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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,YANGTZE NORMAL UNIVERSITY,高頻電子電路設計,小功率調頻發(fā)射機設計,學習要求,掌握調頻發(fā)射機整機電路的設計與調試方法，以及高頻電路的調試中常見故障的分析與排除；,學會如何將高頻單元電路組合起來實現(xiàn)滿足工程實際要求的整機電路的設計與調試技術。,一、調頻發(fā)射機及其主要技術指標,1.,組成框圖,一、調頻發(fā)射機及其主要技術指標,2.,主要技術指標,發(fā)射功率,一般是指發(fā)射機輸送到天線上的功率。,總效率,發(fā)射機發(fā)射的總功率 與其消耗的總功率,P,C,之比,，,稱為發(fā)射機的總效率 。,非線性失真,

2、要求調頻發(fā)射機的非線性失真系數(shù),應小 于 1%。,雜音電平,雜音電平應小于 65 dB。,工作頻率或波段,發(fā)射機的工作頻率應根據(jù)調制方式，在國家或有關部門所規(guī)定的范圍內(nèi)選取。,二、單元電路設計與調試,整機電路的設計計算順序一般是從末級單元電路開始，向前逐級進行。而電路的裝調順序一般從前級單元電路開始，向后逐級進行。,1-1、,LC正弦波振蕩器,其中，晶體管T、L,1,、C,1,、C,2,、C,3,組成電容三點式振蕩器的改進型電路 即克拉潑電路，接成共基組態(tài)，C,B,為基極耦合電容，其靜態(tài)工作點由,R,B1,、,R,B2,、,R,E,及,R,C,所決定，即由公式,（4-2-1）（4-2-4）,決

3、定。,I,CQ,一般為,(14)mA,。,I,CQ,偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。,L,1,、,C,1,與,C,2,、,C,3,組成并聯(lián)諧振回路，其中,C,3,兩端的電壓構成振蕩器的反饋電壓，以滿足相位平衡條件,S,j,=2,n,p,。,比值,C,2,/,C,3,=,F,，決定反饋電壓的大小，反饋系數(shù),F,一般取,1/81/2,。,為減小晶體管的極間電容對回路振蕩頻率的影響，,C,2,、,C,3,的取值要大。,如果選,C,1,C,2,，,C,1,R,2,，,R,3,R,1,，以減小調制信號,v,對,V,Q,的影響。,C,5,與高頻扼流圈,L,2,給,v,提供通路，C,6,

4、起高頻濾波作用。變?nèi)荻O管D,C,通過C,c,部分接入振蕩回路，有利于提高主振頻率,f,o,的穩(wěn)定性，減小調制失真。,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,C,S,分別為,C,j,變?nèi)荻O管的,C,j,-,v,特性曲線,圖,4.2.3,變?nèi)荻O管的,C,j,-,v,特性曲線,變?nèi)荻O管的,C,j,-,v,特性曲線如圖4.2.3所示。設電路工作在線性調制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點Q處，曲線的斜率為,1-3、,LC調頻振蕩器,主要性能參數(shù)及其測試方法,主振頻率,LC,振蕩器的輸出頻率,f,o,稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計測量回路的諧振頻率,f,o,，高頻

5、電壓表測量諧振電壓,v,o,，示波器監(jiān)測振蕩波形。,頻率穩(wěn)定度,主振頻率,f,o,的相對穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定,度表示。,最大頻偏,指在一定的調制電壓作用下所能達到的最大頻率偏移值。將,稱為相對頻偏。,變?nèi)荻O管特性曲線,特性曲線,C,j,-,v,如圖示。,性能參數(shù),V,Q,、,C,j0,、,及,Q,點處的斜率,k,c,等可以通過,C,j,-,v,特性曲線估算。,圖是變?nèi)荻O管,2CC1C,的,C,j,-,v,曲線。由圖可得,V,Q,=,4V,時,C,Q,=75pF,，,調制靈敏度,單位調制電壓所引起的最大頻偏稱為調制靈敏度，以,表示，單位為,kHz/V,，即,為調制信號的幅度；,為變?nèi)莨艿慕Y電容變

