无线调频发射／接收系统的设计(毕业论文).doc

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1、目目 录录 第第 1 1 章章 绪论绪论1 1 1.1 课题相关技术的发展 .1 1.2 课题研究的必要性 .2 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计3 3 2.1 无线调频发射机组成框图及设计指标3 2.2 无线调频发射机组成框图及设计指标.5 2.2.1 无线调频接收系统组成框图 .5 2.2.2 调频接收机的指标如下： .6 第第 3 3 章章 无线调频发射电路系统方案设计无线调频发射电路系统方案设计7 7 3.1 单元电路方案设计7 3.1.1 高频小信号谐振放大器7 3.1.2 高频振荡器与变容二极管调频电路设计.10 3.1.3 高频功率放大器的设计.16 3.2 MC28

2、33 芯片的调频发射机设计 24 3.2.1 MC2833 芯片介绍24 3.2.2 MC2833 调频发射机电路设计25 第第 4 4 章章 无线调频接收系统设计无线调频接收系统设计2727 4.1 无线调频接收电路框图及其原理.27 4.1.1 调频接收机的工作原理.27 4.1.2 单元电路的设计 27 4.2 MC3361 调频接收机的设计 .30 4.2.1 MC2833 芯片介绍30 4.2.2 MC3361 调频接收电路 31 第第 5 5 章章 电路仿真电路仿真3333 5.1 小功率发射机的调试与测试结果.33 5.2 接收电路的调试.33 第第 6 6 章章 总结与展望总结

3、与展望3535 参考文献参考文献3636 致谢致谢3737 0 第第 1 1 章章 绪论绪论 随着无线通信技术的迅速发展，无线通讯技术已广泛地在通信、计算机、自 动控制、自动测量、遥控/遥测、仪器仪表、医疗设备和家用电器等领域中应用。 无线电路与人们熟知的双向无线电、电视、广播设备并无不同之处。它们中的一 些需要高线性调制（TV 图像） ，一些需要经过中继站工作（双相无线电） ，真正 的差别在于元件的体积小得多，以及在无线电中，绝大多数情况下都能使用时分 复用、扩频或其他能有效提高通信带宽利用率的方法。 无线通信技术以惊人的速度持续增长，几乎每天都有新的应用的报道。除了 诸如无线电广播和电视等

4、传统的通信应用外，射频（RF）和微波也正在被应用于 无绳电话、蜂窝移动通信、局域网和个人通信系统中。无钥匙进门，射频识别， 在医院或疗养院中监控病人，计算机的无线鼠标和无线键盘，以及家用电器的无 线网络化，这些都是应用射频技术的其他一些领域。其中某些应用传统上采用红 外技术，然而射频电路由于其卓越的性能正在取而代之。在可以预见的将来，射 频技术有望继续保持当前的增长率。 设计无线遥控电子系统的根本目的是将信息从一处传到另一处。因此无线遥 控电子系统可划分为发射电路、接收电路和存在发射与接收之中的信息处理和控 制过程。由于存在地球大气的损耗，因而直接传送信息不现实，把信息通过载波 调制到高频是必

5、要的。在本设计中采用 FSK 调制方式、甲乙类功率放大器和耦合 天线构成发射电路、接收电路采用集成芯片混频器进行高频向低频解调及必要的 信息恢复电路。 本文叙述了发射机、编码、接收机、解调等电路的原理 ，利用计算机仿真 完成了电路形式的选择和性能分析。达到了理论与实际相结合的目的，提高了分 析问题解决问题的能力。 1.11.1 课题相关技术的发展课题相关技术的发展 从 1912 年阿姆斯特朗发明的朝外差接收方法，为现代无线电接收技术奠定 了基础，此后他又发明了频率调制方法，开创了崭新的高质量通信方式，开始了 1 高保真优质的新时代。1937 年里布斯发明了脉冲编码调制，在第二次世界大战期 间，

6、各国都给予了无线电通信足够的重视。在二战结束后无线调频技术也得到了 进一步的发展，许多国家建立起无线广播电台，从此广播进入一个全新的高保真 时代 21 实际末，随着无线广播技术的成熟与发展，以及电子技术尤其是计算机、 单片机技术的民用化进程加速，无线广播逐步应用到学校、农村、工厂、小区、 医院等场所，作为教学工具、应急广播工具、智能管理工具、安全广播工具等使 用，同时无线广播的功能也大大提高，可以实现点对点、分组、统一、定时自动 广播等。 1.21.2 课题研究的必要性课题研究的必要性 现在是一个信息爆炸的新时代。信息关乎着所有人的生活、财产、甚至是生 命安全。每天我们都会收看电视节目、收听广

