无线信号接收电路超外差接收电路无线收发芯片和模块.ppt

高频电子技术第4章,无线信号接收电路,第4章教学要点,1、无线信号接收电路的功能、组成框图及信噪比、接收灵敏度等主要指标 2、接收电路的分类和超外差接收电路的组成框图 3、了解变频电路、各种中频放大电路的工作原理和主要特性，了解AGC和AFC电路的作用4、读懂中波调幅收音机、调频收音机高频头和点频超外差接收机5、无线收发芯片的主要技术指标和分类,4.1 无线信号接收电路的功能及分类,4.1.1 无线信号接收电路的功能,接收电路应该具有以下四方面的功能：,（1）选频作用,空中随时都有各种无线电波在传播，其中只有某些特定的信号是我们所需要的。接收电路必须具有从众多的无线电波中选择所需要的无线电波的能力。这种选择特定频率信号的功能称为接收电路的选频作用。,（2）抑制干扰信号的作用,来自发射电路的无线电波在传输过程中会混入各种干扰，接收电路要具备抑制各种干扰的能力。例如，无线遥控系统中发射电路的无线电波除了直接传播之外，还会经附近大楼等建筑物的反射传播，会形成了干扰，称为多径干扰。除了多径干扰以外，还存在同频干扰、邻频道干扰、带外干扰等等，接收电路应具有抑制各种干扰的能力。,4.1.1 无线信号接收电路的功能,（3）放大作用,经传播过程的衰减，发射电路发出的无线电波到达接收电路时常常都比较微弱。用无线电波的功率来表示，被接收无线电波的功率电平可小到120dBm左右（转换为绝对功率，约1012mW）。要将这样微弱的信号放大到解调电路所需要的电平，电路的放大能力要达到100dB200dB左右，这就是接收电路应具有的放大作用。,（4）解调作用,无线电通信的目的是通过无线电的方式将基带信号从发射方传输给接收方，因此接收电路还必须具有从接收到的无线电信号中还原出基带信号的功能，这就是解调作用。,4.1.2 无线信号接收电路的主要技术指标,接收电路的主要技术性能指标如下:,（1）信噪比,不同类型的接收机对于输出信号的信噪比有不同的要求。用于信号检测、识别的通信机，接收摩尔斯码的接收机，S/N3dB即可，SSB通信机，要求S/N10dB，雷达的输出信号信噪比如能达到16dB,其检测概率可达到99.99%。对于语言音乐类接收机，要求则较高，移动电话为S/N15dB，电视为S/N40dB，高保真音乐为S/N60dB。,接收机输出信号中的有用信号功率电平与噪声信号功率电平的比值，称为接收机信噪比，用符号SNR(Signal-noise ratio)表示，信噪比是衡量接收机输出信号质量的重要指标,用分贝表示,4.1.2 无线信号接收电路的主要技术指标,（2）接收灵敏度,例如一台调频收音机在输出信号信噪比15dB情况下的短波接收灵敏度为50V，表示为保证输出信号信噪比S/N31.6且输出功率不小于音频额定功率的50%，输入端所需的最小信号是50V。,接收机输出信号信噪比达到一定要求且输出功率不小于音频额定功率的50%的情况下，输入端所需的最小信号电平称为接收机的灵敏度。,接收数字信号时，接收机灵敏度定义为接收误码率小于某一数值（一般为10-3）时输入端所需的最小信号电平。,接收机增益与灵敏度是两个不同的概念，提高增益并不能增加灵敏度。,4.1.2 无线信号接收电路的主要技术指标,举例说明增益与灵敏度的差异。已知一接收机灵敏度为50V，将接收机的增益增加10倍，其灵敏度是否能够提高到5V？,接收机增益提高10倍后，输入信号等于5V时，输出信号中有用信号功率电平仍等于S（增益提高前输入信号50V时的输出信号电平），但这时机内噪声信号在原来基础上被放大10倍。式（4.1）中分母噪声信号功率电平N增为10N，而分子仍为S，因此输出信号信噪比降为S/10N。接收机灵敏度是在一定的信噪比下定义的，为使信噪比恢复到S/N，输入信号必须提高10倍，即提高到50V，因此收音机的灵敏度仍然是50V。,可见提高增益并不能提高灵敏度，为了提高灵敏度，需要提高输出信号的信噪比。,4.1.2 无线信号接收电路的主要技术指标,（3）选择性,定性地说，选择性是接收电路选择有用信号，抑制其他信号和干扰信号的能力。,选择性用分贝（dB）表示。以收音机为例，假如所接收电台的频率为650kHz，其选择性用该收音机接收频率65010kHz的信号的抑制能力来表示。一般要求选择性最低不能小于20dB，即比650kHz高或低10kHz的邻频信号至少被抑制到原值的1/10以下，习惯上将选择性表示为20dB/10kHz。接收机选择性的分贝值越高，说明其选择性越好。