6、化,時引起的最大頻偏。,回路總電容的變化量為,在頻偏較小時，,與,的關系可采用下面近似公式，即,p,-,f,，,-,f,。,為靜態(tài)時諧振回路的總電容，,即,C,1,-,-,f,調制靈敏度,為回路總電容的變化量；,式中，,調制靈敏度,可以由變?nèi)荻O管,C,j,-,v,特性曲線上,V,Q,處的斜率,k,c,及式,(4-2-15),計算。,越大，說明調制信號的控制作用越強，產(chǎn)生的頻偏越大。,1-,4、設計舉例,例,設計一,LC,高頻振蕩器與變?nèi)荻O管調頻電路。,振蕩器的靜態(tài)工作點取,，,，測得三極管的,由式,(4-2-1),式,(4-2-4),計算出各電阻值。,。,主要技術指標,主振頻率,f,o,=

7、5MHz,，頻率穩(wěn)定度,5,10,4,/,小,時，主振級的輸出電壓,V,o,1V,，最大頻偏,。,已知條件,+,V,CC,=+12V,，高頻三極管,3DG100,，變?nèi)荻O管,2CC1C,。,(1),確定電路形式，設置靜態(tài)工作點,(2),計算主振回路元件值,由式,(4-2-5),得,，若取,C,1,=100pF,，則,L,1,10,H,實驗中可適當調整,L,1,的圈數(shù)或,C,1,的值。,電容,C,2,、,C,3,由反饋系數(shù),F,及電路條件,C,1,C,2,，,C,1,C,3,所決,定，若取,C,2,=510 pF,，,由,，則,取,C,3,=3000 pF,，取耦合電容,C,b,=0.01,F

8、,。,(3),測變?nèi)荻O管的,C,j,-,v,特性曲線，設置變?nèi)莨艿撵o態(tài)工,作點,V,Q,本題給定變?nèi)荻O管的型號為,2CC1C,，已測量,出其,C,j,-,v,曲線如圖所示。取變?nèi)莨莒o態(tài)反向,偏壓,V,Q,=4V,，由特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容,C,Q,=75pF,。,(4),計算調頻電路元件值,變?nèi)莨艿撵o態(tài)反向偏壓,V,Q,由電阻,R,1,與,R,2,分壓決定，,已知,V,Q,=4V,，若取,R,2,=10k,，,隔離電阻,R,3,=150k。,為減小振蕩回路高頻電壓對變?nèi)莨艿挠绊?，應取小?但 過小又會使頻偏達不到指標要求?？梢韵热?，然后在實驗中調試。當,V,Q,=-4V,時，對應,

9、C,Q,=75pF,，,則,C,C,18.8 pf.,取標稱值,20pF,(5),計算調制信號的幅度,為達到最大頻偏 的要求，調制信號的幅度,V,m,，可由下列關系式求出。由式(4-2-14)得,由,C,j,-,v,曲線得變?nèi)莨?2CC1C,在,V,Q,=4V,處的斜率,pF/V,，,由式,(4-2-9),得調制信號的幅度,V,m,=,C,j,/,k,c,=0.92V,。,由式,(4-2-12),得調制靈敏度,S,f,為,kHz/V,1-5、調頻振蕩器的裝調與測試,A。安裝要點,電路元件不要排得太松，引線盡量不要平行，否,則會引起寄生反饋。,多級放大器應排成一條直線，盡量減小末級與前級之間的耦

10、合。,地線應盡可能粗，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，應采用濾波電容,C,及濾波電感 L,組成的型或,型濾波電路。,安裝時應合理布局，減小分布參數(shù)的影響。,b。,測試點選擇,正確選擇測試點，減小儀器對被測電路的影響。在高頻情況下，測量儀器的輸入阻抗(包含電阻和電容)及連接電纜的分布參數(shù)都有可能影響被測電路的諧振頻率及諧振回路的Q值，為減小這種影響，應使儀器的輸入阻抗遠大于電路測試點的輸出阻抗。,所有測量儀器如高頻電壓表、示波器、掃頻儀、數(shù)字頻率計等的地線及輸入電纜的地線都要與被測電路的地線連接好，,接線,盡量短。,C。,調試方法,（1）先調整靜態(tài)工作點,。,（3

11、）測量頻偏,加入幅度為,V,的調制信號以后，可以,采用頻偏儀測量頻偏。也可以,用示波器測量 C點的波形，觀察波形在,X,方向的相移。,（2）觀測動態(tài)波形并測量電路的性能參數(shù),。,與低頻電路的調試基本相同，所不同的是按照理論公式計算的電路參數(shù)與實際參數(shù)可能相差較大，電路的調試要復雜一些。,2、,高頻功率放大器設計,利用,寬帶變壓器,作耦合回路的功率放大器稱為,寬帶功率放大器,。它不需要調諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大。但效率,較低，一般只有,20%,左右。它通常作為發(fā)射機的中間級，以提供較大的激勵功率。,利用,選頻網(wǎng)絡,作為負載回路的功率放大器稱為,諧振功率放大器,。根據(jù)放大器電流導通

