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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,YANGTZE NORMAL UNIVERSITY,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),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實(shí)現(xiàn)滿足工程實(shí)際要求的整機(jī)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)。,一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及其主要技術(shù)指標(biāo),1.,組成框圖,一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及其主要技術(shù)指標(biāo),2.,主要技術(shù)指標(biāo),發(fā)射功率,一般是指發(fā)射機(jī)輸送到天線上的功率。,總效率,發(fā)射機(jī)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(jī)的總效率 。,非線性失真,

2、要求調(diào)頻發(fā)射機(jī)的非線性失真系數(shù),應(yīng)小 于 1%。,雜音電平,雜音電平應(yīng)小于 65 dB。,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，在國家或有關(guān)部門所規(guī)定的范圍內(nèi)選取。,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)算順序一般是從末級(jí)單元電路開始，向前逐級(jí)進(jìn)行。而電路的裝調(diào)順序一般從前級(jí)單元電路開始，向后逐級(jí)進(jìn)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(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)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(diǎn)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(gòu)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(duì)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(diào)制信號(hào),v,對(duì),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(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,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(shè)電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q處，曲線的斜率為,1-3、,LC調(diào)頻振蕩器,主要性能參數(shù)及其測(cè)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(jì)測(cè)量回路的諧振頻率,f,o,，高頻

5、電壓表測(cè)量諧振電壓,v,o,，示波器監(jiān)測(cè)振蕩波形。,頻率穩(wěn)定度,主振頻率,f,o,的相對(duì)穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定,度表示。,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,稱為相對(duì)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(diǎn)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(shí),C,Q,=75pF,，,調(diào)制靈敏度,單位調(diào)制電壓所引起的最大頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以,表示，單位為,kHz/V,，即,為調(diào)制信號(hào)的幅度；,為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變

6、化,時(shí)引起的最大頻偏。,回路總電容的變化量為,在頻偏較小時(shí)，,與,的關(guān)系可采用下面近似公式，即,p,-,f,，,-,f,。,為靜態(tài)時(shí)諧振回路的總電容，,即,C,1,-,-,f,調(diào)制靈敏度,為回路總電容的變化量；,式中，,調(diào)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(jì)算。,越大，說明調(diào)制信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的頻偏越大。,1-,4、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。,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。,。,主要技術(shù)指標(biāo),主振頻率,f,o,=

7、5MHz,，頻率穩(wěn)定度,5,10,4,/,小,時(shí)，主振級(jí)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(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),(2),計(jì)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(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)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(cè)變?nèi)荻O管的,C,j,-,v,特性曲線，設(shè)置變?nèi)莨艿撵o態(tài)工,作點(diǎn),V,Q,本題給定變?nèi)荻O管的型號(hào)為,2CC1C,，已測(cè)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(jì)算調(diào)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(duì)變?nèi)莨艿挠绊?，?yīng)取小，,但 過小又會(huì)使頻偏達(dá)不到指標(biāo)要求。可以先取 ，然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。當(dāng),V,Q,=-4V,時(shí)，對(duì)應(yīng),

9、C,Q,=75pF,，,則,C,C,18.8 pf.,取標(biāo)稱值,20pF,(5),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,V,m,，可由下列關(guān)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(diào)制信號(hào)的幅度,V,m,=,C,j,/,k,c,=0.92V,。,由式,(4-2-12),得調(diào)制靈敏度,S,f,為,kHz/V,1-5、調(diào)頻振蕩器的裝調(diào)與測(cè)試,A。安裝要點(diǎn),電路元件不要排得太松，引線盡量不要平行，否,則會(huì)引起寄生反饋。,多級(jí)放大器應(yīng)排成一條直線，盡量減小末級(jí)與前級(jí)之間的耦

10、合。,地線應(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。,b。,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(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)量儀器如高頻電壓表、示波器、掃頻儀、數(shù)字頻率計(jì)等的地線及輸入電纜的地線都要與被測(cè)電路的地線連接好，,接線,盡量短。,C。,調(diào)試方法,（1）先調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn),。,（3

11、）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),。,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。,2、,高頻功率放大器設(shè)計(jì),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(diào)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(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),作為負(fù)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(dǎo)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(dǎo)通角,50%,，負(fù)載,R,L,=51,。,2-6、高頻諧振功率放大器的調(diào)整,1.,諧振狀態(tài)的調(diào)整,當(dāng)出現(xiàn)回路,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。,為保證晶體管安全工作，調(diào)諧時(shí)，可以先將電源電壓,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。,2-6、高頻諧振功率放大器的調(diào)整,2.,寄生振蕩及其消除,(1),

13、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。,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

14、引入適當(dāng)?shù)母哳l電壓負(fù)反饋，或降低回路的,Q,L,值，如果可能的話，減小激勵(lì)信號(hào)電平。,2-7、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,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(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(shí)，其產(chǎn)生的分布電感,(,使放大器原有的電感相當(dāng)于開路,),與電路中的

15、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(jī)設(shè)計(jì)舉例,例,設(shè)計(jì)一小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī),已知,，晶體管 3DG100,，,b,=60。,主要技術(shù)指標(biāo),發(fā)射功率 ，負(fù)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(jī)設(shè)計(jì)舉例,LC,振蕩與調(diào)頻電路,產(chǎn)生頻率 的高頻振蕩信號(hào)。變?nèi)荻O管線性調(diào)頻，最大頻偏 。發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度由該級(jí)決定。,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)送來的信號(hào)進(jìn)行功率放大，使負(fù)載,(,

16、天線,),上獲得滿足要求的發(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,4.4.2,所示。,(1),擬定發(fā)射機(jī)的組成方框圖,四、整機(jī) 電路的裝調(diào)與測(cè)試,LC,正弦波振蕩電路,變?nèi)荻O管調(diào)頻電路,緩沖隔離級(jí),通過調(diào)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(jī) 電路的裝調(diào)與測(cè)試,電路的調(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)整過程中，修改比較大，這是在高頻電路