半双工调频无线对讲机的设计毕业设计

半双工调频无线对讲机的设计 半双工调频无线对讲机的设计 Half duplex Design of a FM RadioHalf duplex Design of a FM Radio 学院：计算机与信息工程学院 专业：通信工程 1 半双工调频无线对讲机的设计 半双工调频无线对讲机的设计 摘摘要要 随着现在通信技术的日新月异， 各种通信设备层出不穷如电话， 手机， 对讲机等。半双工调频无线对讲机更是在日常生活中发挥着重要的作用，半双工对讲 机系统具有使用简单、不受网络限制、通话成本低、适用范围广等优点。它是在鉴频 混频等技术的基础上，利用无线电通信原理研发的一种通信方式 本系统的功能在于实现呼叫和通话功能。无线对讲电话的特点是可供小型单位作 内部电话使用，此外由于采用成品无线模块,从而使制作变得很简单,成本也很低。对 讲电话实现了内部的通话，为人们的日常生活带来了极大的方便，值得进一步推广， 有很好的发展前景。电子技术的研究才刚刚开始，随着这项技术的研究逐渐深入，涉 及的研究领域也将更广。希望这项技术的研究能为人们以后的生活、工作带来更大的 便利，为人们提供更为舒适、完美的生活方式。本论文最后对对讲机的现状及发展前 景进行分析。 关键词关键词对讲机;半双工;调频 Half duplex design of a FM radioHalf duplex design of a FM radio Abstract:Abstract:Now with the advances in communication technology，all kinds of communications equipment emerge in endlessly, such as telephone, mobile phone, interphone, etc. A half duplex radio have use wireless call system simple, not affected by network restrictions, call low cost, wide application, etc. It is popularly used in frequency mixing technology, on the basis of using radio communication principle of a kind of communication research. At present, people on the intercom research has from MoNiHua into digital. The function of this system is to realize call and call functions. The characteristics of wireless talkback telephone is available for small units for internal use, moreover due to the telephone finished product, thus make make wireless module becomes very simple, the cost is low. Talkback telephone calls, realized the internal for Peoples Daily life has brought great convenience and deserves further promotion, have very good prospects for development. Electronic technology research is just beginning, as the technology research, involving gradually goes deep research realm will be more widely. Hope this technology research for people later life, work 2 半双工调频无线对讲机的设计 bring greater convenience, to provide people with more comfortable and perfect way of life. This paper finally to intercom current situation and development prospect were analyzed. Key wordsKey words: :Interphone; Half-duplex; Frequercy modulation 3 半双工调频无线对讲机的设计 目目录录 1 引言. 1 1.1 半双工无线调频对讲机的目的和意义 . 