高频课程设计指导.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流高频课程设计指导.精品文档.高频课程设计指导书机电工程学院教学实验中心电子信息综合实验室目 录1 课程设计的目的12课程设计的内容及步骤22.1 课程设计内容22.2 课程设计步骤23调频发射机与接收设计53.1 设计任务53.2 调频发射机设计与制作要求53.3 调频接收机设计与制作要求54设计方案64.1调频发射机方案比较与选择64.2调频接收机方案比较与选择65调频发射机电路设计85.1 低频电压放大器的设计85.1.1偏置电阻的估算85.1.2集电极负载电阻的估算95.2 调频电路的设计95.2.1直流偏置电路105.2.2频率调制电

2、路105.3 高频功率放大器的设计115.4环形电感的设计126调频接收机电路设计136.1 低噪声前置放大器的设计136.1.1输入输出耦合电容的选取146.1.2选频网络的设计146.2 双调谐回路谐振高频放大器的设计146.2.1静态工作点选取156.2.3高频自耦变压器的设计176.3 混频器的设计176.3.1混频器176.3.2射极跟随器186.4 中频放大器的设计196.4.1矩形系数196.4.2通频带206.5 鉴频器的设计206.6 低频功率放大器的设计226.7 电台识别电路的设计227系统调试与测试237.1调试仪器237.2 发射机测试结果与分析237.2.1发射机载

3、波频率测量237.2.2载波频率稳定度测量237.2.3发射机最大频偏测量237.2.4发射机输出功率测量247.2.4发射机效率测量247.3 接收机测试结果与分析247.3.1接收机中频测量247.3.2接收机输出功率测量257.3.3接收机输出信噪比测量257.3.4接收机灵敏度测量257.3.5接收机通频带测量257.3.6矩形系数测量257.3.7镜像频率抑制比测量267.4整机无线通信性能测试267.4.1无线通信267.4.2语音与音乐无线通信26附录271 课程设计的目的课程是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，是在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特

4、定功能的电子电路。 综合设计实验对于提高学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试的综合性实验。在高频课程设计中，经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。通过本课题设计与装配、调试，提高学生动手能力，巩固已学的理论知识，能使学生建立无线电发射机、接收机的整机概念，了解发射机、接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算发各个单元电路。初步掌握小型发射机、接收机的调整及测试方法。2课程设计

5、的内容及步骤2.1 课程设计内容课程设计主要包括（1）满足性能指标要求的总体方案的选择；（2）各部分原理电路的设计；（3）参数值的计算；（4）电路的实验与调试以及参数的修改、调整。2.2 课程设计步骤具体设计步骤如下：第一步 功能和性能指标分析（明确设计任务）设计题目给出的是系统的功能要求、重要技术性能指标要求，这些要求是电子系统设计的基本出发点。但仅凭题目所给要求，还不能进行设计，设计人员必须对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路所需要的更具体，更详细的功能要求和技术性能指标要求，这些要求才是进行电子电路系统设计的原始依据。第二步 方案论证与总体设计（1）初步设计有了功能和性能指标分

6、析的结果，就可以进行初步的方案设计。方案设计的内容是选择实现系统的方法、准备采用的系统结构（如系统功能框图），同时还应考虑实现系统各部分的方法。（2）方案比较提出几种方案进行初步对比，如果不能确定，就应当进行关键电路分析（包括中间实验），然后再做比较，评价各个方案的优缺点、可行性和可能的达标情况，选定最佳方案。（3）实际设计注意两点： 针对事关全局的主要问题，要开动脑筋，多提方案，便于合理选择。 电子设计需要不断改进和完善，出现反复是难免的，但应避免方案上的大反复，以免浪费时间和精力。 第三步 单元电路设计（原理电路设计）在选定总体方案之后，便可画出总体电路的框图，着手进行单元电路的设计。单元

