無線調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 駐極體話筒具有體積小 、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。 構(gòu)造與原理 駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。 聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離 開。2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。 高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷 ??Q ，由于沒有放電回路，這個電荷量 就不會改變。 我們知道電容上電荷的公式是 VCQ ?? ，反之 CQV /? 也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成 反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應(yīng)的電壓了。由于場效應(yīng)管時有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個直流偏置才能工作。 圖 22 原理圖 圖 23 結(jié)構(gòu)圖 駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十 pF 。因而 它的輸出阻抗值很高，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極 (S)、柵極 (G)和漏極 (D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強信號沖擊時起保護作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極 S，一般用藍色塑線，漏極 D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。 設(shè)計方案 其中 R1 為為 MIC 提供直流偏置的電阻，其取值一般在 ～ 間 選用 ， 1R 的值直接決定了駐級體話筒的靈敏度，通常 R1 的取值越大越靈敏，但需要取值合適，使駐級體的集電級電流在在 ～ 1mA 之間是比較常見的做法，但是其工作電流的離散性也大，必要時應(yīng)當(dāng)查找相關(guān)資料，根據(jù)特定資料配置相關(guān)偏置電路。 1C 電容為隔直流通交流電容，它能使此處直流成分不會影響后一 級電路，而交流卻能夠順利通過，經(jīng)后級音頻放大電路處理。其取值應(yīng)根據(jù)具體情況而定，此處取值 100000pF 為電路。 肖方 ：無線調(diào)頻發(fā)射機 8 圖 2－ 4 駐級體話筒電路 音頻放大電路 音頻放大電路設(shè)計原理 (1)，共發(fā)射極放大電路及靜態(tài)分析 ? 電路的組成 組成如圖 2－ 5。 圖 2－ 5 音頻放大級電路 放大元件 BC ii ?? ，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。 ? 各元件的作用 圖 2－ 5 集電極電阻 4R ，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?6R 使發(fā)射結(jié)正偏正并2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 提供適當(dāng)?shù)撵o BI 和 BEU 。集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。 3C 隔直通交 基本放大電路的習(xí)慣畫 法如圖 2－ 6。 圖 2－ 6 音頻放大電路交流行等效電路 靜態(tài)： 0?iU 時電路的工作，靜態(tài)工作點 [1]Q ，由 CEQCQBQ UII , 決定。 圖 2－ 7 放大電路交流負載線 圖 2－ 8 放大電路靜態(tài)工作點 ? 估算法 CCQCCC E QBQCQBBE QCCBQRIUUIIRUUI?????? ? 圖解法 [1] 圖解法是工程計算上常用的一種方法，該方法具有簡便易算，明了直接的優(yōu)點，在計算精度要求不是很高的情況下，可以優(yōu)先考慮使用此種方法，它對解決工程問題具有不可小視的快捷作用；但是也應(yīng)該看到，正是由于此種方法中用的是傻作圖法估計實際結(jié)果，因此其中存在的誤差在嚴格的工程作業(yè)中亦使它的使用受到限制。 