2 1.2 半双工无线调频对讲机的应用. 3 1.2.1 专业对讲机. 3 1.2.2 民用对讲机. 3 1.2.3 商用对讲机. 3 1.2.4 业余对讲机. 4 2 无线调频原理. 4 3 系统总体概述及原理. 5 3.1 工作原理图 . 5 3.2 工作原理 . 5 4 单元模块设计. 5 4.1 混频 . 6 4.2 鉴频 . 8 4.2.1 乘积型鉴频器. 9 4.2.2 锁相鉴频. 10 4.3 集成选频放大器 . 11 4.4 锁相环的构成及工作原理 . 13 4.4.1 锁相环路的基本组成. 13 4.4.2 锁相环锁相原理. 14 4.4.3 集成锁相环 NE564 的介绍. 15 4.5 音频功率放大电路 . 18 4.5.1 单调谐放大器. 18 4.5.2 双调谐放大器. 20 4.6 低通带通滤波器 . 20 4.7 调频 . 22 4.7.1 变容二极管工作原理. 22 5.对讲机的组装与调试. 25 5.1 发射电路组装 . 25 5.2 接收电路组装 . 26 5.3 调频系统联调 . 26 4 1 引言 古时候的通信方式有蜂火台、飞鸽传书、驿站等等，主要的目地在于传送军事情 报，其传输煤介主要是利用人力和物力来达成。直到“电”问世后，才开始寻找通过 使用电来通信的可能性。 经过人们的发展， 在这两百年内获得重大进步， 尤其是配合电子元件的进步， 使复杂、 便利的通信系统得以实现，并成为日常生活中不可缺少的东西。在整个通信技术发展 过程中，有些科学家作出了重要的突破性贡献。例如1864 年，马克斯威尔(Maxwell) 导出电磁波理论，证明电磁波的存在，而赫兹 1887 年经由实验证明电磁波存在，这 些进步使得无线通信变得可能也逐渐成真。另外，贝尔(Bell)于 1875 年发明电话，使 声音可以直接传递，结合史卓格(Strowger)在 1897 年发明的自动交换机，使得电话服 务得以顺利成长。由于真空管于 1904 年问世，促使阿姆斯壮于 1918 年发明超外差无 线电接收机，开启无线电广阔的应用大门。 在 1930 年前的通信发展主要是属于类比通信的成长。 在 1930 年以后， 随着数子通信、 电脑及人造卫星的产生，整体通信技术也朝向数子通信方向来发展，对人类生活的影 响也更为加深。当然，这些进步也都基于电子原件由真空管、电晶体、集成电路 (Integrated Circuit， IC)及超大型集成电路(Very Large Scale Integrated Circuit，VLSI)的长足进步，才能使通信系统更具方便性及操控性。 随着电脑技术、 通信技术与娱乐的结合，大家都希望能够更随心所欲地使用科技，无线通信技术便逐 渐获得大家的青睐。大家都希望能够透过无线通信技术，使自己不再局限于有线传输 设备，进而摆脱掉上述的种种羁绊。无线通信技术主要就是利用无线电波取代传统的 传输线路(例如：铜线，双绞线、光纤等 )，通过适当的技术，我们可以将低频的信息 加在高频的载波之上，这就是我们所谓的调制（Modulation） ，而相反地，自高频的 载波中将信息取出的技术，我们把它称之为解调(Demodulation)，而这个可以用来发 射的高频载波，便称之为射频 (简称 RF)。通过改变载波的波长、振幅、频率，我们 就可以利用载波来表示信息。基本上，各种通信系统的资讯传送过程，以从甲地单向 地传到乙地为例，其流程大约如下: 1.在甲地将要传送的信息，以电的信号表现出来。 2.将此电信号放大、编码或调制后，依据各 种传输煤介特性，将信息传送到乙地。 3.在乙地将电信号收集后，经解码或解调。 4.再依原传送信息性质还原回来，在透过喇叭转换使人能听到。 对讲机的电路形式较多， 从调制方式上可分为调幅式和调频式； 从收/发功能上， 可分为单工式和双工式。单工式对讲机在同一时间内，只能工作在一种状态下，即接 收或者发送状态，而不能同时处于收发状态。单工对讲机工作时，要不停地切换开关 1 半双工调频无线对讲机的设计 来控制收/发状态，所以使用起来不太方便。 而双工式对讲机可以收/发电路并同时工作，使用起来如同普通电话机一样。因 此，应用起来比较方便，但由于双工对讲机电路复杂、造价高、耗电量大等缺点，所 以一般应用较少。