315超再生接收电路 理解以及实现

把最近看的一些关于超再生文章总结一下，个人理解，仅能参考。Q1进行选频放大，滤除无用频率信号；Q2与C4、C6、L2、C7等元件组成超再生高频接收电路，微调L2改变其接收频率，使之严格对准发射频率。当L1收到调制波时，经Q1调谐预放大，再经Q2检波调制信号送入前放大器放大。C9相对于自激频率来讲是个大电容，充电完成后自激熄灭导致放电（R9、C8、C9起自熄作用），之后继续下一个自激过程。ASK信号的检波解码是靠后比较器来完成的,据噪声电压的平均值与电压本身（R11和R12分压2.5V），用比较器比较出1或者0的信号。超再生电路本质为电容三点式振荡器，电路是典型的共基放大电路，晶体管的B和C之间通过交流连接L2、C6和C4，以及 C9和BE之间的结电容构成分压反馈，形成电容三点式振荡器。L4用来隔绝振荡频率与地之间的连通。振荡器工作时，随着振荡幅度增加，晶体管电流Ice增加，这个Ice流过R9，会使R9两端电压成增长趋势，而C9两端电压已经建立（静态工作点建立时建立的），无法突变，因此改电流对C9充电，使其两端电压升高，晶体管BE电压下降，工作点开始降低，当降低到一定程度，电路开始停振，Ice随振荡逐渐停止而减小，这使得R9两端电压成减小趋势，C9开始通过R9放电，C9两端电压降低，晶体管工作电提升，振荡幅度开始回升，重复前面的过程，因此振荡器工作在一个间歇振荡状态，振荡的波形类似有三角波或类似方波包络线的调幅信号，间歇频率由C9和R9决定，约为它们乘积的倒数。C9和R9两端的电压为类似类似方波或三角波（这个与原始静态工作点有关，原始静态工作点高，振荡建立快，C9很快冲点饱和，此时电路为平衡状态，振幅不便，一段时间后振幅开始跌落，如果振荡建立慢，则未到最大振幅就开始跌落，此时为三角波形），经过后面的电感电容网络滤波后，理论上为直流电压（为什么是理论上，后面讲），以下简称R9C9为RC，L2C6为LC。此电路为自熄式，间歇频率由自身提供，与振荡频率牵连比较大，较难调整，如果间歇频率由外部输入，则称他熄式，这种电路的间歇频率波形可以用标准方波，效果更好。好了，基本电路工作原理清楚了，现在看看电路是怎么接收信号的，先从调幅信号来说。LC构成的回路由选频作用，当天线输入的信号频率与电路振荡频率相同时，对电路的振荡幅度有加强作用，类似于正反馈，此时电路正式进入超再生状态。通过前面的分析知道，电路振荡建立的速度与工作点有关，而振荡幅度受到改变时工作点也会相应变化，因此外部调幅信号使晶体管工作点随输入信号幅度变化而变化，而工作点的变化，又影响振荡的建立时间。因此就形成了这样的现象，输入信号幅度大，间歇振荡建立快，间歇振荡能达到的最大振幅就大（或者越早达到最大振幅），反之同理。因此高频间歇振荡在每个间隙之间能达到的最大振荡幅度（或持续最大幅度的时间）是随外部输入信号的幅度而变化的，而间歇振荡的包络线就是RC两端的电压，这个电压中包含一个直流分量，这个直流分量就是随外部信号幅度而变化的（类似PWM原理），也就是输入信号的包络线，因此达到解调制的目的，具体见下图。朝再生2.gif (4.85 KB)2009-7-1 02:23第一个波形的熄灭电压是个示意图，第二个波形是高频振荡波形，这是有信号输入的状态，如果没信号，每个间歇内都是一样的，第三个波形是RC两端的波形，里面的平滑波形是经过后面的滤波网络后的波形。可以看到，外部信号的幅度变化时，每个间歇内振荡波形的包络面积会相应改变，此图上的包络线为类似三角波，根据不同的工作点，有些资料上的图画的是类似方波（比如晶体管收音机一书）上面说的是调幅信号接收，那么调频信号接收是怎么样的呢，先看一个概念，斜率鉴频，如下图斜率检波.GIF (2.78 KB)2009-7-1 02:23这是一个LC谐振曲线，fo为谐振频率，fs为输入信号频率，fs偏离fo，在LC谐振曲线一边的中间点部位，当输入中心频率为fs的调频信号时，由于频率幅度曲线的斜率，在LC上感应到的电压幅度会随频率变化而变化，此时调频信号变成了调幅信号，这就是斜率鉴频。说到这里可能有人已经知道了，超再生电路解调调频信号时，用的正是斜率鉴频原理。我们只需要把LC回路的谐振频率调到偏离fs的位置，就能把调频信号转换成调幅信号，按照上面的原理进行接收。超再生电路由于其特殊的工作方式，灵敏度很高，但是其选频手段单一，选择性极差，只相当于单回路的直放机水平，甚至不如。尤其在接受调频信号时，由于采用了斜率鉴频原理，在很宽的范围内都可以收到同一频率的调频信号，选择性更差。