7、电路设计的一般步骤：（1）拟定各单元电路的性能指标根据设计要求和已选定的总体方案原理图，明确对各单元电路的要求，详细拟定各单元电路的性能指标。（2）设计各单元电路的结构形式在选择单元电路的结构形式时，最简单的办法是从过去学过的和所了解的电路中选择一个合适的电路。同时还应去查阅各种资料，通过学习、比较来寻找更好的电路形式。一个好的电路结构应该是满足性能指标的要求，功能齐全，结构简单、合理，技术先进等。（3）主要参数的计算与选取计算参数的具体方法已在课程中学习过且做了不少习题。但设计电路时的参数计算与做习题不一样。习题求解时通常的参数值为已知量，需要求解的只有12 个参数，正确的答案一般也只有一个

8、。而电路设计时除了对电路的性能指标有要求外，通常没有其它任何已知参数，几乎全部由设计者自己选择和计算，这样理论上满足要求的参数值就不会是唯一的了，这需要设计者根据价格、货源等具体情况灵活选择。所以设计电路中的参数计算，首先是计算，然后是根据计算值，对参数进行合理选择。（4）元器件的选择器件选用原则：由于集成电路具有体积小、功耗低、工作性能好、安装调试方便等一系列的优点而得到了广泛的应用，成为现代电子电路的重要组成部分之一。因此，在电子电路设计中，优先选用集成电路已成为人们所认可的一致看法。但是也不要以为采用集成电路就一定比用分立元件好，有些特殊应用情况(如高电压、大电流输出)，采用分立元件往往

9、比用集成电路更切合实际。注意的问题：进行各部分功能电路设计及电路连接的设计，这时要注意局部电路对全系统的影响。要考虑是否易于实现、是否易于检测等问题。因此同学们平时要注意电路资料的积累。第四步、可靠性设计（1）定出合理的设计指标。（2）系统本身所能达到的指标。（3）容错能力。第五步 电磁兼容设计电磁兼容特性是指确保仪器或者系统正常工作时对周围电磁环境和内部电路相互之间电磁作用的限制、要求和特点。在电路设计时应注意：（1）选用电磁兼容特性好的集成电路；（2）尽量提高系统集成度；（3）只要条件允许尽量降低系统工作频率；（4）为系统提供足够功率的电源；（5）电路布局、布线要合理，做到高低频分开、功率

10、电路与信号电路分开数字电路与模拟电路分开。 第六步 安装与调试（1）调试方案设计目的是为设计人员提供一个有序、合理、迅速的系统调试方法，使设计人员在实际调试前就对调试的全过程有清楚的认识，明确要调试的项目、目的应达到的指标、可能发生的问题和现象、处理问题的方法以及各部分调试时所需要的仪器设备等。还包括测试结果记录的格式设计，记录格式必须明确反映系统所实现的各项功能特性和达到的各项技术指标 （2）安装调试经过对电子电路的理论设计之后，便可进入电路的安装调试阶段。电子电路的安装调试在电子工程技术中占有很重要的地位，它是把理论付诸于实践的过程，也是知识转化为能力的一种重要途径。当然这一过程也是对理论

11、设计做出检验、修改，使之更加完善的过程。安装调试工作能否顺利进行，除了与设计者掌握的调试测量技术、对测试仪器的熟练使用程度以及对所设计电路的理论掌握水平等有关之外，还与设计者工作中的认真、仔细、耐心的态度有关。各单元电路调试之后逐步扩大到整体电路的联调。联调主要是观察动态结果，测试电路的性能指标，检查电路的测试指标与设计指标是否相符，逐一对比，找出问题，然后进一步修改参数，直至满意为止。实验调试完结之后，还应注意最后校核与完善总体电路图。第七步、撰写设计报设计报告格式和内容如下：（1）设计题目（2）设计任务和要求（3）方案设计与论证（方案比较）（4）原理电路设计 单元电路设计； 元件选择； 整

12、体电路（标出原元件型号和参数、画出必要波形图）； 说明电路工作原理。（5）性能测试与分析整理实验数据和测试波形，对模拟电路应有理论设计数据、实测数据、仿真数据和误差分析，数字电路应有设计逻辑流程、波形图、时序图或真值表，如是可编程器件应有程序流程。（6）实验困难问题及解决措施（心得）。（7）实验参考文献。3调频发射机与接收设计3.1 设计任务本题目要求设计并制作一个以分立元器件及单功能集成电路組成的调频接收机、发射机。因而不能使用接收机、发射机集成模块以及市售成品改装。其发射接收的基本框图如图3-1所示。图3-1 系统组成框图3.2 调频发射机设计与制作要求（1）设计与制作一个调频发射机, 要