而单工式对讲机则由于它造价低、体积小、耗电低等优点，而被大 量应用。目前，市面上常见到的对讲机大多属于单工调频式。 单工式对讲机的收/发状态是靠切换供电电源开关的方式来实现收/发转换的。 虽然电 路中含有接收和发射电路，由于在同一时间内，只能工作在一种状态下，所以将这种 工作方式称为单工方式。目前，也有些对讲机电路采用半双工工作方式。它的工作原 理是，将话筒收到的音频微弱信号进行电压放大，并将放大后的交流电压经过检波电 压检波整流后， 得到一个直流电平信号， 用其控制电子开关去切换收发电路工作状态， 完成对讲机的收发转换过程。我们称其为半双工工作方式。半双工对讲机，从电路工 作形式上来讲，仍然属于单工工作方式。严格的讲，半双工对讲机应该属于变形单工 对讲机电路。 而全双工对讲机在工作时，发射电路和接收电路是同时工作的。由于发射电路和 接收电路共用一根天线，发射电路输出到75天线上的高频载波电压可能达到 1030V 以上。而接收对方发射的高频载波信号往往较为微弱，一般在 75天线上仅 能感应到微伏级的信号。所以对讲机天线的工作状态，将直接关系到双工对讲机能否 正常工作。 为了保证天线信号的正确分配，一般双工对讲机电路均设计有天线双工器。用双 工器来保证天线的分配任务，以保证收/发电路有序地工作。 为了防止收/发电路之间的相互干扰，仅靠双工器是不够的，所以一般全双工对 讲机电路中均在接收电路的输入端和发射电路的输出端， 分别设计有带通或带阻滤波 器，让所需要的频率顺利通过，并且将其他频率滤除或者阻挡。 由于采用了以上多种措施， 所以使双工对讲机电路的接收和发射电路可以同时使 用一根天线，而不会产生不必要的干扰。 1.1 半双工无线调频对讲机的目的和意义 对讲机的一系列优点使它广泛应用与团队成员间的联络和指挥调度， 以提高沟通 效率和提高处理突发事件的快速反应能力。近来随着对讲机进入民用市场，人们外出 旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。这就要求开发适用于普通大众口味的对讲 机即大众对讲机。大众对讲机不断要求实用还要求适用。这就要求在设计时不但要考 虑对讲机的技术指标而且还要考虑其经济指标及其实用性。 目前市场上的对讲机针对 不同的用户和不同的行业，一般可以分为专业无线电对讲机和业余无线电对讲机。这 两种对讲机有不同的性能和参数，各自发挥着不同的功用，适用于不同的场合。专业 2 半双工调频无线对讲机的设计 无线对讲机的使用者大都是在群体团队的专业业务中使用。因此，专业无线电对讲机 的特点是，功能简单实用。在设计是都留有多种通信接口供用户作二次开发。在长期 工作中，其稳定性、可靠性都较高，工作温度范围较宽，一般都在-30 度到+60 度。 专业机的工作频率 VHP 段一部分 V 高端（148-174MHZ）和 V 地段（136-160MHZ） 。 另有一部分是全段（136-174MHZ） 。但在 UHF 段，部分分 U 高段（450-470MHZ） 和 U 地段（400-430MHZ） 。专业机的性能、可靠性、稳定性较业余机搞，其价格自 然比业余机要高，有得甚至高出很多。 业余机的主要特色是，体积要小巧、功能要齐全。其技术指标，设备稳定性、频 率稳定性、可靠性以及工作环境也相对专业无线电对讲机要差些。其直接结果是业余 机的成本也较低些，以适应个人购买的需要。基本上考虑到调频收音对讲机设计理念 和要求就出来了。 1.2 半双工无线调频对讲机的应用 1.2.1 专业对讲机 专业对讲机是在发射功率为 4-5W，频率范围在 136-174MHZ 的对讲机，根据不 同的环境他们的通话距离一般较远可达到 2 至 6 公里的范围。操作简单（大多数只有 两个旋钮来控制信道数及电源与音量开关） 。它的不足就是体积较大也相对较重，但 是他的防水、抗震、抗摔的性能较好，一般在建筑工程、业务管理、工厂车间、应用 的较多。 1.2.2 民用对讲机 民用对讲机是指发射功率为 0.5W 不大于 1W，频率范围在 409MHZ 之间的对讲 机，民用对讲机通话距离一般较短。他的体积小巧、色彩多样、价格较低，比较适合 个人出差、旅游，酒楼使用。 1.2.3 商用对讲机 商用对讲机是指发射功率为 0.5-4W。频率范围在400-480MHZ 的对讲机，这类 对讲机的通话距离在 600 米至 8 公里之间。他的外形比较轻巧、美观，通常把它夹在 皮带上系在腰间，戴上耳机就可以工作了。它的价格同专业对讲机一样相对较高，一 般用于商场、超级市场、零售业、工厂、制造业。 