如圖 2－ 8，由 CCQCCC E Q RIUU ?? 所決定的直流負載線估算法求 BI ，確定對應(yīng)的輸出特性曲線兩者的交點 Q 就是靜態(tài)工作點，過 Q 點作水平線，在縱軸上的截距即為CQI ，過 Q 點作垂線，在橫軸上的截距即為 CI 。 肖方 ：無線調(diào)頻發(fā)射機 10 圖 2－ 9 直流電路 圖 2－ 10 交流電路 (2)，放大電路動態(tài)分析和非線性失真 ? 放大電路的動態(tài)分析 動態(tài)：有交流輸入信號時電路的工作狀態(tài) ①放大器的交流通路 交流通路的畫法：將直流電源短路，電容短路 ,如圖 2－ 10 所示。 ②作交流負載線，如圖 2－ 7 所示。 斜率為 ? ?CRRLLRLR ///1 39。39。 ?? 交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡，空載時，交流負載線與直流負載線重合 ③波形分析交流放 大原理（設(shè)輸出空載） 圖 2－ 11 飽合失真示意圖 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 2－ 12 截止失真示意圖 圖 2－ 11 輸入一微小的正弦信號 iu ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu???????? 結(jié)論： ①放大電路中的信號是交直流共存 ②輸出 ou 與輸入 iu 相位相反，但幅度被放大了，頻率不變。 ? 放大電路的非線性失真 放大電路有合適的靜態(tài)工 作點（即交流負載線中間位置），可輸出最大不失真信號。 ①工作點過高引起飽和失真 [2]；②工作點過低引起截止失真 [2] 圖 2－ 13 交流放大（設(shè)輸出空載） 圖 2－ 14交流負載線 肖方 ：無線調(diào)頻發(fā)射機 12 設(shè)計方案 圖 2－ 15 為音頻放大電路電路結(jié)構(gòu)圖。該部分由 143543 ,, QCCRRR 組成 .此電路為共射基本放大電路， 5R 為三級管 1Q 基級電阻，經(jīng)節(jié)點 5，為三級管提供基級偏置電流， 4R為 1Q 的集電級電阻，為集電級提供電壓，兩者共同決定了 1Q 的表態(tài)工作點， 3R 為射級電阻，在電路 中能夠穩(wěn)定 1Q 的表態(tài)工作點 43,CC 分別為通直隔交電容 ,它們保證了此電路的前后級間的表態(tài)工作點不會影響此處電路 ,同理 ,此處表態(tài)工作點也不影響前后級間電路 .表態(tài)工作點及穩(wěn)定表態(tài)工作點電阻值應(yīng)根據(jù) 1Q 的特性曲線決定 ,使 1Q 遠離其截止區(qū)與飽合區(qū) . 圖 2－ 15 音頻放大電路電路結(jié)構(gòu)圖 高頻振蕩調(diào)制電路 反饋振蕩器的原理 反饋型振蕩器的原理框圖如圖 2－ 18 所示。 由圖可見 , 反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路 , 放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò) (如振蕩回路 )作負載 , 是一調(diào)諧放大器 , 反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。 圖 2－ 16 振蕩電路結(jié)構(gòu)示意圖 由 )( )(sU sUK Sou ? (21) 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 )( )()( sU sUsK io? (22) )( )()( sU sUsF oi?? (23) )()()( sUsUsU iei ??? (24) 得： )(1 )()()(1 )()( sT sKsFsK sKsK u ???? (25) )( )()()()( sU sUsFsKsT ii??? (26) 其中自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為 1, 即 . 1)()()( ?? ??? jFjKjT (27) 通常又稱為振蕩器的平衡條件。 由式 (23)還可知 ,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii???????? (28) 設(shè)計方案 該部分電路見圖 2－ 17,該部分電路由 11498765876 ,,, LCCCCCCRRR 和 2Q 組成 .其功能是產(chǎn)生高頻載波信號并進行調(diào)制。