,4.1.3 无线信号接收电路分类,根据电路结构的不同，常用的接收电路可分为直接放大式接收电路、超外差式接收电路、二次变频接收电路和放大器顺序混合型接收电路等四类。,这类接收电路的特点是对天线接收到的无线电信号直接进行高频放大后即进行解调，解调前不改变高频信号的频率，当接收天线输入的信号较强时也可以不经放大而直接解调。直接放大式接收电路又可分为以下几种。,1、直接放大式接收电路,（1）直接检波式接收电路（2）高放式接收电路（3）超再生式接收电路,1、直接放大式接收电路,（1）直接检波式接收电路,输入调谐电路用来选择所要接收的信号，将调谐回路的谐振频率调整到与待接收的信号频率相等，则只有该频率的信号才在输入回路中形成较大的电压，然后进行检波和低放。其特点是没有高频放大环节，是一种最简单的无线电接收电路。这种电路适用于输入信号较强的情况，例如接收本市无线电调幅广播时，就可以采用这种接收方案。,直接检波式电路由接收天线、输入调谐电路、检波电路和低放电路组成，如图所示。,1、直接放大式接收电路,（1）直接检波式接收电路-实例,元器件型号、数值如下：C1型号为CBM-223P，这是一只双联可变电容，图4.2仅使用其中的一联，VD1为2AP9，C2=100pF，C3=10F，C4=0.047F，C5=10F，C6=100F，C7=0.1F，C8=220F，C9=0.1F，R1=470k，R2=10，RP1=470k,喇叭阻抗8。,集成功率放大电路LM386组成调幅广播收音机的实际电路图。,1、直接放大式接收电路,（2）高放式接收电路,用于近距离无线遥控时，发射电路离接收电路较近，来自接收天线的信号经调谐回路选择，选出特定频率的已调信号，经高频放大电路放大，达到检波电路所要求的幅度，经检波电路检出基带信号，最后经低频放大后输出。,高放式接收电路由天线、调谐电路、高频放大电路、检波电路和低频放大电路组成。与直接检波式电路相比，增加了高频放大电路，因此适用于输入信号相对较弱的场合。,1、直接放大式接收电路,（2）高放式接收电路-实例,电路的特点是低电压、低功耗，可用电池供电。下面介绍集成电路MK484,电感L1为绕制在磁棒B上的线圈，C1为可变电容，型号CBM-223P（使用其中的一联），RL为耳机，A1为收音机集成电路MK484。,L1和C1组成频率可调的谐振回路，频率调节范围即为中波广播范围。接收到的高频已调信号输入MK484，经高频放大并检波，从3脚输出的即为音频基带信号，经VT1组成的共射极放大电路放大，驱动耳机发声。,1、直接放大式接收电路,（2）高放式接收电路-实例,MK484是采用TO-92封装的收音机集成电路，其内部包括高频放大电路、包络检波电路和自动增益控制（AGC）电路，电路外形和引脚如图所示。1脚接地，待放大的高频信号从2脚输入，放大后的信号从3脚输出。,电源电压 1.11.8V 频率范围 1503000kHz 输入电阻 4M 功率增益 70dB 工作电流 0.3mA,1、直接放大式接收电路,（3）超再生式接收电路,何谓超再生接收？为了提高高频放大的放大倍数，一个简单的办法便是引入正反馈，无线电电路中称为“再生”。这种做法的难处是“再生”既不能太强也不能太弱，太弱了，放大效果不好，太强了形成自激振荡又失去放大作用。超再生接收方式的思路是让电路处于间隙振荡的状态，引入较强的正反馈，使电路产生振荡，同时形成一个周期性的“熄灭”信号使电路的振荡增加到一定程度后又被“熄灭”，然后振荡又逐渐加强，接着又被熄灭，这样的电路就称为超再生电路。处于间隙振荡状态的电路有很高的放大能力，因此，超再生电路与前面讲述的直接方式电路相比有更高的高频信号放大能力。,首先讨论电路的振荡是如何形成的。L1、C1、C2和晶体管VT1构成电容三点式振荡电路，图中L是L1、C1回路的等效电感，CT是晶体管的极间电容，电感接在b，c极之间，两个电容的中心点接发射极，可见确是电容三点式振荡电路。如果不接高频扼流圈L2、电阻R3和电容C4，这个电路将产生持续的正弦振荡。,（3）超再生式接收电路,典型的超再生式接收电路如图所示,（3）超再生式接收电路,间歇振荡电路的特点是高频振荡的幅度对于从天线接收到的高频信号的幅度十分敏感。无信号输入时，电路的噪声产生间歇振荡，振荡波形如(a)所示；用ASK调制时输入信号如图(b)所示；在这一接收信号影响下，间歇振荡所形成的波形如图(c)所示。,输出信号如图(d)所示，可见即为解调后的基带信号。