3 半双工调频无线对讲机的设计 1.2.4 业余对讲机 业余对讲机专为满足业余无线电爱好者使用而设计、生产的无线对讲机。这种 对讲机又被称为“玩机” 。针对这种业余的个人无线电业务，哥哥国家都开辟了专用 频段分配给业余无线电运动爱好者使用。我国开辟的频率段为144-146MHZ 和 430MHZ-440MHZ，世界各国一般也都是在这一频段。业余爱好者只需购得自己喜欢 的机型，申请地方电台入网许可证，就可以和其他人通话。 2 无线调频原理 调频是将调制信号频谱作非线性变换，因此它被称为非线性调制。又因为 已调信号反映出载波矢量角度上的变化，所有又被称为角调。 载波信号： s c(t)Acos wct (t) （1） 其中，瞬时相位： (t) w ct (t) （这里已假设初始相位0 0 ） 瞬时相位偏移：(t)（相对于稳态相位变化w ct 而言的） 瞬时频率：w(t) d(t)/dt w c d(t)/dt （2） 瞬时频偏：w d(t)/dt 如果调制信号和瞬时频偏成线性对应关系，即为频率调制（FM 调制） ： w d(t)/dt K F m(t)（K F 代表了调相器灵敏度） （4） 此时：s FM (t) Acosw ct t K F m()d仍为等幅波 现在假设基带信号为：m(t) cosw mt ，此时： s FM(t)Acos wct K Fm ( )dAcos w ct K Fcoswm dAcos w ct 调频指数（该信号的最大相位偏移） ： m f K F /w m 调频的方法有直接调频法和间接调频法： 直接调频法： m(t) 调频sFM(t) tt K f w m sinw mt（5） 间接调频法： m(t) 积分调相sFM(t)（间接调频仅适用于窄频调制） 根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM）与 窄带调频（NBFM） 。宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调频所引 4 半双工调频无线对讲机的设计 起的最大瞬时相位偏移远小于 30时， 称为宽带调频。 t K F m()d 6 称为窄带调频。否则， 3 系统总体概述及原理 3.1 工作原理图 话筒 音频 放大 调频上变频功放 双工器 音频 功放 FM 解调 中频 放大 耳机限幅下变频高放 图 1 3.2 工作原理 发信电路包括：话筒音频放大、调制、缓冲放大、选频、发射功放等部分。 收信电路包括：高放、混频、中放，鉴频、低放等部分。 发信时，话音经过话筒，将声音信号转换为电信号。然后经过音频放大器将其放 大，再用其进行调频，使载波信号的频率按调制信号规律变化。之后已调信号经过缓 冲放大器，进入选频电路，选出所需要的谐波信号。最后经过高频放大器进行信号放 大后由天线发射出去。 收信时，由天线接收所需信号，先经过高频放大，再进行混频，产生中频信号， 中频信号经过中频放大器后，送入鉴频器进行解调，解调出音频信号。音频信号经过 音频功率放大器放大后，获得所需的推动功率推动扬声器发出声响。 4 单元模块设计 本电路既可以用分立元件实现，也可以采用集成电路芯片实现。由于集成电路技 术已经相当成熟，故本人采用集成电路实现本设计方案。本电路大体可分为三部分： 调频发信电路，调频接收电路与音频功率放大电路。 5 半双工调频无线对讲机的设计 4.1 混频 混频电路又叫变频电路 （Mixer,Convertor） ,是超外差式接收机的重要组成部分。 它的作用是将载频为f c 的已调信号V s (t)不失真地变换为载频为f I 的已调信号 V I (t)。通 常将V I (t)称为中频 信号，相 应的f I 称为中频 频率（ Intermediate Frequency,IF）,简称中频。V L (t)=V Lm cosW L t 是由本地振荡器产生的本振电压， W L =2f L 称为本振角频率，它与 fI、fc 之间的关系为： f I =f l -f c （6） 从频谱的观点来看， 混频的作用就是将输入已调信号频谱不失真地从f c 搬移到f I 的 位置上。因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来 实现这种频谱搬移。如图中就是利用乘法器实现调频信号的混频功能的。 在高频电子电路中，常常需要将信号自某一频率变成另一个频率。这样不仅能满 足各种无线电设备的需要，而且有利于提高设备的性能。对信号进行变频，是将信号 的各分量移至新的频域，各分量的频率间隔和相对幅度保持不变。