通信电子技术综合实训无线调频话筒的原理分析

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1、通信电子技术综合实训无线调频话筒的原理分析王亚莉主要内容1、根据方框图来对应到原理电路图中的具体电路2.对指定的电路进行分析 基本要求 掌握电路的工作原理 学会电路的分析方法方框图到实际电路的映射无线话筒的功能是将音频信号放大送至调频电路调制之后通过功率放大器从天线上传送出去，一般能在调频收音机中能接收的调频无线话筒的系统方框图如图所示：音频信号倍频器1直接调频电路低频放大电路高频放大器高频功放箭头表示信号的传输方法原理电路图一.音频放大电路分析1.原理利用集成运放的“虚短”、“虚断”来对放大器的放大倍数进行计算虚短：虚短：因为理想运放的电压放大倍数很大，而运放工作在线性区，是一个线性放大电路

2、，输出电压不超出线性范围（即有限值），所以，运算放大器同相输入端与反相输入端的电位十分接近相等。在运放供电电压为15V时，输出的最大值一般在1013。所以运放两输入端的电压差，在1mV以下，近似两输入端短路。这一特性称为虚短，显然这不是真正的短路，只是分析电路时在允许误差范围之内的合理近似。虚断：虚断：由于运放的输入电阻一般都在几百千欧以上，流入运放同相输入端和反相输入端中的电流十分微小，比外电路中的电流小几个数量级，流入运放的电流往往可以忽略，这相当运放的输入端开路，这一特性称为虚断。显然，运放的输入端不能真正开路。运用“虚短”、“虚断”这两个概念，在分析运放线性应用电路时，可以简化应用电路

3、的分析过程。运算放大器构成的运算电路均要求输入与输出之间满足一定的函数关系，因此均可应用这两条结论。如果运放不在线性区工作，也就没有“虚短”、“虚断”的特性。如果测量运放两输入端的电位，达到几毫伏以上，往往该运放不在线性区工作，或者已经损坏。一.音频放大电路分析fRRR/10,ididiR0,1Riuiiidf0uuuid1001001,RRuuARuRuRuRuuiRuifiuffifffii2.分析输入信号加入反相输入端,理想电路如图所示。则 虚短概念：由于由此可得：（6以减少运算误差。此电路属电压并联负反馈放大电路。利用运算放大器电路的两个分析特点：Ri为输入端电阻，Rf为反馈电阻，R是

4、平衡电阻，使同相端的等效偏置电阻与反向端相等，即，虚断概念：由于3.低频（音频）放大器部分信号源（语音信号）电路的主要作用是对语音信号进行放大 9V电源集成运算放大器放大以后的语音信号二.直接调频电路分析 1.原理介绍：直接调频法：直接调频法：这种方法这种方法一般是用调制电压直一般是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率接控制振荡器的振荡频率,使振荡频率使振荡频率f(t)按调按调制电压的规律变化。制电压的规律变化。若被控制的是若被控制的是LC振荡器振荡器,则只需控制振荡回路的某个元件则只需控制振荡回路的某个元件(L或或C),使其使其参数随调制电压变化参数随调制电压变化,就可达到直接调频的目就可达到

5、直接调频的目的。的。常用的方法是采用常用的方法是采用变容二极管变容二极管，还可以采用，还可以采用电抗管电抗管调制器调制器(在变容二极管问世之前应用很在变容二极管问世之前应用很广泛，现在很少使用广泛，现在很少使用)。2.2.变变容二极管调频原理容二极管调频原理 变容二极管是由变容二极管是由PNPN结构成的半导体器件，利结构成的半导体器件，利用用PNPN结反向偏置时，其结反向偏置时，其势垒电容随外加反向偏势垒电容随外加反向偏压变化压变化的机理，在制作半导体二极管的工艺上的机理，在制作半导体二极管的工艺上进行特殊处理，控制掺杂浓度和掺杂分布，可进行特殊处理，控制掺杂浓度和掺杂分布，可使势垒电容灵敏地

6、随反偏电压变化且呈现较大使势垒电容灵敏地随反偏电压变化且呈现较大的变化的变化。变容二极管通常在反向电压下工作。变容二极管通常在反向电压下工作。变容管结电容变容管结电容Cj与在其两端所加反偏电压与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系之间存在着如下关系:0(1)jCCuuC0为变容二极管在零偏时的结电容值；为变容二极管在零偏时的结电容值；为变容二极管为变容二极管PN结的势垒电位差结的势垒电位差(硅硅管约为管约为0.7V，锗管约为，锗管约为0.3V)；为变为变容二极管的结电容变化指数。容二极管的结电容变化指数。0(1)jQQCCCEu设在变容二极管上加的调制信号电压为设在变容二极管上加的调制信号

