电子设计大赛高频部分培训.ppt

1、1,2012.8.7,高频无线电类设计,2,第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目,C题 简易无线电遥控系统,一、任务,设计并制作无线电遥控发射机和接收机,1无线电遥控发射机,2无线电遥控接收机,3,第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目,D题 调幅广播收音机*,一、任务,利用所提供的元器件（附有资料）制作一个中波广播收音机。,第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目,一、任务,设计并制作一个短波调频接收机，方框图如下：,D题 短波调频接收机设计,4,第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目,F题 调频收音机,一、任务,用SONY公司提供的FM/AM收音机集成芯片C

2、XA1019和锁相频率合成调谐集成芯片BU2614，制作一台调频收音机。,第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目,单工无线呼叫系统（D题）,一、任务,设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。,5,第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目,无线识别装置（B题）,一、任务,设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。,6,第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目,无线环境监测模拟系统（D题）,一、任务,设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光源信息的探

3、测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。,7,“高频无线电类”赛题对相关知识的要求,掌握：模拟电路、数字电路、单片机等知识,了解：RF（射频）发射、接收电路设计与制作,小信号放大电路设计与制作,高频功率放大器电路设计与制作,LC振荡器电路设计与制作,FM、ASK、FSK调制与解调电路设计与制作,PLL（锁相环）电路设计与制作,电感线圈的设计与制作,8,如何提高电子设计能力,1、多分析各种应用电路图和其工作原理说明 2、多进行实际动手制作 3、充分利用图书、期刊、网络等各种渠道了 解

4、新器件、新技术等。,9,第一章 无线通信系统的基本工作原理,无线通信系统组成框图,图1 无线通信系统组成框图,10,各部分作用,信息源：提供需要传送的信息,变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号 之间的互相转换。,发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线 发射出去。,图1 无线通信系统组成框图,11,各部分作用,传输媒质：信息的传送通道（自由空间）,接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号,受信者：信息的最终接收者,图1 无线通信系统组成框图,12,1.1 无线电广播发送设备的基本原理和组成,振荡器：产生高频信号,倍频器：将振荡器产生的高频信号频率整数倍升高 到所需的载波信号频率,振幅调

5、制器：将输入的高频载波信号和低频调制信号变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送到天线，然后辐射到空间。,调制放大器:由低频电压和功率放大级组成,用来放大话筒所产生的微弱信号，并送入调制器。,调幅广播发送设备组成,13,用基带信号去控制高频信号的某一参数，使该参数按照基带信号的规律变化的过程，称为调制。,基带信号也称为调制信号；未调制的高频信号称为载波信号； 经调制后的高频信号称为已调信号。,用基带信号去控制高频信号的振幅，称为调幅 AM 频率，称为调频 FM 相位，称为调相 PM,1.1 无线电广播发送设备的基本原理和组成,14,1.2 无线电调幅广播接收设备的基本原理和组成,超外差式调幅接

6、收机组成框图,高频放大器输出载频fC的已调信号，本机振荡器提供频率为fL的高频等幅信号，它们同时送入混频器。在其输出端可获得频率较低的中频已调信号，通常取中频频率fI= fL - fC 。,中频放大器为中心频率固定在fI上的选频放大器，它进一步滤除无用信号，并将有用信号放大到足够值。,检波器对中频放大器送来的信号进行解调，可恢复出原基带信号，然后经低频放大器后输出。,高频放大器对天线所接收的信号进行初步的选择，抑制无用频率的信号，而将所需频率的信号加以放大。,15,1.2 无线电调幅广播接收设备的基本原理和组成,解调的三种方式： 对调幅波的解调检波 对调频波的解调鉴频 对调相波的解调鉴相,信号

7、的“卸载”解调,从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。,16,无线电波的发射,发射无线电波的装置：,振荡器,L1,L2,开放电路,地线,天线,无线电波由开放电路发射出去,振荡器电路,实际的发射装置,17,无线电波的接收,接收无线电波的装置：,收音机的调谐电路,通过可变电容改变调谐电路的固有频率，使其与接收电台的电磁波频率相同，这个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了电台。,可变电容,18,小 结,无线通信系统由输入变换器、发射机、无线信道、接收机和输出变换器所组成。 2. 无线电发射设备由振荡器、倍频器、高频功放、调制器、天线、电源等部分组成。 3. 无线电的接收设备

8、由天线、高频小信号放大器、本振、混频、中放、检波、低放、电源等部分组成。,19,第二章 高频功率放大器,高频功率放大器通常用于发射机的末级或末前级，作用是将信号放大到额定功率，由天线辐射出去。,1.高频功率放大器的特点,采用LC谐振网络作负载。,一般工作在丙类或乙类状态。,技术指标要求输出功率大、效率高。,要求非线性失真小 。,20,（1）电路原理,三极管V在工作时应处于丙类工作状态，只有小部分 时间导通。LC谐振回路起到滤波和匹配作用。基极电 源VBB应小于死区电压以保证晶体管工作于丙类状态， 一般VBB略小于0。集电极电压VCC是功率放大器的能 量来源。,2.高频功率放大器的工作原理,21