7、播电台、浏览网页等，在做这些事 情的时候我们可以得到很多信息，比如：明天会下雨、某国发生地震、物价上涨、 股票的涨跌。这些都我们的生活息息相关，无形中我们对信息有了一种割舍不下 的依赖。 所以如何实现远距离高质量的通信是越来越多的人共同追求的问题，而该系 统正好可以解决部分人对通信的需求。 2 第第 2 章章 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 无线调频发射机组成框图及设计指标无线调频发射机组成框图及设计指标 2.1.12.1.1 无线调频发射机组成框图无线调频发射机组成框图 与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变，因而具有较强 的抗干扰能力与较高的效率，在无线通信、广播电视

8、、遥控遥测等方面获得广泛 应用。直接调频发射机组成框图如下图 2.1 所示： 高频振荡信频缓冲隔离 频率调制 高频功放 调制信号 图 2.1 直接调频发射机组成框图 2 2. .1 1. .2 2 调调频频发发射射机的指标机的指标 1 1. .发发射射功功率率 A P 一般是指发射机输送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射频率 的波 长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。波长与频率的f 关系为 ：。式中，c为电磁波传播速度，c = 3108ms。若接收机的fc/ 灵敏度=2V，则通信距离s与发射功率的关系为 A V A P mW Akm PS 4 07 . 1 3 表2.1列出了小功率发

9、射机的功率与通信距离s的关系。 A P 表表2.12.1发射功率发射功率P P。与通信距离。与通信距离s s的关系的关系 mW A P 50 50 100 100 200 200 300 300 400 400 500 500 600 600 700 skm 2.84 284 3.38 338 4.024.454.825.085.275.50 2 2. .总总效效率率 发射机发射的总功率与其消耗的总功率之比称为发射机的总效率， A P C P A 即： (2.1) / CAA PP 3.工工作作频频率率 工作频率或波段发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或地区或有关 部门所规定的范围内选取。

10、广播通信常用波段的划分如表 6.4.2 所示， 对于调频发射机，工作频率一般在超短波范围内。 表表 2.32.3 广播通信常用波段划分广播通信常用波段划分 波段名称波长范围m频率范围频段名称 超长波100000100003kHz30kHz甚低频 长波10000100030kHz300kHz低频 中波100020030kHz1.5MHz中频 中短波200501.5MHz6MHz中高频 短波50106MHz30MHz高频 4.4.非线性失真非线性失真 当最大频偏为75kHz，调制信号的频率为 1OOHz7500Hz时，要求调频 m f 发射机的非线性失真系数应小于1。 5 5. .杂杂音音电电瓶瓶

11、 调频发射机的寄生调幅应小于载波电平的 510，杂音电平应小于- 65dB。 4 6.LC6.LC振荡与调频电路振荡与调频电路 产生频率= 5MHz的高频振荡信号。变容二极管线性调频，最大频偏 0 f =10kHz。发射机的频率稳定度由该级决定。 m f 7.7.缓冲隔离级缓冲隔离级 将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输 出信号较大，工作状态的变化(如谐振阻抗变化)会影响振荡器的频率稳定度， 或波形失真或输出电压减小。为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离 级。 8 8. .功功率率激激励励级级 为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大，且振荡级的输出功率能 够满

12、足末级功放的输入要求，则功率激励级可以省去。 9 9. .末末级级功功放放 将前级送来的信号进行功率放大，使负载(天线)上获得满足要求的发 射功率。如果要求整机效率较高，则应采用丙类功放；若整机效率要求不高， 如50，波形失真要小，则可以采用甲类功放。如果要求 A 50，选用丙类功放较好。 A 2.2 无线调频发射机组成框图及设计指标无线调频发射机组成框图及设计指标 2.2.12.2.1 无线调频接收系统组成框图无线调频接收系统组成框图 无线调频接收系统采用外插式调频，系统框图如 2.2 所示： 限幅鉴频中频放大混频高频放大 本振 图 2.2 外差式调频接收机组成框图 低频功放 5 2.2.2