7、电压为 u u(t t)=)=U Ucoscostt,则则()cosQQuEutEUt0(1)jCCuu静态工作点为静态工作点为E EQ Q时时,变容二极管结电容为变容二极管结电容为 电容调制度电容调制度，它表示结电容受调制信号，它表示结电容受调制信号调变的程度。调变的程度。将此变容管接入振荡回路，根据将此变容管接入振荡回路，根据u u(t)(t)的变化，的变化，将会引起将会引起C Cj j的变化，进而引起回路谐振频率的变的变化，进而引起回路谐振频率的变化，从而实现调频。化，从而实现调频。3.实际电路直接调频电路分析语音信号变容二极管9V直流电源振荡器是选用9018构成的典型的电容三点式晶体振

8、荡电路，产生XMHz（X指1113.5MHz范围内任一频率震荡信号），X1晶体用承担四次倍频的任务。L6、C16、C17调谐在晶体X1四次谐波上，获得4XMHz的信号。三、二倍频放大电路级（1）原理电路C1T1C3R1R2R3C4C5R4T2uouiUccC2L12345单调谐回路放大器的工作原理 交流信号被放大的过程：高频信号ui由T1的初级输入，经其次级至三极管的输入端，产生基级电流ib及集电极电流ic，因L及C2组成的调谐回路对输入信号谐振（二倍频），故其对输入信号呈纯电阻性，ic在其两端产生一个与输入信号同频反相的输出电压，经变压器耦合至T2的次级，产生输出电压uo。T2C2C1T1i

9、bicuiuoL32145C1T1C3R1R2R3C4C5R4T2uouiUccC2L123452、二倍频放大电路级Q2既是又是隔离和推动作用（以减轻末级对震荡频率的影响）。L7和C21回路调谐在4XMHz的二次谐波上，产生2（4XMHz）=8XMHz的超高频信号。并输出约-5dBm的推动功率。四.功率放大级 1.1.基本原理（基本原理（1 1）谐振功率放大器的特点）谐振功率放大器的特点采用谐振网络作负载。采用谐振网络作负载。一般工作在丙类或乙类状态。一般工作在丙类或乙类状态。工作频率和相对通频带相差很大。工作频率和相对通频带相差很大。技术指标要求输出功率大、效率高。技术指标要求输出功率大、效

10、率高。（2）主要性能指标）主要性能指标功率增益功率增益:Ap:Ap 效率效率:输出功率输出功率:P:PO O 非线性失真非线性失真三.功率放大级（3）基本原理丙类谐振功率放大器电路的构成原则丙类谐振功率放大器电路的构成原则 谐振功放的集电极电路组成原则 谐振功放的集电极馈电电路，应保证集电极电流ic中的直流分量Ic0只流过集电极直流电源VCC(即：对直流而言，VCC应直接加至晶体管c、e两端)，以便直流电源提供的直流功率全部交给晶体管；还应保证谐振回路两端仅有基波分量压降(即：对基波而言，回路应直接接到晶体c,e两端)，以便把变换后的交流功率传送给回路负载；另外也应保证外电路对高次谐波分量ic

11、n呈现短路，以免产生附加损耗LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。作用：滤波、匹配。VCC：集电极直流电压作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。VBB:基极直流电压作用:保证三极管工作在丙类状态。VBB的值应小于放大管的导通电压Uon；通常取VBB0。电路各元件的作用 ui为余弦电压 可表示为ui=UimCOSct uBEBE=V=VBB+ui =VBB+UimCOSct根据三极管的转移特性可得到集电极电流 iC，iC为余弦脉冲波；如下图所示ic余弦脉冲的分解余弦脉冲的分解icicmax-/2-/2 tIMIMcos)0(cos1coscoscoscos

12、cosmaxmax cccMMcMMcitiiIIiItIi )(cos21)(cos21)(21:.2coscosmax1max10max0210 nCCcnmCCmcCCccccccittdniIittdiIitdiItItIIii ），（区区间间幅幅为为其其中中各各次次谐谐波波分分量量的的振振级级数数：余余弦弦脉脉冲冲展展开开为为傅傅立立叶叶将将其中其中 0()、1()、n()为谐波分解系数；为谐波分解系数；另定义另定义 1=Ic1m/Ic0=1()/0()为波形系数为波形系数，随，随 减小而增大。减小而增大。/1/0=1 0 1 2 30,1,2,32.01.00.50.40.30.2

