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1、无线调频对讲机功率放大电路的研究与设计摘 要：本文从无线调频对讲机的基本原理出发,确立了系统的设计方案,将对讲机系统分为发射部分和接收部分两大部分,并对各部分的功能和作用简要进行了分析和研究。确定了电气指标参数,通过对振荡电路,放大电路,与同类型电路的对比,并重点分析设计了放大电路部分,最后确定了对讲机功率放大部分电路图。接下来利用Multisim仿真软件对放大模块进行仿真并对仿真信号进行分析。关键词：对讲机 ,调频 ,放大电路,仿真分析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
2、的可能性。经过人们的发展,在这两百年获得重大进步,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。在现代通信中对讲机是一种近距离的,简单的无线传输通信工具,由于它不需要中转站和地面交换机站支持就可以进行有效的移动通信,因此深受人们欢迎。目前,它广泛应用于生产,保安,野外工程等领域的小围移动通信中。调频对讲机是通过调节频率使一组对讲机的接收频率和发射频率与另一组对讲机的发射频率和接收频率相同,从而实现对讲功能的无线通信工具。无线调频对讲机具有使用简单、不受网络限制、通话成本低、适用围广等优点。目前,人们对对讲机的研究已从模拟化转化为数字化。很好的掌握无线
3、对讲机部电路的工作原理对今后从事通信工程领域十分重要的。通过对调频对讲机的设计与研究,能对所学过的高频电路原理知识,模电知识及各单元电路的电路形式,各电路间的耦合方式及信号传送波形和结果,有更深入的理解。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,通过转换使人能听到。本论文设计的单双工无线调频对讲机采用DIP插件,电路板较紧凑,主要由振荡电路部分,音频放大电路部分
4、,滤波电路部分,信号调制电路部分等组成。发射频率为49.8MHZ通信距离为50米以上。2总体电路的确定2.1 工作原理及框图发信电路包括：话筒 、音频放大、调制电路。收信电路包括：音频放大、解调电路、混频电路。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。之后已调信号由天线发射出去。收信时,由天线接收所需信号,进行混频,信号再送入鉴频器进行解调,解调出音频信号。音频信号经过音频放大器放大后,获得所需的推动功率推动扬声器发出声响。图2.1是本次设计所用的对讲机框图。图2.1 调频49.8MHZ对讲机框图2.2 总体电
5、路原理图下图2.2是本毕业设计总体电路原理图图2.2 调频49.8MHZ对讲机原理图2.3 电气指标参数工作方式：调频单工 工作电流：发射lA； 接收： 静噪20mA； 非静噪120mA工作电压：外接电源 DC912V； 发射功率： 3-5W调制方式：调频 最大频偏： 5kHz接收灵敏度：02uV静噪灵敏度：02uV音频功率：300mW天线形式：拉杆天线或橡胶天线 天线阻抗:50欧话筒阻抗:高阻抗选择性:70dB音频输出功率:250mW发射输出功率:高约5W 低约0.5W一部对讲机工作性能的优劣,常用以上儿项电气指标参数来表示,其指标容含义如下:1 灵敏度接收机在接收信时是不是灵敏,主要是指它
6、接收微弱的信号能力。如果接收机在极微弱的信号下良好的工作,并能够输出一定的功率性能良好的解调信号,那么这部接收机就具有较高的灵敏度。反之,就是灵敏度低。衡量灵敏度的单位常用场强值的毫伏或微伏为单位。因此,灵敏度是衡量接收机接收微弱信号能力的重要指标。2 选择性接收机工作时,要在众多的信号中把有用的信号选择出来,这种选择信号的能力称为信号选择性.接收机在工作时,它所要接收的信号频率附近,常常会同时存在着很多的干扰信号。这些干扰信号有强有弱,如果接收机能在很强的干扰信号情况下,选择出自己的有用信号,那么它的信号选择性就很高。反之,如果连很弱的干扰一也无法抑制掉,那么它的选择性就很低。选择性的指标,
7、一般用接收电路对通频带以外信号的衰减量计量,单位为dB。3 限幅灵敏度限幅灵敏度是指,当接收机的中放的输出信号出现限幅时,所需的最小输入信号电压值称为限幅灵敏度。限幅灵敏度的高低,和接收机的高放、中放电路的电压增益有直接的关系。它和灵敏度指标一样,也是衡量接收机接收微弱信号能力的重要指标。4 频率稳定度对讲机电路发射及接收的频率是否稳定,直接关系到能否正常通信。一般对讲机的频率稳定度主要由晶体的品质来决定,同时也受工作电压、环境温度、环境湿度等因索的影响。频率稳定度的高低,一般用指数来表示,指数的绝对值越大,表示稳定度越高。5 调制频偏调制频偏或者称频偏量,是指调制信号对载波信号频率调制后使载
8、波的中心频率产生的频率偏移量。调制频偏可以用相对量百分比来表示,也可以用绝对量正负值来表示。6 静态工作电流对讲机的静态工作电流,是指对讲机的接收电路,在无通话的待机状态下所消耗的电流量。由于一般对讲机都采用电池供电,所以静态电流越小,对讲机的待机时间就越长。静态工作电流的高低,用电流值来表示,单位为mA。7 高频输出功率高频输出功率也称载波输出功率,它是指发射机将高频载波送往发射大线上的高频发射功率。是对讲机的一个重要性能指标。发射机输出功率的大小,直接关系到对讲机通信距离的远近。高频输出功率的大小,一般用功率来表示。输出功率的测量,一般要用专业的高频功率计来测量。8 发射机工作效率发射机土