9、,（1）电路原理,2.高频功率放大器的工作原理,在丙类工作状态下，uBE=BB+Ubmcosct较小，且uBEUon时才有集电极电流流过，故集电极耗散功率小、效率高。,22,一、直流馈电电路,3.高频功率放大器电路,直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路，它包括集电极馈电电路和基极馈电电路两部分。无论是哪一部分的馈电电路，都有串联馈电和并联馈电两种方式。,在高频功率放大电路中，它的管外电路由直流馈电电路和匹配网络两部分构成的。,23,3.高频功率放大器电路,1） 集电极馈电电路 集电极馈电电路是为集电极提供电源电压。,串馈是指直流电源、匹配网络和功率管三者串联连接的一种馈电方式。,串

10、联馈电电路,LC：对基波分量选频,CC：高频旁路电容,LC：高频扼流圈,24,3.高频功率放大器电路,并馈是指直流电源、匹配网络和功率管三者并联连接的一种馈电方式。,并联馈电电路,1） 集电极馈电电路 集电极馈电电路是为集电极提供电源电压。,25,3.高频功率放大器电路,（a） 串馈电路 （b） 并馈电路,串馈与并馈电路各有优缺点。串馈电路的谐振回路处于直流高电位，可变电容的动片不能直接接地；并馈电路的谐振回路处于直流地电位，可变电容动片可以直接接地，因此在电路板上安装时就比串馈电路方便。,26,3.高频功率放大器电路,2） 基极馈电电路,（a） 串馈电路 （b） 并馈电路,27,3.高频功率

11、放大器电路,由于上图电路中采用一个独立电源实现偏置，很不方便，因此在负偏置的丙类谐振功放中，一般采用下图所示的基极自偏压电路。,3） 基极偏置电路,28,3.高频功率放大器电路,3） 基极偏置电路,图(a)是利用iB的直流分量IBo在RB上产生所需的负偏压，并通过高频扼流圈LB加到基极上，使UBE=-IBORB ；,29,3.高频功率放大器电路,3） 基极偏置电路,图(c) 是利用iE的直流分量IEo在RE上产生所需的负偏压，并通过高频扼流圈LB 加到基极上，使UBE =-IEO RE ；,30,3.高频功率放大器电路,3） 基极偏置电路,注意：图中电路的静态偏置电压与加输入信号后的直流偏置电

12、压是不同的。这两电路的静态偏置电压均为零，但直流偏置电压却为不同的负电压。,31,3.高频功率放大器电路,4） 匹配网络,匹配：使外接负载阻抗与放大器所需的最佳负载电阻相匹配，以保证放大器输出功率最大。,设计匹配网络需满足两个条件：,1. 匹配网络的谐振频率等于输入信号的中心频率。,2. 阻抗匹配。,32,3.高频功率放大器电路,几种常见的LC匹配网络,4） 匹配网络,L型,T型,型,33,3.高频功率放大器电路,160MHz谐振功率放大电路,T型匹配网络,L型匹配网络,基极自给偏压,集电极并馈,5） 实际电路,34,功率放大电路,3.高频功率放大器电路,功率放大电路发射部分,1995年全国题

13、简易无线电遥控系统设计,35,3.高频功率放大器电路,丙类谐振功率放大电路,36,小 结,2.高频功率放大器的工作原理,3. 高频功率放大器电路,1.高频功率放大器的特点,高频功率放大器的匹配网络,基极偏置电路,直流馈电电路,37,第三章 小信号谐振放大电路,小信号谐振放大器也称为窄带调谐放大器，通常位于接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。,小信号调谐放大器,不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。,38,第三章 小信号谐振放大电路,小信号调谐放大器,主要技术指标：,1. 中心频率f0,LC值可根据要求自行选取。当f0=30

14、MHz时，选L13=1uH,则C=28pF,39,第三章 小信号谐振放大电路,小信号调谐放大器,主要技术指标：,2. 带宽BW,QL：有载品质因数,g：为并在回路1、3端的总电导。,40,小信号调谐放大器,第三章 小信号谐振放大电路,主要技术指标：,3. 电压增益Au0,Au0= -p1p2yfe / g ,p1、p2 :接入系数,p1=N12/N13=5/20=0.25,p2=N45/N13=4/20=0.2,yfe :三极管导纳,接入系数：减轻外电路对回路的影响，但增益下降。,41,小信号调谐放大器,第三章 小信号谐振放大电路,R,LC回路决定了放大器带通特性，电阻R是用来降低回路Q值，扩

15、展通频带的。,带宽增益乘积等于常数,51k,10k,510,0.01u,10k,上面是以f0=30MHz为例的电路，如果要改变中心频率，电路形式不变，只需重新设计LC回路即可。,42,高频小信号放大电路,小信号谐振放大电路实例,输出,43,高频放大电路接收部分,见1995年全国C题简易无线电遥控系统设计,44,集成小信号谐振放大器,如：MC1350P、MC1350、MC1590等芯片,MC1350选频放大器,选频和阻抗匹配,调谐回路,45,第四章 正弦波振荡器,一、振荡器的功能,二、正弦波振荡器的用途,三、LC振荡器,46,一、振荡器的功能,在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有一定频

