高频发射电路（精选7篇）
高频发射电路 篇1
0前言
目前在工业生产中，大量的金属构件的连接采用焊接工艺。其中汽车制造是焊接工艺应用比较集中的领域。汽车上的焊接件多为薄板焊件，厚度多为0.8mm～1.2mm，对这类焊接件上的焊缝进行无损检测属于工程上的近表面无损检测技术，技术难度高[1]，从综合性能上说，目前没有一种检测方法比其他方法更优越，但从技术的发展趋势看，超声检测技术是技术发展趋势之一。
使用超声反射或衍射法进行材料近表面无损探伤需要向材料内部发射高频超声波并接收发射或衍射回波，这不仅需要有高频超声探头，同时需要能够发射和接收高频宽带电脉冲信号的硬件电路，以激励超声探头或接收回波信号。
本文在分析现有超声发射接收电路的基础上，设计了基于数字信号处理TMS320DM642的高频超声发射接收电路和回波信号转换电路，包括超声波发射接收电路、回波放大与滤波电路、A/D转换电路等，解决了高频超声检测中出现的发射超声脉冲余波过长从而干扰到脉冲回波接收质量的问题，所设计的超声发射接收电路具有较高的精度和实用性。
1 系统组成
点焊缺陷超声检测系统组成框图如图1所示，该系统由超声波换能器、超声波发射接受电路、回波放大电路、带通滤波电路、模/数转换电路、数字信号处理器TMS320DM642和显示电路等组成。
数字信号处理器TMS320DM642为整个测量系统的核心部件，控制各部分电路协调工作。TMS320DM642发出20MHz的宽带窄脉冲，送给超声波发射电路，经功率放大后产生高电压脉冲加到超声换能器上，从而驱动超声换能器发出超声波;超声波由换能器进入被测工件，经多次反射和投射，产生随时间呈衰减变化的多次超声回波被换能器接收;超声回波信号很微弱，通常只有几十毫伏，且回波信号中伴有噪声干扰，所以回波信号需要经过放大和滤波处理后方可送至A/D转换电路，转换为数字信号;数字信号处理器实时采集和存储A/D转换电路输出的信号，信号采集完成后，TMS320DM642调用点焊缺陷检测算法程序，对回波信号进行处理后得出被测工件缺陷特性;最后将重要的处理结果进行存储或送至显示电路。
2 硬件设计
2.1 超声波发射与接收电路
为了获得良好的激发超声波，设计了一种新型发射电路，利用储能电感在瞬时放电过程中产生脉冲高电流的原理对超声波换能器进行激励(见图2)。可通过调整电感参数以及控制信号的频率，以达到换能器的共振频率。该电路无需高压供电，既减小电路体积，降低电路成本，也消除安全隐患[2]。
在电感式超声波发射电路中，场效应管Q为开关元件，电感L储能形成触发脉冲，不需要提供直流高压。当输入到Q的脉冲为正时，Q导通，Q相当于一个小电阻，与电阻R1、电感L串联，和低压电源一起构成回路，L中的电流快速上升进行储能。当输入到Q的脉冲为负时，Q的栅极置低，Q迅速关断，L、C1、R2组成谐振电路快速放电，在电阻R2上形成高压触发脉冲，可达到数百伏。D1和D2起单向开关作用。D3为稳流二极管，恢复速度快，防止电压电流突变。
接收电路由R3、C2、D3和D4组成，反向并联的两只二极管D3和D4起钳位作用，防止高压发射脉冲进入接收电路。超声波回波在换能器上产生的信号为几十毫伏级电压，因二极管的导通压降为几百毫伏，因此，对回波信号不起作用。
2.2 转换电路