13、2.2.2 调频接收机的指标如下：调频接收机的指标如下： 1 1. . 工工作作频频率率范范围围 接收机可以接收到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或 波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应，如调频广 播收音机的频率 范围为 88MHz 108MHz，是因为调频广播发射机的工 作频率范围也为88MHz 108MHz。 2 2. . 灵灵敏敏度度 接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来 表示， 接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一 般为 2V 30V。 3 3. . 选选择择性性 接收机从各种信号和干扰信号中选出所需信号(或衰

14、减不需要的信号 )的 能力 称为选择性，单位用dB(分贝 )表示， dB 数越高，选择性越好。一 般调幅收音机频偏 10kHz 的选择性应大于 20dB，调频收音机的中频干 扰比应大于 50dB。 4 4. . 频频率率特特性性 接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般 为 200kHz。 5 5. . 输输出出功功率率 接收机的负载上获得的最大不失真(或非线性失真系数为给定值时)功率称输 出功率。 6 第第 3 3 章章 无线调频发射电路系统方案设计无线调频发射电路系统方案设计 3.13.1 单元电路方案设计单元电路方案设计 3.1.13.1.1 高频小信号谐振放大器高频

15、小信号谐振放大器 根据设计任务书的要求，因放大器的增益大于 20dB，且 MHzfo20 ， MHzf427 . 0 ，采用单级放大器即可实现，拟定高频小信号谐振放大器的电路原 理图如图 3.1 所示。 图 3.1 高频小信号谐振放大器参考电路原理图 1. 电路结构的工作过程电路结构的工作过程 （1）静态工作过程 当输入信号 ui=0V 时，放大器处于直流工作状态(静态)。理想情况下，变压 器 T1 的次级、变压器 T2 的初级视为短路，电容器 Cb、Ce、Cf 视为开路，放大 器的直流通路如图 3.2(a)所示。此时，输出信号为 0。 （2）动态工作过程 当输入信号 ui 不等于 0V 时，

16、放大器处于交直流工作状态(动态)。理想情况 下，电容器 Cb、Ce、Cf 视为短路，放大器的交流通路如图 3.2(b)所示。 7 图 3.2 2.2. 选择晶体管与计算选择晶体管与计算 Y Y 参数参数 根据晶体管 Y 参数等效电路可知，为了保证当大气工作稳定，应该选择 yre 小的晶体管。为了能在给顶的工作频率上正行工作，要求晶体管的频率特性要好， 一般选用 0)105(ffT 的管子。在要求电压增益高的情况下，应选取|yfe|大的 晶体管。 由于设计要求 MHzfo20 ， MHzf427 . 0 ，且电压增益不是很大，选用晶 体管 3DG6C 在性能上可以满足需要。晶体管选定后，根据高频

17、小信号谐振放大器 应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下， EQI 应尽量小些以减小静态 功率损耗。值得注意的是， EQI 变化会引起 Y 参数的变化，在正常的 EQI 取值范围 内，随着 EQI 的增加，|yfe|变大，gie、goe 略有增加。这里采用 EQI 等于 1mA 进 行 Y 参数计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。 3.3.求晶体管的混合求晶体管的混合参数参数 已知晶体管 3DG6C 的参数为 MHzfT250 ， 70r bb pFc cb 3 ,。据此可求得：mAIEQ160 0 （1）发射结的结电阻； 3 0 1056 . 1 )(/26mAImVr EQ

18、be （2）发射结的结电导；srg ebeb 31064 . 0 /1 （3）晶体管的跨导；smAmAIg em 31046.38)(26/ )( （4）发射结电容。pFFfgC Tmeb 5 . 241210 5 . 24)2/( 8 4.4.由混合由混合参数求参数求 Y Y 参数参数 由于，可以按下列公式计算：pFC c 3 b cbeb CC （1）共射晶体管输入导纳 （3.1） ，mSj Cjgr Cjg y ebebbb ebeb ie 82 . 2 16 . 1 )(1 由此可得： mSgie16 . 1 。 （2）共射晶体管输出导纳 mSj Cjgr grCj ebcbbb mb