16、率、一定波形和一定振幅的交流信号的能量。,二、正弦波振荡器的用途,发射机(载波频率fC),接收机(本地振荡频率fL),通信系统：,数字系统：时钟信号,测量仪器：信号源,高频加热设备,医疗仪器,高频能源：,47,三、 LC振荡器,1）变压器反馈式振荡器,2）三点式振荡器,3）晶体振荡器,48,1）变压器反馈式振荡器,变压器反馈式振荡器又称互感耦合振荡器。由谐振放大器和反馈网络两大部分组成。,（1）放大电路是共射极接法（L2正反馈）,49,1）变压器反馈式振荡器,变压器反馈式振荡器又称互感耦合振荡器。由谐振放大器和反馈网络两大部分组成。,（2）放大电路是共基极接法,振荡频率fo,50,1）变压器反

17、馈式振荡器,电路特点：,（a）C 可以采用可变电容器,因而调节频率方便;,（b） LC选频网络可放在三极管任意极。,（c）由于变压器分布参数的限制,振荡频率不能太高,一般小于几十MHz,且输出波形不太好。,51,2）三点式振荡器,什么是三点式振荡器？,晶体管有三个电极（b、e、c）,分别与三个电抗性元件相连接,形成三个节点,故称为三点式振荡器,52,三点式振荡器要实现振荡，必须满足相位平衡条件与振幅平衡条件.为此电路组成结构必须遵循两个原则.,与晶体管发射极相联结的电抗X1、X2性质必须相同。即 be、ce间电抗性质相同,不与晶体管发射极相联结的另一电抗X3的性质必须与其相反。即与 bc间性质

18、相反,原则一,原则二,53,2.1） 三点式振荡器的基本电路构成,电容三点式振荡器,C1,C2,L,由图可见:与晶体管发射极相连接的电抗性元件C1和C2为容性, 不与发射极相连接的另一电抗性元件X3为感性, 满足三端式振荡器的组成原则。,三点式振荡器有二种基本电路:,其一为电容三点式振荡器也称为考必兹振荡器,电路组成特点如下图所示。,54,2.1） 三点式振荡器的基本电路构成,电感三点式振荡器,L1,L2,C,其二为电感三点式振荡器也称为哈特莱振荡器,电路组成特点如下图所示。,由图可见:与晶体管发射极相连接的电抗性元件L1和L2为感性, 不与发射极相连接的另一电抗性元件C为容性, 满足三端式振

19、荡器的组成原则。,55,2.2） 电容三点式振荡器(考毕兹振荡器),(1) 电路结构,电容三点式振荡电路,交流通路,(2) 振荡频率,式中：C 为C1、C2的串联等效电容，即,56,受三极管结电容的影响，C1、C2不能选的太小，故振荡频率小于100MHz，频率稳定度为10-3量级。,2.2） 电容三点式振荡器(考毕兹振荡器),(1) 电路结构,电容三点式振荡电路,交流通路,57,2.3） 改进型电容三点式振荡器,1. 串联改进型振荡电路（克拉泼电路）,该电路的特点是在电感支路中串接一个容量较小的电容C3。满足C3C1和C2，与电容三点式振荡器相比，仅在回路中多加一个与L串联的电容C3 。,58

20、,2.3） 改进型电容三点式振荡器,振荡频率：,1. 串联改进型振荡电路（克拉泼电路）,，可达几百兆。,由于其振荡频率与C1、C2关系不大，故C1、C2值可取大些，以减轻结电容的影响，频率稳定度可达10-4量级。,59,优点：频率稳定度较好，波形较好。,缺点：起振较困难， C3过小，有可能停振。,注：见2003年全国大学生电子设计竞赛A题电压控制LC振荡器设计。,2.3） 改进型电容三点式振荡器,1. 串联改进型振荡电路（克拉泼电路）,60,2.3） 改进型电容三点式振荡器,1. 串联改进型振荡电路（克拉泼电路）,由于振荡频率由C3决定，当改变C3时，会改变接入系数，从而影响振荡幅度，故克拉泼

21、振荡器仅适用于固定频率振荡。,振荡频率：,61,2.3） 改进型电容三点式振荡器,2. 并联改进型振荡电路（西勒振荡器）,它与克拉波振荡器不同之处仅存在于回路电感L两端并联了一个可变电容，仍满足固定C3C1和C2，通常,C3、C4为同一数量级的电容，故回路总电容C总C3+C4。,振荡频率为：,62,2.3） 改进型电容三点式振荡器,西勒振荡器的优点： 1、接入系数不受C4的影响，故振荡幅度比较稳定； 2、振荡频率可以比较高，如可达千兆赫， 所以在一些短波、超短波通信机，电视接收机中用的比较多。,2. 并联改进型振荡电路（西勒振荡器）,63,2.3） 改进型电容三点式振荡器,注：见2003年全国

22、大学生电子设计竞赛A题电压控制LC振荡器设计，C4为变容二极管，系统选用MMBV109.,2. 并联改进型振荡电路（西勒振荡器）,64,2.4） 电感三点式振荡器(哈特莱振荡器),（1）电路结构,电感三点式振荡电路,交流通路,（2）振荡频率：,LL1L22M（M为L1和L2间的互感，不考虑互感时M0）。,该类型振荡器要绕制互感线圈，还要注意同名端，故不提倡采用。,65,3）晶体振荡器,3.1）石英晶体等效电路,电路符号,等效电路,L1、C1、R1分别为石英晶体的模拟动态等效电感、等效电容和损耗电阻，C0为静态电容。,晶体的阻抗曲线,66,(a)实际电路(b)交流通路,3.2）并联型晶体振荡电路