13、求载波频率fS为自制接收机的中心频率，频率稳定度优于10-4；（2）调制信号频率为50Hz15kHz；在调制信号振幅为1V时，最大频偏为75kHz，发射机负载阻抗为50；（3）在发射机输岀功率Po50mW时，接收机解调的50Hz15kHz信号波形无明显失真条件下，通信距离4m；（4）发射机整机效率35 %；（5）发射机与接收机能进行语言和音乐的无线通信。3.3 调频接收机设计与制作要求（1）设计与制作一个点频调频超外差接收机，接收的调频信号为载波频率fS（fS在2628MHz范围内任选，频率稳定度优于10-4)；（2）调制信号频率为50Hz15kH；（3）最大频偏为75kHz；（4）接收机中频

14、规定为fI=8.50.1MHz，中频滤波器通频带18010kHz，矩形系数Kr0.13；（5）接收机接收灵敏度100V，镜像频率抑制比20dB，输入阻抗50；（6）解调器后要有低频电压和功率放大，负载电阻8，在接收机输入信号幅值为1mV有效值条件下，输岀功率100mW，波形无明显失真。4设计方案4.1调频发射机方案比较与选择方案一：发射机采用锁相环（PLL）或者直接数字式频率合成器（DDS）进行频率调制，然后通过高频功率放大器放大后输出，将调频信号发射。其系统框图如图4-1所示。图4-1 发射机方案一系统框图方案二：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

15、过高频功率放大器放大后，将调频信号发射。其系统框图如图4-2所示。图4-2 发射机方案二系统框图方案三：发射机采用石英晶体直接调频，通过倍频方式获得最大频偏，然后通过高频功率放大器进行放大后，将调频信号发射。其系统框图如图4-3所示。图4-3 发射机方案三系统框图综上可知，方案一实现简单，频率稳定度高，但是由于锁相环或者DDS在此使用，即违反题目不允许使用大规模集成器件的要求，因为锁相环或者DDS作为单功能模块使用时只能作为信号源，而不能作为调制器。方案三频率稳定度最高，但是石英晶体调制，频偏很小，需要经过多次倍频方式才能获得75KHz最大频偏，实施难度最大。方案二则兼顾了方案一与方案三的问题

16、，采用变容二极管直接调频，频率稳定度以及最大频偏的问题均能较容易实现，而且对提升发射机效率有很好的改善。因此本作品采用方案二的方式进行发射机系统的设计与制作。4.2调频接收机方案比较与选择方案一：接收机整个电路采用三极管与检波二极管构建。选用低噪声三极管搭建前置低噪声放大器、三极管混频器、西勒振荡器或晶体振荡器、中频放大电路以及鉴频器和低频功率放大器。其系统框图如图4-4所示。图4-4 接收机方案一系统框图方案二：接收机混频器采用集成混频器单功能模块搭建，本振采用锁相环（PLL），前置低噪声放大和中频放大采用晶体三极管搭建，低频功放采用集成单功能模块。其系统框图如图4-5所示。图4-5 接收机

17、方案二系统框图方案三：接收机尽可能选择单功能模块进行搭建，前置低噪声放大器、中频放大器均可采用集成的低噪声高速运算放大器搭建，本振采用直接数字式频率合成器（DDS），混频器、相移乘法鉴频器、低频功率放大器均采用集成单功能模块搭建。其系统框图如图4-6所示。图4-6 接收机方案三系统框图综上可知，通过对各个方案的分析，方案一由于需要使用较多的三极管电路，对静态的确定要求较高，因此在调试难度上较大，而且本振采用的是西勒振荡器或者晶体振荡器，改变频率不易，即不易实现自动搜索功能。方案二虽然使用了部分单功能芯片模块，降低了一定的调试难度，但是由于本振采用的是锁相环，锁相环调试难度较大，实现自动搜索功能