,4.1.3 无线信号接收电路分类,2、超外差式接收电路,直接放大式接收电路存在以下几个缺点：（1）灵敏度低高频电路的放大倍数不能调得太高，否则输出信号串入输入端调谐回路引起自激振荡，接收电路就无法正常工作。（2）选择性差如果除了有用信号之外还存在频率与有用信号相近的无线信号，上述电路消除相近频率干扰信号的能力很差。（3）缺少增益自动控制能力（4）不适宜于接收不同频率的电台 为了接收中波直至短波范围内各种不同频率电台（包括广播电台）的信号，接收电路对于各种频率的信号应具有较为均匀的放大倍数，上述直接放大式接收电路做不到这一点。针对上述缺点，研发了超外差式接收电路。,4.1.3 无线信号接收电路分类,3、二次变频及放大器顺序混合型接收电路,超外差接收电路存在一种被称为镜像干扰的特种干扰，为了消除这种干扰，进一步发展了二次变频接收电路。除此之外，超外差接收电路涉及不少滤波器件，这些器件无法集成，因此超外差式接收电路芯片常需要外接很多元器件。近几年来发展了一种称为顺序混合型接收电路（ASH电路）的新型接收电路，美国单片射频公司生产的RX系列单片接收芯片和TR系列单片收发芯片的一些型号就采用了这种电路。采用这种电路后，无线接收（或收发）芯片的外接元件明显减少。由于二次变频和放大器顺序混合型接收电路一般都用于无线接收芯片，在使用芯片时我们需要了解是芯片的外部功能，并不在意其内部结构，因此将不详细接收这两类电路的具体结构和原理。,4.2 超外差接收电路,4.2.1 超外差接收电路框图,1、超外差调幅接收电路框图,超外差调幅接收电路由天线、输入调谐电路、变频电路（由混频和本振电路组成）、中频放大、检波、前置放大、功率放大电路及自动增益控制电路等组成，其框图如图所示。,4.2.1 超外差接收电路框图,1、超外差调幅接收电路框图,超外差调幅接收电路由天线、输入调谐电路、变频电路（由混频和本振电路组成）、中频放大、检波、前置放大、功率放大电路及自动增益控制电路等组成，其框图如图所示。,与直接放大式接收电路不同，超外差电路不是直接对高频信号进行放大，而是使其经过变频电路成为中频信号，然后对中频信号进行放大、检波，再进行前置放大和功放。,4.2.1 超外差接收电路框图,2、超外差调频接收电路框图,超外差调频接收电路框图如图所示。调频式和调幅式接收电路有以下三方面差异：解调电路不同；调频接收电路中可使用限幅电路消除幅度干扰，调幅接收电路则不能；调幅接收机一般都附加AGC（自动增益控制）电路，调频接收机则附加AFC（自动频率控制电路）。,4.2.1 超外差接收电路框图,超外差接收的优缺点,超外差接收机都将接收到的高频信号转换为中频信号，然后进行放大、解调。优点：（1）对一个固定频率进行放大，容易获得较大且稳定的放大倍数，因而能提高接收电路的灵敏度；（2）中频的频率是固定的，采用陶瓷滤波器、声表面波滤波器等性能优良的器件，能显著提高接收电路的选择性；（3）增加自动增益控制（AGC）电路，使电路能用于接收各种不同强度的信号。缺点：电路复杂，且存在一种特有的干扰镜像干扰，在讨论变频原理和电路时，我们将详细介绍什么是镜像干扰。,下面依次讨论各单元电路的工作原理和电路结构。,4.2.2 外接天线与输入调谐电路的连接,1、直接耦合方式,直接将天线连接入输入回路。由于天线与地之间形成的电容C0与LC回路相并联，使回路Q值下降并导致失谐，因此在实际接收电路中很少使用。,4.2.2 外接天线与输入调谐电路的连接,2、电容耦合方式,天线通过耦合电容C1与输入回路相连接的方式称为电容耦合方式，如图所示，电容C1的容量一般取1030P。,因电容C1的容量取得小，与天线形成的电容C0串联后减弱了天线对输入回路的影响。缺点是C1的容抗随频率变化，高频端传输系数大，低频端传输系数下降，影响低频端信号接收，,4.2.2 外接天线与输入调谐电路的连接,3、电感耦合方式,电感耦合利用绕在磁棒上的电感线圈L1将无线信号耦合给调谐回路，如图所示。,电感耦合也存在传输系数随信号频率变化的问题，低频信号传输系数较大。不过电感耦合时传输系数随频率变化比较缓慢，因此这种耦合方式用得比较多。,4.2.2 外接天线与输入调谐电路的连接,4、电感-电容耦合方式,在电感耦合的同时再通过电容C1实现无线信号耦合，所形成的耦合方式称为电感-电容耦合方式，如图所示。,天线与调谐回路之间既有电容耦合，又有电感耦合，电感耦合对低端信号传输有利，电容耦合对高端信号有利，综合的结果，可以在整个接收范围内得到比较均匀的传输系数。