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1、南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）半双工调频无线对讲机的设计Half duplex Design of a FM Radio 学 院： 计算机与信息工程学院 专 业： 通信工程 学 生 姓 名： 任磊 学 号： 067109015 指 导 教 师（职称）： 胡念英 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2013年5月 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology半双工调频无线对讲机的设计通信工程专业任磊摘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
2、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。关键词对讲机;半双工;
3、调频Half duplex design of a FM radio Communication Engineering MajorrenleiAbstract: 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, n
4、ot 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 funct
5、ion 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, r
6、ealized 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 thi
7、s technology research for people later life, work 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 words: Interphone; Half-duplex; Frequercy modulation目 录1 引言11.1半双工
8、无线调频对讲机的目的和意义21.2 半双工无线调频对讲机的应用31.2.1专业对讲机31.2.2民用对讲机31.2.3商用对讲机31.2.4业余对讲机32 无线调频原理43 系统总体概述及原理53.1工作原理图53.2工作原理54 单元模块设计54.1混频64.2鉴频84.2.1乘积型鉴频器94.2.2锁相鉴频104.3集成选频放大器114.4锁相环的构成及工作原理134.4.1锁相环路的基本组成134.4.2锁相环锁相原理144.4.3集成锁相环NE564的介绍154.5音频功率放大电路174.5.1单调谐放大器184.5.2双调谐放大器204.6低通带通滤波器204.7调频224.7.1变
9、容二极管工作原理225.对讲机的组装与调试255.1发射电路组装255.2接收电路组装255.3调频系统联调251 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
10、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 Larg
11、e 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
12、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
13、机工作时，要不停地切换开关来控制收/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
14、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
15、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
16、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
17、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4-5
18、W，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
19、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。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
20、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： （1）其中，瞬时相位： （这里已假设初始相位）瞬时相位偏移： （相对于稳态相位变化而言的）瞬时频率： （2）瞬时频偏：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）： （代表了调相器灵敏度） （4）此时： 仍为等幅波现在假设基带信号为：，此时： （5）调频指数（该信号的最大相位偏移）：调频的方法有直接调频法和间接调频法：直接调频法：调频间接调频法：积分调相（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
21、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起的最大瞬时相位偏移远小于30时， 称为窄带调频。否则，称为宽带调频。3 系统总体概述及原理3.1工作原理图图13.2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
22、，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。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的已调信号(t)不失真地变换为载频为的已调信号(t)。通常将(t)称为中频信号，相应的称为中频频率（Intermediate Frequenc
23、y,IF）,简称中频。(t)= cost是由本地振荡器产生的本振电压，=2称为本振角频率，它与fI、fc之间的关系为： =- （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搬移到的位置上。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
24、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
25、图。我们设信号是：载波频率为的普通调幅波。本机振荡频率为。设输入信号为，本机振荡信号为由相乘混频的框图可得输出电压 （7）式中 定义混频增益为中频电压幅度与高频电压之比，就有 （8）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。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4.2MHz，本振频率8.7MHz。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
26、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
27、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，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，设
28、其表达式为：式中， 为调频系数，或，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，设其表达式为式中，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 时，。因此鉴频器的输出电压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
