FM无线电课程设计

1 一 掌一 掌 RF 通信中基本的电路形通信中基本的电路形 1 NE555 集成电路集成电路 NE555 接脚图 NE555 Timer IC 为 8 脚时基集成电路 大约在 1971 年由 Signetics Corporation 发布 在当时是唯一非常快速且商业化的 Timer IC 在往后的 30 年中非常普遍被使用 且延伸出许多的应用电路 后来基于 CMOS 技术版本的 Timer IC 如 MOTOROLA 的 MC1455 已被大量的使用 但原规格的 NE555 依然正常 的在市场上供应 尽管新版 IC 在功能上有部份的改善 但其脚位劲能并没变化 所以到目前都可直接的代用 2 NE555 的简介的简介 NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号 555 系列 IC 的接 脚功能及运用都是相容的 只是型号不同的因其价格不同其稳定度 省电 可产生的振荡频率也不大相同 而555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC 只需少数的电阻和电容 便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波 讯号 3 NE555 的主要特点的主要特点 1 只需简单的电阻器 电容器 即可完成特定的振荡延时作用 其延时 范围极广 可由几微秒至几小时之久 2 2 它的操作电源范围极大 可与 TTL CMOS 等逻辑电路配合 也就是 它的输出电平及输入触发电平 均能与这些系列逻辑电路的高 低电平匹配 3 其输出端的供给电流大 可直接推动多种自动控制的负载 4 它的计时精确度高 温度稳定度佳 且价格便宜 4 NE555 引脚位配置引脚位配置 Pin 1 接地 地线 或共同接地 通常被连接到电路共同接地 Pin 2 触发点 这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期 触 发信号上缘电压须大于 2 3 VCC 下缘须低于 1 3 VCC Pin 3 输出 当时间周期开始 555 的输出输出脚位 移至比电源电压 少 1 7 伏的高电位 周期的结束输出回到O 伏左右的低电位 于高电位时 的最大输出电流大约 200 mA Pin 4 重置 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置 定时器和使输 出回到一个低电位 它通常被接到正电源或忽略不用 Pin 5 控制 这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压 当 计 时器经营在稳定或振荡的运作方式下 这输入能用来改变或调整输出频率 Pin 6 重置锁定 Pin 6 重置锁定并使输出呈低态 当这个接脚的 电压从 1 3 VCC 电压以下移至 2 3 VCC 以上时启动这个动作 Pin 7 放电 这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力 当 输出为 ON 时为 LOW 对地为低阻抗 当输出为 OFF 时为 HIGH 对地为高阻 抗 Pin 8 V 这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端 供应电压的范围 是 4 5 伏特 最小值 至 16 伏特 最大值 5 NE555 参数功能特性参数功能特性 供应电压 4 5 18V 供应电流 3 6 mA 3 输出电流 225mA max 上升 下降时间 100 ns 6 NE555 相关应用相关应用 NE555 的作用范围很广 但一般多应用于单稳态多谐振荡器 Monostable Mutlivibrator 及无稳态多谐振荡器 Astable Multivibrator 二二 掌握掌握 FM 通信的电路的原理通信的电路的原理 1 三点式振荡电路的定义三点式振荡电路的定义 定义 三点式振荡器是指 LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连 接而组成的反馈型振荡器 三点式振荡电路用电感耦合或电容耦合代替变压器耦合 可以克服变压器 耦合振荡器只适宜于低频振荡的缺点 是一种广泛应用的振荡电路 其工作频 率可从几兆赫到几百兆赫 2 三点式振荡器的构成原则三点式振荡器的构成原则 图 5 20 三点式振荡器的原理图 图 5 20 是三点式振荡器的原理电路 交流通路 4 5 3 1 bebe foo bebcce XX XXX uuu AAA 3 三点式振荡器构成的一般原则 三点式振荡器构成的一般原则 1 为满足相位平衡条件 与晶体管发射极相连的两个电抗元件 Xbe Xce 必须为同性 而不与发射极相连的电抗元件 Xbe 