18、时容易出现失锁的情况。方案三则基本采用了单功能芯片模块，使用DDS 作为本振，自动搜索实现非常容易，稳定度高，整个系统调试难度降低。因而本作品中的接收机采用方案三来实现。5调频发射机电路设计5.1 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5.1.1偏置电阻的估算对于小信号放大器应工作于线性区，且在能满足电压增益要求的前提下，应尽量小一些，这样可以减小静态功率损耗。一般选取为宜，本设计选取。为了满足静态工作点的条件，

19、要求一般选取，本设计取，。为了调整方便，选用10K固定电位器和100K电位器串联。5.1.2集电极负载电阻的估算若选取，即，由得（3）电容参数的选取严格计算、的参数较为麻烦，根据经验值，通常选取。本设计选取，。5.2 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。因此，本设计选用此方案。集成压控振荡器MC1648外接电路减到很少，使用非常方便。因而压控振荡器可以选用单片集成振荡电路MC1648来构成。输出为正弦

20、波的LC振荡器用变容二极管实现回路调频，直接用控制电压实现控制。在这个电路中采用了两个变容二极管，并且同极性对接，常称为背靠背联接。其主要目的是减小高频振荡电压对变容二极管总电容的影响。为了减小这个影响采用两个变容二极管背靠背串接的方式，由两个变容二极管代替一个变容二极管。对高频振荡电压来说，每一个变容二极管只有原来高频振荡电压的一半，这样就能减小高频振荡电压对变容二极管总电容的影响。而对于调制电压u(t)来说，由于是低频信号，高频扼流圈L相当于短路，加在两个变容二极管上的调制电压是相同的。与此同时提高了振荡器的频率稳定度。调制器原理电路如图5-2所示。图5-2 VCO原理电路变容二极管直接调

21、频的特点为最大频偏大，能够达到几MHz，为解决调制频偏过大的问题，因此使用变二极管部分接入的方式完成，以达到调制信号变化1V时对应的频偏为75KHz，与此同时提高了振荡器的频率稳定度。调制器具体电路如图5-3所示。在要求的相对频偏较小，而所需要的m也就较小，因此，这时即使不等于2，二次谐波失真和中心频率偏移也不大。例如在本调频发射机中，中心频率fS在2628MHz范围内，要求的最大频偏f=75kHz，若所用变容二极管的=1，则由式fm=mc可求得m=5.810-35.410-3，这时对应的kf2和都很小。由此可见，在相对频偏较小的情况下，对变容二极管值的要求并不严格。图5-3 直接调频电路5.

22、2.1直流偏置电路MC1648的第10脚输出一个约1.5V的稳定电压，作为变容二极管的一个偏压，调整RP2可以调节变容二极管的偏压。R3为隔离电阻，一般选取比较大，可以减弱因调整RP2对振荡回路Q值的影响，本设计选取51K。串馈扼流线圈L1的电感量根据经验值，在短波波段一般选取15H50H，本设计选取15H。5.2.2频率调制电路VCO产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关，CVD的大小受所加偏置电压Ur控制，偏置电压与容量关系曲线，如图5-4所示。图5-4 V101变容二极管的压容特性其振荡频率下式计算其中 对于点频，取得若选取、得符合设计要求。5.3 高频功率放大器的设计甲类功率放大

23、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5.4环形电感的设计通常采用试绕法，具体的设计方法分两步：第一步，在选好的磁环上，先试绕若干圈，设匝数为N01 ，并测出其电感量L01，由此，计算出该线圈的结构系数L0。由公式得线圈的结构系数L0结构系数L0与线圈的结构尺寸、磁芯的有效导磁率有关。第二步，在同样磁芯上得到的电感量L为得相应的匝数为：

24、选用直径为0.5的漆包线，在线圈上绕制在NXO-201065上绕Nx匝，然后测得实际电感值，可适当调整到设计值，正确的绕法参见图5-6。图5-6 环形电感6调频接收机电路设计6.1 低噪声前置放大器的设计n级级联网络的总噪声系数为由此式可知，多级网络总的噪声系数主要取决于前面两级，而和后面各级的噪声系数几乎没有关系。这是因为AP的乘积很大，后面各级的影响很小。通常，要求第一级的NF1要小而APH1要大。美信公司的MAX2650低功耗低噪声甲类放大器，它的增益固定，不需要外围电路过多扩展，降低了噪声的引入途径和调试的难度。MAX2650用于从直流至900MHz，它有一个平坦的增益响应。单+5 V