前級 音頻放大級 將放大的訊號送往振蕩級之基極 ,即節(jié)點 7處， 振蕩級 2Q 工作于約 MHz94 ,這頻率 是 由振蕩線圈 (共 )和 6C 電容器調(diào)整的 ,該頻率也決定于晶體管 , 7C 回輸電容器及還有少數(shù)偏壓元件 ,例如 7R 射極電阻和 6R 基極電阻 。 電源接通時 , 5C 基極電容器通過 6R 電阻逐漸充電 ,而 7C 則經(jīng)振蕩線圈的 7R 電阻充電 ,但更加之快 , 6C 電容也充電 (其兩端雖僅得小的電壓 ),線圈產(chǎn)生磁場 .基極電壓漸漸上升時 ,晶體管導(dǎo)通 ,并有效地將內(nèi)阻并接在 7C 兩側(cè) .當(dāng) 5C 電容充電至該極的工作電壓時 ,就會發(fā)生好幾個雜亂的周波 ,故我們假定討論在靠近工作電壓之時基極電壓繼續(xù)上升 , 7C 電容試圖阻止射 極用壓的移動 ,到電容器內(nèi)的能量耗盡及再不阻止射級移動之時 ,基一射極電壓降低 ,晶體管截止 ,流人線圈的電流也停止 ,磁場衰潰 .磁場衰潰 ,產(chǎn)生一個相反方向的電壓 ,集極電壓反過來以相反方向 6C 電容充電 ,這電壓也影響到對 7C 電容充電 ,及 7R 射極電阻上的電壓降使到晶休管進入更深的截止 。 7C 電容充電肖方 ：無線調(diào)頻發(fā)射機 14 時 ,射電壓下跌 ,并跌到某一晶休管開始導(dǎo)通 ,電流流入線圈 ,與衰潰磁場對抗 .線圈上之電壓反轉(zhuǎn) ,形成集極電壓下降 ,這個變化通過 7C 電容傳送到射極上 ,結(jié)果晶休管進入更深的導(dǎo)通 ,把 7C 電容短路 ,周期再開始重復(fù) ,故此 , 2Q 在此形成一個振蕩 ,產(chǎn)生 94MHz 的交流訊號 .放大后之音頻訊號潰入到 2Q 之基極 ,改變振蕩頻率 ,產(chǎn)生所需的 FM 電磁波。其中 14C 的作用是將高頻信號直接短路到地以免其對前后級電路產(chǎn)生不必要的影響。 圖 2－ 17 高頻振蕩電路原理圖 高頻功率放大電路 高頻功率放大器原理 (1)，晶體管特性曲線的理想化及其解析式 在工程上，對于工作頻率不是很高的諧振功率放大器的分析、計算，通常采用準線性的折線分析法。 準線性放大是指僅考察集電級輸出電流中的基波分量在負載兩端產(chǎn)生輸出電壓的放大作用。 折線近似分析法 (簡稱折線法 )，這是一種圖解法與數(shù)學(xué)解析分析相折中的辦法，指用幾條直線來代替晶體管的實際特征曲線，然后用簡單的數(shù)學(xué)解析式寫出它們的表示式。缺點是準確度低，但計算比較簡單，易于進行概括性的理論分析。 (2)，高頻功放的工作狀態(tài)分析 ? 高頻功放的動態(tài)特性 晶體管的靜態(tài)特性是在晶體管集電極無載情況下而言的，比如維持集電極電壓不變， 改變基極電壓，就可求出 BC ui ~ (集電極電流瞬時值 ~基極瞬時電壓值 )靜態(tài)特性曲2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 線族。 如果集電極有負載阻抗，則當(dāng)改變基極電壓 BEu 使 Ci 變化時，由于負載上有壓降，就必然同時引起 CEu 的變化。這樣，在考慮 了負載的反作用后，所獲得的 Ci 與 BEu 、 CEu的關(guān)系曲線就叫作動態(tài)特性 (曲線 )。最常用的當(dāng) BEu 與 CEu 同時變化時，表示 CEC ui ~ 關(guān)系的動態(tài)特性曲線，簡稱動態(tài)線 (又叫負載線或工作路。可以證明，當(dāng)晶體管靜態(tài)特性曲線理想化為折線，且放大器工作于負載回路諧振狀態(tài)，動態(tài)特性曲線也是一條直線。 ? 動態(tài)特性曲線 當(dāng)晶體管在激勵信號下并接入負載阻抗時，在輸出特性圖中，表示集電極電流 Ci 與輸出電壓 CEu 之間的關(guān)系 曲線稱為集電極動態(tài)特性曲線。 具體來說，當(dāng)回路總等效參數(shù) R 和電壓 CCbmBB VUV , 確定以后，在準線性條件下，基極電壓 BEu 和集電極電壓 CEu 變化時，諧振功率放大器工作點變化的軌跡，稱為諧振功率放大器動態(tài)線。動 態(tài)線上的每一點都反映了基極電壓 BEu ,集電極電壓 CEu 與集電極電流 Ci 之間的關(guān)系 (瞬時值關(guān)系 )。 動態(tài)線的繪制 ? ?uceC fi ? 放大區(qū)動態(tài)特性由三個方程求得。假定輸入信號是單頻正弦波 , 輸出回路調(diào)諧在輸入信號的 相同頻率上。建立由負載諧振電阻 ? ?PRR?和CCbmBB VUV , 所表示的輸出動態(tài)負載曲線。 圖 2－ 18 諧振功率放大器基本電路圖 (330) )()(oncmCECCbmBBConBEonBECcmCECCbmBBBE VUuVUVGiVuVuGi