23、,并联型晶体振荡器是把晶体作为回路电感。,目前常用的是皮尔斯电路(电容三点式振荡器)。,皮尔斯振荡电路,67,3.2）并联型晶体振荡电路,改进型皮尔斯电路（改进型电容三点式振荡器）,C4为微调电容，用来改变振荡频率，不过频率调节范围是很小的。,68,3.2）串联型晶体振荡电路,串联型晶体振荡器中晶体相当于短路。,电路原理图,交流通路,69,3.3）门电路构成的并联型晶体振荡电路,SN74HC04D在这里相当于一个有很大增益的放大器。,R为反馈电阻，取值一般1M，它可以使反相器在振荡初始时处于线性放大区，构成放大器。,70,晶体等效一个电感，与外接的电容构成三点式LC振荡器，通过外接的电容可对频

24、率进行微调。,3.3）门电路构成的并联型晶体振荡电路,为防止负载电路对振荡电路的干扰和提高带载能力，U1输出信号需再通过U2的缓冲、放大整形接到负载。,71,3.3）门电路构成的并联型晶体振荡电路,SN74HC04N和4MHz晶振构成载波振荡器。,见2007年全国B题无线识别装置,72,小 结,变压器反馈式振荡器又称互感耦合振荡器。由 谐振放大器和反馈网络两大部分组成。,三点式振荡器分为电感三点式和电容三点式两种基本形式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。,3. 石英晶体振荡器频率稳定性高，分为串联型和并联型两种。,73,RF射频无线遥控器,接收机中采用PIC来对发射机发出的信号进行识别和解

25、码。,1 无线遥控器发射机,1.1 遥控器收发射机原理,其具体电路设计图见图1所示,在本节中将介绍简单的无线遥控器，包括发射机和接收机。在发射机和接收机电路设计中均采用PIC Chip 控制。,在发射机电路中，采用PIC来控制发射信号的种类和对信号编码的控制。,74,图1 遥控器发射机电路图,75,具体电路设计时，编码控制由RA0和RA1输入端口选择控制，对振荡器的控制由RA4端口输出信号控制。,1.1.1 遥控器发射机硬件电路及元器件,图2 遥控器发射机使用PIC,在遥控器电路设计考虑中，电路将采用83 MHz的无线电波。工作原理是采用编码控制产生断续脉冲来完成发射电波。采用PIC16F84

26、A芯片（如图2）编程来产生控制编码。这种方式能使简单改写PIC程序就能产生各种不同的编码，有利于对各种器件的控制和简化发射器电路的设计。,76,2SC1906的最大遮断频率为600MHz到1000MHz间。使用稍低最大遮断频率器件也可，如2SC1815 ( 最大遮断频率约80MHz ) 等。,1.1.1 遥控器发射机硬件电路及元器件,图3 2SC1906,图1中使用的器件2SC1906三极管是作为高频振荡和高频功率放大器使用。也就是在电路设计时考虑到使用的是高频，所以在选择器件时考虑它的最大遮断频率。,77,图4所示高频振荡电路的基本型，该振荡电路的振荡频率可由下公式计算。通常在设计高频电路时

27、，由于电路板的配线长度等的影响，会影响振荡频率。特别是频率越高，影响越大，设计时必须在实际电路板上调试。,高频振荡电路,图4 振荡器等效电路,图5 高频振荡器电路,78,高频振荡电路,C2、C3采用10000pF高精度电容，在发射频率83MHz、10000pF电容的等效交流组抗为:,Z=1/2fc = 0.2欧,图6 振荡器等效电路,图5 高频振荡器电路,图5高频振荡器电路在交流时等效为图6所示电路,79,高频功率放大器电路,由振荡器发出的信号在发射前还必须进行信号放大处理。如果直接从振荡器接天线，这样由于天线的位置、大小均会影响发振器的频率。另外信号发射出的功率也可能不足，所以此间加入功率放

28、大电路。,由输出线圈输出信号至三极管的基极，放大信号由集电极输出至天线。,图7 功率放大器,本设计采用一个线圈耦合方式，如图7所示。,80,控制码发生电路,电路采用PIC的输入输出端口RA4来控制振荡器工作 (振荡or停止)。在RA4端口输出H高电平时 (ON)，从振荡器来看RA4端口与振荡器如断开一般，振荡器工作。为L低电平时(0V)，如图8所示RA4端口接地即振荡三极管基极接地使得振荡停止。,图8 控制码码控制电路,对接收机的回路控制是由发信机的控制Code码来控制的。控制码的发生均由PIC软件实现。,81,由于本设计仅控制两类，所以设置有两开关。从电路图9所示按任一开关均能完成对电路的供

29、电。屏蔽另一路PIC输入端口采用了具有单通功能的二极管D1和D2。,电源开关和控制码选择电路,图9 电源开关和控制Code码选择电路,对发送信机电路，一般要求在未按开关时全部电路不工作。电路仅在按开关时工作。因为不这样电池就会在不使用时被白消耗。所以控制开关就需兼电源开关和控制码选择二用。,82,图中所示一个完整的控制由3个控制块(ST0，ST1和ST2)。发送机的程序管理着这3个控制块，也就是管理控制着发信的状态 (TXSTATUS)。针对各ST0，ST1和ST2块，又设计了子状态管理 (TXSUBSTATUS)。,1.1.2 发送机控制编码设计,关于发送信机控制码的设计没有固定的标准，可自

