調幅電路是把調制信號和載波信號同時加在一個非線性元件上(例如晶體二極管或三極管)經非線性變換成新的頻率分量,再利用諧振回路選出所需的頻率成分。
調幅電路分為二極管調幅電路和晶體管基極調幅、發射極調幅及集電極調幅電路等。
1、基極調幅電路
圖1是晶體管基極調幅電路,載波信號經過高頻變壓器T1加到BG的基極上,低頻調制信號通過一個電感線圈L與高頻載波串聯,C2為高頻旁路電容器,C1為低頻旁路電容器,R1與R2為偏置的分壓器,由于晶體管的ic=f(ube)關系曲線的非線性作用,集電極電流ic含有各種諧波分量,通過集電極調諧回路把其中調幅波選取出來,基極調幅電路的優點是要求低頻調制信號功率小,因而低頻放大器比較簡單。其缺點是工作于欠壓狀態,集電極效率較低,不能充分利用直流電源的能量。
2、發射極調幅電路
圖2是發射極調幅電路,其原理與基極調幅類似,因為加到基極和發射極之間的電壓為1伏左右,而集電極電源電壓有十幾伏至幾十伏,調制電壓對集電極電路的影響可忽略不計,因此射極調幅與基極調幅的工作原理和特性相似。
3、集電極調幅電路
圖3是集電極調幅電路,低頻調制信號從集電極引入,由于它工作于過壓狀態下,故效率較高但調制特性的非線性失真較嚴重,為了改善調制特性,可在電路中引入非線性補嘗措施,使輸入端激勵電壓隨集電極電源電壓而變化,例如當集電極電源電壓降低時,激勵電壓幅度隨之減小,不會進入強壓狀態;反之,當集電極電源電壓提高時,它又隨之增加,不會進入欠壓區,因此,調幅器始終工作在弱過壓或臨界狀態,既可以改善調制特性,又可以有較高的效率,實現這一措施的電路稱為雙重集電極調幅電路。
采用圖4的集電極、發射極雙重調幅電路也可以改善調制特性。注意變壓器的同名端,在調制信號正半波時,雖然集電極電源電壓提高,但同時基極偏壓也隨之變正,這就防止了進入欠壓工作狀態;在調制信號負半波時,雖然集電極電壓降低,但基極度偏壓也隨之變負,不致進入強過壓區,從而保持在臨界、弱過壓狀態下工作。
圖一、基極調幅電路
圖二、發射極調幅電路
圖三、集電極調幅電路
圖四、雙重調幅電路
調幅發射機電路圖(一)
調幅信號源的設計
(1)本振電路設計本振信號的產生采用西勒電路的接法,產生一14.6MHz左右的頻率。具體電路接法如圖5所示,其中,引腳1,2間為一可調電感。
(2)鎖相環電路設計
本振信號輸出到由MC145152和MC12017構成的電路中,構成鎖相環。
MC145152是MOTOROLA公司生產的大規模集成電路,它是一塊采用半行碼輸人方式置定、由14根并行輸入數據編程的雙模CMOS-LSI鎖相環頻率合成器。該芯片內含參考頻率振蕩器、可供用戶選擇的參考分頻器(12x8ROM參考譯碼器和12bit-R計數器)、雙端輸出的鑒相器、控制邏輯、10位可編程的10bit-N計數器、6位可編程的6bit/A計數器和鎖定檢側等部分。其中,lObit/N計數器·6bit/A計數器、模擬控制邏輯和外接雙模前置分頻器12017組成吞脈沖程序分頻器,吞脈沖程序分頻器的總分頻比為D=VN+A。本任務只要求輸出15MHz的信號,故將A,N固定接為A=01,N=0111, 1000(binary),電路接法如圖6。
(3)振幅調制電路設計
振幅調制即使載波峰值正比于調制信號的瞬時值的變換過程。MC1496構成的振幅調制器電路如圖7所示。其中載波信號經高頻禍合電容C1從10腳輸人,C3為高頻旁路電容,使8腳接地。調制信號經低頻禍合電容C2,從1腳輸人。調幅信號從12腳單端輸出。器件采用雙電源供電方式,所以5腳的偏置電阻R5接地。
此外,為了使輸出幅值達到1.0+-0.1V,所以后接一電壓跟隨和射極放大器用作調節,如圖8所示。
2.高效高頻功率放大級的設計
該部分采用功率合成技術,應用了傳輸線變壓器組成的反相功率合成電路。由于高頻功率放大級的輸人等效阻抗電阻小,故前級需要接激勵級,以免信號源輸出的信號被拉得過低。
