1设计方案 发射机采用变容二极管与压控振荡器直接调频方式调制,然后输出给高频功率放大器,通过高频功率放大器放大后,将调频信号发射。
图4-1 发射机统框图 2 发射机电路设计 1 低频电压放大器的设计为了稳定工作点,采用分压式偏置电路及电流负反馈电路来设置静态工作点。一般可用经验公式来选取静态工作点与偏置电路元件参数。低频电压放大器选用阻容耦合共射放大器,电路如图5-1所示。
图5-1 低频电压放大器 2 调频电路的设计实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类。由于变容二极管调频电路具有优点是电路简单,工作频率高,易于获得较大的频偏,而且在频偏较小的情况下,非线性失真可以很小。因为变容二极管是电压控制器件,所需调制信号的功率很小。本设计压控振荡器选用单片集成振荡电路MC12148来构成直接调频电路,直接用控制电压实现控制LC振荡器用变容二极管实现回路调频。 MC12148是建立MC1648可变电压输入电路拓朴基础,它已经实现了利用摩托罗拉MOSAIC 高级双极处理技术,这种技术成功产生了一种设计比MC1648更高的频率,典型控制频率可达1100MHz。集成压控振荡器MC12148外接电路减到很少,使用非常方便。调制器具体电路如图5-2所示。
图5-2 直接调频电路 3 高频功率放大器的设计在通信系统中,高频功率放大器作为发射机的重要组成部分,用于对高频已调波信号进行功率放大,然后经天线将其辐射到空间,所以要求输出功率很大。图5-5为由晶体管T3组成输出级高频谐振功率放大器。为了滤除VCO谐波分量,采用LC谐振回路作为选频网络,故称为谐振功率放大电路, 显然谐振功放属于窄带功放电路。 甲类功率放大器工作在线性状态,故信号的放大处于线性放大状态,波形没有失真,小信号放大效果较好,而且调试比较简单。它的缺点在于静态工作点较高,在没有信号时依然具有静态电流,所以它的效率不是很高。题目要求效率≥40%,采用甲类功率放大器能达到设计的要求,所以本设计采用此方案电路如图5-5所示。
图5-5 高频功率放大器 2.1 工作原理分析 2.2 电路参数估算
3 Multisim电路仿真 3.1 仿真电路图
发射机低频放大器
发射机高频功率放大器
变频器
低通滤波器
移相网络 4 系统测试 4.1 测试数据 (1)调试静态工作点 接通直流电源前,先将Rp1调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通+5V电源、调节Rp1,IC=2.0mA(即UE=2.0V),用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB1(RB1= Rp1+R1)值,填入表7-2。 表7-2 静态工作点
(2)电压增益测量 在S1断开条件下,在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Uim»20mV,同时用示波器观察放大器S1输出电压UOm波形,在波形不失真的条件下用示波器测量UOm值,计算电压放大倍数;并用波器观察最大不失真条件下的UOm值。 (3)幅频特性测量 在S1断开条件下,保持输入信号Uim的幅度不变,改变信号源频率f,逐点测出S1相应的输出电压UOm,填入表7-3。 表7-3 幅频特性
(4)静态调制特性测量在S接地,S2断开的条件下,调节电位器RP1,使Ed在0.5~4.5V范围内变化,测量S2端,将对应的频率填入表7-4。 表7-4 调制特性
(5)发射机载波频率测量发射机无发射天线,在S3接50Ω假负载电阻,调制信号电压为零时,测负载电阻上电压的频率,即为载波频率。使用频率计测量结果应为。 (6)载波频率稳定度测量条件与7.4.3测载波频率相同,1秒钟内测5次频率,并将测量数据填入表7-5中,计算载波频率稳定度。 表7-5 发射机载波频率稳定度测量数据
(7)发射机最大频偏测量在S接地,S2断开的条件下,调节电位器RP1,使载波频率为。在调制信号输入端叠加加直流电压1V,测载波频率,并将测量数据填入表7-6中,计算。 表7-6 发射机最大频偏测量数据
(8)发射机输出功率测量在S3接50Ω假负载电阻,输入调制信号振幅V,F=1kHz测负载50Ω上输出电压,并将测量数据填入表7-16中,计算输岀功率。
表7-16 发射机输出功率测量数据
(9)发射机效率测量发射机负载为50Ω电阻,调制信号为1kHz,振幅为1V,50Ω电阻上输岀功率≤50mW,测量发射机直流电源电压与流过整机的直流电流,并将测量数据填入表7-17中,计算电源输入功率、计算效率。 表7-17 发射机效率测量数据
4.2 测试数据分析 有关二极管静态工作点的测量:虽然计算的Rc为2k电阻,但是由于二极管所测得的值与理论值有关偏差,所以采用了1k电阻代替了2k的电阻,实际静态工作点的调试与理论有所不同,这也会导致输出的电压峰值有所变化。 有关载波频率的测量:采用LC并联的调频网络来控制载频的频率,由于LC的值固定,所以载频的频率也应该近似为一个固定的值,由于采用的变容二极管的装置,可以通过调节其两端电压来控制其电容值大小,所以可以通过粗略的改变载频频率的大小。 5 设计改进建议 由于输入为双音道输入,3.5mm耳机的输入也为左右两声道同时输入,单声道的输入会导致丢失音频,并且可能出现接收端播放的音频噪声比较大的现象,可以采用左右声道同时就行低频放大、功率放大最后再混音放入载频输出,可能接收端的播放音质会好一些。
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