30、己设计控制码的格式，代表的控制码信号如图10所示。,图10 发送控制码信号,83,1.1.2 发送机控制编码设计,ST2块为终止块，信号格式为3 位的连ON (3位 连 1信号)。,ST0为前文块，用于接收机对接收信号进行确认 (收信正确与否等) 和同步作用 (信号的检出位置等)。 ON或OFF交叉使用，在ST0结束时连续2 位 ON信号送出，后OFF信号送出。,ST1是真正的控制码部分。为防止接收机误动作，一般不要使用全ON ( 8位均为1) 和全OFF (8位均为0) 的控制码方式。,图10 发送控制码信号,84,1.1.3 发送机端的程序设计,图11 PIC16F84A的控制程序框图,8

31、5,在电路板上不搭载PIC芯片时，振荡器的控制端即三极管的基极处于未控制状态，这时振荡器连续振荡。如图12所示在TR2振荡三极管的集电极与发射极间接入频率计即可确认振荡器工作与否。另外通过调整线圈的长短就可以调整振荡频率。,1.2 遥控发射机的安装调试,图12 振荡器动作确认,图13 振荡器频率时间特性,86,2 无线遥控器接收机,图14 遥控器接收机电路设计图,87,主要器件：PIC16F84A芯片、运算放大器LM358、高频放大用三极管2SK439和继电器驱动用开关三极管2SC1815。,2.1 遥控器接收机主要组成器件,在对接收信号进行检波后由于电压幅度可能不符合PIC数字电平，而且比较

32、小，所以在接收机中检波电路与PIC间的接口采用了LM358运算放大器来提升电平。,图15 LM358、2SK439和2SC1815,LM358运算放大器的工作就象一个比较器。,88,2.1 遥控器接收机主要组成器件,图 电压比较电路,图 LM358,由RD54稳压管使运算放大器输出端7为5 V电平 (H高电平)，如运算放大器为关闭OFF状态，输出端即为0 V (L低电平)。,如右上图所示，在运算放大器的负输入端接有标准比较电压。如输入运算放大器正输入端的检波输出信号大于标准比较电压，运算放大器就处于打开OPEN状态。,89,图16 高频耦合变压器,图17 继电器,为与发送信机发送的信号频率同频

33、共振，接收机电路设计中也采用了高频耦合变压器，它仅用于接收送信信号时使用。它的外观和内部线圈接线如图16所示。,2.1 遥控器接收机主要组成器件,在PIC正常接收信号后也还需输出控制信号。具体控制什么，得由设计目的而定。本设计控制采用小型继电器，实物见图17所示。,90,2.2 遥控器接收机组成部分原理,高频放大电路采用了FET的2段放大电路。在FET的G极输入信号即可放大该信号，在S极接有阻抗R是为给FET加以直流偏压。如该电阻加大，S极对地电压升高，即偏压加大在放大电路放大倍数较大时，由于输出信号的再输入可能使得放大电路振荡，所以为避免振荡，该电阻一般选择较大，使得放大器的增益较低不易起振

34、。, 高频放大电路,图18 接收机高频放大电路图,91, 高频检波电路,对高频放大电路放大后的接收信号，采用简单的二极管检波电路，如图19所示。这种电路经常用于收音机的AM信号检波，使用二极管的单向导通功能对高频信号进行整流变成直流信号。在电路中电容C6如取值较大，对C6充电时间较长，输出电压的振动变化就较小。,图19 检波电路,图20 检波电路输入输出原理图,该电路的整流检波原理如图20所示。,92, 电压比较电路,此电路的目的是比较判定接收信号的有无，如有信号时输出稳定的数字信号H电平至PIC的RA1端口，在无接收信号时输出L电平。,由于从天线接收的信号到高频检波电路输出，信号的强弱均受到

35、电波的强弱的影响。所以在检波电路的输出信号是变化的信号。这种带有变化的电平信号是不能输入到PIC数字电路。必须进行处理所以就引入了如图21所示的电压比较电路。,图21 电压比较电路,93, 电压比较电路,图21 电压比较电路,还可看出在IC1的输出端还接有稳压二极管（稳压5V），这就使的IC1的输出不会超5V。因为PIC数字电路的高电平的5V。,为使IC1电路在噪声下不产生误动作，在IC1的负输入端加以适当的正电压。如R4和R5取值为10千欧和100欧，电源电压为12V时，在IC1负端口加的电压约0.12V。在检波电路输出电压至IC1的正输入端口时，该电压在大于IC1负端口所加的电压时IC1输

36、出高电平。,94, 继电器驱动电路,本设计仅控制小型继电器，其控制接续电路如图22所示。,图22 继电器控制接续电路,遥控控制器是为控制什么器件为目的而设计的。可控制的目的很多，不同的控制对象因它们所需控制电流、电压不同而使设计会不同。,95,图22 继电器控制接续电路, 继电器驱动电路,由图22所示控制端口由IC2 PIC输出控制信号。控制什么、控制方法等均由PIC根据接收信号而定，图示为二路控制小型继电器。控制信号由PIC的输出端口RB5和RB7输出，在输出高电平时TR开关管导通，继电器S端和M端ON。电路中同时接有表示继电器工作状态LED。D4和D5二极管是为保护TR不损坏而设置。,96

