《高频电子线路论》word版.doc

1. 模拟调制技术概述调制技术是把基带信号变换成传输信号的技术。它将模拟信号抽样量化后，以二进制数字信号“1”或“0”对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码（PCM）。数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。它的缺点是需要较宽的频带，设备也复杂。调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）和差分移相键控 (DPSK）等。脉冲调制有脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（PPM）、脉码调制（PCM）和增量调制（M）。示出常用调制方式的已调波形。调频(FM）：用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。已调波称为调频波。调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。目前，应用最广泛的是采用变容二极管直接调频技术，即利用二极管反偏。工作时PN结呈现的势垒电容，它与回路中的电感共同构成振荡器的振荡回路，从而作为振荡频率直接调频电路。它具有工作频率高、固有损耗小和使用方便等优点。即下面以变容二极管直接调频为例介绍调频电路2. 电路组成与工作原理变容二极管为特殊二极管的一种。当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。变容二极管的结电容变化曲线如图1所示。在变容二极管直接调频电路中，变容二极管作为压控电容接入到谐振回路中,振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。因此，变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率变容二极管的压控电容特性曲线图1也就随之变化，若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。3. 实际电路组成变容二极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管直接调频电路构成，电路如图所示。不加入调制信号图2 加入调制信号 图3 变容二极管直接调频电路4. 电路调试图3 变容二极管直接调频仿真5. 变容二极管直接调频电路设计原理分析图4中，直接调频电路由变容二极管(Bb910)D1，耦合电容C1、C3、C82，偏置电阻R1、R2，隔离电阻R3和电位器W1构成。其中等效电路图如下图1.4所示。图4 变容二极管部分接入等效图 无调制时，谐振回路的总电容为：式中，（由于C9和C10电容值远大于C7,C9和C10可串联忽略）CQ为静态工作点是所对应的变容二极管结电容。调频电路中，R1、R2、R3和W1调节并设置变容二极管的反偏工作点电压VQ，调制信号u经C82和高频扼流圈L1加到二极管上。为了使VQ和u能有效的加到变容管上，而不至于被振荡回路中L4所短路，须在变容管和L4之间接入隔直流电容C3，要求它对高频接近短路，而对调制频率接近开路。C1为高频滤波电容，要求它对高频的容抗很小，近似短路，而对调制频率的容抗很大，近似开路。信号V从端口通过C82输入，C82为隔直电容，滤除输入信号中掺杂的直流成分。电感L1为高频扼流圈，要求它对高频的感抗很大，近似开路 高频通路 直流和调制频率通路 图5 变容二极管及其控制电路接入振荡电路路，而对直流和调制频率近似短路。对高频而言，L1相当于断路，C3相当于短路，因而C3和二极管D1接入LC振荡电路，并组成振荡器中的电抗分量，等效电路如下左图所示。对直流和调制频率而言，由于C3的阻断，因而VQ和u可以有效的加到变容管上，不受振荡回路的影响，等效电路如图1.5是示。6. 电路工作分析6.1谐振回路总电容 回路总电容变化量单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以Sf表示，单位为 kHz/V，即Sf = fm / VmVm为调制信号的幅度；fm为变容管的结电容变化Cj时引起的最大频偏。在频偏较小时，fm与C的关系可采用下面近似公式，即调制灵敏度 调制灵敏度Sf可以由变容二极管Cj-v 特性曲线上VQ处的斜率kc计算。