25、供电。MAX2650的低噪声系数（噪声系数3.9dB）和高驱动能力（输入、输出阻抗50），使它非常适合用于各种传输接收、缓冲应用。该器件采用内部偏置，省去了外部偏置电阻或电感器。典型的应用，唯一需要的外部元件就是输入输出隔离电容。MAX2650的输入输出阻抗均为标准的50纯电阻，外围不需要再另行做阻抗匹配，避免了外加组件所引入的噪声和信号衰减，进一步降低了调试的难度。但是该芯片对电源的纹波要求较高，纹波要尽可能的小，否则较大的电源纹波引入就能将衰减后的uV级小信号湮没，所以在电源供电上采用了LC滤波。做好屏蔽和电源滤波后，降低了电源噪声的影响。该前置放大能将信号放大7倍左右（约17dB），噪声

26、影响降低，达到了小信号低噪放大的目的。其电路图如图6-1所示。图6-1 MAX2650低噪声放大器6.1.1输入输出耦合电容的选取输入输出耦合电容、的取值6.1.2选频网络的设计在MAX2650的输出端加上27MHz LC谐振匹配网络，将输出阻抗50匹配到后级混频器输入阻抗31K，这样输出既可以减小信号反射，同时也可以将噪声被大部分滤掉，提升了系统的信噪比，另也提升了镜像频率抑制比，降低镜频干扰。由于MAX2650的输出阻抗为50，为了减小其对选频网络的Q值的影响，采用部分接入。接入系数为 ，取p=0.04解得，。输出阻抗折合到选频网络的阻抗值为对于点频，回路总电容为。由谐振频率为 得电感量L

27、为6.2 双调谐回路谐振高频放大器的设计为了抑制混频干扰，需要进一步提高输入信号的选择性。因此题目对整个接收机的带宽有要求，而且对中频滤波器的矩形系数有相当的要求，矩形系数Kr0.13。由此可知，单调谐回路是不能达到矩形系数小于等于3的技术指标。而晶体滤波器的带宽很窄，仅为几千赫兹，完全不能满足系统对带宽的要求，若要达到带宽的要求，调试难度相当大。双调谐回路谐振放大器具有在通频带内平坦，通频带较宽和可调节性较好的优点。双调谐回路是解决放大器的选择性和通频带之间矛盾的有效方法。双调谐回路的矩形系数为Kr0.1=3.15，在混频器后以及中频放大器输出后各加一个双调谐回路，可以有效改善电路的带宽和矩

28、形系数。电容耦合回路谐振放大器电路如6-2所示，接有激励信号源的L3、C11回路称为初级回路, 与负载相接的L4、C12回路称为次级回路或负载回路，C10为耦合电容，调整耦合电容的值可以改变两个回路的耦合程度，从而改变谐振曲线的形状。图6-2 双调谐回路谐振放大器6.2.1静态工作点选取为了提高放大器的稳定性，通常静态工作点选取的比较低，本设计选取，。由回路电压方程得选用固定电阻和电位器串联，以便调整静态工作点。高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容。现取耦合电容、旁路电容。6.2.2耦合谐振回路的设计在实际应用中，初、次级回路都调谐到同一中心频率。为了分析方便，设两个回路元

29、件参数都相同，即取，。耦合回路的耦合系数耦合回路的耦合因数为，耦合回路的谐振特性方程为称为弱（松）耦合，谐振曲线单峰值，且峰值达不到最大值；称为临界耦合，谐振曲线单峰值，且峰值达到最大值；称为强（紧）耦合，谐振曲线双峰值，且峰值达到最大值。图6-3 耦合回路的频率特性 由于载波频率fc在2628MHz范围内，因此接收机的前端通频带，比较宽，所以应选择称为强（紧）耦合，谐振曲线双峰值，满足通频带的要求，强耦合回路的频率特性如图6-4所示。图6-4 强耦合回路的频率特性因耦合因数为，自耦变压器的Q值一般满足得所以取，。6.2.3高频自耦变压器的设计为了减小晶体管输出阻抗、混频器输入阻抗对谐振回路的