而采用斜率鉴频也使调频接收的抗干扰能力变得很低（无法抑制幅度噪声），一般在单频点接收机中用的比较多，比如遥控电路，频点单一就可以用多极LC选频放大来提高选择性（频带接收下这种做法是超级麻烦的）。在没有信号时，理论上RC两端电压的直流分量是不变化的，但是电路本身的分布参数变化和电噪声使得每次间歇振荡所达到的幅度都不是完全相同，从而产生内部噪声，这种噪声被电路超高的灵敏度放大后，形成难听的超噪声，当有信号时，振荡是受信号控制的，超噪声自然消失。超再生电路结构很简单，调试也不难，但要取得好的效果需要很大的耐心，如果不考虑元件限制的因素，比超外差电路的制作还要费劲。简单的调整方法如下：先断开C11，调整电路工作点和元件参数，使三点振荡电路正常工作，R12的值由初始工作点决定。然后选取一个间歇频率（一般100k到500k之间），计算C11，然后接上C11，此时如果正常，用示波器观察应该有间歇振荡产生，RC两端有间歇波形，没有示波器也可以接音频放大器在后面，如果有超噪声则正常。如果不正常，重新断开C11，调整工作电，再重复一次。间歇频率高，则间歇周期短，间歇振荡很难达到高幅值，灵敏度低，间歇频率低，则相反，灵敏度高，但是抗干扰能力也差。普通的再生式电路是利用正反馈增强输入信号，而超再生电路确实用输入信号来影响本地振荡信号，它的系统框图如下：超再生振荡器天线低噪声放大器包络检波解调输出熄灭信号（方波）图1图2图3图4其中，最核心的部分就是超再生振荡器，它实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器的本质是电容三点式振荡器，振荡频率与天线接收的信号频率一致。在这里间歇振荡的控制信号由两种方式，自熄式和他熄式，自熄时是指间歇频率由自身提供，与振荡频率牵连比较大，较难调整，如果间歇频率由外部输入，则称他熄式，这种电路的间歇频率波形可以用标准方波，效果更好。如图2所示，是超再生振荡的典型电路，C9和三极管的BE间电容分压形成反馈，电路的本质是共基极放大电路，其直流通路和交流通路分别如图3和图4所示。在图3的直流通路中，电容E5和电容C10作为电源滤波电容，用于滤除电源纹波，减小对电路的干扰，电路的静态工作点由电阻R11、R12、R13共同决定，C11是自熄式间歇振荡的关键电容，它与R12共同影响间歇式振荡的间歇频率，间歇频率约等于R12和C11乘积的倒数；在图4的交流通路中，其电路的基本组态是共基极放大组态，振荡信号由三极管的C极输出，经电容C9和三极管的BE间电容分压反馈至输入端E端，L3和C12并联构成振荡电路的负载，由此可见，振荡电路的本质是电容三点式振荡。关于该电路的间歇式振荡原理，我的理解如下：如图2所示，当电路开始振荡时，振荡信号的幅度增加，导致晶体管的CE电流Ice增加，所以，流过电阻R12的电流增加，其上的压降增加，这将导致晶体管的CE压降减小，晶体管逐渐趋于截止，这时Ice又会减小，又会使R12上的压降减小，Vce增加，如此往复，就导致振荡器的振荡过程一会进行，一会停止。不过，在电流Ice变化导致R12上的压降变化时，由于其上并接的C11的作用，R12两端的电压不会突变，这个电压会随着C11的电容充电作用缓慢地发生变化，所以，振荡器工作在间歇振荡状态，振荡的波形类似有三角波或类似方波（这个与原始静态工作点有关，原始静态工作点高，振荡建立快，C11很快充电饱和，此时电路为平衡状态，振幅不变，一段时间后振幅开始跌落，如果振荡建立慢，则未到最大振幅就开始跌落，此时为三角波形）包络线的调幅信号，间歇频率由C11和R12决定，约等于C11*R12的倒数。关于电路接收信号的原理如下所述：如图5所示，是超再生接收机的原理图前端天线接收到的信号直接加到超再生振荡电路的基极，图中的超再生振荡电路的LC谐振回路具有选频作用，只有当谐振频率与接收信号的频率一致时，超再生振荡电路才会工作，接收到的信号接在基极可以控制电路的静态工作点，前面说过，电路的静态工作点可以影响间歇振荡的建立时间，所以，输入信号加在基极可以控制间歇振荡的建立时间，也就是控制了每次间歇时间段内振荡所能达到的最大幅度，因此就形成了这样的现象，输入信号幅度大，间歇振荡建立快，间歇振荡能达到的最大振幅就大（或者越早达到最大振幅），反之同理。因此高频间歇振荡在每个间隙之间能达到的最大振荡幅度（或持续最大幅度的时间）是随外部输入信号的幅度而变化的，而间歇振荡的包络线就是RC两端的电压，也就是输入信号的包络线，因此达到解调制的目的，