9、作效率是指发射电路将电路所消耗的电源直流功率,转换为高频发射功率的效率。或者称电路实际消耗功率和发射有用功率之比。发射机工作效率的高低,一般用百分比来表示,即电源消耗功率比高频输出功率。它们的比值越小,表示能源转换效率越高。9 音频输出功率音频输出功率是指,对讲机解调信号输出的最大不失真功率值。一般测量音频输出功率时,均以喇叭两端所获得的1kH正弦波电压为准,当所测量的音频信号波形没有明显失真时,进行测量。测量方法和一般交流功率测量一样。3 单元放大电路的分析与设计本次毕业设计我负责的部分是放大电路部分的设计所以以下重点分析放大电路的研究与设计。本次设计采用的是晶体管组成的功率放大电路,晶体管
10、组成的基本放大电路有共射、共集、共基三种基本接法,它们的动态参数具有不同的特点,使用时根据需求合理选用。3.1 基本共集放大电路根据放大电路的组成原则,晶体管应工作在放大区,即UbeUon,UceUbe,所以在图3.1所示基本共集放大电路中,晶体管的输入回路加集电极电源Vcc,它提供集电极电流和输出电流。图3.1 基本共集放大电路3.1.1 静态分析3.1.2 动态分析图 3.1.2 基本共集放大电路的小信号等效电路输入回路：其中R=Re|RL输出回路：电压增益：一般： ,则电压增益接近于1。输入电阻：输入电阻大且与负载无关输出电阻：其中：输出电阻小且与信号源阻有关由上分析可知共集电极放大电路
11、特点：1 电压增益小于1但接近于12 输入电阻大,对电压信号源衰减减小3 输出电阻小,带负载能力强3.2 基本共基集放大电路根据放大电路的组成原则,为使晶体管发射结正向偏置且UbeUon,在其输入回路加电源Vbb,Vbb与Re共同确定发射极静态电流Ieq;为使晶体管的集电结反向偏置,在其输出回路加电源Vcc,Vcc提供集电极电流和输出电流。图 3.2 基本共基放大电路图 3.2 的直流通路3.2.1 静态分析3.2.2 动态分析输入回路：输出回路：电压增益：电流增益：输入电阻：输出电阻：由上分析可知基本共基放大电路：1共基电路输入电阻小2高频特性好,适用于高频或宽频带场合3.3 基本共射放大电
12、路直流电源要设置合适静态工作点,并做为输出的能源。对于晶体管放大电路,电源的极性和大小应使晶体管基极与发射极之间处于正向偏置；而集电极与基极之间处于反向偏置；即保证晶体管工作在放大区。图 3.3 基本共射放大电路共射放大电路的波形分析：3.4 三种基本放大电路的比较：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于1,输入电阻在三种组态中居中,输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下,作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路： 只有电流放大作用,没有电压放大,有电压跟随作用。在三种组态中,输入电阻最高,输出电阻最小,频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路： 只有电压放大作用,没
13、有电流放大,有电流跟随作用,输入电阻小,输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好,常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合,模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 实际应用中,往往要求放大电路的输出级输出一定的功率,以驱动负载。从能量控制和转换的角度看,功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的区别,只是功放既不是单纯追求输出高电压,也不是单纯追求输出大电流,而是追求在电源电压确定的情况下,输出尽可能大的功率。功率放大电路的主要技术指标为最大输出功率和转换效率。输出尽可能大的功率和提高转换效率始终是功率放大电路要研究的主要问题。围绕这两个性能指标的改善,可组成不同电路形式的功放。本次设计功放电路采用O
14、CL电路来驱动负载。图 3.4 放大电路的设计图4单元放大电路的设计与仿真4.1 OCL电路的设计及工作原理为了消除基本OCL电路所产生的交越失真,应当设置合适的静态工作点,使放大管均工作在临界导通或微导通状态。能够消除交越失真的OCL电路如图4.1图4.1 消除交越失真的OCL电路在图中,静态时,从+VCC经过R2,R1到-VCC有一个直流电流,它在Q3,Q4管两个基极之间产生一个电压略大于两个管发射结开启电压之和,从而使两只管子均处于微导通态,都有一个微小的基极电流。调节R2,可使发射极静态电位为0V,即输出电压为0V。当所加信号按正弦规律变化时,由于R2的阻值较小,因而可以认为Q3 管基极电位的变化与Q4管基极电位的变化近似相等,也就是说,可以认为两管基极之间电位差基本是一恒定值,两个基极的电位随ui产生相同变化。这样,当ui0V且逐渐增大时,uBE3增大,Q3管基极电流随之增大,其发射极电流也必然增大,负载电阻上得到正方向的电流。与此同时,ui的增大使UEB4减小,当减小到一定数值时Q4管截止。同样道理,当ui0V且逐渐减小时,使UEB4逐渐增大,Q4管的基极电流随之增大,发射极电流也必然增大,负载电阻上得到负方向的电流。与此同时,ui的减小,使uBE3减小,当减小到一定数值时,Q3管截止。这样,即使ui很小,总能保证至少有一