,4.2.2 外接天线与输入调谐电路的连接,三种耦合方式传输系数比较,电容耦合高频端传输系数大，低频端传输系数下降；电感耦合低频信号传输系数较大，不过电感耦合时传输系数随频率变化比较缓慢；电感-电容耦合时传输系数变化最为平稳，因此，在一些高性能的接收机中都采用这种耦合方式。,4.2.3 变频电路,1、变频电路功能与原理,变频电路的作用是将高频已调信号的载波频率转换为较低的中频，同时保持原有的调制规律不变。,设正弦波基带信号为,幅度调制波为,变频电路的作用是将原载波角频率c转换为中频角频率i（相应的频率为fi），即,变频电路的做法是由本振电路产生一个角频率为o的正弦振荡，然后将已调波uAM(t)和本振uo(t)一起加到非线性元件上，用以形成多种频率成分的复合波，再通过滤波器取出符合要求的中频信号。,1、变频电路功能与原理,已调波uAM(t)和本振uo(t)信号一起加到非线性器件上产生电流i(t)为,近似地取前3项，可得,表明所产生的电流除线性项所包含的原频率成分外，增加了两个角频率分别为0+c和0c的新高频成分。如试本振频率满足,表明已包含中频，通过LC回路选频即可获得中频信号。,4.2.3 变频电路,2、典型变频电路识读,（1）自激式共射极变频电路,L1、C1a、C2组成输入谐振回路，天线与该回路间采用电感耦合方式，调节电容C1a，可选择中波范围内的各个频率，接收到的已调信号uAM(t)经L2耦合输入VT1的发射结回路。,本振电压由变频管自身产生的，称为自激式变频电路。,R1、R2是基极静态偏置电阻，C3为高频信号旁路电容，B1为磁棒。,（1）自激式共射极变频电路,本振工作原理,本机振荡电路由VT1、L4、C5、C1b、C6和L3组成。,交流等效电路,L4、C5、C1b、C6组成谐振回路，决定本振频率，L3为反馈线圈，这是一种变压器反馈式振荡电路，所形成的本地振荡电压u0(t)输入VT1发射极与基极之间，与已调信号uAM(t)相串联。,（2）本振由晶体振荡电路产生的变频电路,与无线广播信号不同，用于控制的接收电路常常只需要接收固定频率的信号，这种情况下，变频电路的本机振荡可由晶体振荡电路产生。,本振电路由三极管VT2、晶振BC1、电容C2（容量12pF）、C4（容量30pF）、L4等组成，这是典型的电容三点式振荡电路,图所示的是用于接收28MHz调幅信号的变频电路，这种变频电路的本地振荡由独立的晶体管VT2产生，因此属它激式变频电路。,4.2.3 变频电路,3、中频的选择,但是无线接收（或收发）芯片采用超外差接收方式时，不存在选用规范中频放大电路的问题，所使用的中频一般会在说明书中标明。一些超外差式收音机集成电路还采用75kHz或更低的频率作为中频。,由于各种频率的中频放大电路已经规格化并形成产品，因此设计制造超外差接收电路时，中频的选择应该尽可能符合规范，以便选用通用的中频放大电路。常用的接收各种不同无线电信号时所使用的中频频率如表所示。,4.2.3 变频电路,4、镜像干扰,镜像干扰与输入回路的选择性有关，选择性好，镜像干扰信号在输入回路受到抑制，就难以进入变频电路形成干扰。但是，假如频率fc1处正好有另一个电台，其信号也很强，镜像干扰就很难消除。,本振频率为f0时，如果输入信号频率比本振频率低465kHz，即fc=f0465kHz，经变频后即可得到频率为465kHz的中频信号输出。但是要注意，频率比本振频率高465kHz的信号 fc1=f0+465kHz进入变频电路后与本振频率f0之差也是465kHz，也能产生465kHz的中频信号输出。f0信号是我们希望接收的，fc1并不是我们所希望的信号，后者就成为干扰。这种干扰就称为镜像干扰，它是超外差式接收电路特有的干扰。,4.2.4 中频放大电路,1、中频放大电路的主要性能指标,（2）选择性 为提高接收电路的选择性，中放电路也应具有抑制邻频干扰信号的能力，这一能力即为中频放大电路的选择性。中频放大电路的选择性是接收电路整机选择性的重要组成部分之一，和放大电路增益指标一样，一级中频中频放大电路的选择性常达不到要求，为了获得较好的选择性，也需要采用多级中频放大。,（1）中频放大增益 检波时，输入信号应有1V左右的幅度，因此中频放大电路需要有较高的增益。用于接收广播信号的收音机，中放电路增益需要5060dB；用于遥控的接收机，增益常在70dB以上。,4.2.4 中频放大电路,1、中频放大电路的主要性能指标,（3）通频带 是指中频放大电路能有效放大的信号频率宽度，是一个反映电路频率特性的重要指标。为保证接收质量，中频放大电路的通频带一定要稍宽于已调信号的带宽。