30、Q值的影响，接晶体管的L3、C11回路初级回路, 与混频器相接的L4、C12回路次级回路，均利用高频自耦变压器部分接入。由于初、次级回路总电容，为了简化计算取初、次级回路总电容，利用估算谐振回路电感考虑晶体管的输出电容和混频器的输入电容，选取电感。高频变压器一般用于小信号场合，尺寸小，线圈的匝数较少。变压器是靠磁通交链，或者说是靠互感进行耦合的。为了减少损耗，高频变压器常用导磁率高、 高频损耗小的软磁材料作磁芯。本电路选用选用直径为0.5的漆包线，在线圈上绕制在NXO-201065的磁环绕制，绕制方法采用试绕法，参见图6-4。图6-4 高频自耦变压器6.3 混频器的设计6.3.1混频器超外差接

31、收机的主要特点是，把被接收的已调波信号的载波频率先变为频率较低的(或较高的)，且是固定不变的中频，而其调制的变化规律保持不变。将高频信号的载波频率降低为中频的任务是由变频器来实现的，变频器是由混频器和本机振荡器组成。常使用的混频器有晶体三极管混频器、场效应混频器、二极管混频器、集成模拟乘法器混频器等。不同的混频电路对应有不同的混频能力，而且在很大程度上影响整个接收机的灵敏度，因此混频器的选择好坏决定着整个接收机的灵敏度。集成模拟乘法器混频器灵敏度高，混频效果好，干扰和失真小。因此系统选择使用集成模拟乘法混频器，常用的混频器有MC1496、MC1596、SA602A、SA612A等。考虑到混频效

32、果和题目对整机灵敏度的要求，选用集成的单功能模拟乘法混频器MC1496。MC1496的混频灵敏度高，噪声抑制能力强，外部器件少，功耗低，使用调试简单方便，其电路图如图6-5所示。输入信号振幅最大值约为15mV，本振电压ULm约为100mV，混频器后选用的中频滤波器的中心频率为8.5MHz。本电路可工作在高频或甚高频信号下进行混频。在fs=200MHz时，电路的混频增益为9dB，灵敏度为14V。本电路与晶体三极管混频器相比较，其优点是输出电流中组合频率分量少，干扰小；对本振电压振幅要求不很严格，不会因ULm小而失真严重；us与uL的隔离性能好，频率牵引小。图6-5 高频自耦变压器由于载波本振电压

33、ULm约为100mV是大信号输入，输出电流为i0 =若在输出端加入一个中心频率为，带宽为的带通滤波器，则取出的差值电流为i=从图可看出，电路采用了单端输出方式。集电极电阻Rc对电流取样，若带通滤波器带内电压传输系数为ABP，则经带通滤波器后输出电压uI = ABP型滤波器选用选用直径为0.8的漆包线，在线圈上绕制在NXO-601885的磁环绕制，绕制方法采用试绕法。6.3.2射极跟随器由于混频器输出幅度比较小，所以射极跟随器的工作点选取的较低。本设计选取，。由回路电压方程得选用电阻。6.4 中频放大器的设计超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易

34、得到满足。可以同时兼顾高灵敏度与高选择性，这是非常重要的。因为中频放大器的中心频率是固定不变的，而且接收机的主要放大倍数由中频放大器承担。所以整机增益在接收频率范围内，高端和低端的差别就会很小。因此中频放大电路的增益带宽积要高才能完成设计要求指标。中频放大器电路如图6-6所示。图6-6 中频放大器静态工作点选取参见6.2。6.4.1矩形系数整个系统应当尽可能减小矩形系数Kr0.1。在临界耦合条件下，耦合回路的谐振特性方程为通频带为 矩形系数为 耦合谐振回路选择称为临界耦合，谐振曲线单峰值，通频带得到了扩展，通频带内相对平坦，满足设计指标要求中频滤波器通频带18010kHz，矩形系数Kr0.13

