射频电路第6次课-第5章接收器原理与设计-NE602电路演示幻灯片

1,第5章无线接收器的原理与设计在介绍无线接收器之前，我们先来了解一下信号是如何随无线电波发射出去的。在无线通信早期，首先将报文翻译成莫尔斯电码的点和线,再用点和线来控制无线信号发射时间的长短。,它的早期应用是海事无线电报，直到现在还在使用。不过，现在使用电报通信的船舶愈来愈少。例如，美国已经停止使用500kHz的无线电报设备。,2,在现代无线通信中，用音频和视频信号去控制无线载波信号的幅度或频率。即调幅(AM:AmplitudeModulation)和调频(FM:FrequencyModulation)。图5.2(c)是调幅信号波形，载波振幅随着音频信号变化。调频信号波形的载波频率随着音频信号变化。当载波发射出去时，音频信号就随着载波辐射到遥远的地方。,3,5.1接收调谐器原理为了接收射频载波信号,接收机必须具有由电感和可变电容组成的调谐器。下图是一个LC谐振调谐电路。调节可变电容器的容量就可以使LC谐振频率与接收频率一致，实现对射频信号的接收。因为可变电容器更容易制作和调节,所以在大多数射频接收设备中都采用可变电容器来调整LC调谐器的谐振频率。,4,接收调谐器的工作原理是这样的：各种波长的电磁波在天线中都将感应产生微小电流I1i。天线的长度与接收电磁波的1/2波长越接近，I1i越大。电流I1i通过变压器次级的并联谐振电路后输出电流I2i。调节可变电容器C1,改变L2和C1组成的并联谐振电路的谐振频率使其等于无线信号频率fi，那么，并联谐振电路在谐振频率fi上的阻抗Zi最大，即，V2i=I2iZi=V2,max，频率fi的感应电压成为次级输出的最高电压。并联谐振电路的阻抗对其它偏离谐振频率的无线电信号来说很低，其输出的感应电压也就很低。调谐器起到了选择接收一定频率信号的作用，避免了无用信号的干扰。,5,5.2多级射频调谐(TRF)接收器如图5.9所示,比较高级的无线电接收器具有双调谐、三调谐或更多级的射频调谐放大器。更多的调谐放大级使得信号强度比单级调谐放大器更高，而且频率选择性也更精准一些。在图5.9中，虚线表示多级射频调谐放大器中的所有可变电容器必须实行同步调节，只用一个调谐旋钮来操作所有的可变电容。,6,7,图5.6是单调谐电路(a)、双调谐电路(b)和三调谐电路(c)的频谱特性。接收器的选择性与调谐电路的带宽有关。三调谐电路在-3dB功率衰减点(或半功率衰减点)的带宽最窄，而单调谐电路在-3dB功率衰减点的带宽最宽，它有很大可能把不需要的信号也接收下来，说明它的频率选择性低。,8,5.3超外差式接收器超外差式接收器发明于20世纪20年代早期。直到今天还为调幅(AM)和调频(FM)收音机广泛采用。图5.10为一个超外差式接收器的结构图。超外差式的基本原理就是把接收的射频载波信号变成一个固定频率信号(中频)进行放大和处理。基本的超外差式接收器由射频调谐器(RFTuner)、混频器(Mixer)、本地振荡器(LO)、中频放大器(IFAmplifier)、检波器（Detector）和音频放大器(AudioAmplifier)组成。更好性能的超外差式无线电接收器还包含多级射频调谐放大器。,9,10,射频调谐放大器选择性地增强来自天线的微弱信号，并阻止本地振荡器的信号耦合到天线而发射出去。射频调谐放大器的输出端连接到混频器的输入端，混频器的另一端连接本地振荡器。这两者在非线性混频电路中进行混合,至少产生四种输出频率：LO、Rf、(LO-Rf)和(LO+Rf)。和频或差频将被选出作为中频,不过，绝大多数接收机都选用差频作为中频。中频放大器在固定的中频频带上提供最大的信号增益和最尖锐的频率选择能力。检波器接收中频信号,检测出的音频信号传输到音频电压和功率放大器进行放大，推动扬声器发出音频信号。,11,5.3.1NE-602/NE-612芯片NE-602A和NE-612是一个双稳态混频振荡器单片集成电路，它们包含双稳态(DBM)混频器、本地振荡器(LOSC)和调压器(VREG),封装在一个八管脚的芯片壳里(图5.11)。它能够用作无线接收器的前端电路，具有良好的防噪特性和有效的三阶交调性能。不加外部射频放大器时NE-602的灵敏度高达O.2mV，若牺牲一些动态范围还可以得到更高的灵敏度。,12,最近播放的一帧,13,NE-602主要应用在高频(HF)、甚高频(VHF)接收器和频率转换器中。该器件也在许多主流的LC变频振荡器(VFO)、外接晶体振荡器(XTAL)或频率扫描设备中用作信号发生器。