根据第3章，可以列出各种调幅波的频带宽度如表4.2所示，由表可知，不同类型调幅波的带宽各有不同，因此，对于不同的调幅波，中频通频带的要求也有所不同。,2、调谐式中频放大电路,常用的中频放大电路有调谐式和集中选频式放大电路两大类，调谐式中频放大电路又分单调谐和双调谐中频放大电路，首先介绍单调谐中频放大电路。,典型的单调谐中频放大电路如图,来自变频电路的中频调幅信号经T1次级线圈输入VT1的基极和发射极之间进行放大，中频变压器T2是VT1的集电极负载，放大后的信号由T2次级输出。这种电路的特点是中频变压器T1和T2的初级由LC谐振回路组成，次级则不含，如果次级也由LC谐振回路组成，所构成的调谐放大电路则称双调谐放大电路。,2、调谐式中频放大电路,单调谐放大电路的主要特性指标如下：,（1）增益,单调谐中频放大电路增益为,式中n1、n2为中频变压器初次级绕组匝数比，称为接入系数,式中Yfe是晶体三极管VT1的导纳,其中goc、gL、g0分别为三极管输出电导、经T2反馈入集电极回路的负载电导和LC回路空载等效电导。,（1）增益,中周抽头的目的是实现阻抗匹配，集电极输出电阻与中周输入电阻匹配，与中周负载匹配。,这种情况下的增益公式就容易理解：电压增益等于导纳Yfe除以集电极等效电导g，其中集电极等效电导g是三极管集电极输出电导、负载电导和LC回路电导之和。,可以这样理解增益表达式：假如中周不作抽头，中周初次级匝数比等于1，即N12=N13，N45=N13，则有,2、调谐式中频放大电路,（2）通频带,调谐放大电路通频带定义为电压放大倍数下降到最大值的0.707时所对应的频宽，用符号BW0.7表示，如图所示。,这一通频带是按增益下降0.707（即下降3dB）来规定的，因此表示为BW0.7。,单调谐放大电路通频带的公式为,f0为谐振回路的谐振频率，QL为回路等效品质因数，品质因数高时幅频曲线尖锐，通频带变窄。,2、调谐式中频放大电路,（3）矩形系数,中频放大电路的选择性常用矩形系数来表示。理想的中频放大电路幅频特性应为宽度等于BW0.7的矩形,如图中粗实线所示，但实际上中频放大电路的幅频特性如细实线所示。,为描述实际幅频特性与理想幅频特性曲线的差异，引入矩形系数的概念，定义中频放大电路的矩形系数K0.1为电压增益下降到其最大值10%时的频带宽度BW0.1与增益下降到最大值0.707时的频带宽度BW0.7的比值，即,理想幅频特性曲线的矩形系数K0.1=1，用放大电路增益公式可以求出一级调谐放大电路的矩形系数K0.1=9.96。,3、集中滤波选频式中频放大电路,除了选择性较差之外，调谐式中放电路还存在电路元器件多、调整麻烦等缺点，因此不宜集成化。采用集中放大和滤波的集中滤波选频式中放电路则可克服这些缺点，能在获得高增益的同时有良好的选择性，这种电路容易集成化，因此已获得广泛的应用。,起放大作用的放大电路和起滤波选频作用的滤波器是相互分离的，因此称为集中滤波选频式中频放大电路。由于常用的陶瓷滤波器或声表面波滤波器与LC回路相比具有优良的选频特性，因此集中式滤波选频电路在选择性上也就明显地优于谐振式中频放大电路。,3、集中滤波选频式中频放大电路,（1）声表面波滤波器-结构与原理,声表面波滤波器简称SAWF，是英文Suface Acoustic Wave Filters的缩写。,原理：交变电信号输入时，输入换能器将其转换为声表面波，这一声表面波沿压电晶片传播，到达输出端后经输出换能器重新将声波转换为交变电压输出。由于特殊设计的压电晶片只允许一定频率范围的声表面波通过，于是就只有该频率范围的输入电信号才能在输入端转换为声波，经压电晶体传播并在输出端重新转换为电信号，因此就使这样的器件具有滤波特性，即只允许一定频率范围的信号通过。,3、集中滤波选频式中频放大电路,（1）声表面波滤波器-特性,典型的声表面波滤波器频率特性曲线如图所示，这是一种用于电视图像信号中频放大的专用滤波器。这一频率特性十分接近矩形，它允许频率在31.5MHz38MHz范围内的信号顺利通过（残留边带调制的电视图像信号正好在这一范围），因此具有良好的选频特性。,3、集中滤波选频式中频放大电路,（2）陶瓷滤波器 结构与原理,压电陶瓷片两面涂银层形成电极，底面的电极3是公共地电极，正面的1为输入极，2为输出极，信号从1，3极之间输入，2，3极之间输出。,原理：1，3脚间输入交变信号时，该电压被转换为压电陶瓷的机械振动并传播至输出端，在输出端，这一机械振动重新转换为交变电压从2，3脚之间输出。