29、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在中心频率 处的斜率来表示，即, 2fmax 定义为鉴频器不失真解调调频波时所允许的最大频率线性变化范围，2fmax可在鉴频特性曲线上求出。 图4 3. 乘积型相位鉴频器用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）当 时，上式可近似表示为 或 （10）图5 正交鉴频（乘积型相位鉴频）(4.5MHz)式中为回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等。Q为回路品质因
30、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，在范围内，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
31、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。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图9
32、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。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
33、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。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
34、，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)
35、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： 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
36、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
37、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。图12 锁相环 (PLL)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上限值或下限值时，环路还能进入锁定，则称为捕捉带。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
38、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：fH1- fL1捕捉带为：fH2- fL24.4.3集成锁相环NE564的介绍图13在本实验中，所使用的锁相环为高频模拟锁相环NE564，其最高工作频率可达到50MHz，采用+5V单电源供电，特别适用于高速数字通信中FM调频信号及FSK移频键控信号的调制、解调，无需外接复杂的滤波器。NE564采用双极性工艺，其内部组成框图如图13所示，其内部电路原理图如图14所示。图14 NE564内部电路原理图A1为限幅放大器，它主要由原理图中的Q1Q5及Q7、Q8组成PNP、NPN互补的共集共
39、射组合差分放大器，由于Q2、Q3负载并联有肖特基二极管D1、D2，故其双端输出电压被限幅在2VD=0.30.4V左右。因此可有效抑制FM调频信号输入时干扰所产生的寄生调幅。Q7、Q8为射极输出差放，以作缓冲，其输出信号送鉴相器。相位比较器(鉴相器)PD内部含有限幅放大器，以提高对AM调幅信号的抗干扰能力；外接电容C3、C8与内部两个对应电阻(阻值R=1.3k)分别组成一阶RC低通滤波器用来滤除比较器输出的直流误差电压中的纹波，其截止角频率为滤波器的性能对环路入锁时间的快慢有一定影响，可根据要求改变C3、C8的值。在本实验电路中，改变RA1可改变引脚2的输入电流，从而实现环路增益控制。压控振荡器
40、VCO是一改进型的射极定时多谐振荡器。主电路由Q21、Q22与Q23、Q24组成。其中Q22，Q23两射极通过12、13脚外接定时电容C，Q21、Q24两射极分别经过电阻R22、R23接电源Q27、Q25。Q26也作为电流源。Q17、Q18为控制信号输入缓冲极。接通电源，Q21，Q22与Q23、Q24双双轮流导通与截止，电容周期性充电与放电，于是Q22、Q23集电极输出极性相反的方形脉冲。根据特定设计，固有振荡频率f与定时电容C的关系可表示为 （11） 振荡频率f与C的关系曲线如图15所示。VCO有两个电压输出端，其中，VCO01输出TTL电平；VCO02输出ECL电平。图15输出放大器A2与
41、直流恢复电路A3是专为解调FM信号与FSK信号而设计的。输出放大器A2由Q37、Q38、Q39组成，显然这是一恒流源差分放大电路，来自鉴相器的误差电压由4、5脚输入，经缓冲后，双端送入A2放大。直流恢复电路由Q42、Q43、Q44等组成，电流源Q40作Q43的有源负载。若环路的输入为FSK信号，即频率在f1与f2之间周期性跳变的信号，则鉴相器的输出电压被A2放大后分两路，一路直接送施密特触发器的输入，另一路送直流恢复电路A3的Q42基极，由于Q43集电极通过14脚外接一滤波电容，放直流恢复电路的输出电压就是一个平均值直流。这个直流电压VREF再送施密特触发器另一输入端就作为基极电压。若环路的输
42、入为FM信号，A3用作线性解调FM信号时的后置鉴相滤波器，那么在锁定状态，14脚的电压就是FM解调信号。施密特触发器是专为解调FSK信号而设计的，其作用就是将模拟信号转换成TTL数字信号。直流恢复输出的直流基准电压VREF（经R26到Q49基极）与被A2放大了的误差电压Vdm分别送入Q49和Q50的基极，Vdm与VREF进行比较，当Vdm VREF时，则Q50导通，Q49截止，从而迫使Q54截止，Q55导通，于是16脚输出低电平。当Vdm VREF时，Q49导通，Q50截止，从而迫使Q54导通Q55截止，16脚输出高电平。通过15脚改变Q52的电流大小，可改变触发器上下翻转电平，上限电平与下限
43、电平之差也称为滞后电压VH。调节VH可消除因载波泄漏而造成的误触发而出现的FSK解调输出，特别是在数据传输速率比较高的场合，并且此时14脚滤波电容不能太大。ST的回差电压可通过10脚外接直流电压进行调整，以消除输出信号TTL0的相位抖动。 4.5音频功率放大电路 图164.5.1单调谐放大器小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1（a）所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS12MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的
44、静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：1. 谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1（a）所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为 （12） 式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；为调谐回路的总电容，的表达式为 （13） 式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。2. 电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为 （14） 式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180 而是为1