19、bcb oe 922 . 0 185 . 0 )(1 y （3.2） ，由此可得： mSgoe185 . 0 。 (3)共射晶体管正向传输导纳 （3.3） ，mSj cjgr g y ebebbb m fe 73 . 0 95.34 )(1 由此可得： mSyfe65.35| ， 37.11fe 。 （4）共射晶体管反向传输导纳 （3.4） ，mSj cjgr cj y ebebbb cb re 347 . 0 07 . 0 )(1 由此可得： mSyre354. 0| ， 4 . 101fe 。 5.5.确定静态工作点确定静态工作点 根据晶体管的混合参数已知条件可知：晶体管为 3DG6C，

20、mAIEQ1 ， 600 ， mAIIEQBQ60/1/0 。为了稳定静态工作点，晶体管分压式偏置电阻 上流过的电流一般需设置为(510) BQI ，这里取 10 倍关系，并设置 VVEQ5 . 1 ， VVCEQ5 . 7 ，则 (1) kmAVIVEQEQ11/5 . 1/Re ； (2) kmAVIVVRBQBEQEQb 2 . 13)1060/1/()7 . 05 . 1 ()10/()(2 ，取标称值 13 k ，得到实际的流过偏置电阻上的电流为 mAkVRVVIbBEQEQRb17 . 0 13/)7 . 05 . 1 (/ )(22 9 (3) kmAVIVVVccRbRBEQE

21、Qb4017 . 0 /)7 . 05 . 19()/ )(21 。 在实际制作过程中， 1bR 可用 30 k 的电阻和 50 k 的电位器串联，以便调整 静态工作点。 6.6.元件清单元件清单 表表 3.13.1 元件清单元件清单 3.1.23.1.2 高频振荡器与变容二极管调频电路设计高频振荡器与变容二极管调频电路设计 1.1. 电路的基本原理电路的基本原理 图 3.3 所示的为 LC 正弦波振荡器与变容二极管调频电路。其中，晶体管 T 序号元件及名称作用 1变压器 T1耦合元件 2变压器 T2耦合元件，初级线圈与电容器 C 组成选频.回路 3晶体管 T放大元件 4电阻 Rb1、Rb2

22、分压式偏置电路，固定晶体管基极静态电位 5电阻 Re发射极直流负反馈电阻，稳定静态工作点 6电容器 C与 CT、T2 初级线圈组成晶体管集电极谐振负载，起选频作用 7电容器 CT 谐振回路谐振频率调节电容 8电阻 RT谐振回路可调电阻，调节谐振回路品质因素，实现阻抗匹 配 9电容器 Cf电源滤波电容 10电容器 Cb 基极旁路电容 11电容器 Ce发射极旁路电容 12Vcc直流电源 10 组成电容三点式振荡器的改进型是路即克拉泼电路，它被接成共基组态，为基 极耦合电容，其静态工作点由决定，即 （3.5） （3.6） 图 3.3 LC 高频振荡器与变容二极管调频电路 （3.7） （3.8） 小功

23、率振荡器的静态工作电流一般为 14m。偏大，振荡幅度增加， 但波形失真加重，频率稳定性变差。、与组成并联谐振回路，其中 两端的电压构成振荡器的反馈电压以满足相位平衡条件。比值 决定反馈电压的大小，当时，振荡器足振幅平衡条件，电路 的起振条件为1。为减小晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响， 11 的取值要大。如果选，则回路的谐振频率主要由 3121 ,CCCC 决定即 （3.9） 如果取为几十皮法，则可取几百皮法至几千皮法。反馈系数 F 一般 取 1/81/2。 调频电路由变容二极管 DC及耦合电容 C。组成，R1与 R2为变容二极管提供 静态时的反向直流偏置电压 VQ，即 VQ=R2/（R1

24、+R2）VCC。电阻 R3称为隔离电阻， 常取 R3 R2,R3R1以减小调制信号对的影响。C5与高频扼流圈 L2给提 供电路 C6起高频滤波作用。 变容二极管 DC通过 CC部分接入振荡回路，有利于提高主振频率的稳定性， 减小调制失真。图 3.4 所示的为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路，接入 系数 p 及回路总电容 C 分别为 图 3.4 变容二极管部分接入的等效电路图 （3.10） jC j CC CcC CC 1 （3.11） 12 式中，为变容二极管的结电容，它与外加电压的关系为 （3.12） 式中，为变容管加零偏压时的结电容；VD 为变容管 PN 结内建电位差 （硅管 VD=0