当输入信号的频率等于压电陶瓷片的谐振频率时，由输入电压引起的机械振动最强，从输出端重新转换出来的输出电压也最大。,3、集中滤波选频式中频放大电路,（2）陶瓷滤波器 特性,图中所画的是用于调频广播中频放大电路的10.7MHz陶瓷滤波器，其3dB通频带宽度大于40kHz（即输出衰减3dB时的通频带宽度）。,陶瓷滤波器和声表面波滤波器一样都具有体积小、成本低、品质因数高、滤波特性和选择性好、性能稳定、无需调谐、寿命长和不受周围电磁场等优点，已得到广泛的应用。,3、集中滤波选频式中频放大电路,（3）典型集中滤波选频式中放电路,由声表面波滤波器组成的集中滤波选频式中频放大电路如图所示，图中ZF1为声表面波滤波器，VT1组成共射极宽带放大电路，来自天线的射频信号与本振信号混频后从基极输入，集电极输出，经电容耦合至声表面波滤波器ZF1，选频滤波后输出放大了的中频信号。,3、集中滤波选频式中频放大电路,（3）典型集中滤波选频式中放电路,由陶瓷滤波器组成的中频放大电路如图所示，VT1和VT2是两级共射极放大电路。混频后的信号经电容C3耦合从VT1基极输入，经VT1放大后从集电极输出至陶瓷滤波器CF1的输入端。经过滤波器CF1的滤波选频，其输出端输出的是中频信号，这一中频信号输入VT2基极作进一步的放大。图中陶瓷滤波器的型号为3L465，其频率为465kHz，3dB带宽4kHz，用于调幅广播收音机。,4.2.5 AGC和AFC电路,1、AGC电路,由于不同频率电台的发射功率大小不等、接收机与与电台之间的距离各不相同等原因，天线所接收到的信号强弱在很大范围内变化，为了获得稳定的音量，需要让中频放大电路的放大倍数随输入信号的强弱而自动变化。用来实现这一功能的电路即为自动增益控制电路，简称AGC（Automatic Gain Control）电路。由于最终的目的是达到音量的稳定输出，有些生产厂家也将自动增益控制称为自动音量控制，简称AVC（Automatic Volume Control）。,1、AGC电路,一种常用的AGC电路如图所示。,流过R1的电流IR等于基极电流IB和流过R4、RP1的电流IP之和,利用上式可以说明AGC的原理。,交流信号输出增加，经二极管VD1检波，A点电压UA下降，电流IP即随之上升。电流IR是不变，IP的上升必然引起IB下降，于是使VT1电流放大倍数下降，放大电路增益下降。,2、AFC电路,超外式接收机收到某个调频台的信号后，由于本地振荡的频率因温度升高等原因发生了漂移，本振频率与输入信号频率之差偏离中频，接收信号质量就会下降，严重时甚至会丢失。为了解决这个问题，除了尽可能地保持本地振荡频率稳定之外，一个行之有效的办法便是引入自动频率控制电路，简称AFC(Automatic Frequency Control)电路，通过AFC电路的自动控制作用，使本地振荡频率始终跟随输入信号频率变化，能使两者之差始终等于或接近于中频。,2、AFC电路,实现频率自动控制的做法是从鉴频器的输出信号中检出其直流成分，利用该直流电压调节本地振荡的频率，其工作原理如图所示。,L1、C1是本地振荡电路的谐振回路，变容二极管Cj经电容C2耦合与C1相并联，本地振荡的频率决定于L1及C1、Cj的并联值。调节变容二极管Cj的电容量，就可以控制本振频率的变化。来自鉴频器的信号经电阻R2和电容C3组成的低通电路滤波后加在变容管Cj两端，这一电压起着调节Cj容量的作用，因而也就控制了本振频率的变化。,4.3 超外差接收电路识读,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,一种典型的中波段超外差式调幅收音机电路如图所示。,接收频率范围：中波5251605kHz中频频率：465kHz电源：直流3V喇叭：8输出功率：50mW,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（1）输入电路,由C1、C2、L1、L2和磁棒B1组成，C1和 C5组成双联电容器，调节这一电容器选择电台的同时，本振频率随之相应变化。C2微调电容，由于使用了磁性天线，收听中波台时不必再外接天线。,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（2）变频电路,由VT1、R10、R1、R2、C3、C4、C5、C6和中周B2、B3组成，属自激式共射极变频电路。,VT1采用固定偏置。这是由于使用了硅管（9018），穿透电流很小，采用固定偏置即可获得稳定的工作点，采用固定偏置后，减去了流过分压电阻的电流，因而能起节电的作用。