小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY1高頻電子電路設(shè)計(jì)高頻電子電路設(shè)計(jì) 小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 掌握調(diào)頻發(fā)射機(jī)整機(jī)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法，以及高頻電路的調(diào)試中常見(jiàn)故障的分析與排除；學(xué)會(huì)如何將高頻單元電路組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足工程實(shí)際要求的整機(jī)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2 一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及其主要技術(shù)指標(biāo)一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及其主要技術(shù)指標(biāo)(a)高頻振蕩頻率調(diào)制調(diào)制信號(hào)緩沖隔離倍頻高頻功放1. 組成框圖 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY3一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及其主要技術(shù)指標(biāo)一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及其主要技術(shù)指標(biāo)2.

2、 主要技術(shù)指標(biāo)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(xiàn)上的功率。 總效率總效率 發(fā)射機(jī)發(fā)射的總功率 與其消耗的總功率 PC 之比，稱(chēng)為發(fā)射機(jī)的總效率 。 非線(xiàn)性失真非線(xiàn)性失真 要求調(diào)頻發(fā)射機(jī)的非線(xiàn)性失真系數(shù) 應(yīng)小 于 1 %。 雜音電平雜音電平 雜音電平應(yīng)小于 65 dB。APA 工作頻率或波段工作頻率或波段 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。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY4二、單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試二、單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試 整機(jī)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算順序一般是從末整機(jī)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算順序一般是從末級(jí)單元電路開(kāi)始，向前逐級(jí)進(jìn)行。而級(jí)單元電

3、路開(kāi)始，向前逐級(jí)進(jìn)行。而電路的裝調(diào)順序一般從前級(jí)單元電路電路的裝調(diào)順序一般從前級(jí)單元電路開(kāi)始，向后逐級(jí)進(jìn)行。開(kāi)始，向后逐級(jí)進(jìn)行。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY51-1、LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器RB2VQRB1C1VCCL1CC2C3EBCBRETRCDCcC4AL2C5C6DCR3R2R1vLC 振蕩器調(diào)頻電路*11o21CLf YANGTZE NORMAL UNIVERSITY61-2、變?nèi)荻O管調(diào)頻、變?nèi)荻O管調(diào)頻 RB2VQRB1C1 VCCL1CC2C3EBCBRETRCDCcC4AL2C5C6DCR3R2R1vLC振 蕩 器調(diào) 頻 電 路* 調(diào)頻電路由變?nèi)荻?/p>

4、極管DC及耦合電容Cc組成， R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時(shí)的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3稱(chēng)為隔離電阻，常取R3R2，R3R1，以減小調(diào)制信號(hào)v對(duì)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?nèi)荻O管DC通過(guò)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(diào)制失真。圖4.2.2為變?nèi)荻O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?nèi)荻O管的變?nèi)荻O管的Cj-v 特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 圖4.2.3 變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線(xiàn)

5、變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線(xiàn)如圖4.2.3所示。設(shè)電路工作在線(xiàn)性調(diào)制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q處，曲線(xiàn)的斜率為VCkCYANGTZE NORMAL UNIVERSITY81-3、 LC調(diào)頻振蕩器調(diào)頻振蕩器主要性能參數(shù)及其測(cè)主要性能參數(shù)及其測(cè)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(chēng)為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量回路的諧振頻率fo，高頻電壓表測(cè)量諧振電壓vo，示波器監(jiān)測(cè)振蕩波形。 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 主振頻率fo的相對(duì)穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定 度表示。 小時(shí)/ominmaxoofffff 最大頻偏最大頻偏 指在一定的調(diào)制電壓作用下所能達(dá)到的最大頻率偏移值。將 稱(chēng)為相對(duì)頻偏。 omff