12、角,的范圍，可以分為甲類、乙類、丙類和丁類等功率放大器。丙類功放的電流導通角,50%,，負載,R,L,=51,。,2-6、高頻諧振功率放大器的調整,1.,諧振狀態(tài)的調整,當出現(xiàn)回路,失諧,狀態(tài),時，,回路的等效阻抗將下降。這時集電極電壓減小，集電極電流增大，集電極的耗散功率增加，嚴重時將損壞晶體管。,為保證晶體管安全工作，調諧時，可以先將電源電壓,降低到規(guī)定值的,，待找到諧振點后，再,將,升到規(guī)定值，然后微調回路參數(shù)。如圖所示，在回路諧振時，高頻電壓表的讀數(shù)應達到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，示波器監(jiān)測的波形為不失真基波。,2-6、高頻諧振功率放大器的調整,2.,寄生振蕩及其消除,(1),

13、參量自激型寄生振蕩,當功放的輸出電壓,足夠大時，晶體管的許多參數(shù),（如集電結電容,）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。,參量自激的特點是：必須在外加信號激勵下才產(chǎn)生，因此斷開激勵信號觀察振蕩是否繼續(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很大，有可能導致晶體管損壞。,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

14、引入適當?shù)母哳l電壓負反饋，或降低回路的,Q,L,值，如果可能的話，減小激勵信號電平。,2-7、高頻諧振功率放大器的調整,(2),反饋型寄生振蕩,反饋型寄生振蕩又分為,低頻寄生振蕩,與,高頻或超高頻寄生振蕩,。圖分別為疊加有低頻自激與高頻自激信號的輸出波形。,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法破壞它的正反饋支路，例如減少基極回路線圈的電感量或串入電阻,R,F,，降低線圈的,Q,值。,高頻寄生振蕩一般是由電路的分布參數(shù),(,分布電容、引線電感等,),的影響所造成的。例如引線較長時，其產(chǎn)生的分布電感,(,使放大器原有的電感相當于開路,),與電路中的

15、分布電容構成了振蕩回路。,消除高頻寄生振蕩的有效辦法是：盡量減少引線的長度、合理布局元器件或在基極回路接入防振電阻。,三、整機設計舉例,例,設計一小功率調頻發(fā)射機,已知,，晶體管 3DG100,，,b,=60。,主要技術指標,發(fā)射功率 ，負載電阻,(天線)，工作中心頻率,f,0,=5 MHz,，,最大頻偏 ，總效率 。,三、整機設計舉例,LC,振蕩與調頻電路,產(chǎn)生頻率 的高頻振蕩信號。變?nèi)荻O管線性調頻，最大頻偏 。發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。,緩沖隔離級,將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。緩沖隔離級常采用射極跟隨器電路。,末級功放,將前級送來的信號進行功率放大，使負載,(,

16、天線,),上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機效率較高，則應采用丙類功率放大器,功率激勵級,為末級功放提供激勵功率。如果發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出功率能夠滿足末級功放的輸入要求，則功率激勵級可以省去。,(2),增益分配,功率增益,如果集中在末級功放，則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機各組成部分的作用，合理地分配功率增益。緩沖級可以不分配功率增益。設各級功率增益如圖,4.4.2,所示。,(1),擬定發(fā)射機的組成方框圖,四、整機 電路的裝調與測試,LC,正弦波振蕩電路,變?nèi)荻O管調頻電路,緩沖隔離級,通過調節(jié)發(fā)射極電,RP,1,，,可以改變射極跟隨器的輸入阻抗,。,寬帶功率放大器,丙類功率放大器,四、整機 電路的裝調與測試,電路的調試順序為：,先分級調整單元電路的靜態(tài)工作點，,測量其性能參數(shù)；然后再逐級進行聯(lián)調，直到整機調試；最后進行整機技術指標測試。,由于功放運用的是折線分析方法，其理論計算為近似值。此外單元電路的設計計算沒有考慮實際電路中分布參數(shù)的影響，級間的相互影響，所以電路的實際工作狀態(tài)與理論工作狀態(tài)相差較大，因而元件參數(shù)在整機調整過程中，修改比較大，這是在高頻電路