25、.7V，锗管 VD=0.3V）；为变容二极管的电容变化指数，与频偏的大 小有关（在小频偏情况下，选=1 的变容二极管可近似实现线性调频；在大频偏 情况下，必须先=2 的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频）；为 变容管两端所加的反向电压， 。 变容二极管的特性曲线如图 3.5 所示。设电路工作在线性调制状态，在 静态工作点 Q 处，曲线的斜率为 （3.13） 图 3.5 变容二极管的特性曲线 2.2.主要性能参数及其测试方法主要性能参数及其测试方法 （1） 主振频率 LC 振荡器的输出频率称为主振频率或载波频率。用数字频率计测量回路 的谐振频率，高频电压表测量谐振电压，示波器监测辰荡波形

26、。测试点如 13 图 3.3 所示，即 C 点测电压；E 点测波形；A 点测频率。由于数字频率计的输入 阻抗较低，所以要接入电容，一般取等于几十皮法。 （2） 频率稳定度 主振频率的相对稳定性用频率稳定度表示。虽 然调频信号的瞬时频率随调制信号的改变而改变，但这种变化是以稳定的载频 为基准的。若载频不稳，则调频信号的频谱有可能落到接收机通带之外。因此， 对于调频电路，不公要满足一定频偏要求，而且振荡频率必顺保持足够高的频 率稳定度。测量频率稳定度的方法是，在一定的时间范围（如 1 小时）内或温度 范围内每隔几分钟读一个频率值，然后取其范围内的最大值与最小值， 则频率稳定度 /小时 （3.14）

27、 图 3.3 所示克拉泼电路的频率稳定度较低，其为（10-310-4）/小时。 （3）最大频偏 指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值 称为相对频偏。用于调频广播、电视伴音，移动式电台等的相对频 偏较小，一般10-3，在频偏在 50KHz75KHz之内。采用频偏仪测量频 偏。 （4）变容二极管特性曲线 变容二极管的特性曲线如图 3.5 所示。变 容二极管的性能参数及 Q 点处的斜率 kc等可以通过特性曲线 j0 CCV jQ 、 估算。测量曲线的方法如下：先不接变容二极管（参见图 3.3），用频率计 测量 A 点的频率；再接入变容管及其偏置电路，其中 R1与一电位器串 联以改变变容管

28、的静态直流偏压，测出不同时对应的输出频率由式 （3.9）或下式计算对应的回路总电容： 14 （3.15） 再由式（3.11）计算变容管的结电容，然后将 VQ与的对应数据列表并绘 制曲线。不同型号的变容管，其曲线相差较大，性能参数也不相同。 使用前一定要测量（或查阅手册）变容管的曲线。图 3.6 所示的为变容二极 管 2CCIC 的。由图可得时，Q 处的斜率可由式（3.13） 求得。若取，则斜率。 图 3.6 2CCIC 特性曲线 （5） 调制灵敏度 单位电压所的最大频偏称为调制灵敏度，以表示，单位为 kHZ/V,即 （3.16） 式中，为调制信号的幅度；为变容管的电容变化 时的最大频偏， 由于

29、变容管部分接入谐振回路，则引起回路总电容的变化量为 15 = （3.17） 在频偏较小时，与的关系可采用下面近似公式计算： Q m C C f f 2 1 0 （3.18） 将式（3.18）代入式（6-2-12）得调制灵敏度 （3.19） 式中，为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量；为静态时 谐振回路的总电容， （3.20） 调制灵敏度可以由变容二极管特性曲线上处的斜率及式（3.19） 计算。越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 3.1.33.1.3 高频功率放大器的设计高频功率放大器的设计 1.1.电路的基本原理电路的基本原理 利用宽带变压器作藕合的功放称为宽带功放。

30、常见宽带变压器有用高频磁芯 绕制高频变压器和传输线变压器。宽带功放不需要调谐回路，可在很宽的平了范 围内获得线性放大但效率 比较低，一般只有 20%左右，它通常作为发射机的 中间级，以提供较大的激励功率。 利用选频网络作为负载回路的功放称为谐振功放，根据放大器电流导通角 的范围，可分为甲类、丙类、乙类和丁类等功放。电流导角 越小，放大器 的效率越高。如丙类功放的 90 ,但功效可以达到 80%，丙类功放通常作为 发射机的末级，已获得较大的输出功率和较高的效率。 （1）.宽带功放 16 静态工作点 如图 3.7 所示，晶体管 T1组成的宽带功放工作在甲类状态，亦称为甲类功放。 其中，RB1、RB