35、的要求。因耦合因数为，自耦变压器的Q值一般满足得所以取，。6.4.2通频带根据要求，3dB带宽为。根据带宽的定义公式（公式中的品质因数Q是指回路没有外加负载时的值，即空载Q值）可知，该谐振回路的带宽小于180KHz。当该模块接入电路后，空载Q值将变为有载Q值，并且数值减小，带宽则相应增加。所以，后级只要做好阻抗匹配就能满足系统带宽的要求。因此设计该谐振回路时，一定要将带宽降低到180KHz以下。该谐振选频网络只要保证电感的空载Q值达到200以上就能较容易的满足带宽小于180KHz的要求。因此双调谐网络所使用的电感均为选用直径为0.5的漆包线，在线圈上绕制在NXO-201065的磁环绕制，在保证

36、其绕制密度均匀和绕制紧密的情况下，其Q值能达到230以上。在保证谐振在中频8.5MHz与矩阵系数Kr0.13的前提下，可以通过调整LC双调谐谐振网络中的耦合电容的电容值，调整双调谐回路的-3dB带宽。6.5 鉴频器的设计相移乘法鉴频器的方框原理图如图6-7所示。它是由进行调频调相调频波形变换的移相器、实现相位比较的乘法器和低通滤波器组成。图6-7相移乘法鉴频器方框图目前广泛采用谐振回路作为移相器。图6-8所示是一个由电容C1和单调谐回路LC2R组成的分压传输移相网络。设输入电压为，则输出电压为图6-8移相网络及其特性对于输入调频信号来说，其瞬时频率(t)=c+kfu(t)=c+。因为要求移相网

37、络的0=c，则()=上式表示输入为调频波时，经移相网络产生调相调频波的相位随瞬时频率的变化关系。上述经过移相网络产生的调相调频波与原调频波输入给乘法器实现相位比较，经低通滤波器取出原调制信号。uoKMK()RL2QLkf/cUmcost用集成模拟乘法器MC1496实现的相鉴频器电路如图6-9所示。其中C33与L14、C39和C40并联谐振回路共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率变化转换为瞬时相位的变化（即FM波变为FM-PM波）。MC1496的作用是将FM波与FM-PM波相乘，输出端接集成差分放大器OP07，将双端输出变为单端输出，再经RC构成LPF输出。这种鉴频电路的性能良好，片外电路简

38、单，调整非常方便。L14选用选用直径为0.8的漆包线，在线圈上绕制在NXO-601885的磁环绕制，绕制方法采用试绕法。图6-9相移乘法鉴频器6.6 低频功率放大器的设计题目要求输出功率不能小于100mW，因此选用集成的低频功率放大器是最优选择。常用的低频功率放大器有TDA2822、LM386、TEA2025、TPA321等。不同的芯片有不同的性能，考虑到题目要求有输出信噪比，因此选用的低频功放最好具有静音功能（有此功能说明芯片对噪声有性当的抑制能力）。因此，本设计选用TDA2822作为低频功率放大器的核心芯片，其电路结构简单，采用BTL电路时，输出功率最大可达到350mW。其具体电路形式如图

39、6-10所示。图6-10低频功率放大器6.7 电台识别电路的设计在进行接收电台信号时，需要判断是否有信号。其具体电路形式如图17所示。该电路从5V直流，并可以检测信号可达150千赫 。双比较器IC LM393的是该电路的心脏 。第一个比较IC8C是用于检测输入信号的峰值。第二个比较IC8D是有线作为缓冲区，以增加电流增益。第三个比较IC8A作为比较器，用于识别有解调信号。图6-11电台信号识别电路7系统调试与测试7.1调试仪器本系统使用到的仪器如表7-1所示：表7-1 调试与测试的仪器序号仪器型号1信号源QF1450高频信号发生器2示波器TDS1012B-SC 数字示波器3高频毫伏表DA36A

40、型超高频亳伏表4Q表AS2851 Q表5扫频仪BT3C RF 宽带扫频仪6频率计NFC-1000C-17LCR测试仪LCR-4070D7.2 发射机测试结果与分析7.2.1发射机载波频率测量发射机无发射天线，接50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。7.2.2载波频率稳定度测量条件与7.2.1测载波频率相同，1分钟内测5次频率，并将测量数据填入表7-1中，计算载波频率稳定度。7-1 发射机载波频率稳定度测量数据测量次数12345频率（MHz）平均值（MHz）频率稳定度7.2.3发射机最大频偏测量在调制信号输入端叠加加直流电压1V，测载波