13、0.10-0.0510 30 50 70 90 110 130 150 170iC t-0ic1Ic1m t0ucUc1m t0 tuCE1UCC0Uc1m 当当iC流过流过LC谐振回路时，谐振回路时，在回路两端产生电压在回路两端产生电压uC。由于。由于谐振回路的选频特性，谐振回路的选频特性，uC中只中只有基波分量幅度最大有基波分量幅度最大，其它频，其它频率的信号电压幅度较小可以忽率的信号电压幅度较小可以忽略。略。设设Re并联回路谐振时并联回路谐振时的等效负载电阻的等效负载电阻，包括，包括BJT的输的输出电导和等效的出电导和等效的RL。tUUuUuRtItUumcCCcCCceemcmcc c

14、oscoscos111 集集电电极极输输出出电电压压为为：各项指标的计算各项指标的计算2）集电极电源提供功率：）集电极电源提供功率：CCcEUIP0 1）集电极输出功率：）集电极输出功率：emcemcmcmcORURIUIp212111212121 3）集电极损耗功率：）集电极损耗功率：OEcPPP 4）集电极效率：）集电极效率：。为为集集电电极极电电压压利利用用系系数数式式中中CCmcCCCCmccmcEOCUUUUIIPP111012121 实用谐振功放要考虑的几个因素实用谐振功放要考虑的几个因素集电极馈电集电极馈电 uCE=UCC-Uc1mcost(a)串联馈电电路串联馈电电路UCCLc

15、CcLCVT(b)并联馈电电路并联馈电电路UCCLcCc1Cc2LCVT直流通路直流通路UCCLcLVT直流通路直流通路UCCLcVT分布电容影分布电容影响小；但响小；但LC处于直处于直流高电位上，流高电位上，网络元件安网络元件安装不方便。装不方便。LC处于直流地处于直流地电位上，网络元电位上，网络元件安装方便；但件安装方便；但分布参数直接影分布参数直接影响网络的调协。响网络的调协。交流通路交流通路LcCcLCVT交流通路交流通路LcCc1LCVT基极馈电基极馈电 uBE=UBB+Uimcost(a)串联馈电电路串联馈电电路UBBCcVT(b)并联馈电电路并联馈电电路UBBCc1Cc2VTLc

16、Cc2Cc1LcRbVT自给偏压电路自给偏压电路丙类功放的基极偏置电压丙类功放的基极偏置电压UBB为负偏压，为负偏压，实际电路中常采用自给偏压的方法来产生实际电路中常采用自给偏压的方法来产生UBB从而省去一个直流源。从而省去一个直流源。优点：能自动维持放大器的稳定性。优点：能自动维持放大器的稳定性。有利有利于稳定输出电压，但对于要求具有线性放于稳定输出电压，但对于要求具有线性放大特性的放大器来说则不利。大特性的放大器来说则不利。匹配网络概述匹配网络概述输输入入回回路路RsRLRiReIs输输出出回回路路匹配网络的作用：匹配网络的作用：（1）在输入端：在输入端：实现信号源输出阻抗与实现信号源输出

17、阻抗与放大器输入阻抗的匹配，以获得最大的激励功率；放大器输入阻抗的匹配，以获得最大的激励功率；（2）在）在输出端：输出端：将外界的负载电阻将外界的负载电阻RL变换为放大器所需的最佳负变换为放大器所需的最佳负载电阻载电阻Re，以保证输出功率最大；还应具有较好的滤波能，以保证输出功率最大；还应具有较好的滤波能力；力；（3）传输效率尽可能高，损耗尽可能小。传输效率尽可能高，损耗尽可能小。实现方法：实现方法：LC变换网络实现调谐和阻抗匹配变换网络实现调谐和阻抗匹配连接方式：连接方式：型、型、型和型和型三种型三种图（图（a）中）中求得：求得：图（图（b）中）中三种不同形式的匹配网络三种不同形式的匹配网络RLReCL(Xs)ReCL(Xp)(a)RLReC(Xp)L ReC(Xs)L(b)L型网络型网络(a)型网络型网络XsXs1Xs2RLRLXpXp1Xp2(b)T型网络型网络型和型和型网络型网络4.功率放大级Q3为功率放大级，输出约5mW的功率。天线TX可用拉杆天线或输出引至咪线接口JP1，用咪线兼作天线。LC处于直流高处于直流高电位上串馈电位上串馈丙类功放的基极偏置电压丙类功放的基极偏置电压UBB为负偏为负偏压，实际电路中常采用自给偏压的压，实际电路中常采用自给偏压的方法来产生方法来产生UBB从而省去一个直流源。从而省去一个直流源。