31、2 为基极偏置电阻；RE1 直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点； RF 为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工 作点由下列关系式确定： VEQ = IEQ (RF + RE1 ) I CQ REI (3.21) 式中，RF 一般为几欧姆至几十欧姆。 ICQ =IBQ (3.22) VBQ = VEQ +0.7V (3.23) VCEQ =VCC -ICQ （RF+REI） (3. 24) 高频变压器 图 3.7 所示的高频变压器仍然是应用变压器原理，依靠磁芯中的公共磁通 将初级线圈的能量传输到次级线圈。线圈漏感和分布电容的影响限制了它的 高频特性。这种宽带变压器

32、一般用在短波段。 由变压器原理可得，宽带功放集电极的输出功率 (3.25) 式中，为输出负载上的实际功率；为变压器的传输效率，一般 =0.750.85。 17 3.7 高频功放电路 图 3.8 所示的是甲类功放的负载特性；为获得不失真输出功率，静太工 作点 Q 应选在交流负载线 AB 中点。集电极的输出功率 (3.26) H cm cmcmC R V IVP 2 2 1 2 1 图 3.8 甲类功放的负载特性 式中，为集电极等效负载电阻；为集电极交流电压的振幅，其表达式 为 (3.27) 式中，称为饱和压降，约 1V。Icm 为集电极交流电流的振幅，其表达式 为 (3.28) CQCm II

33、如果变压器的初级线圈匝数为，次级线圈的匝数为，则 (3.29) 式中，RH为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗|Zi|。 功率增益 与电压放大器不同的是宽带功放应有一定的功率增益，对于图 3.7 所示电路， 宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，必须将前级输入的信号进行 功率放大，功率增益 Ap=Pc/Pi (3.30) 式中，Pi 为宽带功放的输入功率。输入功率与宽带功放的输入电压 Vim 及输 入电阻 Ri 的关系为 18 (3.31) 式中，Ri 又可以表示为 (3.32) 式中，为共发射极接法晶体管的输入电阻，高频工作时，可认为它近似等 于晶体管的基极体电阻；

34、为晶体管共射电流放大系数，即。 2.2.丙类功放丙类功放 （1）基本关系式 如图 3.7 所示，丙类功放的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量 在射极电阻 RE2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当 放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流为余弦脉冲波。利用谐振 回路中 L2、C2的选频作用可输出基波谐振电压电流。集电极基波电压的振 幅： (3.33) 式中， 为集电极基波电流的振幅；Rp为集电极负载阻抗。集电极输出功率： (3.34) P c p c ccC R V RIIVP Im 2 Im 2 ImIm 2 1 2 1 2 1 直流电源 Vcc 供给的直流功率： PD

35、=VCCICO (3.35)式中，Ico为集电极电流脉冲 ic的直流分量。电流脉冲 ic经傅里叶级数分解， 可得峰值 Icm 与分解系数的关系式 (3.36) 分解系数与的关系如图 3.9 所示。 19 图 3.9 电流脉冲的分解系数 集电极的耗散功率 (3.37) 集电极的效率 (3.38) 0 1 0 11 2 1 )( )( 2 1 2 1 CC CM CQ CM CC MC D C V V I I V V P P 式中称为电压利用系数 图 3.10 所示的是丙类功放管特性曲线折线化后的输入电压与集电极电流 脉冲的波形关系。由图可得 (3.39) 图 3.10 输入电压 VBK与集成电流

36、 iC的波形 式中，Vj为晶体管导通电压（硅管约 0.6V，锗管约 0.3V）；VBK为输入电压 （或激励电压）的振幅；VB为基极直流偏压 (3.40)VRIV ECOB 7 . 0 20 当输入电压 VBE大于导通电压 V1时，晶体管导通，并工作在放大状态，则基 极电流脉冲 IBm与集电极电流脉冲 Icm成线性关系，即满足 (3.41) 因此，基极电流脉冲的基波幅度 IBIm及直流分量 IBO也可以表示为 (3.42) 基极基波输入功率 (3.43) 丙类功放的功率增益 (3.44)(lg10 00 dB p p A P P A i P i P 或 如图 3.7 所示，丙类功放的输出回路采用