41、频率，并将测量数据填入表7-2中，计算。表7-2 发射机最大频偏测量数据载波频率（MHz）载波频率（MHz）（KHz）7.2.4发射机输出功率测量输入调制信号振幅V，F=1kHz测负载50上输出电压，并将测量数据填入表7-3中，计算输岀功率。表7-3 发射机输出功率测量数据输出峰值（V）输出功率（mW）7.2.4发射机效率测量发射机负载为50电阻，调制信号为1kHz，振幅为1V，50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7-4中，计算电源输入功率、计算效率。表7-4 发射机效率测量数据电源电压（V）整机电流（mA）整机功率（mW）整机效率7.3

42、接收机测试结果与分析测试条件：输入调频波最大频偏，调制信号频率，载波频率，调频波信号。7.3.1接收机中频测量测试接收机的本振频率fL，微调载波频率fS，当解调输出幅度最大时，本振频率与载波频率fS频率之差的绝对值即为接收机中频fI。并将测量数据填入表7-5中。表7-5 接收机中频测量数据载波频率（MHz）本振频率（MHz）中频（MHz）7.3.2接收机输出功率测量测量低频功率放大器在R=8假负载上电压URLm, 并将测量数据填入表7-6中，计算输出功率P=U2RLm/2RLm。 7.3.3接收机输出信噪比测量测负载R=8上电压UNRL，并将测量数据填入表7-6中，计算输岀电压信噪比。表7-6

43、 接收机输出功率及输出电压信噪比测量数据信号状态输出峰峰值（V）输出功率（mW）输出信噪比无信号有信号7.3.4接收机灵敏度测量在满足输岀电压信噪比4，输岀功率100mW时进行下列测试。减小输入调频波信号电压USm直到等于100mW对应的USm值，即为灵敏度。7.3.5接收机通频带测量在满足输岀电压信噪比4，输岀功率100mW时进行下列测试。改变载波频率，测量负载R=8上电压URL值，测电压最大值的0.707倍所对应的f0.7的频率值，并将测量数据填入表7-7中，两频率差值为通频带2f0.7。7.3.6矩形系数测量在满足输岀电压信噪比4，输岀功率100mW时进行下列测试。改变载波频率，测量负载

44、R=8上电压URL值，测电压最大值的0.1倍所对应的f0.7的频率值，并将测量数据填入表7-7中。两频率差值为2f0.1，矩形系数Kr0.1=2f0.1/2f0.7。表7-7 接收机通频带及矩形系数测量数据-f0.7（MHz）+f0.7（MHz）2f0.7（KHz）矩形系数Kr0.1-f0.1（MHz）+f0.1（MHz）2f0.1（KHz）7.3.7镜像频率抑制比测量在满足输岀电压信噪比4，输岀功率100mW时进行下列测试。改变调频信号的载波频率为镜像频率fS=10MHz，（本振选择为18.5MHz），测量负载R=8上电压URL值，增大镜像频率的输入信号幅值，直到负载R=8上电压URL值与正

45、常载波信号输入时的测量值相等，记录镜像频率改变后的输入信号幅值，并将测量数据填入表7-8中，两幅值的比值为镜频抑制比。表7-8 接收机镜像频率抑制比测量数据载波频率fS负载电压URL载波幅度Vp-p镜频抑制比7.4整机无线通信性能测试7.4.1无线通信发射机接收机安装天线，天线间距离4m，调制信号频率取50Hz、1kHz、15kHz三点，调制信号振幅为1V，测量接收机输岀波形。要求能够准确接收信号进行解调，输出信号波形无明显失真。7.4.2语音与音乐无线通信调制信号端输入语言信号，接收机端扬声器发出声音无明显失真；调制端送一段音乐信号，接收端扬声器发音无明显失真。附录 电子元器件清单序号品名型号封装数量1集成宽带放大器MAX2650SMC12集成模拟乘法器MC1496DIP23集成VCOMC1648DIP14集成运放OP07DIP15音频功放TDA2822DIP16电压比较器LM339DIP17高频小功率管9018直插38低频小功率管9014直插29高频线