值28。電容C1、C2的取值由線圈的參數(shù)決定，分別設(shè)為15pF和27pF；C3是耦合電容，取150pF。2.2接收機(jī)如圖1-3所示，接收機(jī)分為放大、混頻、本振、解調(diào)、譯碼及受控幾個(gè)部分。2.2.1放大電路的設(shè)計(jì)接收機(jī)輸入耦合回路采用7.5MHz中頻變壓器T2。接收機(jī)的接收電路、高頻小信號(hào)的放大電路如圖2-7所示：圖2-7（1）設(shè)置晶體管VT4的靜態(tài)工作點(diǎn)，計(jì)算元件參數(shù)：本放大電路采用的是普通的高頻小功率管3DG100B，它的部分參數(shù)為：rb’b=50Ω，Cb’c=3pF。當(dāng)IE=1mA時(shí)，Cb’e=25pF。為使晶體管處于放大狀態(tài)，VT4的靜態(tài)工作點(diǎn)Q取值如下：圖2-7電源電壓UCC=5V，Icq=1mA，Ueq=1.5V，Uceq=3.5V，設(shè)β=60則：Rb1用10電阻和47電位器，以便調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）計(jì)算諧振回路的參數(shù)放大器在高頻情況下的等效電路的y參數(shù)Yie、Yoe、Yfe和Yre分別為：輸入導(dǎo)納：輸出導(dǎo)納：正向傳輸導(dǎo)納：反向傳輸導(dǎo)納：式中，gm—晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射機(jī)電流的關(guān)系為：gb’e—發(fā)射介電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關(guān)，其關(guān)系為：—基極體電阻，一般為幾十歐姆（高頻工作頻率下）—集電極電容，一般為幾皮法—發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法由上面各式及三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)可得gm、gb’e為：下面計(jì)算4個(gè)Y參數(shù)：∵所以：gie=0.622（mS），rie=1/gie=1.61（），Cie=0.185/7.5nF=24.7pF又因?yàn)椋核杂傻茫?；所以在設(shè)計(jì)線圈時(shí)為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，線圈回路電容C4都取15pF，而且線圈的初級(jí)總匝數(shù)N2=48，集電極接入初級(jí)的匝數(shù)N1=32，次級(jí)線圈的匝數(shù)為N3=4。所以接入系數(shù)p1=N1/N2=2/3，p2=N3/N2=1/12。所以，回路總電容就可以求出：=C4+p12Coe+p22Cie=19（pF）高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般采用體積較小的瓷片電容，現(xiàn)?。厚詈想娙荩篊1=0.1旁路電容：C2=0.01濾波電容：C3=0.1電路中該高頻小信號(hào)放大器的電壓放大倍數(shù)Av0為：放大器的通頻帶BW與諧振電路的電壓放大倍數(shù)Av0的關(guān)系為：2.2.2對(duì)接收信號(hào)解調(diào)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行處理恢復(fù)基帶信號(hào)，是通過Motorola專用集成電路芯片—低功耗窄帶FM/IFMC3361B來(lái)實(shí)現(xiàn)的。MC3361B包含一個(gè)振蕩器、混頻器、限幅放大器、正交鑒頻器、有源濾波器、靜噪電路、掃描控制和閉音開關(guān)。該電路只使用了它的振蕩器、混頻器、限幅放大器、正交鑒頻器。通過8MHz晶振與輸入的7.5MHz的高頻信號(hào)混頻，輸出信號(hào)通過500KHz的窄帶陶瓷濾波器（FL），則產(chǎn)生了500KHz的中頻信號(hào)。