(1)前級激勵級
需要較高的放大倍數以及較低的輸出電阻,故而采用諧振放大電路和電壓跟隨器級聯。為了方便可調,用一個可調中周來調節其諧振頻率,具體的電路如圖9所示,該電路輸人阻抗較低,輸出阻抗較高,為使前后級阻抗匹配,輸人與輸出端用中周實行阻抗變換以降低功率的衰減。
(2)高效高頻功率放大級
該部分最重要的為傳輸線變壓器的應用,這種變壓器是用傳輸線(例如,兩根緊塞的平行線、扭紋線、帶狀傳輸線或同軸線等)繞在高磁導串的鐵芯磁環上構成,傳輸線變壓器的工作原理是傳輸線原理與變壓器原理的結合,那么它的工作也可分為兩種方式:一種是按照傳輸線方式來 工作,即在它兩個線圈中通過大小相等、方向相反的電流,磁芯中的磁場正好互相抵消。因此,磁芯沒有功率損耗,磁芯對傳軸線的工作沒有什么影響。這種工作方式稱為傳輸線模式;另一種是按照變壓器方式工作,此時線圈中有激磁電流,并在磁芯中產生公共磁場,有鐵芯功率損耗。這種工作方式稱為變壓器模式。傳輸線變壓器通常同時存在著這兩種模式或者說傳輸線變壓器正是利用這兩種模式來適應不同的功用的。普通變壓器繞組間的分布電容是限制它工作帶寬的主要因素,而在傳輸線變壓器中,繞組間的分布電容則成為傳輸線特性阻抗的一個組成部分。因而這種變壓器可以在很寬的頻帶(可達幾百MHz)范圍內獲得良好的響應。這種變壓器極適合于作為高頻寬帶禍合網絡之用。
在高頻率時,傳輸線模式起主要作用,此時初級次級之間的能量傳輸主要依靠線圈之間分布電容的藕合作用;在低頻率時,變壓器模式起主要作用,初級次級之間的能量傳輸主要依靠線圈的磁禍合作用。為了擴展低頻響應范圍,應該加大初級線圈的電感量,但同時線圈總長度又不能過大,因此采用高頻磁芯來解決圈數少,而初級 線圈電感量又足夠大的問題。最常用的為1:4的阻抗傳輸線變壓器。由此種傳輸線變壓器組成的功率合成電路能較好的解決高效率、大功率與寬頻帶等問題。反相功率合成電路如圖10上半部分所示。
調幅發射機電路圖(二)
下面介紹一款AM發射電路,其發射頻率可在500~1600kHz之間調整,電路原理圖如圖所示。
C1、C2、L1、VT2組成調幅振蕩器電路,振蕩頻率可以通過調整C1的電容量來調整。音頻信號經過VT1及其外圍元件組成的放大電路放大后,再經過RP1,C3耦合到VT2基極,與VT2蕩器產生的載波疊加在一起后通過發射天線將音頻信號發射出去。發射天線可以用一根1m左右的金屬導線代替。元器件參數見圖。
調幅發射機電路圖(三)
電阻R1和R2是利用直流偏置晶體管T1。電容C1為耦合之間的電容式麥克風和晶體管T1的基礎。以同樣的方式,電阻R3,R4和R5提供直流偏置晶體管T2的。
振蕩器段是一個晶體管T2的,水晶的XTAL,電容C2,C3和電阻R3,R4和R5的組合。晶體晶體管T2的集電極部分的能量,通過反饋電容C2興奮。其基本頻率和晶體的震動,因為水晶振蕩發生放置晶體管T2基地橫跨電阻R4。使用這種方法,取得了連續無阻尼振蕩。在此電路可取代任何晶體在短波范圍內的頻率,即使操作嘗試使用12MHz晶振。
晶體管T1有3個功能:
晶體管具有直流晶體管T2的延長+VCC的源路徑。
它放大,這是由電容話筒產生的音頻信號。
它注入音頻信號調制到高頻載波信號。
電容式麥克風是由晶體管T1放大的電信號轉換成語音郵件。這放大的音頻信號調制的載波頻率由晶體管T2。調幅輸出晶體管T2的集電極收購,并在進入太空的環型天線以電磁波的形式傳送。天線,可以調整到一個特定的頻率微調微調C5和修改成線圈,鐵氧體棒的長度。
傳輸信號,可以接收任何短波接收機,無需失真和噪聲。此變送器的范圍是25至30米,更可擴大的情況下適當延長具有良好的匹配,天線導線的長度。
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