的电抗性质与前者相反 概括 起来 射同基反 此构成原则同样适用于场效应管电路 对应的有 源同栅反 2 振荡器的振荡频率可利用谐振回路的谐振频率来估算 若与发射极相连的两个电抗元件 Xbe Xce 为容性的 称为电容三点式振 荡器 也称为考比兹振荡器 Colpitts 如图 5 21 a 所示 若与发射极相连的两个电抗元件 Xbe Xc 为感性的 称为电感三点式振荡 器 也称为哈特莱振荡器 Hartley 如图 5 21 b 所示 图 5 21 电容三点式与电感三点式振荡器电路原理图 4 三点式振荡器的性能分析三点式振荡器的性能分析 4 1 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 考毕兹 考毕兹 Colpitts 振荡器 振荡器 图 1 给出两种电容三点式振荡器电路 图中和为分压式偏置电阻 12bb RR e R 5 图 1 电容三点式振荡器电路 图 a 电路中 三极管发射极通过交流接地 是共射组态 E C 图 b 电路中 三极管基极通过交流接地 是共基组态 b C 组态不同 但都满足 射同基反 的构成原则 即与发射极相连的两个电 抗性质相同 不与发射极相连的是性质相异的电抗 4 2 电容三点式振荡器电路的起振条件电容三点式振荡器电路的起振条件 以图 5 22 b 所示共基组态的电容三点式电路为例分析起振条件 a 高频交流等效电路 画高频振荡回路之前应仔细分析每个电容与电感的作用 应处理好以下问 题 6 画高频振荡回路时 小电容是工作电容 大电容是耦合电容或旁路电 容 小电感是工作电感 大电感是高频扼流圈 画等效电路时保留工作 电容与工作电感 将耦合电容与旁路电容短路 高频扼流圈开路 直流 电源与地短路 通常高频振荡回路是用于分析振荡频率的 一般不需画出 偏置电阻 图 1 b 的交流等效电路 图 5 24 a 电容三点式交流等效电路 b 起振条件和振荡频率 起振条件包括振幅条件和相位条件 起振的相位条件已由 射同基反 满足 判断能否起振要解决的关键问题就是推出反馈放大器的环路增益 jT T j osc T jAFTe 振荡器起振的振幅条件 1 OSC TA FAF AA 环路断开后的等效电路 在这部分将给出一系列推导的等效电路 jT 本题在图 5 24 将共基组态的晶体管用混合型等效电路表示 7 如图 5 25 b 所示的晶体管等效电路 可画出断开环路后的等效电路如下图 c 所示 将输出回路的等效电路简化为如图 5 25 d 1 22 C n CC 1 ff VV n 图 5 25 d 8 1 工程估算法求起振条件和谐振频率 通过上述分析可知 采用工程估算法 可大大简化起振条件的分析 现将 基本步骤归纳如下 选择断开点 画出推导的高频等效电路 T j 求出谐振回路的 近似由谐振回路决定 osc 将输入阻抗中部分接入电阻折算到集电极输出回路中 求出谐振回路谐 振时基本放大器的增益和反馈系数 通常就是接入系数 便可得到AFn 振幅起振条件 其中 A 输出电压输入电导 输入电压输出回路电导 f o V F V 反馈电压 输出电压 4 3 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 哈特莱 哈特莱 Hartely 振荡器 振荡器 图 5 26 电感三点式振荡器电路 9 图 a 中 三极管发射极通过交流接地 是共射组态 E C 图 b 中 三极管基极通过交流接地 是共基组态 B C 尽管两个振荡电路的组态不同 但都满足 射同基反 的构成原则 即与 发射极相连的两个电抗性质相同 不与发射极相连的是性质相异的电抗 4 4 克拉泼 克拉泼 Clapp 振荡电路 振荡电路 因为考比兹 Colpitts 振荡器存在不足 有必要对其进行改进 所以产生了 克拉泼 Clapp 振荡电路 考比兹 Colpitts 振荡器虽然有电路简单 波形好的优点 在许多场合得到 应用 但从提高振荡器频率稳定性的角度考虑 电容三点式振荡器存在以下需 要完善的不足之处 原因 晶体管的极间电容直接和谐振回路电抗元件并联 极间电容 即结 电容 是随环境温度 电源电压和电流变化的不稳定参数 它的变化会导致谐 振回路谐振频率的变化 因为振荡器的振荡频率基本上由谐振回路的谐振频率 决定 回路谐振频率的不稳定 将直接影响振荡器频率的稳定性 结果 三点式振荡电路的频率稳定性不高 一般在量级 为提高频率 3 10 稳定度 必须设法减小晶体管极间电容的不稳定性对振荡器频率稳定度的影响 改进的方法 串联改进型电容三点式振荡器 克拉泼 Clapp 振荡电路 图 5 28 克拉泼振荡电路 图 a 给出克拉泼振荡器的实用电路 10 图 b 是其高频等效电路 4 5 西勒 西勒 Seiler 振荡电路 振荡电路 在对 Clapp 振荡电路的不足之处进行改进的基础 产生了西勒电路 图 a 给出 Seiler 