,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（3）中放电路,三极管静态偏置均改为限流式偏置，偏置电阻为R11和R4；第二级中放发射极电阻没有并联旁路电容，因此R12构成交流负反馈，反馈的目的是提高稳定性，改善性能。为了不过多地降低中频放大倍数，R12阻值较低，取51。,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（4）检波电路,检波电路由二极管VD3、低通滤波电路C13、C14、R7组成，属包络线检波电路。电位器RP1两端得到解调后的播音信号，电位器活动端接低频放大电路，接入电位器的作用是调节音量。,接功放,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（5）自动增益控制（AGC）电路,检波后A点直流电平为负。假设所接收的信号变强，检波后输出信号也变大，A点电压变得更负，A点电压变负的结果是增大自VT2基极经R2流向A点的电流，因此导致基极静态电流下降,VT2电流放大倍数2下降，从而使第一级中频放大电路的增益下降，检波输出电压下降，音量就得到控制。,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（6）低放和功放,VT4组成共射极低频放大电路，VT5、VT6组成推挽式功率放大电路。输入信号正半周VT5导通，VT6截止，音频电流经变压器B7初级上半个绕组耦合至次级，驱动喇叭；输入信号负半周VT6导通，VT5截止，音频电流经变压器B7初级下半个绕组耦合至次级，驱动喇叭发声。,4.3.1 中波段超外差调幅收音机电路,（7）直流供电,变频和中放电路的电源采用稳压方式供电，稳压电路由电阻R6和二极管VD1、VD2组成。低放和功放电路由3V电池直接供电，无稳压作用,4.3.2 调频广播收音机的高频头电路,典型的调频广播高频头电路如图所示，它由输入电路、高频放大电路和变频电路组成。完整的调频收音机电路还应该包括中放、鉴频、低放和功率放大电路。,4.3.2 调频广播收音机的高频头电路,1、输入电路,输入电路如图中虚线标出的(a)所示，其中L1、C2组成谐振回路，谐振于调频广播频段88108MHz，这一谐振回路能抑制调频广播频段外的干扰。天线与谐振回路之间采用电容耦合方式，C1为耦合电容，取C1=10pF。,4.3.2 调频广播收音机的高频头电路,2、高频放大电路,由三极管VT1和电阻R1、R2、R3、并联谐振回路L2、C5、C6等组成，VT1选小功率高频三极管，型号为9018。,静态分析：集电极经电感L2接高电平“地”，即与电源正极相连接，发射极经电阻R1和高频扼流圈L6接电源负极。基极静态电压决定于电阻R2和R3的分压。,动态分析：C4的容量为0.01F，因此基极交流接地。调频信号经电容C3耦合从基极和发射极之间输入，集电极负载为L2、C5、C6组成的谐振回路，放大后的信号从集电极和基极之间输出，可见VT1组成的是共基极放大电路。,4.3.2 调频广播收音机的高频头电路,2、高频放大电路,由三极管VT1和电阻R1、R2、R3、并联谐振回路L2、C5、C6等组成，VT1选小功率高频三极管，型号为9018。,静态分析：基极静态电压决定于电阻R2和R3的分压。,动态分析：基极交流接地，调频信号经电容C3耦合从基极和发射极之间输入，集电极负载为L2、C5、C6组成的谐振回路，VT1组成的是共基极放大电路。,高放电路以LC谐振回路为负载，具有选频放大的特性。,4.3.2 调频广播收音机的高频头电路,3、变频电路,三极管VT2兼作本地振荡和混频管，属自激式变频电路。,静态分析：调节R7可以改变VT2的静态工作点，电源正极经电感L5、L4为VT2提供集电极电流。,动态分析：VT2组成电容三点式振荡电路,4.3.2 调频广播收音机的高频头电路,3、变频电路,L3和 C7组成串联谐振回路，谐振等于中频10.7MHz，因此就成为中频陷波器，接了这一陷波器可避免中频信号在发射极电阻R4形成负反馈。,C5和C15组成双联，输入回路谐振频率在98.7118.7MHz范围内变化时，本振频率与输入信号频率之差能始终等于中频。,调频输入信号经高放后输入VT2发射极与基极之间，与集电极基极间的本地振荡信号混频，经中频变压器选频，即可输出中频（10.7MHz）信号。