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第二章简单高放式接收机:高放电路2.1简单直接高放式接收机电路2.2高频小功率放大电路2.3直接高放式接收机的原理2.1简单直接高放式接收机电路
从前面的分析知道,要使包络检波器从载波信号中解调出调制信号,需为检波二极管提供0.5V以上的信号电压。对于本地电台,虽可通过架设长天线来满足要求,但毕竟十分不便。对远地电台来说因信号太弱,长天线将信号感应出来的同时也感应了噪声,因此接收机的信噪比很低,根本无法正常接收。为了改善直接检波接收机灵敏度太低的缺陷,人们自然想到在检波之前,把天线接收到的信号预先放大。放大电路的方式可以是多种多样的,图2-1为一种简单的直接高放式接收机电路。从电路中可以看到,在天线线圈与检波二极管VD之间,增加了一个由三极管VT组成的放大电路,由于放大电路放大的是直接来自信道的高频信号并直接送检波电路检波,所以称为直接高放式接收机。我们通过实验与分析来认识这种接收机的性能、特点与工作原理。图2-1直接高放式接收机电路实验四(1)简单高放式收音机的安装与调试步骤3:收音试听
调节可变电容,收听本地中波电台的广播。如收不到电台,给收音机加一根几米长的天线,如仍然收不到电台,实验从步骤4继续进行。
步骤4:接收高频信号发生器的信号
将高频信号发生器信号频率置于1MHz,调制频率为1kHz,调制度为30%。输出端中心头通过一0.01μF电容接收音机天线,高频信号发生器的“地”与收音机的“地”相接。改变高频信号发生器输出信号的大小并仔细调节收音机可变电容旋钮,使收音机接收到高频信号发生器输出的信号。步骤5:调整频率接收范围
扫频仪的输出端接至收音机的天线,输入端接检波二极管的负极。改变扫频仪的输出大小、调节灵敏度旋钮到适当位置,再调节扫频仪的中心频率,可在扫频仪屏幕上观测到接收机的频率特性曲线。将可变电容VC旋至最大容量处。调整集电极回路线圈的磁芯使谐振频率为520kHz,然后将可变电容旋至容量最小处,调整集电极谐振回路的微调电容使谐振频率为1610kHz。步骤6:统调
改变可变电容VC大小,使谐振频率为600kHz,调节天线回路线圈在磁棒上的位置,使曲线幅度最高;改变可变电容VC的大小,使谐振频率为1400kHz,调节天线回路的微调电容,使曲线幅度最高。二、实验分析
(1)与直接检波接收机相比,图2-1电路多了由晶体管VT组成的放大环节及构成晶体管集电极负载的选频电路。因此,其接收微弱电台的能力及对有用信号的选择能力都要高出直接检波接收机。
(2)步骤5是为了使接收机能接收到MW波段的所有信号。通过调节第二个谐振回路的电感与微调电容,使可变电容的容量从最大变至最小时,其谐振频率恰在535~1605kHz的中波范围内。(3)天线回路与集电极两个回路的可变电容是同轴的,它们的容量同时变大与变小,这种可变电容称为双联。由于两个LC回路都有选频作用,它们共同决定了电路的频率特性。步骤6统调的目的是使两个回路在整个中波范围内的谐振频率趋于一致,这样可以提高电路的灵敏度与选择性。 2.2高频小功率放大电路
从图2-1中可以看到,由晶体三极管与选频器组成的放大电路插在检波电路与输入电路之间,其作用是将天线接收到的信道信号放大后再送往检波电路。这种电路的输入信号比较小,基本工作在线性区,称为高频小功率放大电路。我们通过下面的实验来认识高频小功率放大电路的特点与基本原理。
实验四(2)高频小功率放大电路的认识
一、实验步骤
步骤1:用扫频仪观测电路的放大作用
将扫频仪的输出信号从天线线圈加入,扫频仪的输入探头接至检波二极管正极,调节相关旋钮,使屏幕上展现频率特性曲线。调节可变电容,使谐振曲线的峰值为1000kHz,记下曲线的高度同时读出扫频仪输出的大小;保持状态不变,将扫频仪的输入探头移至晶体管基极处,可以看出,曲线的高度明显下降,增加扫频仪的输出量,使曲线高度与上一次测量的高度基本一致,再一次读出扫频仪输出的大小。