这里主要介绍它的直流电源、射频输人端、本地振荡器和输出电路。NE-602的工作温度范围是070C,SA-602温度范围扩展到-4085C。该器件最普通的型号是八管脚双列直插式迷你(mini-DIP)组装NE-602N。这里主要以NE-602N为例进行介绍。,14,1.超外差混频器NE-602的混频器是双稳态混频器(DBM:Doublebalancedmixer)。电路如图5.12所示。它有一对交叉连接的差分放大器(Ql/Q2和Q3作为一个电流源。同样,Q4/Q5和Q6作为另一个电流源)。这种结构称为Gilbert跨导单元。射频输入端是推挽式的,在两个单元间交叉耦合。本地振荡信号输入到每个单元的晶体管基极。交叉耦合的集电极形成了一个推挽式的输出端(管脚4和管脚5),每个输出端经过一个1.5k的电阻连接到电源正端。,15,最近播放的帧,16,2.NE-602的直流电源线路如图5.13(a)所示，NE-602的正电源端接在管脚8上,地线是管脚3。直流电源的电压范围是+4.5+8V,漏电流的范围是2.42.8mA。通常电源正端和地端之间的并联电容在0.010.1F，该电容封装在NE-602内的。电源电压不稳定将导致本地振荡器的工作频率不稳,这将会导致一些问题。阻值为100180的串联电阻连接在电源端与NE-602的电源输入端之间。如果电源电压增加到+9V,串联电阻要相应增加到11.5k(图5.13(b)。,17,18,如果直流电压不稳定,或者高于+9V,就必须加入如图5.13(c)所示的稳压器。采用齐纳二极管可将+9+18V(一种汽车装置)电压调节到适合NE-602的+6.8V电压。图5.13(d)为另一个可选择的调压电路。这个电路用了一个三端IC调压器来给NE-602提供电压。因为NE-602是电流非常低的工作器件,所以采用低功耗的调压器(如78Lxx)，其输入电压范围是+9V+28V。3.NE-602的射频输入外部电路NE-602的射频输入端口是管脚1和管脚2，射频输入信号接到两个差分电流源(图5.12中的Q3和Q6)的基极。NE-602的射频输入阻抗为1500。,19,图5.14是几种外部射频输入电路。这些电路的作用是隔直流、阻抗匹配或选择输入频率。有的电路只具有其中的一种或两种作用。图5.14(a)为一个电容耦合非调谐输入电路。电容器的作用是隔直流，为射频信号提供耦合通路。信号加在管脚1或2上,另一只管脚经过一只0.47mF电容提供交流接地。输入的射频信号应该低于-25dBm。图5.14(b)为宽带变压器射频输入电路。在这个电路中,宽带射频变压器的次级连接到NE-602的管脚1和管脚2上,初级连在信号源或天线上。这种变压器能够把源端的低阻抗转换到1500(NE-602的输入阻抗)。T1可以是传统的或环芯的变压器。一个输人端通过一个旁路电容提供交流接地。,20,21,图5.14(c)、(d)和（e），以及图5.15为射频调谐输入电路。这些电路中具有两种功能：筛选出设定的频率而滤掉其他的；使信号源或天线系统的阻抗(如50)与NE-602的1500输入阻抗相匹配。图5.14(d)电路就是用电感器Ll和电容器C3来调谐输入频率。阻抗匹配是由调节电感器的抽头完成的；在信号源与线圈之间用了隔直流电容器。电容C1将另一个输入端管脚2旁通连接到地。图5.14(e)和前面的电路是相似的,只是用了一个抽头的电容分压器(C3/C4)来实现阻抗匹配。与电感谐振的电容由主要调谐电容C2、电容C3和C4共同组成。图5.14(f)的最大特点是输入调谐电路的主调谐电容接地，可以与NE-602本地振荡器使用同一个双联可变电容器对输入频率和本振频率同步调谐。,22,图5.14(f)的射频变压器次级Ll与主调谐电容C1、微调电容C2和固定电容C3共同组成的电容器形成共振电路。主调谐电容设计成接地有两个好处，一是因为市售的大多数调谐电容可以接地，获得相应元件方便。二是大多数NE-602的本地振荡器使用接地可变电容，这样，输入调谐电路可以与本地振荡器使用同一个双联可变电容器对输入频率和本振频率的同步调谐。调整初级线圈匝数L2对次级线圈匝数Ll的比，图5.14(f)可以实现很好的阻抗匹配。,23,图5.15为一个用电压变容二极管调谐的射频输入电路。总的调谐电容由调整电容C1、固定电容C2和变容二极管的结电容Dl组成,并和变压器次级线圈L2形成谐振回路。为了减小电容C3对串联组合电容C3/D1的影响,电容C3的