6、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY9 變?nèi)荻O管特性曲線(xiàn)變?nèi)荻O管特性曲線(xiàn) 特性曲線(xiàn)Cj-v 如圖4.2.3示。 性能參數(shù)VQ、Cj0、 及Q點(diǎn)處的斜率kc等可以通過(guò)Cj-v 特性曲線(xiàn)估算。 jC 圖4.2.4是變?nèi)荻O管2CC1C的Cj-v 曲線(xiàn)。由圖可得 VQ= 4V時(shí) CQ=75pF， YANGTZE NORMAL UNIVERSITY10 調(diào)制靈敏度調(diào)制靈敏度 單位調(diào)制電壓所引起的最大頻偏稱(chēng)為調(diào)制靈敏度，以 表示，單位為 kHz/V，即fSmmVfSf 為調(diào)制信號(hào)的幅度； 為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化 時(shí)引起的最大頻偏。 回路總電容的變化量為mVmfjCj2CpCS在頻偏較小時(shí)

7、， 與 的關(guān)系可采用下面近似公式，即SSQom21CCffmfSC p- f ，jC- f 。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY11 為靜態(tài)時(shí)諧振回路的總電容， 即SQCQCQC1QCCCCCCS C1- - f調(diào)制靈敏度 mQo2VCCfSfSS 為回路總電容的變化量；SC式中， 調(diào)制靈敏度 可以由變?nèi)荻O管Cj-v 特性曲線(xiàn)上VQ處的斜率kc及式(4-2-15)計(jì)算。 越大，說(shuō)明調(diào)制信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的頻偏越大。 fSfSfSYANGTZE NORMAL UNIVERSITY12 1-4、設(shè)計(jì)舉例、設(shè)計(jì)舉例 例 設(shè)計(jì)一LC高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。kHz10m

8、f振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取 ， ，測(cè)得三極管的 由式(4-2-1) 式(4-2-4) 計(jì)算出各電阻值。 V6CEQV60。mA2CQI 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 主振頻率 fo =5MHz，頻率穩(wěn)定度510 4/小時(shí)，主振級(jí)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?nèi)荻O管2CC1C。 (1) 確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY13 (2) 計(jì)算主振回路元件值計(jì)算主振回路元件值 由式(4-2-5)得 ，若取C1=100pF，則L110H實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)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(cè)變?nèi)荻O管的測(cè)變?nèi)荻O管的Cj-v 特性曲線(xiàn)，設(shè)置變?nèi)莨艿撵o特性曲線(xiàn)，設(shè)置變?nèi)莨艿撵o態(tài)工態(tài)工 作點(diǎn)作點(diǎn)VQ本題給定變?nèi)荻O管的型號(hào)為 2CC1C ，已測(cè)量出其Cj-v 曲線(xiàn)如圖4.2.4所示。取變?nèi)莨莒o態(tài)反向偏壓VQ=4V，由特性曲線(xiàn)可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容CQ=75pF。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY15 (

10、4) 計(jì)算調(diào)頻電路元件值計(jì)算調(diào)頻電路元件值變?nèi)莨艿撵o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(duì)變?nèi)莨艿挠绊懀?應(yīng)取小，但 過(guò)小又會(huì)使頻偏達(dá)不到指標(biāo)要求?？梢韵热?，然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。當(dāng)VQ=- 4V時(shí)，對(duì)應(yīng)CQ=75pF， 則 CC 18.8 pf . )(jccCCCpp2 . 0p取標(biāo)稱(chēng)值20pFpYANGTZE NORMAL UNIVERSITY16(5) 計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度 為達(dá)到最大頻偏 的要求，調(diào)制信號(hào)的幅度Vm，可由下列關(guān)系式求出。由式(4-2-14) 得mfSS