37、变压器耦合方式。其作用，一是实 现抗阻抗匹配，将集电极的输出功率送至负载 RL；二是与谐振回路配合，滤除谐 波分量。 集电极谐振回路为部分接入，谐振频率 或 (3.45) 由变压器原理可得 (3.46) 式中，N1为集电极接入初级的匝数；N2为初级线圈总匝数；N3为次级线圈 总匝数；QL为初级回路有载品质因数，一般取值为 210。 丙类功放的输入回路亦采用变压器耦合方式，以使输入阻抗与前级输出阻反 抗匹配。分析表明，这种耦合方式的输入阻抗 Z1= (3.47) 21 式中， 为晶体管基极体电阻，。 （2）负载特性 当丙类功放的电源电压+Vcc，基极偏置电压 VB，输入电压（或称激励电压） VB

38、m确定后，如果电流导通角选定，则丙类功放的工作状态只取决于集电极的等 效负载阻抗 Rq.丙类功放的交流负载特性如图 6.3.5 所示。由图可见，当交流负载 线正好穿过静态特性曲线的转折点 A 时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和 压降 VCES，集电极电流脉冲接近最大值 Icm。此时集电极输出的功率 Pc 和效率 都较高，称此时丙类功放处于临界工作状态。所对应的等效负载电阻 (3.48) 图 3.10 丙类功放的负载特性 当 Rq 小于临界值时，丙类功放处于欠压工作状态，如 C 点所示，集电极输 出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此，输出功率和效率都较小，当 Rq 大 于临界值时，丙类功放

39、处于过压工作状态，如 B 点所示。集电极电压虽然较大， 但集电极电流波形凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和 效率的要求，丙类功率放大器通常选择在临界工作状态，如 A 点所示。判断功放 是否为临界工作状态的条件是 VcccmCes (3.49) 式中，Vcm 为集电极输出电压的幅度；VCES为晶体管饱和压降。 22 3.主要技术指标及实验测试方法主要技术指标及实验测试方法 (1).输出功率 高频功放的输出功率是指放大器的负载 RL上得到的最大不失真功率。在 图 6.3.1 所示电路中，由于负载 RL与丙类功放的谐振回路之间采用变压器耦 合方式，实现了阻抗匹配，则集电极回路的谐

40、振阻抗 RO上的功率等于负载 RL上的功率，所以将集电极的输出功率视为高频功放的输出功率，即 (3.50) 0 1 2 0 1 2 1 2 m10 2 1 2 1 2 1 R V RIIVP mC mCmC C 测量高频功放主要技术指标的电路如图 3.11 所示，其中高频信号发生器提供 激励信号电压与谐振频率，示波器监测波形失真，直流毫安表 mA 测量集电极的 真流电流，高频电压表 V 测量负载 RL的端电压。只有在集电极回路处于谐振状 态时才能进行各项技术指标的测量。可以通过高频电压表 V 及直流毫安表 mA 的 指针来判断集电极回路是否谐振，即电压表 V 的指标为最大值，毫安表 mA 的指

41、 示为最小值时集电极回路处于谐振（或用扫频仪测量）。 放大器的输出功率可以由下式计算： (3.51) 式中，VL为高频电压表 V 的测量值。 效率 高频功放的能量转换效率主要由集电极的效率所决定。所以，常将集 电极的效率视为高频功放的效率，用表示，即 (3.52) 图 3.11 所示的电路可以用来测量高频功放的效率。集电极回路谐振时，的 值由下式计算： (3.53) 式中，VL 为高频电压表的测量值；Ico 为直流毫安表的测量值。 23 图 3.11 高频功放的测试电路 (2).功率增益功率增益 高频功率的输出功率 Po 与输入功率 Pi 之比称为功率增益，用 Ap（单位： dB）。 3.23

42、.2 MC2833MC2833 芯片的调频发射机设计芯片的调频发射机设计 3.2.13.2.1 MC2833MC2833 芯片介绍芯片介绍 1. MC2833 是美国 MOTOROLA 公司同步开发无绳电话和调频通讯设备的 FM 发 射系统，内置了话筒放大电路、压控振荡器和两级缓冲放大晶体管。其主要特性 如下： （1）2.89.0V 宽范围的工作电压 （2）低功耗电流（典型值为 2.9mA） （3）只需少量的外围元器件 （4）60MHz 频率具有-30dB 直接功率输出 （5）使用片内放大晶体管输出功率可达+10dBm 的输出功率 （6）可以接入 FCC、DOT、PTT 等射频电路 2. MC