,4.3.3 点频超外差式接收电路,前面讨论的超外差式接收电路都用于接收在一定范围内变化的多种频率信号的已调波，例如中波收音机电路用来接收5251605kHz范围内的调幅波信号，超外差调频接收电路用来接收88108MHz范围内的调频波。所谓点频接收电路，是指只能接收某一特定频率信号的接收电路，在无线遥控系统中常遇到这种接收电路。,下面识读一种用于遥控的28MHz调幅波超外差接收电路（略去其中的低放电路），它由输入电路、本地振荡电路、混频电路、中频放大电路和检波电路组成。,4.3.3 点频超外差式接收电路,4.3.3 点频超外差式接收电路,1、输入电路,输入电路的结构和前面讨论的相同，由于接收的信号属短波频段，天线与输入谐振回路之间采用电容耦合方式。L1、C1的谐振频率应等于28MHz。,4.3.3 点频超外差式接收电路,2、本振电路,本振电路由三极管VT4、石英晶体JZ1及其他外围元件组成。是一个典型的共射极电容三点式晶体振荡电路，交流等效电路如下图,调幅载波频率28MHz，中频为465kHz，因此应选用谐振频率等于27.535MHz的晶体。,4.3.3 点频超外差式接收电路,3、混频电路,混频电路由三极管VT1、中频变压器B1及电阻R1、R2等组成。R1、R2决定三极管的静态工作点，高频调幅信号经电容C3耦合从基极输入，本振信号经C12耦合从发射极输入，混频后由中频变压器B1选频，从次级输出465kHz的中频调幅信号。,本振信号,混频电路,高频调幅信号,4.3.3 点频超外差式接收电路,4、中频放大电路,中频放大电路选用单调谐放大电路，共两级。二级放大后的调幅的中频信号从变压器B3次级输出。,4.3.3 点频超外差式接收电路,5、检波和AGC电路,检波电路由二极管VD1和低通滤波电路C11、R8组成，AGC电路由R13等组成。,4.4无线收发芯片和模块,4.4.1 无线收发芯片的主要特性,由于无线收发芯片分为发射芯片、接收芯片和收发芯片三大类，我们将芯片所涉及的主要特性指标也分为三类：第一类是这三类芯片都使用的性能指标，称其为共有指标；第二类是描述发射特性的指标，称为发射模式指标；第三类是描述接收特性的指标，称为接收模式指标。无线发射芯片只涉及共有指标和发射模式指标，接收芯片只涉及共有指标及接收模式指标，收发芯片则涉及所有上述指标,4.4.1 无线收发芯片的主要特性,（1）电源电压 无线收发芯片都使用低压直流电源，一般都指定电源电压范围。,（2）工作温度 一般标明两个温度范围：工作温度范围，是指正常工作所需的环境温度范围，例如无线收发芯片nRF401的工作温度范围是2585；储存温度，是指储存芯片所需的环境温度，nRF401的储存温度范围是40125。,1、共有指标,（3）芯片封装形式和尺寸 无线芯片应用于许多便携式设备，因此选用时芯片的封装方式和尺寸也是一个重要的指标。常见的封装方式有TSOP（薄型小尺寸封装）、SSOP（缩小型小尺寸封装）、TSSOP（薄型小间距小尺寸封装）、SOIC（小外形集成电路）等,4.4.1 无线收发芯片的主要特性,（5）外接元件数目 从设计制作实用无线收发装置的角度看，芯片外接元件的数量和品种也是一个重要的指标，同样的电气性能，不同型号的芯片所需外接的元件数量常常不同，这种情况下应尽量选用外接元件最少的芯片。,（6）天线尺寸 天线尺寸的大小决定于波长，为了使便携式无线收发系统有更小的尺寸，应该选用频率较高的芯片。,1、共有指标,（7）低功耗模式电流 也称睡眠模式电流，是指芯片处于待机状态，即没有收发无线电信号状态时的维持电流。这一指标直接关系到收发系统的功耗，也是无线收发应用系统设计时需要考虑的一个重要指标。,4.4.1 无线收发芯片的主要特性,（1）发射频率 是指无线发射时载波的频率，芯片说明书上也称工作频率，除调幅广播以外，应用于数据传输、控制和通信的无线收发芯片，多数工作于VHF（30300MHz）或UHF（3003000MHz）频段。,（2）晶振频率 为了获得高稳定度的VHF/UHF振荡，芯片所使用办法是由晶振产生几兆至十几兆的高稳定度的振荡，然后通过片内锁相环倍频电路获得高频率的振荡，因此无线收发芯片都需要外接晶体谐振器，在标明工作频率的同时都标出外接晶体谐振器的频率，即晶振频率。使用时必需按要求正确外接晶振才能获得规定的工作频率。,2、发射模式指标,4.4.1 无线收发芯片的主要特性,（3）调制方式 也称调制类型，常用的无线发射所采用的调制方式有AM（幅度调制）、FM（频率调制），ASK（幅移键控）调制、FSK（频移键控）调制和PSK（相移键控）调制等。有些芯