在超声波检测系统中，高频超声波在材料内部传播，经多次反射，声能衰减很大，多次回波信号强度微弱。此外，回波信号通常会受到大量信号的干扰，包括外界固有目标的干扰、移动目标的周期和随机干扰、模拟电路本身引入的干扰等。因此，转换电路必须有较强的功放能力和对干扰信号的抑制能力。转换电路主要包括信号放大、滤波、模/式转换电路等部分。
信号放大电路如图3(a)所示。集成运算放大器选为AD8065：输入阻抗1000GΩ，转换速率180V/μs，增益带宽为145MHz，噪声系数7.0nV/姨Hz，共模抑制比达-100dB，温度范围宽[3]，满足设计要求。整个信号放大电路增益要求在100dB以上，起到阻抗匹配、回波信号放大等作用。在超声波接收电路接收的信号中，除了超声回波外，还伴有杂波和干扰脉冲等环境噪声，而前端放大电路放大有用信号的同时，也将一部分的噪声信号放大了，这就需要带通滤波电路，如图3(b)所示。
根据设计要求，需要在滤波电路与微处理器之间设计模/数转换电路，将滤波电路输出的模拟信号无失真地转换成可为微处理器接收的数字信号，模/数转换电路如图4所示。其中，A/D转换器选为AD9050-60：可选5V供电，采样速率60MSPS，输入带宽100MHz，分辨率10位[4]。微处理器选为高速数字信号处理器TMS320DM642-720：主频720MHz,32位内部定时器时钟频率90MHz，通用数据通道16位[5]，以满足设计要求。
3 结束语
一般超声发射电路发出的脉冲都不是理想的，都有脉冲余波。本文所设计的超声发射接收电路为收发一体式电路，对被检测焊点进行近表面检测时，接收电路接收的脉冲回波与发射脉冲之间的时间间隔很短。一方面，要求电路能够发射高频窄脉冲，否则较宽的发射脉冲会干扰到回波脉冲，产生混叠，使检测无法实现;另外，即使发射电路能够产生高频窄脉冲，但发射电路产生的脉冲余波较长，即拖尾现象，将难以避免回波脉冲受发射波的干扰或实现较高精度的测量。
本文设计了低压电源驱动的超声发射电路，实现发射脉冲有较短的余波;基于高速数字信号处理TMS320DM642，选用了集成运算放大器AD8065、A/D转换器AD9050-60等功能匹配的高速器件，设计出集超声波发射、接收、信号放大、信号滤波、模/数转换和信号处理等功能的高频窄脉冲超声波发射接收电路，实现了高频超声波的发射与接收。所设计的超声发射接收电路具有较高的精度和实用性。
参考文献
[1]赵欣,钱昌明,陈关龙等.车身点焊接头虚焊缺陷的超声快速识别[J].焊接学报,2006,27(11):17-20.
[2]孙凌逸,高钦和,蔡伟等.低压电源驱动的超声波发射接收电路设计[J].仪表技术与传感器,2010(10):77-78.
[3]AD8065 Data Sheet[DB/OL].http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8065_8066.pdf.[2010-08].
[4]AD9050 Data Sheet[DB/OL].http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/A/D/9/0/AD9050.shtml.[2010-02-18].
[5]TMS320DM642 Video/Imaging Fixed-Point Digital SignalProcessor[DB/OL].http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/tms320dm642.pdf.[2010-10-12].