MC3361B用在FM雙工通信中的參數(shù)如下：（1）在2V到8V的電源下工作（2）低漏電流：3.9mA（在Vcc=4V的條件下）（3）具有很好的靈敏度：輸入限定電壓-3dB=2.6（在Vcc=4V的條件下）（4）只需要較少的外部零件（5）工作頻率最高可到60MHzMC3361B在電路中的運(yùn)用如下圖2-8所示：圖2-8MC3361B在電路中的應(yīng)用下圖2-9是MC3361B的示意圖：圖2-9MC3361B示意圖2.2.3對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的電路的設(shè)計(jì)在經(jīng)過無(wú)線傳輸、高頻放大、解調(diào)等過程后，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生畸變，為了得到性能更好的數(shù)字信號(hào)，還需要利用脈沖信號(hào)的恢復(fù)電路將解調(diào)信號(hào)恢復(fù)成二進(jìn)制碼型。這樣的信號(hào)才能被后面的譯碼電路準(zhǔn)確的解碼，并且提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。比較器的門限電壓由鑒頻器輸出經(jīng)RC低通濾波獲得，其電壓相當(dāng)于信號(hào)中的直流分量電壓。此方法有一定的自適應(yīng)功能，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干擾能力。用這個(gè)門限電壓，使高于這個(gè)門限電壓的部分恢復(fù)為高電平，低于的部分恢復(fù)為低電平。我們采用LM311來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)電壓比較器的功能。以下為L(zhǎng)M311的示意圖，如圖2-10所示。圖2-10LM311示意圖其電路如圖2-11所示：圖2-11比較器電源采用+5V的直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)椋琈C3361B輸出的信號(hào)頻率為1.7KHz，所以輸入比較器的信號(hào)先要經(jīng)過由R1和C1構(gòu)成的低通濾波器，這樣便濾除了高次諧波。RC低通濾波器的通帶為：即從0到的頻帶寬度設(shè)C1=0.022，則R1=3.3而R2、C2應(yīng)能濾出數(shù)字信號(hào)的直流分量設(shè)R2=10，則C2=100在為了使比較器輸出信號(hào)與后極電路相匹配，所以為L(zhǎng)M311上的5管腳上的輸出信號(hào)提供一個(gè)直流電壓，并在它們之間加入一個(gè)限流電阻R3=1。2.2.4線圈的設(shè)計(jì)由于線圈的設(shè)計(jì)過程相當(dāng)?shù)膹?fù)雜、繁瑣、這里僅作扼要的闡述。設(shè)計(jì)中涉及到如下兩種線圈：Ⅱ型Ⅱ型I型圖2-12兩種線圈的設(shè)計(jì)方法基本相同：（以I型為例）設(shè)：N1—2、3之間的線圈匝數(shù)N2—1、3之間的線圈匝數(shù)N3—4、5之間的線圈匝數(shù)RL—4、5之間所接的負(fù)載電阻QL—初級(jí)回路有載品質(zhì)因數(shù)，一般取值2—10，設(shè)計(jì)中QL取值都很高，接近10。設(shè)計(jì)中，計(jì)算選頻網(wǎng)絡(luò)的三級(jí)管集電極負(fù)載電阻R0時(shí)，所涉及到的集電極輸出功率P0是三級(jí)管的極限參數(shù)PCM—最大輸出功率。利用經(jīng)驗(yàn)公式：將數(shù)值代入上式，可得：L≈30諧振阻抗與變壓器線圈匝數(shù)比為：；利用上面的公式，對(duì)于不同的線圈，變壓器匝數(shù)比分別為：B1線圈：N2：N3=34：15；B2線圈：N1：N3=N2：N3=24：4；B3線圈：N1：N3=32：4，N2：N3=48：4；B4線圈：N3=90。注：上面的數(shù)值都是實(shí)際的線圈匝數(shù)。2.3控制電路首先給出一個(gè)簡(jiǎn)單的MC145026編碼與MC145027解碼的實(shí)例，如圖2-13所示。圖2-13例2.3.1編碼電路因?yàn)楸具b控系統(tǒng)的重點(diǎn)在于無(wú)線部分，所以設(shè)計(jì)數(shù)字部分時(shí)要滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的控制能力的原則。圖2-14MC145026示意圖編碼電路要實(shí)現(xiàn)的功能在第一部分“電路總體設(shè)計(jì)”中已有詳細(xì)介紹，這里便不再贅述。圖2-15便是MC145026的示意圖。MC145026一次發(fā)送9位數(shù)據(jù)，其中5位是地址碼，4位信息碼。