11、Qom21CCff由Cj-v 曲線(xiàn)得變?nèi)莨?2CC1C 在VQ= 4V 處的斜率5 .12jCVCkpF/V， 由式(4-2-9) 得調(diào)制信號(hào)的幅度Vm=Cj / kc= 0.92V。 由式(4-2-12)得調(diào)制靈敏度Sf 為9 .10mmVfSfkHz/V YANGTZE NORMAL UNIVERSITY171-5、調(diào)頻振蕩器的裝調(diào)與測(cè)試、調(diào)頻振蕩器的裝調(diào)與測(cè)試 A。安裝要點(diǎn)。安裝要點(diǎn) 電路元件不要排得太松，引線(xiàn)盡量不要平行，否 則會(huì)引起寄生反饋。 多級(jí)放大器應(yīng)排成一條直線(xiàn)，盡量減小末級(jí)與前級(jí)之間的耦合。 地線(xiàn)應(yīng)盡可能粗，以減小分布電感引起的高頻損耗 。 為減小電源內(nèi)阻形成的寄生反饋，應(yīng)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(shí)應(yīng)合理布局，減小分布參數(shù)的影響。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY18b。 測(cè)試點(diǎn)選擇測(cè)試點(diǎn)選擇 正確選擇測(cè)試點(diǎn)，減小儀器對(duì)被測(cè)電路的影響。 在高頻情況下，測(cè)量?jī)x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(cè)電路的諧振頻率及諧振回路的Q值，為減小這種影響，應(yīng)使儀器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于電路測(cè)試點(diǎn)的輸出阻抗。 所有測(cè)量?jī)x器如高頻電壓表、示波器、掃頻儀、數(shù)字頻率計(jì)等的地線(xiàn)及輸入電纜的地線(xiàn)都要與被測(cè)電路的地線(xiàn)連接好，接線(xiàn)接線(xiàn)盡量短。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY19C。 調(diào)試方法調(diào)試方法（1）

13、先調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)）先調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。（3）測(cè)量頻偏）測(cè)量頻偏 加入幅度為V的調(diào)制信號(hào)以后，可以采用頻偏儀測(cè)量頻偏。也可以用示波器測(cè)量 C點(diǎn)的波形，觀察波形在X 方向的相移。（2）觀測(cè)動(dòng)態(tài)波形并測(cè)量電路的性能參數(shù)）觀測(cè)動(dòng)態(tài)波形并測(cè)量電路的性能參數(shù)。與低頻電路的調(diào)試基本相同，所不同的是按照理論公式計(jì)算的電路參數(shù)與實(shí)際參數(shù)可能相差較大，電路的調(diào)試要復(fù)雜一些。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY202、高頻功率放大器設(shè)計(jì)高頻功率放大器設(shè)計(jì) 利用寬帶變壓器寬帶變壓器作耦合回路的功率放大器稱(chēng)為寬帶寬帶功率放大器功率放大器。它不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線(xiàn)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(jī)的中間級(jí)，以提供較大的激勵(lì)功率。 利用選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱(chēng)為諧振諧振功率放大器功率放大器。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍，可以分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)和丁類(lèi)等功率放大器。丙類(lèi)功放的電流導(dǎo)通角50%，負(fù)載 RL=51。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY35 2-6、高頻諧振功率放大器的調(diào)整、高頻諧振功率放大器的調(diào)整 1. 諧振狀態(tài)的調(diào)整諧振狀態(tài)的調(diào)整當(dāng)出現(xiàn)回路 失諧失諧 狀態(tài) 時(shí)，回路的等效阻抗將下降。這時(shí)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(yán)重時(shí)將損壞晶體管。3121CCVCCV為保證晶體管安全工作，調(diào)諧時(shí)，可以先