进行这种频率变换 时，新频率等于信号原来的频率与某一参考频率之和或差。该参考频率通常称为本机 振荡频率。本机振荡频率可以是由单独的信号源供给，也可以由频率变换电路内部产 生。当本机振荡由单独的信号源供给时，这样的频率变换电路称为混频器。 混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。本振用于产生 一个等幅的高频信号 VL，并与输入信号 VS经混频器后所产生的差频信号经带通滤 波器滤出。 本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。 因为模拟相乘器的输出频率包含有两个输入频率之差或和， 故模拟相乘器加滤波 器，滤波器滤除不需要的分量，取和频或者差频二者之一，即构成混频器。 图 2 6 半双工调频无线对讲机的设计 图 3 图 2 所示为相乘混频器的方框图。设滤波器滤除和频，则输出差频信号。图 3 为信号经混频前后的频谱图。我们设信号是：载波频率为f S 的普通调幅波。本机振 荡频率为f L 。 设输入信号为v S V S cos S t，本机振荡信号为v L V L cos Lt 由相乘混频的框图可得输出电压 1 v 0 K F K MVLVS cos( L S )t 2 （7） V 0 cos( L S )t 式中 v 0 1 K F K M V LVS 2 定义混频增益A M 为中频电压幅度V 0与高频电压VS 之比，就有 7 半双工调频无线对讲机的设计 A M V 0 1 K F K M V L （8） V S 2 图 3 为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器 MC1496 完成。 R7 1K C7 104 R1 1 200 TH6 C1 2 104 8 10 R1 4 100 R1 5 3.3 K U1 MC1496 OUT+ NC NC NC NC OUT- 6 7 9 11 13 12 R1 6 3.3 K +12 R1 0 1K C8 104 23 TP5 G N A D J CAR- G N A D JJ7CAR+ TH8 F2 4.5 M TH9 J9 1 R1 2 820 4 TH7 J8 C1 1 104 SIG- R1 3 820 B I A S SIG+ V E E R1 7 1k R2 1 6.8 K 1 4 -12 R2 0 510 C1 5 104 C1 6 104 D2 8.2 V 5 图 4-3 MC1496 构成的混频电路 MC1496 可以采用单电源供电， 也可采用双电源供电。 本实验电路中采用12V， 8V 供电。R12（820） 、R13（820）组成平衡电路，F2为 4.5MHz 选频回路。本 实验中输入信号频率为f S 4.2MHz，本振频率f L8.7MHz。 为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了 输入信号电压 VS和本振电压 VL外， 不可避免地还存在干扰和噪声。 它们之间任意两 者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一 起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。 干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的， 因此不可避免地会产生干 扰，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。 4.2 鉴频 调频波的解调称为频率检波，简称鉴频（FM Detector,Discriminator） 。其作用 是从已调波中检出反映在频率变化上的调制信号。 在调频接收机中，当等幅调频信号通过鉴频前各级电路时，因电路频率特性不均 匀而导致调频信号频谱结构的变化，从而造成调频信号的振幅发生变化。如果存在着 干扰，还会进一步加剧这种振幅的变化。鉴频器解调这种信号时，上述寄生调幅就会 反映在输出解调电压上，产生解调失真。因此，一般必须在鉴频前加一限幅器以消除 寄生调幅， 保证加到鉴频器上的调频电压是等幅的。 可见， 限幅与鉴频一般是连用的， 8 半双工调频无线对讲机的设计 统称为限幅鉴频器。 4.2.1 乘积型鉴频器 1.鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。