调频发射电路分析 篇2
该电路由三级组成, 即调频振荡级、隔离放大级和功率放大级。调频振荡级主要完成振荡信号的产生以及频率调制, 由Q1级承担;隔离放大级放大调频振荡信号, 由Q2级承担;功率放大级完成调制信号的功率放大, 最后由天线发射出去, 由3Q级承担。如图1所示。
一、调频振荡级分析
1. 元件介绍
R1为上偏置电阻, R2为下偏置电阻, 两电阻分压为振荡管1Q提供基极偏置电压, 使1Q工作在放大状态, R3为Q1集电极供电电阻, 同时也是Q1集电极负载, R4为Q1发射极电流负反馈电阻, 用来稳定Q1的静态工作点。C1为旁路电容, C2、C3、C4、C51、L1、变容二极管D1以及Q1组成西勒振荡电路, R5为隔离电阻, 用来减少振荡信号与调制信号的影响, C6为高频滤波, 用来过滤调制信号中的高频干扰信号, C7为耦合电容, 把调频振荡信号耦合到Q2的基极。
2. 直流分析
通电后, 1Q得电后导通, 直流通路为:
3. 直流负反馈的原理
假设由于温度升高引起Q1的集电极电流IC升高, 有了电流负反馈电阻R4后, 会自动降低IC, 原理如下:
4. 交流分析
(1) 西勒振荡电路模型
C2、C3、C4、C51、L1、变容二极管D1以及Q1组成西勒振荡电路, 变容二极管D1的结电容为Cj, Q1输入分布电容为Ci, 输出分布电容为Co。我们先分析该电路的起振相位条件, 使用瞬时相位分析法。假设输入Q1 b极信号为正, 则Q1 c极信号为负, 加在C2右端信号为负, C2左端信号为正, C3右端信号为负, C3左端信号为正, 于是, 反馈到Q1 b极的信号为正。这样, 符合交流正反馈的条件, 该电路能正常振荡。
该振荡电路的振荡频率 , 其中, 正常电路设计情况下, C2, ≫C4, C3≫C4, 忽略分布电容, 所以, 。
(2) 振荡频率变化分析
变容二极管的结电容为Cj, 则Cj对主振回路的接入系数 , 如果调制信号引起的结电-容变化为ΔC, 振荡频率为f, 那么引起主振回路的电容变化量为p2×ΔC, 这时造成的振荡频率变化为Δf, 且 , 其中CΣ为主振回路的总电容, 且 , 负号表示ΔC与Δf的变化相反。在该电路中, 由于C5较小, Cj较大, 接入系数p≤1, 于是Δf≈0, 表明变容二极管的结电容的变化对振荡频率影响较小。又根据频率稳定度 , 可知很小, 所以该电路能提高频率稳定度。要得到足够的频偏, 也就要使变容二极管的结电容变化较大。解决的办法是对变容二极管不加反偏压。在不加反偏压时可获最大电容变化量。由于无外加偏压, 避免了由偏压变化引起的频率漂移, 同时简化了电路。当然, 这样做, 也有不足之处, 那就是只有在小信号情况下是可行。因为大信号情况下, 只要载波叠加调制信号的瞬间信号足够大, 就会引起D1正向导通, 阻抗降低, 引起失真。
(3) 调频原理
调制信号通过R5加到变容二极管D1的反偏端, 用来改变D1的反偏电压, 从而改变D1的容量, 最终改变振荡频率。由于调制信号在变化, 所以振荡频率也随着变化, 实现调频。
二、隔离放大级分析
1.元件介绍
Q2为隔离放大管, 隔离主要指减少功放级对振荡级的影响。R6提供Q2的基极恒流偏置, R7为Q2发射极电流负反馈电阻, 同时也是信号的负载, C8为信号耦合电容。
2.直流通路分析:
3.交流分析
调频振荡信号经过C7耦合到Q2的基极, 经过Q2放大后, 从发射极输出, 然后再通过C8耦合到功放管Q3的基极。在这里, 电路采用了射极跟随器的形式, 提高了带负载的能力。同时这一级电路主要是隔离作用, 隔离主要指减少功放级对振荡级的影响, 因为如果直接用Q1直接驱动功放会造成频率输出级对振荡级的牵制甚至自激。