15、將電源電壓 降低到規(guī)定值的 ，待找到諧振點(diǎn)后，再 將 升到規(guī)定值，然后微調(diào)回路參數(shù)。如圖4.3.7所示，在回路諧振時(shí)，高頻電壓表的讀數(shù)應(yīng)達(dá)到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，示波器監(jiān)測(cè)的波形為不失真基波。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY362-6、高頻諧振功率放大器的調(diào)整、高頻諧振功率放大器的調(diào)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(dāng)功放的輸出電壓 足夠大時(shí)，晶體管的許多參數(shù) （如集電結(jié)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(diǎn)是：必須在外加信號(hào)激勵(lì)下才產(chǎn)生，因此斷開(kāi)激勵(lì)信號(hào)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(huì)很大，有可能導(dǎo)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(dāng)?shù)母哳l電壓負(fù)反饋，或降低回路的QL值，如果可能的話(huà)，減小激勵(lì)信號(hào)電平。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY372-7、高頻諧振功率放大器的調(diào)整、高頻諧振功率放大器的調(diào)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(hào)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(shè)法破壞它的正反饋支路，例如減少基極回路線(xiàn)圈的電感量或串入電阻RF，降低線(xiàn)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(xiàn)電感等)的影響所造成的。例如引線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，其產(chǎn)生的分布電感(使放大器原有的電感相當(dāng)于開(kāi)路)與電路中的分布電容構(gòu)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(xiàn)的長(zhǎng)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(jī)設(shè)計(jì)舉例三、整機(jī)設(shè)計(jì)舉例 V12CCVmW500AP 51LRkHz10mf%50A例例 設(shè)計(jì)一小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)一小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī) 已知已知 ，晶體管 3DG100， = 60。 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 發(fā)射功率 ， 負(fù)載電阻(天線(xiàn)) ， 工作中心頻率 f0=5 MHz ，最大頻偏 ，總效率 。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY39 三、整機(jī)設(shè)計(jì)舉例三、整機(jī)設(shè)計(jì)舉例調(diào)制信號(hào)緩沖隔離LC 振蕩與調(diào)頻1.25mW0dB1.25mW13dB25mW13dB500mW功率激勵(lì)末級(jí)功放 LC振蕩與調(diào)頻電路 產(chǎn)生頻率 的高頻振蕩 信 號(hào) 。 變 容 二 極 管 線(xiàn) 性 調(diào) 頻 ，

19、 最 大 頻偏 。發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度由該級(jí)決定。MHz50fkHz10mf 緩沖隔離級(jí) 將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離，以減小功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響。緩沖隔離級(jí)常采用射極跟隨器電路。 末級(jí)功放 將前級(jí)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，使負(fù)載(天線(xiàn))上獲得滿(mǎn)足要求的發(fā)射功率。如果要求整機(jī)效率較高，則應(yīng)采用丙類(lèi)功率放大器 功率激勵(lì)級(jí) 為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率。如果發(fā)射功率不大，且振蕩級(jí)的輸出功率能夠滿(mǎn)足末級(jí)功放的輸入要求，則功率激勵(lì)級(jí)可以省去。 (2) 增益分配功率增益 如果集中在末級(jí)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(jī)各組成部分的作用，合理地分配功率增益。緩沖級(jí)可以不分配功率增益。設(shè)各級(jí)功率增益如圖 4

20、.4.2 所示。(1) 擬定發(fā)射機(jī)的組成方框圖YANGTZE NORMAL UNIVERSITY40 四、整機(jī)四、整機(jī) 電路的裝調(diào)與測(cè)試電路的裝調(diào)與測(cè)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?nèi)荻O管調(diào)頻電路 緩沖隔離級(jí) 通過(guò)調(diào)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(lèi)功率放大器YANGTZE NORMAL UNIVERSITY41四、整機(jī)四、整機(jī) 電路的裝調(diào)與測(cè)試電路的裝調(diào)與測(cè)試 電路的調(diào)試順序?yàn)椋弘娐返恼{(diào)試順序?yàn)椋?先分級(jí)調(diào)整單元電路的靜態(tài)工作點(diǎn)， 測(cè)量其性能參數(shù)；然后再逐級(jí)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直到整機(jī)調(diào)試；最后進(jìn)行整機(jī)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試。由于功放運(yùn)用的是折線(xiàn)分析方法，其理論計(jì)算為近似值。此外單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算沒(méi)有考慮實(shí)際電路中分布參數(shù)的影響，級(jí)間的相互影響，所以電路的實(shí)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(jī)調(diào)整過(guò)程中，修改比較大，這是在高頻電路整機(jī)調(diào)試中需要特別注意的。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY42四、整機(jī)四、整機(jī) 電路的裝調(diào)與測(cè)試電路的裝調(diào)與測(cè)試 1. 調(diào)頻振蕩級(jí)與緩沖級(jí)相聯(lián)時(shí)的常見(jiàn)故障調(diào)頻振蕩級(jí)與緩沖級(jí)相聯(lián)時(shí)，可能出現(xiàn)振蕩級(jí)的輸出電壓幅度