鉴频原理是：先 将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波， 然后再与原调频波一起加到一个 相位检波器进行鉴频。因此，实现鉴频的核心部件是相位检波器。 相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波， 利用模拟乘法器的相乘原理 可实现乘积型相位检波，其基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波vs(t)， 设其表达式为：v s (t) V sm cosw c m f sint 式中，m f 为调频系数，m f /或m f f / f，其中 为调制信号产生的 频偏。另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波v s (t)，设其表达式为 v s (t) V sm cos c m f sint () 2 V sm sin c m f sint () 式中，第一项为高频分量，可以被滤波器滤掉。第二项是所需要的频率分量，只 要线性移相网络的相频特性()在调频波的频率变化范围内是线性的，当 () 0.4rad时，sin() ()。因此鉴频器的输出电压v o (t)的变化规律与调频 波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。所以相位鉴频器的线性鉴频范围 受到移相网络相频特性的线性范围的限制。 2鉴频特性 相位鉴频器的输出电压 V0与调频波瞬时 频率f的关系称为鉴频特性，其特性曲线(或称 S 曲线)如图 14-1 所示。鉴频器的主要性能指标 是鉴频灵敏度 Sd和线性鉴频范围 2fmax。Sd 定义为鉴频器输入调频波单位频率变化所引起 的输出电压的变化量，通常用鉴频特性曲线 v o f在中心频 率f o 处的斜率 来表示 ，即 S d V o /f, 2fmax定义为鉴频器不失真解调 2fmax fminfofmax f 调频波时所允许的最大频率线性变化范围， 3.乘积型相位鉴频器 图14-1 相位鉴频特性 2fmax可在鉴频特性曲线上求出。图 4 用 MCl496 构成的乘积型相位鉴频器实验电路如图 5 所示。其中 C13与并联谐振 回路 L1C18共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变 化。分析表明，该网络的传输函数的相频特性()的表达式为 9 半双工调频无线对讲机的设计 2 () arctanQ ( 2 1) 2 o （9） 当 o 1 时，上式可近似表示为 2 ) () 2 arctan(Q ( o 或 () arctan(Q ( 2 ) （10） 2 o +12 R1 2 1K R1 0 1K R1 3 200 R1 4 3.3 K R1 5 3.3 K 6 U2 MC1496 C1 5 104 R1 1 820 C1 6 104 9 2 1 3 TH8 8 10 1 4 J6 TH6 C1 4 104 R9 200 L1 2.2 uH/100p C1 3 47p 7 31 1 12 TH5 TP1 E3 10uf/16v TH7 J7 D1 2AP9 D2 2AP9 R1 6 100K C1 8 470p R1 8 100K R1 9 2K1 4 5 R2 1 2K R2 0 6.8 K R2 2 2K -12 R1 7 510 C2 0 104 C2 1 103 C2 2 103 C1 9 104 D3 8.2 V 图 5 正交鉴频（乘积型相位鉴频）(4.5MHz) 式中f o为回路的谐振频率， 与调频波的中心频率相等。 Q 为回路品质因数。 f 为瞬时频率偏移。 相移与频偏f 的特性曲线如图 6 所示。 由图可见： 在 f=f0即f=0 时相位等于， 在f 范围内， 2 相位随频偏呈线性变化，从而实现线性移相。MCl496 的作 用是将调频波与调频调相波相乘，其输出经 RC 滤波网络输 (f ) /2 2Qf / fo 图14-3 移相网络的相频特性 o 出。图 6 4.2.2 锁相鉴频 锁相环由三部分组成，如图 7 所示，它由相位比较器 PD、低通滤波器 LF、压控 振荡器 VCO 三个部分组成一个环路。 锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。当调频信号没有频偏时， 若压控振荡器的频率与外来载波信号频率有差异时， 通过相位比较器输出一个误差电 压。