Sf越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 改变CC1的值可以使变容二极管的工作点调节到最佳状态。7. 电路元器件参数7.1震荡回路参数LC显然LC如有变化，必然引起震荡频率的变化，影响LC变化的因素有：元件的机械变形，周围温度变化的影响，适度，气压的变化，因此为了维持LC的数值不变，首先就应选取标准性高的，不易发生机械变形的元件；其次，应尽量维持振荡器的环境温度的恒定，因为当温度变化时，不仅会使LC的数值发生变化，而且会引起电子器件的参数变化，因此高稳定度的振荡器可以封闭在恒温箱（杜瓦瓶）内，LC采用温度系数低的材料制成。7.2 温度补偿法温度补偿理论 要提高频率稳定度，回路的标准性越高越好。使L与C的变化量与L与C的变化量相互抵消以维持恒定的震荡频率，：若回路的损耗电阻r很小，即Q值很高，则振荡频率可以近似的用回路的固有频率f0来表示。由于外界因素的影响，使LC产生微小的变量L、C，因而引起振荡频率的变化，若选用合适的负温度系数的电容器（电感线圈的温度系数恒为正值），使得C/C与L/L互相抵消，则f可减为零。这就是温度补偿法。7.3 回路电阻r的大小是由振荡器的负载决定的，负载重时，r大，负载轻时r小，当负载变化时，振荡频率也随之变化。为了减小r的影响尽量使负载小且稳定，r越小，回路的Q值越高，频率的稳定度也越高，7.4 加缓冲级为了减弱后级电路对主振器的影响，可在主振器后面加入缓冲级。所谓缓冲级，就是实际上是一级不需要推动功率的放大器（工作于甲类）。7.5 有源器件的参数晶体管为有源器件时，若他的工作状态（电源电压或周围温度等）有所改变，则晶体管的h参数会发生变化，即引起振荡频率的改变。为了维持晶体管的参数不变，应该采用稳压电源，和恒温措施。7.6 采用高稳定度LC振荡电路8. 元器件参数设置及常见故障8.1 电路元器件参数设置电路元器件参数设置时，ICQ一般为14mA。若ICQ偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，p应取小，但p过小又会使频偏达不到指标要求。8.2 调频振荡级与放大缓冲级相联时的常见故障：调频振荡级与缓冲放大级相联时，可能出现振荡级的输出电压幅度明显减小或波形失真变大的现象。产生的主要原因可能是射级跟随器的输入阻抗不够大，使振荡级的输出负载加重，可通过改变射随器电路的发射级电阻，提高射随器的输入阻抗。主振级的振荡频率改变或停振。 产生的原因可能是后级功放的输出信号较强，经公共地线、电源线或连接导线耦合至主振级，从而改变了振荡回路的参数或主振级的工作状态。可以加电源去耦滤波网络，修改振荡回路参数，或重新布线，减小级间相互耦合。输出功率明显减小，波形失真增大产生的原因可能是级间相互影响，使末级丙类功放谐振回路的阻抗发生变化，可以重新调谐，使回路谐振。 在变容二极管调频电路中，载频频率的不稳定性主要由温度变化、电源电压变化、负载阻抗变化等因素引起的。可以通过减少外界因素的变化来提高频率稳定度，如采用高稳定度直流稳压电源来减少电源电压的变化，可以通过提高谐振回路的标准性来实现。如采用参数稳定的回路电感器和电容器，也可以采用温度补偿法，改进安装工艺，减弱振荡管与谐振回路的耦合。9. 变容二极管直接调频优缺点变容二极管直接调频电路由于变容二极管的电容变化范围大，因而工作频率变化就大，可以得到较大的频偏，且调制灵敏度高、固有损耗小、使用方便、构成的调频器电路简单。因而变容二极管直接调频器是一种应用非常广泛的调频电路。采用变容二极管调频的发射机，具有频率稳定，发射距离远，谐波少等优点。电路分三级，分别为振荡，缓冲放大，功率放大。振荡级以Q1为核心，组成电容式三点振荡器，频率为88-108MHz，D1，D2，D3为变容二极管，其中D2、D3用以改变频率，在高频回路中它们是串联接在振荡回路中，在低频回路中，它们是并联，并由VR1通过L3提供反向电压，来改变结电容，从而改变频率。输入信号通过L2加在D1上来改变D1的结电容，达到调频的目的。参考文献【1】 谢佳奎.电子线路（非线性部分）.北京：高等教育出版社，2002【2】 宋树祥.高频电子线路.北京：北京大学出版社，2007【3】 高吉祥.高频电子线路设计.北京：电子工业出版社，2007【4】 张肃文.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2002【5】 胡艳茹 耿苏燕.高频电子线路. 北京：高等教育出版社，2009