37、,对接收到的信号首先是要确认电波信号的存在。电波输入信号能连续5ms高电平后确认输入信号为ON，否则为OFF，如图23的开头部分所示。为安全检出ON和OFF状态，在上升沿开始后5ms时检测信号。,图23 接收机接收编码Code ST0，ST1和ST2,2.3 遥控器接收机程序设计流程图,97,同步后即可开始接收ST1控制码信号码的检出并存入寄存器暂存。最后确认终了状态信号 (3 连续ON信号)。,2.3 遥控器接收机程序设计流程图,接收机PIC程序对接收的信号进行检查，如不能同步则重新接收直到同步为止。,在最初ONOFF的三位检出后到ST0块终了标志 (ON连续2位后OFF) 均完整检出时才表

38、明ST0正常检出，即接收信号同步。,图24 PIC控制程序流程框图,98,在整个调测完成后加载PIC芯片检查继电器动作和动作确认LED的显示情况。如无误整个设计即告成功。,图25 接收机频率调整,2.4 遥控器接收机安装调试,在本设计中调测的器件是耦合变压器的磁芯，磁芯可以旋转上下调整，这会改变线圈的阻抗，也即改变共振电路的共振频率。整个电路采用了3个耦合变压器L1，L2和L3，均必须对它们进行调整。调整顺序由L1，L2至L3分别针对本设计使用的频率83MHz左右进行逐分段调测后总调使的输出电压最大。, 接收机频率调整,99,从整个灵敏度来看，如接收机使用1m的天线，发送信机使用20cm的天线

39、，控制距离在1m到2m，这样好象并不实用，但从自动门等并非需要高灵敏度设计的场合也是有的，这就需要进一步进行研究和完善。,2.4 遥控器接收机安装调试, 接收机灵敏度调整,从整个电路设计来看它的灵敏度应该不是很好，因为采用了简单的调制解调方法、简单的放大器设计等。,参考文献：,1 罗翼 张宏伟.PIC单片机应用系统开发典型实例.中国电力出版社.2005.,2李学海.PIC单片机原理.北京航空航天大学出版社.2004.,100,第四章 振幅调制、解调与混频电路,4.1 普通调幅电路,4.2 振幅检波电路,4.3 混频电路,101,4.1 普通调幅电路,4.1.1 振幅调制电路的组成模型,一、调幅

40、波的数学表式,设：调制信号,(1),载波信号,(2),其中： 载波角频率，, 载波频率， 。,102,二、普通调幅信号及其电路组成模型,1. 组成模型,调幅器：相加器与相乘器,图中， 乘法器的乘积系数，A 加法器的加权系数，且,4.1.1 振幅调制电路的组成模型,调制器方框图,103,式中：, 的振幅，反映调制信号的变化，称调幅信号的包络。,设 v (t) = v m cos t vc (t) = vcm cosct,根据,104,波形：,(b)载波信号,105,调幅信号,波形：,106,(2) 波形,调幅度， 表征调幅信号的重要参数， 它的一般定义式为,图 5-1-1调幅信号的波形,107,

41、4.1 普通调幅电路,1）低电平调幅电路,低电平调幅电路置于发射机的前级，产生小功率的调幅波。常用于双边带调制和单边带调制发射机中。,用于实现调幅的国产集成芯片有BG314、XCC；国外芯片有MC1596G(1496)、AD534、BB4213、BB4214等。,调制器方框图,在低电平调幅电路中常采用乘法器非线性器件，加上适当的滤波器构成低电平调幅电路。,108,图5.1 用MC1596实现普通调幅,4.1 普通调幅电路,可通过调节电位器Rp，使1脚电位比4脚高Uo，相当于在1、4脚之间加了一个直流电压Uo，以产生普通调幅波 。,实际应用中，高频载波电压uc加到8输入端口，调制信号电压u及直流

42、电压Uo加到1输入端口，从6脚单端输出AM信号。,1）MC1596构成的调幅电路,109,4.1 普通调幅电路,2）BG314构成的调幅电路,110,图5.2 用MC1496实现普通调幅,（注： 见2004年湖北省大学生电子设计竞赛A题简易发射机电路设计）,4.1 普通调幅电路,111,2）高电平调幅电路,4.1 普通调幅电路,一般位于大功率发射机的末级，它既利用丙类谐振放大器进行放大，又实现调幅。,根据调制信号所加的电极不同，可分为集电极调幅和基极调幅电路。,112,2）高电平调幅电路,（1）基极调幅电路,图5.3 基极调幅电路,T1、T3：变压器,Rb1、Rb2：偏置电阻,Rc：直流负反馈

43、电阻,C1、Cc：低频旁路电容,T2：高频扼流圈,C2：高频旁路电容,uc：高频载波,u：调制信号,113,2）高电平调幅电路,（1）基极调幅电路,基极调幅电路应用实例无线话筒电路,VT2组成基极调幅电路,集成芯片IC1组成调制信号放大电路,L2C6组成T型输出匹配滤波网络,114,2）高电平调幅电路,（2）集电极极调幅电路,图5.4 集电极调幅电路,115,4.2 振幅检波电路,常用二极管检波和模拟乘法器解调,4.2.1 二极管包络检波电路,116,1. 包络检波的工作原理,(1) 电路组成,由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。,RC低通滤波电路有两个作用：,对低频调制信号u来说，电