為了保證信息的安全可靠，MC145026會(huì)將同樣的數(shù)據(jù)發(fā)送兩次。在接收到CD40147的三位編碼輸出的并行信號(hào)，MC145026將會(huì)對(duì)其進(jìn)行編碼，以產(chǎn)生適合于無(wú)線信道傳輸?shù)拇a型，然后串行輸出。輸出的串行碼頻率f是由12管腳CTC與13管腳RTC的器件來(lái)確定的。參考Motorola公司提供的器件手冊(cè)，頻率f和CTC、RTC的關(guān)系如下式：，RS=2RTC，RS≥20，RTC≥10，400pF〈CTC〈15所以f=1.7KHz。設(shè)計(jì)中采用了Motorola公司提供的參考值，如下表所示：表2-12.3.2解碼及驅(qū)動(dòng)電路圖2-15MC145027的示意圖因?yàn)樵诰幋a中我們已經(jīng)設(shè)定了一位地址碼，那么在譯碼時(shí)就必須有兩片MC145027來(lái)解碼，也就是只有地址位同自身地址位設(shè)定相符的解碼芯片才能譯出相應(yīng)的信息。MC145027的外圍器件設(shè)定與MC145026相同，圖2-15為MC145027的示意圖。由于LED的工作電流小，所以采用74LS138譯碼器直接輸出驅(qū)動(dòng)。小燈泡的亮度顯示采用74LS47來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，數(shù)碼管采用共陽(yáng)極數(shù)碼管LTS546R，74LS47的輸出電流很大，所以在它的輸出管腳接上一個(gè)430Ω的電阻限流。圖2-16流過小燈泡的電流I0與集電極電阻有關(guān)，集電極電阻與I0成反比，所以MC145027輸出的高位應(yīng)與集電極電阻最小的射隨器相連。同理，此高位應(yīng)與集電極電阻次小的射隨器相連，低位應(yīng)與集電極電阻最大的射隨器相連。設(shè)計(jì)中選用了相同的基極電阻510歐姆。集電極電阻取值如圖2-16中標(biāo)值所示。第三章電路仿真與測(cè)試3.電路仿真與測(cè)試要完成一件電子產(chǎn)品，必須要完成原理圖設(shè)計(jì)、PCB圖設(shè)計(jì)、制板、制造等幾個(gè)步驟。當(dāng)然在制板、制造之前首先要保證原理圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)確無(wú)誤方可進(jìn)行PCB圖設(shè)計(jì)，這就要求設(shè)計(jì)者對(duì)所設(shè)計(jì)電路的性能進(jìn)行初步驗(yàn)證。早期的電子設(shè)計(jì)中，電路性能驗(yàn)證主要是將設(shè)計(jì)的電路圖接成面包板，然后使用電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器、電表等電子儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)，他們根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的方案，檢查在一定的初始條件和給定輸入情況下電路實(shí)際的輸出信號(hào)是否與預(yù)期的輸出信號(hào)吻合。這對(duì)于規(guī)模較較小的電路是可行的，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電路規(guī)模越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)電路的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法已經(jīng)完全不可行了。因而計(jì)算機(jī)輔助電路分析已成為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中不可缺少的工具。EDA軟件的功能越來(lái)越強(qiáng)大，只要有合適而精確的電路模型，電腦便可仿真出接近真實(shí)的電路結(jié)果。3.1調(diào)頻波電路的仿真在無(wú)線傳輸中，為了克服電波的各種衰減及損耗，通常要用低頻的基帶信號(hào)調(diào)制頻率較高的載波。就是說在調(diào)頻之前先要獲得載波，如圖3-1所示：圖3-1正弦波周期T=138.0660ns，即f0≈7