高频电子线路课程设计指导书(信号发生器)(2)

2019-01-19 17:45

次谐波在电感上产生的反馈压降较大。另外,电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。

主要原因是在电感三点式振荡器中,晶体管的极间电容与回路电感相并联,在频率高时可能改变电抗的性质;在电容三点式振荡器中,极间电容与电容并联,频率变化不改变电抗的性质。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高的情况下,可以采用普通三点式电路、克拉泼电路、西勒电路。频率稳定度要求高的情况下,可以采用晶体振荡器,也可以采用单片集成振荡电路。

频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标,表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度,振荡频率的相对变化量越小,则表明振荡频率稳定度越高。

式中f0为标称频率, f1为实际工作频率。

改善频率稳定度,从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度,振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此,改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。

提高振荡回路标准性,除了采用高Q值和高稳定的回 路电容和电感外,还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容 ,实现温度补偿的作用或 采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体 管 极 间电 容 和分布电容对振荡频率的影响(详见参考资料)。

(2)高频电压放大器

高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器,可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器,输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时,可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路,就要使用一至二级高频电压放大器,以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试

f?f?f?10f0f0 5

方法与阻容耦合放大器相同,首先应调整每一级所需的直流工作点,但要注意一点:在多级谐振放大器中,由于增益高,容易引起自激振荡。因此,在测试其直流工作点时,应先用示波器观察一下放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡,应先设法排除它,然后再测试其直流工作点。否则,所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试,一般有两种方法,一种是逐点法;一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗,对于窄带调谐放大器难以精确测试。

(3)振幅调制器

振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中,以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制,输出功率小,必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求,就可以在调制级将信号直接发射出去。

(4)高频功率放大器

高频功率放大器是调幅发射机的末级,它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统,通常采用丙类功率放大器,如果一级不能满足指标要求,可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态,中间级可以工作在弱过压状态。

调幅发射机的各单元电路可以用分立元件组成的电路完成,也可以用集成电路来完成。 (二)设计任务

技术指标:载波频率f0 =10MHZ,载波频率稳定度不低于10-3,输出负载RL=50Ω,总的输出功率PA=200mW,调幅系数平均值ma=30%。 调制频率F=20Hz~20kHz.。

本设计可提供的器件如下,参数见表2-3,表2-4。

高频小功率晶体管 、集成模拟乘法器 (XCC , MC1496 )、高频磁环 、运算放大器 (A741 )、集成振荡器(E1648 )

表2-3 单片集成模拟乘法器主要特性参数典型值

6

表2-4

(三)参考文献

[1] 杨翠娥. 高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社. 2001.9.

[2] 曾兴雯. 高频电子线路辅导. 西安:西安电子科技大学出版社. 2001.3. [3] 王尧. 电子线路实验. 南京:东南大学出版社. 2000.30.

[4] 曾兴雯. 高频电路原理与分析. 西安:西安电子科技大学出版社. 2002.3. [5] [美] Reihold Ludwig 王子宇.射频电路设计——理论与应用.北京:电子工业出版社. 2003.5.

[6] 华永平.电子线路课程设计——仿真、设计与制作.南京:东南大学出版社. 2002.4.

二 小功率调频发射机设计指导书

7

主要技术指标:

发射功率PA≥500mW,负载电阻(天线)RL=50Ω,工作中心频率f0=5MHz,最大频偏?fm?75kHz ,总效率 ?A?50%。

设计步骤:

1. 拟定发射机的组成方框图

拟定整机方框图的一般原则是,在满足技术指标要求的前提下,应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少,以减少级间的相互感应、干扰和自激。

由于本题要求的发射功率PA不大,工作中心频率f0也不高,因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大,整机电路可以设计得简单些,设组成框图如图3-1所示。

1.25mW 1.25mW LC 调频振荡 缓冲隔离 0dB 功率激励 13dB 末级功放 13dB 500 mW 调制信号

各组成部分的作用是:

图3-1 组成框图

(1)LC调频振荡器—产生中心频率f0=5MHz的高频振荡,变容二极管线性调频,最大频偏、整个发射机的频率稳定度由该级决定。

(2)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,当其工作状态发生变化时(如谐振阻抗变化),会影响振荡器的频率稳定度,使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时,为减小级间相互影响,通常在中间插入缓冲隔离级。

(3)功率激励级—为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大,且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求,功率激励级可以省去。

(4)末级功放—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,应采用丙类功率放大器,若整机

8

效率要求不高如?A?50%,而对波形失真要求较小时,可以采用甲类功率放大器。但是本题要求?A?50%,故选用丙类功率放大器较好。

2. 增益分配与单元电路设计

发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去,但是功率增益又不可能集中在末级功放,否则电路易产生自激。因此要根据发射机各组成部分的作用,适当地合理地分配功率增益。如果调频振荡器的输出比较稳定,又具有一定的功率,则功率激励级和末级功放级的功率增益可适当小些,否则功率增益主要集中在这两级。缓冲级可以不分配功率增益。设各级功率增益如图3-1所示。 下面仅介绍缓冲隔离级的电路设计。

错误!

不论是在低频电路还是高频电路的整机设计中,缓冲隔离级常采用射极跟随器电路,如图 3-2 所示。调节射极电阻RE2,可以改变射极跟随器输入阻抗。如果忽略晶体管基极体电阻rb'b的影响,则射极输出器的输入电阻 Ri为Ri=RB'//βRL' ,式中,RL'=(RE1+RE2)//RL,RB'=RB1//RB2,输出电阻R0为 R0=(RE1+RE2)//r0 。式中,r0很小,所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源。

电压放大倍数AV为

图3-2 缓冲隔离级电路

?gmRLAV??1?gmRL???1。所以,图3-2所示射式中,gm——晶体管的跨导,一般情况下 g mRL1VCC2 9

VCEQ?


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