振荡电路的实用电路 Seiler 电路是在克拉泼电路中的电感 两端并联了一个可变小电容 且 4 C 11 满足 远大于 这就是并联改进型电路命名的来由 1 C 2 C 3 C 图 b 是其高频等效电路 图 5 32 计算接入系数与等效负载的结构示意图 结论 晶体管 c b 两端对谐振回路 A B 两端的接入系数与 Clap 电路的 完全相同 因此 Seiler 电路适合于更高频段的振荡器 5 三点式振荡器性能比较三点式振荡器性能比较 电容三点式的优点 由于反馈电压取自电容 而电容对晶体管的非线性产生的高次谐波呈现低 阻抗 能有效地滤除高次谐波 因而输出波形好 晶体管的极间电容与回路电 12 容并联 可并入回路电容中考虑 若直接用极间电容代替回路电容 工作频率 可大大提高 其缺点是反馈系数与回路电容有关 如果用改变电容的方法来调整振荡频 率 将改变反馈系数 甚至可能造成电路停振 电感三点式是通过改变电容的来调整频率 基本上不会影响反馈系数 F 但是电路能够振荡的最高频率较低 因为电感三点式电路中 晶体管的极间电 容与回路电感并联 高频工作时 可能会改变支路电抗特性 破坏相位平衡条 件而无法振荡 另外 由于反馈电压取自电感 而电感线圈对高次谐波呈高阻 抗 使输出中含有较大的谐波电压 导致输出波形失真较大 波形较差 三 通信电路的基本调试方法三 通信电路的基本调试方法 这个 FM 无线电信号发射器可以发射 3 5W 高频无线电信号 可使用收音机 FM 波段接受 用于长距离无线遥控 传输距离可达 1km 以上 电路如下图所示 555 构成信号发生器 AN 是控制开关 AN 开路时 555 按 高音频振荡 AN 连通时 555 按低音频振荡 555 的振荡输出去调制 3DA825 构成的射频振荡电路 产生 FM 发射信号 通过电线 AN 完成发射 3DA825 构成共基极射频振荡器 L1 构成负荷调谐回路 依靠电容器反馈 形成振荡 其基极偏流受 555 输出调制 从而完成 FM 信号的产生 改变 L1 电 感量 就可改变发射载须的频率 用 FM 波段收音机接收 要求载频在 88 108Mhz 接收频率范围内 L1 可用 1 0mm 镀银硬导线长 40 50mm 绕成直径 3 5mm 的线圈制成 电感量大约 40HZ L2 可用同样导线 100mm 左右也绕成大致同 L1 直径的线圈 电感量月 100nH 电感量的大小与所绕线全数 直径以及匝间距等有关 也就 是与所绕外形有关 改变外形则改变电感量 用此办法可微调发射频率 1 通信电路的基本调试方法通信电路的基本调试方法 熟悉目前通信电路调试中基本仪器的使用 13 2 电路调试过程 电路调试过程 a 根据原理图及封装电路板对元件进行焊接 b 接通电路的电源 把示波器的正极接在电路的天线上 其负极接在地线 在示波器观察电路产生的正弦波形 如果发现波形的频率达不到要求 可以调 节 L1 L2 的匝数与匝距 如果发现还不能产生所需的频率波形 可能三极管 9018 在焊接过程中已损坏或者出现虚焊等焊接问题 可以用数字万用表测试元 件的完好性 c 把 FM 收音机的电源和音量打开 将频率调在 97MHz 左右无电台的地方 给调试电路板通上电源 对准收音机 用螺丝刀调节振荡线圈 L1 L2 的稀疏 线圈匝间距离 直到收音机传出尖叫声 然后用镊子轻轻弹动线圈 如果在 收音机上接收到清晰的而清脆的 砰 砰 声响 代表收音机已选择出正确的 频道 d 接着输入声频信号到调试电路板中 再慢慢增加调试电路和收音机距离 同时适当调节收音机的音量 直到声音最清晰 距离又最远为止 3 通信电路调试中基本仪器的使用通信电路调试中基本仪器的使用 a 电源电压器 提供电源电压 根据实验要求调节电源电压 9V b 示波器 测试无线电信的波形 4 测试的波形测试的波形 14 5 电路板完成图如下 电路板完成图如下 15 四 心得体会四 心得体会 经过了 2011 年 6 月 13 日至 2011 年 6 月 17 日为期一周的 FM 无线信号发 射器课程设计 在这个星期里 我们在专业老师的带领下进行了 FM 无线信号 发射器实践学习 在这之前 我们已经对射频这门课程学习了一个学期 对其 有了一定的了解 但是也仅仅是停留在了解的范围 对里面的好多东西还是很 陌生 更多的在运用起来的时候还是感到很棘手 毕竟 万事开头难嘛 在做测试技术的实验前 我以为不会难做 就像以前做物理实验一样 做 完实验 然后两下子就将实验报告做完 直到做完测试实验时 我才知道其实 并不容易做 但学到的知识与难度成正比 使我受益匪浅 在做实验前 一定 要将课本上的知识吃透 因为这是做实验的基础 在老师讲解时就会听不懂 这将使你在做实验时的难度加大 浪费做实验的宝贵时间 比如做应变片的实 验 你要清楚电桥的各种接法 如果你不清楚 在做实验时才去摸索 这将使 你极大地浪费时间 使你事倍功半 做实验时一定要亲力亲为 务