43、2833 的极限参数 表表 3.5 MC2833 的极限参数的极限参数(Ta=25 Vcc=4.0V) 24 3.MC2833 引脚图 图 3.12 是 MC2833 的引脚图。 图 3.12 MC2833 引脚图 3.2.23.2.2 MC2833MC2833 调频发射机电路设计调频发射机电路设计 1.电路基本原理电路基本原理 MC2833 内部包括话筒放大器、射频压控振荡器、缓冲器、 两个辅助晶体 管放大器等几个主要部分, 需要外接晶体、 LC 选频网络以及少量电阻、电容和 名称标识符极限值单位 电源电压 Vcc10V(DC) 工作电压范围 Vcc2.89.0V(DC) 最高结温 TJ+1

44、50 环境温度 TA-30-75 储藏温度 Tstg-65+150 25 电感。 MC2833 的电源电压范围较宽, 为 28 V90V。当电源电压为 40 V, 载频为 166 MHz 时, 最大频偏可达 10kHz, 调制灵敏度可达 15HzmV。输出最大功率为 10mW(50 负载)。 话筒产生的音频信号从脚输入, 经放大后去控制可变电抗元件。可变电抗 元件的直流偏压由片内参考电压 VREF 经电阻分压后提供。由片内振荡电路、可 变电抗元件、外接晶体和 15、16 脚两个外接电容组成的晶振直接调频电路(Pierce 电路)产生载频为 16.5667MHz 的调频信号。 与晶体串联的 33

45、F 电感用于扩展最大线性频偏。缓冲器通过 14 脚外接三 倍频网络将调频信号载频提高到 49.7 MHz, 同时也将最大线性频偏扩展为原来的 三倍, 然后从 13 脚返回片内, 经两级放大后从脚输出。 MC2833 输出的调频信号可以直接用天线发射, 也可以接其它集成功放电路 后再发射出去。 2.MC2833 调频发射电路调频发射电路 26 第第 4 4 章章 无线调频接收系统设计无线调频接收系统设计 4.14.1 无线调频接收电路框图及其原理无线调频接收电路框图及其原理 4.1.14.1.1 调频接收机的工作原理调频接收机的工作原理 一般调频接收机的组成框图如图4.1 所示。其工作原理是：天

46、线接收 到的高频信号，经 输入调谐回路选频为，再经高频放大器放大，进入混 频器；本机振荡器输出的另一高频信号亦进入混频器，则混频器的输出为 含有、(+)、(-)等频率分量的信号。混频器的输出接有选频回 路，选出中频信号 (-)，再经中频放大器放大，获得足够高的增益， 然后经鉴频器解调出低频调制信号，再由低频功放级放大，驱动扬声器。从 天线接收到的 高频信号经过混频成为固定的中频-，故称为超外差式 接收机。这种接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。 27 输入调谐回路高频放大混频中频放大 鉴频 低频功放 本机振荡 扬声器 图 4.1 调频接收机组成框图 4.1.24.1.2 单元电路的

47、设计单元电路的设计 1 1混混频频器器电电路路设设计计 一种简单实用的混频电路如图6.5.2 所示。其中，三极管T1实现 频率变换，将天线接收 到的高频调制信号 ()与三极管 T2和晶振组成的 本机振荡器的输出信号 ()进行混频，由 LC 选频网络选出中频信号 (-)。频率变换的原理是，利用三极管集电极电流ic与输入 电压 之间 4.2 混频器电路图 28 的非线性关系实现频率变换。变换后的调制参数(调制频率和频率 偏移 )保持不 变，仅载波频率变换成中频频率。对于图4.1 所示电路， 由于高频调制信号从混频管的基极输入，本机振荡信号从混频管的发射极 注入，故称这种电路为基极输入、发射极注入式混频电路。这种电路的特 点是：信号的相互影响较小，不易产生牵引现象，但要求本振的输出电压 较大，以 便使三极管 T1工作于非线性区，实现频率变换。 混频管 T1的静态工作点由 R1、R2及 R3决定(在电源电压 +VCC确定时 )。 为使混频管在大信 号输入下进入非线性工作区，静态工作电流ICQ不能太 大，否则非线性作用消失，混频增益将大大下降。但 ICQ也不能太小。实 验表明 +VCC=