这个误差电压的频率较低，经过低通滤波器滤去所含 10 半双工调频无线对讲机的设计 Vi(t)鉴相器VD(t)环路滤波器VC(t)压控振荡器 PDLFVCO V0(t) 图14-4 基本锁相环路方框图 图 7 的高频成份，再去控制压控振荡器，使振荡频率趋近于外来载波信号频率，于是误差 越来越小，直至压控振荡频率和外来信号一样，压控振荡器的频率被锁定在外来信号 相同的频率上，环路处于锁定状态。 R7 2K +5 RA1 10K U1 NE564 R4 1K 1 V+GAIN LPF V+ VCO OUT SET TTL OUT OUT 2 4 15 16 14 C3 103 C4 103 TH1 R3 10 C1 104 J1 TH3 C5 104 TH2 J5 10 9 R5 10 C7 474 TH4 FM-IN J4 R8 1K 7 5 C6 103 R6 1K 11 6 AUDIO OUT J2 J3 P-IN VCO OUT RF-INCAP 3 12 BIAS LPF CAP GND 13 8 C9C1 0C1 1 47p C1 2 20p1100p110p C8 103 4 3 2 1 S1 5 6 7 8 图 8 锁相鉴频 (4.5MHz) 当调频信号有频偏时， 和原来稳定在载波中心频率上的压控振荡器相位比较的结 果，相位比较器输出一个误差电压，如图 8 所示，以使压控振荡器向外来信号的频率 靠近。由于压控振荡器始终想要和外来信号的频率锁定，为达到锁定的条件，相位比 较器和低通滤波器向压控振荡器输出的误差电压必须随外来信号的载波频率偏移的 变化而变化。也就是说这个误差控制信号就是一个随调制信号频率而变化的解调信 号，即实现了鉴频。 4.3 集成选频放大器 1.集成选频放大器的原理图见下图 11 半双工调频无线对讲机的设计 TH3 F1 4.5 M TP1 +12 C4 104 4321 J2 +12 RA3 R6 2.7 K 1K R2 0 330 U2 MC1350 V + O U T - I N - G N D R1 200 TP2 C3 104 R2 200 C2 2 104 TH4 J3 A G C I N + G N D O U T + TH5 W1 R3 5.1 K R1 9 10K 2 1 1K 5678 R7 2.7 K S1 C7 104 C8 104 C9 104 E1 22uF/16V R8 1k R9 1M -12TP5 TP4 U1B TL084 5 7 6 3 R1 0 10K C1 7 102 R1 1 3.3 K D1 1N4148 R1 2 1M +12 3 4 1 1 U1A 2 1 C1 0 471 D2 1N4148 +12 TL084 R1 3 33K 4 D3 1N4148 +12 TP7 W2 1K C1 6 103 R2 1 1.5 K C1 8 471 R1 4 470K -12 图 9集成选频放大器电路原理图 由上图可知，本实验中涉及到的集成选频放大器是带 AGC（自动增益控制）功 能的选频放大器，放大 IC 用的是 Motorola 公司的 MC1350。 2.MC1350 放大器的工作原理 图 10 为 MC1350 单片集成放大器的电原理图。这个电路是双端输入、双端输出 的全差动式电路，其主要用于中频和视频放大。 12 半双工调频无线对讲机的设计 图 10 MC1350 内部电路图 输入级为共射-共基差分对，Q1 和 Q2 组成共射差分对，Q3 和 Q6 组成共基差分 对。除了 Q3 和 Q6 的射极等效输入阻抗为 Q1、Q2 的集电极负载外，还有 Q4、Q5 的射极输入阻抗分别与 Q3、Q6 的射极输入阻抗并联，起着分流的作用。各个等效微 变输入阻抗分别与该器件的偏流成反比。增益控制电压（直流电压）控制Q4、Q5 的 基极，以改变Q4、Q5 分别和 Q3、Q6 的工作点电流的相对大小，当增益控制电压增 大时，Q4、Q5 的工作点电流增大，射极等效输入阻抗下降，分流作用增大，放大器 的增益减小。 4.4 锁相环的构成及工作原理 4.4.1 锁相环路的基本组成 锁相环由三部分组成，如图 11 所示，它由相位比较器 PD、低通滤波器 LF、压 控振荡器 VCO 三个部分组成一个闭合环路，输入信号为 Vi(t),输出信号为 V0(t),反馈 至输入端。下面逐一说明基本部件的作用。 