44、容C的容抗 ，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压 。,对高频载波信号uc来说，电容C的容抗 ，电容C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。,117,1. 包络检波的工作原理,(2) 工作原理,当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容C充电，充电时间常数为rdC。因为rdC较小，充电很快，电容上电压建立的很快,输出电压uo(t) 很快增长 。,作用在二极管VD两端上的电压为ui(t)与uo(t)之差，即uD= ui- uo。所以二极管的导通与否取决于uD 。,当uD= ui- uo0，二极管导

45、通； 当uD= ui- uo0，二极管截止。,+ uD -,uD= ui- uo,118,+ uD -,uD= ui- uo,R,ui(t)达到峰值开始下降以后，随着ui(t)的下降，当ui(t)= uo(t)，即uD= ui-uo=0时，二极管VD截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。,+ -,+ -,uo(t)=u(t)+UDC,1. 包络检波的工作原理,(2) 工作原理,当电路元件选择正确时，高频纹波电压很小，可以忽略，检波器输出电压为：,119,图(a)：电容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号u，一般常作为接收机的

46、检波电路。,图(b)：电容C的旁路作用，交流分量u(t)被电容C旁路，输出信号为直流分量UDC，一般可作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。,峰值包络检波器的应用型输出电路,1. 包络检波的工作原理,uo(t)=u(t)+UDC,120,(1) 惰性失真,在二极管检波器中，存在着两种特有失真,惰性失真,底部切割失真,一般为了提高检波效率和滤波效果，总希望选取较大的R、C值（C越大，高频波纹越小），但如果R、C 取值过大，使R、C的放电速度小于输入信号(AM)包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。,2. 检波

47、器的失真,惰性失真,121,输入AM信号包络的变化率RC放电的速率,(3) 避免产生惰性失真的条件,在任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即,(2) 产生惰性失真的原因,在二极管检波器中，存在着两种特有失真,惰性失真,底部切割失真,2. 检波器的失真,惰性失真,122,一般：,为高频载波周期,(2)为发保证输出的高频纹波小 要求：,即,3. 检波器设计及元件参数的选择,(3) 为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）,要求：,(4) 为了避免惰性失真：要求：,123,1. 包络检波的工作原理,收音机实用检波电路,VD：检波二极管(2AP9),C1、C2：

48、高频旁路电容,RL1、RL2：检波负载电阻,Cc：隔直电容,RC：L型低通滤波器，作用是滤除音频信号，输出直流信号作为AGC的控制电压去控制中放电路的增益。,RL2：采用电位器用来调节检波输出电压。,124,4.2.2 模拟乘法器检波电路,框图：,检波性能好； 检波增益大、检波效率高； 提高了前置放大器（对wc）工作稳定性。,特点：,125,电路实例1：,限幅器,相乘器,低通滤波器,4.2.2 模拟乘法器检波电路,126,原理：调幅信号ui(t) 加到1脚，同步信号ur(t) 加到8脚。检波输出信号从9脚输出，经过型低通滤波器滤除高频分量，最后由隔直电容去除直流后，得到所需的低频输出信号uo(

49、t)。,电路实例2：,4.2.2 模拟乘法器检波电路,MC1596组成的同步检波电路,127,电路实例3：,4.2.2 模拟乘法器检波电路,128,4.3 混频电路,指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。,(1) 框图描述,(2) 表达式描述,变频器,fc,fL,fI=fL-fc,混频技术广泛应用于通信、广播和测量等方面。,129,4.3 混频电路,用MC1496乘法器构成混频电路的实例,MC1496模拟相乘器混频电路,fL=209MHz, fs=200MHz, fI=9MHz,2、3两脚短路，可提高混频增益。,130,小 结,调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的

50、特点，因此分别适用于不同的场合。,检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种调幅波。,常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混频器、三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。,131,第五章 调角与解调,5.1 调角波的基本性质,5.2 直接调频电路(FM),5.3 调角波的解调,132,5.1 调角波的基本性质,调频（FM）：载波的角频率随调制信号的变化规律而变化 。,调相（PM）：载波的相位随调制信号的变化规律变化。,133,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,变容二极管是目前最广泛应用的可变电抗器件。,(1) 原理电路,osc 0 =,Cj

51、 变容管的结电容，与 L 共同构成振荡器的振荡回路，振荡频率近似等于回路的谐振频率，即,变容管作为振荡回路总电容的直接调频电路,134,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,变容管部分接入振荡回路的直接调频电路,原理电路,图所示的变容管部分接入(Cj 先和 C2 串接，再和 C1 并接)的振荡回路。,135,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,变容二极管作为振荡回路总电容的直接调频电路,条件：控制电路的接入既能将 VQ 和 v 加到变容管上，又不影响振荡器的正常工作。,电路组成,136,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,1、各元件的作用：,L1 高频扼流圈，对高频

52、相当于开路，对直流和调制频率近似短路。,137,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,C2高频滤波电容，对高频接近短路，对调制频率接近开路。,C1隔直电容，对高频接近短路，对调制频率接近开路，使 VQ 和 v 能有效地加到变容管上。,138,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,2、对高频而言：L1开路、C1和C2短路,（b）图所示为等效电路,3、对直流和调制信号而言：C1开路，VQ和v 能 有效地加到变容管上,（c）为变容二极管的控制电路,139,电路组成：,变容二极管特性：,工作原理：,5.2 直接调频电路,1）变容二极管调频电路,140,5.2 直接调频电路,1）变容二极