我们可以看到,两次测量中,扫频仪的输出量第一次明显低于第二次,由此可以体会电路的放大作用。
步骤2:信号寻迹
使收音机正常接收高频信号发生器发出的1000kHz、调幅度为30%的高频信号,用示波器依次观测TP1~TP5各测试点的信号波形。读出TP2与TP4两点波形的幅值。
可以看到:TP1~TP4的波形均为调幅波;天线线圈初级(TP1)与晶体管基极(TP2)的信号幅度差不多,集电极(TP3)的信号幅度明显高于基极;二极管正极(TP4)信号的幅度低于集电极但高于基极;从二极管负极检测的信号已被解调为音频信号。
通过检测我们可以体会到信号的流向与变化:高频调幅信号从天线经输入线圈耦合到晶体管的基极;从基极输入的信号经晶体管放大后从集电极输出;从集电极输出的信号经高频变压器耦合到检波二极管的正极;加至二极管正极的调幅信号经二极管检波后变为音频信号。步骤3:试验静态工作点对接收效果的影响
使收音机正常接收高频信号发生器的信号,示波器观测检波后的输出信号。如果有双踪示波器,将示波器第二个输入置直流(DC)位置,观测三极管发射极的直流电压(如果没有双踪示波器,则用万用表测量)。调节可变电阻VRb,观测在可变电阻VRb由大到小、由小到大的调节过程中三极管发射极直流电压、输出波形及声音如何变化,体会晶体管静态工作点的变化对输出波形及收听效果的影响。从实验中我们可以看到,随着VRb的变化,发射极的直流电压即三极管的直流工作点在变化,示波器展示的输出波形的幅度与波形的形状也都在变化,与之对应的是音量的大小与音质的变化。静态工作点ICQ(ICQ≈Ue/Re)在一个小范围内变化时,输出波形为正弦波,超出这一范围,波形出现失真甚至完全没有输出。二、实验分析
(1)图2-1中由三极管VT与LC回路组成的放大电路如图2-2(a)所示。在实验步骤1与2中,我们观测到电路对高频信号的放大作用。步骤1中扫频仪两次输出旋钮读数的差值,可看做电路增益的dB数。步骤2中两次幅度读数的比值,可看做电路的电压放大倍数。图2-2选频放大电路
(a)实际电路;(b)直流等效电路;(c)交流等效电路(2)电路中,VRb与Rb串联作为晶体管VT的基极偏置电阻,为晶体管建立起静态直流工作点。基极直流电流与集电极直流电流的路径如图2-2(a)中虚线所示,直流等效电路如图(b)所示。静态工作点对放大器的影响与低频电路基本相同。
(3)C2与Ce的作用是为高频信号提供一个交流通道,天线线圈次级感应到的信号通过三极管be结、电容Ce、C2构成回路。其交流等效电路如2.2(c)所示。图2-3晶体管的高频等效电路(2.1)图2-4晶体管电流放大倍数与频率的关系(2)当晶体管的工作频率满足f/fβ>>1的条件时,有(2.2)根据此式,管型选定后,便可由手册上提供的频率参数估算工作频率上的电流放大倍数。当放大器接上信号源与负载以后,便对输入信号有放大作用,放大电路的电压放大倍数与负载的阻抗有关。在一定范围内,负载阻抗越高,其电压放大倍数越高。对选频器来说,LC选频回路作为晶体管的交流负载。其阻抗的频率特性如图1-7所示。LC回路的频率特性决定了放大电路的幅频特性,这正是电路既能放大,又能选频的原因。一般来说,放大高频小信号,都由放大器加选频器组成,放大器可以是本实验中涉及到的三极管,也可以是其他有源放大器件。对三极管放大器件来说,可以采用共射电路,也可以采用其它组态。选频器可以是实验中的LC回路,也可以是对频率有选择的其它器件。2.3直接高放式接收机的原理
通过上述两个实验,我们对直接高放式接收机有了一个初步的认识。可以用图2-5所示的方框图来定性地阐述其工作原理。图2-5直接高放式接收机方框图输入回路对天线感应到的信号进行选频,为提高回路的选频特性,通过降压变压器尽量减少放大器输入阻抗对输入回路的影响。
与直接检波接收机比较,直接高放式接收机增加了放大器与选频器构成的选频放大电路。被调制的信道信号从三极管放大器的基极输入,经三极管放大后从集电极输出。
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