V i (t)鉴相器 PD V D (t )环路滤波器V C (t )压控振荡器 LFVCO V 0 (t) 图151 锁相环组成方框图 图 11 (1) 压控振荡器（VCO） VCO 是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在 VCO 上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压频率变换器，实际上还有一 种电流频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。 (2) 鉴相器（PD） PD 是一个相位比较装置， 用来检测输出信号 V0(t)与输入信号 Vi(t)之间的相位差 e(t)，并把 e(t)转化为电压 Vd(t)输出，Vd(t)称为误差电压，通常 Vd(t)作为一直流分 量或一低频交流量。 (3) 环路滤波器（LF） LF 作为一低通滤波电路，其作用是滤除因 PD 的非线性而在 Vd(t)中产生的无用 的组合频率分量及干扰，产生一个只反映e(t)大小的控制信号 Ve(t)。 按照反馈控制原理，如果由于某种原因使 VCO 的频率发生变化使得与输入频率 不相等，这必将使 V0(t)与 Vi(t)的相位差e(t)发生变化，该相位差经过 PD 转换成误 差电压 Vd(t)，此误差电压经 LF 滤波后得到 Vc(t)，由 Vc(t)去改变 VCO 的振荡频率使 13 半双工调频无线对讲机的设计 趋近于输入信号的频率，最后达到相等。环路达到最后的这种状态就称为锁定状态， 当然由于控制信号正比于相位差，即： V d (t) e (t) 因此在锁定状态，e(t)不可能为零，换言之在锁定状态 V0(t)与 Vi(t)仍存在相位 差。 4.4.2 锁相环锁相原理 锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路， 它的基本原理是利用相位 误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态后，虽然有剩余相位误差存在， 但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。 当调频信号没有频偏时，若压控振荡器的频率与外来载波信号频率有差异时，通 过相位比较器输出一个误差电压。这个误差电压的频率较低，经过低通滤波器滤去所 含的高频成份，再去控制压控振荡器，使振荡频率趋近于外来载波信号频率，于是误 差越来越小，直至压控振荡频率和外来信号一样，压控振荡器的频率被锁定在与外来 信号相同的频率上，环路处于锁定状态。 当调频信号有频偏时， 和原来稳定在载波中心频率上的压控振荡器相位比较的结 果，相位比较器输出一个误差电压，如图 12，以使压控振荡器向外来信号的频率靠 近。由于压控振荡器始终想要和外来信号的频率锁定，为达到锁定的条件，相位比较 器和低通滤波器向压控振荡器输出的误差电压必须随外来信号的载波频率偏移的变 化而变化。也就是说这个误差控制信号就是一个随调制信号频率而变化的解调信号， 即实现了鉴频。 R7 2K +5 RA1 10K U1 NE564 R4 1K 1 V+GAIN LPF V+ VCO OUT SET TTL OUT OUT 2 4 15 16 14 C3 103 C4 103 TH1 R3 10 C1 104 J1 TH3 C5 104 TH2 J5 10 9 R5 10 C7 474 TH4 FM-IN J4 R8 1K 7 5 C6 103 R6 1K 11 6 AUDIO OUT J2 J3 P-IN VCO OUT RF-INCAP 3 12 BIAS LPF CAP GND 13 8 C9C1 0C1 1 47p C1 2 20p1100p110p C8 103 4 3 2 1 S1 5 6 7 8 图 12 锁相环 (PLL) 14 半双工调频无线对讲机的设计 1.同步带与捕捉带 同步带是指从 PLL 锁定开始，改变输入信号的频率 fi（向高或向低两个方向变 化） ，直到 PLL 失锁（由锁定到失锁） ，这段频率范围称为同步带。 捕捉带是指锁相环处于一定的固有振荡频率 fV， 并当输入信号频率 fi偏离 fV上限 值 f i m ax 或下限值 f i m in 时，环路还能进入锁定，则称 f i m ax f i m in f v 为捕捉带。 测量的方法是从 J4 输入一个频率接近于 VCO 自由振荡频率的高频调频信号， 先 增大载波频率直至环路刚刚失锁，记此时的输入频率为 fH1 ,再减小 fi，直到环路刚刚 锁定为止，记此时的输入频率为 fH2，继续减小 fi，直到环路再一次刚刚失锁为止， 记此时的频率为 fL1 ,再一次增大 fi，直到环路再一次刚刚锁定为止，记此时频率为fL2 由以上测试可计算得： 同步带为：