53、管调频电路,L1，D构成振荡回落，且与T结成电感三点式振荡电路。,C1，C2，L2组成低通滤波电路。,141,5.2 直接调频电路,变容二极管频率调制电路,1）变容二极管调频电路,142,5.2 直接调频电路,2）晶体振荡器直接调频电路,将变容管与晶体串联作为电感使用。图示为100M晶振直接调频电路，组成无线话筒中的发射机。,图1 晶体振荡器的变容二极管直接调频电路,143,5.2 直接调频电路,电容式话筒调频发射机实例,电容话筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，会引起薄膜与另一电极之间电容量的变化。如果把电容式话筒直接接到振荡器的谐振回路中，作为回路电抗就可构成调频电路。,图2 电容式话

54、筒调频发射机,144,压控振荡器电路,C2,100pF,145,压控振荡器电路图,见2005年全国题：单工无线呼叫系统,146,5.3 调角波的解调,1概念：,调频波的解调：频率检波，简称鉴频。,调相波的解调：相位检波，简称鉴相。,2作用：从已调波中检出反映在频率或相位变化上的调制信号。,147,5.3 调角波的解调,二、鉴频的实现方法,1利用反馈环路(例如锁相环)实现鉴频。,2利用波形变换将输入的调频信号进行特定的波形变换，使变换后的波形含有反映瞬时频率变化的平均分量。再通过低通滤波器输出所需的解调电压。,这类鉴频器可由三种方法实现。,(1) 斜率鉴频器,148, 将输入调频波通过具有合适频

55、率特性的线性网络，使输出调频波的振幅按照瞬时频率的规律变化, 通过包络检波器输出反映振幅变化的解调电压。,图 3斜率鉴频器的实现模型,5.3 调角波的解调,149, 相位检波器将它与输入调频波的瞬时相位进行比较，检出反映附加相移变化的解调电压。,图 5-3-3相位鉴频器的实现模型,(2) 相位鉴频器, 将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络，使输出调频波的附加相移按照瞬时频率的规律变化 。,5.3 调角波的解调,150,图 5-3-3相位鉴频器的实现模型,(2) 相位鉴频器,5.3 调角波的解调,151,(3) 脉冲计数式鉴频器, 通过 LP 输出反映平均分量变化的解调电压(该等宽脉冲序列

56、含有反映瞬时频率变化的平均分量)。, 将输入调频波通过一非线性变换网络变成调频等宽脉冲序列。,图 4脉冲计数式鉴频器的实现模型,5.3 调角波的解调,152,调频波经两个失谐回路转换为两个调幅-调频波，再经各自的包络检波器，得到两反相的输出信号，然后合成得到总的输出信号。,电路组成,工作原理,3）调频波的解调,斜率鉴频器：由LC并联谐振回路和二极管包络检波器组成。,5.3 调角波的解调,153,3）调频波的解调,5.3 调角波的解调,MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路，主要应用于语音的无线接收机。,154,5.3 调角波的解调,输入,输出,由MC3361组成的调频

57、解调电路,155,调频接收机实例,5.3 调角波的解调,156,小 结,调频的方法有直接调频法和间接调频法两种,斜率鉴频器是先频幅转换，后包络检波。,变容二极管调频电路,晶体振荡器调频电路,157,第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目,题目三 简易无线电遥控系统,一、任务,设计并制作无线电遥控发射机和接收机。,1无线电遥控发射机,2无线电遥控接收机,158,1无线电遥控发射机,1）调频发射机,BG1、C2、C3、C4、C5、变容管C和电感L1组成西勒振荡器，调频采用变容二极管电路。,图1、发射部分,编码输入,电源,159,1无线电遥控发射机,2）接收机,比较电路,鉴频电路,高频放大电

58、路,高频放大电路采用一级共发射机谐振高放。,160,1无线电遥控发射机,2）接收机,鉴频电路采用MC3361，经混频产生中频信号后再鉴频。,比较电路,鉴频电路,高频放大电路,161,1无线电遥控发射机,2）接收机,比较电路：通过比较电路使信号恢复成只有高低电平的数字信号。,比较电路,鉴频电路,高频放大电路,162,1无线电遥控发射机,数字系统部分,1）编码部分,采用CD40147 10 4线优先编码器，只对按键进行编码。利用MC145026对控制信号进行再编码，以利于码元在无线信道中传输。,编码输出,163,1无线电遥控发射机,2）解码和驱动部分,采用两片MC145027对解调后的信号进行解码

59、，一片MC145027对应一个控制对象。,164,1无线电遥控发射机,采用74LS138译码输出驱动小电灯的亮度，数码管采用MC14511驱动。,2）解码和驱动部分,165,1无线电遥控发射机,发射机模块电路,166,第六章 数字调制与解调,6.2 二进制振幅键控（ASK）调制与解调,6.3 二进制频移键控（FSK）调制与解调,6.1 数字通信系统模型,167,6.1 数字通信系统模型,数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。 变换器的作用是把信息转换成数字基带信号。 信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性。信源编码器的输出就是信息码元，接收端译码则是信源编码的逆过程,数字频带传输通信系统,168,数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。 信道编码的任务是提高数字信号传输的可靠性。其基本做法是在信息码组中按一定的规则附加一些监督码元，以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错，信道编码也称纠错编码。 接收端信道译码是其相反的过程。,数字频带传输通信系统,6.1 数字通信系统模