三、功放级分析
1. 元件介绍
Q3为功率放大管, R9、R8分别为Q3的上、下偏置电阻, 为Q3提供基极偏置电压, Q3的工作状态为甲乙类。C9、L2组成谐振回路, 谐振于载波频率, L2、L3起信号耦合作用, L4、C10谐振于载波频率, 天线可等效为一个纯电阻。 (假定天线为1/4波长的条件下) 。
2. 直流通路分析
3. 交流分析
高频发射电路 篇3
关键词：天调网络,高频回馈,吸收单元,阻塞单元,带通滤波
一、前言
国内中波广播发射台往往同时承担着多个中波频率的播出任务, 一个台有多副天线工作, 各天线之间的距离一般在几十米到几百米, 由于中波天线的有效高度高, 天线之间的距离又比较近, 发射天线将感生出较高的射频信号, 包括本台其他天线发射出来的广播信号, 这些信号由铁塔通过连接铜管、天调网络、馈管进入发射机形成高频回馈。高频回馈是每个中波发射台不可忽视的问题, 特别是在中波广播发射台已基本实现固态化以后, 这个问题就显得尤为突出。
二、高频回馈的危害及表现
(一) 高频回馈的危害
中波广播固态机的高频末级采用多个插入式功率模块通过合成变压器将功率合成输出, 功放模块由多个MOSFET场效应管组成桥式电路, 工作在丁类开关状态。这种结构存在一个固有弱点:当天线感应到大功率高频回馈信号时, 模块中的场效应管容易发生过流、过压, 使管子功耗过大, 瞬间损坏大量的场效应管。当回馈严重时, 由于本机激励与外界回馈电压相叠加, 会使欠激、过激监测电路难以正常工作;另外一方面, 回馈电压过大时将使驻波比监测电路报警与动作, 机器瞬间关断或自动关机, 造成播音缺字或中断[1]。
(二) 边带反射与高频回馈的区别
边带反射是指天线阻抗经天调网络调配后在载频处能比较准确地达到馈线波阻抗, 但在上下边频处, 尤其是高音频调制时的上下边频处, 会偏离载频处的调配值, 由此而产生反射。其主要表现在发射机开在载频时一切正常, 但在节目播出时, 反射电压和反射功率随着音频信号摆动, 且摆动幅度随音频频率升高和调幅度的增大而增大。
高频回馈的主要表现为当台内只有本频发射机工作时, 发射机工作一切正常, 当邻频发射机开启时, 主频发射机反射电压和反射功率随之升高, 严重时会出现射频包络亮红灯, 天线驻波比和网络驻波比红灯闪烁, 发射机降功率, 直至关机保护。
三、高频回馈的分析与测量
中波发射台一般为多频率播出, 各发射机的功率, 天线的高度和形式都不尽相同, 因此各频率发射机对于台内别的发射机造成的高频回馈都不尽相同。通过我们收集的数据发现中波广播发射台受地域等各种原因限制, 各发射天线之间的距离不可能太远, 大多在几十米到几百米之间, 而中波广播的波长约在187米-561米, 所以, 一般来说, 中波发射台的发射天线都是处于本台其他发射频率天线的中间场中, 所以高频回馈的精确计算比较复杂。在我们的实际工作中, 一般采用拉弧法和测量法来进行分析。
(一) 拉弧法
拉弧法是一种直接观察法。具体的做法是, 发射台内所有发射机停机后, 在本频发射机的天调室内, 依次满功率开启本台邻频发射机, 用天调室内的地钩触碰天线馈电点的铜管, 进行拉弧, 观察弧光的大小, 来判断是否要对该频率进行滤除。弧光越亮表示高频回馈越强, 蓝色的弧光比红色的所表明的高频回馈更强。拉弧法简单易行, 但是弧光的大小没有一个量化的标准, 需要依靠维护人员的经验来判断是否要进行高频回馈的滤除。
(二) 测量法
高频回馈的能量, 由天线接收, 然后沿天调网络向发射机方向传输, 因此可以建立以下模型:
图1中ui代表由天线接收下来的高频回馈信号, uo为整个天调网络输出的高频回馈干扰电压, R+j X为天线在干扰频率上的内阻。R1+j X1为从网络口向发射机方向看过去的阻抗, 这个阻抗数值的理论推算很复杂, 可以通过实验方法间接测量得到R1+j X1, 具体做法如下:
1. 在发射机关机的情况下, 断开发射机与传输电缆的连接, 改接50欧姆纯阻作为发射机的负载。
2. 断开发射机功率合成变压器次级与机柜调配网络的连接, 用阻抗分析仪 (或阻抗电桥) 在合成变压器次级点往外测量, 得到合成变压器的实际负载r (一般还带有小的容性虚部) , 因为丁类功放桥的效率大约90%, 所以推算出合成变压器次级的输出等效交流阻抗为。
3. 用阻值为的金属膜电阻接在发射机输出网络与合成变压器次级的连接点与地之间上, 做为合成变压器的次级内阻。合成变压器次级与发射机输出网络点依然断开。
4. 然后恢复发射机与传输电缆的连接, 同时断开传输电缆与天调网络的连接, 从传输电缆的天调网络室端往发射机方向用阻抗分析仪测量各干扰频率及其附近频率的阻抗, 就得到了图中所需的R1+j X1。
把图1的所有模型数据输入到电路仿真软件, 就可以用软件示波器测量得到ui和uo的关系。应注意R+j X为天线在相应的邻频上的阻抗。ui也可以通过实际测量获得———断开本频天线与网络的连接, 用示波器挂在天线端口上, 然后开启本台其他频率发射机 (不加调制) , 此时示波器上的电压读数即为ui。
经验表明, 对于3KW发射机, 只要使u0<20Vpp就可以达到比较满意的滤除高频回馈的效果。如果效果不理想, 可以通过改变图1中的“阻抗匹配部分”和“抑制高频回馈部分”的电路形式和参数, 重新用仿真软件进行检验, 直到获得满意的效果。对于其它功率等级的发射机, uo的参考值可以按3KW机的数据, 根据电压与功率的关系进行推算。
有条件的发射台也可以通过场强测试仪, 测得天线处的场强, 并查表得到天线的增益G, 然后通过, 求得天线接收到的高频回馈的能量进行分析[2]。
另外, 也可以将设计的调配网络输入电脑通过仿真软件对邻频衰减量进行仿真分析, 通过大量的实例分析, 在实践的基础上, 我们也总结了一个简单易用的参考模型, 即中波天线调配网络对邻频高频回馈最小衰减量的要求具体可表示为:
12+10lg (P1/P0) +40lg (λ/2r) (天线距离小于半波长) 或
12+10lg (P1/P0) -20lg (r/2λ) (天线距离大于半波长)
其中P1为邻频干扰发射机的功率, P0为本机功率, λ为邻频频率。
四、高频回馈抑制的具体电路形式及分析[3]
高频回馈抑制常用的解决方法有:并接于网络中的串联谐振滤波器 (吸收单元) 、串接于网络中的并联谐振滤波器 (阻塞单元) 和带通滤波器三种方式, 具体形式如图2所示。另外, 防雷网络中的L0也对高频回馈有广谱抑制的作用。
(一) 并接于网络中的串联谐振滤波器 (吸收单元)
吸收单元的基本模型如图2 (a) 所示, 发射机工作频率为f1, 干扰频率为f2。L、C串谐于干扰频率, 吸收回路的电压与电流的关系如下:
吸收单元的I的选择很关键, I越大, 滤波效果越好, 由上式可以看出IL与L成反比, IL越大, 则L越小, 增大边带反射和载波损耗可能性就越大, 当所吸收的频率很接近载波频率时, L的取值要尽可能大, 否则载波能量损耗和边带反射都会很大。
在实际应用中经常在吸收单元电路的两端并联一个电抗元件, 并联后的电路在本频上呈并联谐振状态, 对网络阻抗匹配状态的直接影响被消除。如果需要使用多个吸收单元, 则可共用一个并联电抗元件, 其原理是一样的。
(二) 串接于网络中的并联谐振滤波器 (阻塞单元)
阻塞单元的基本模型如图2 (b) 所示, 发射机工作频率为f1, 干扰频率为f2。阻塞单元中L、C并谐于干扰频率, 阻塞单元的并谐阻抗可表示如下:
在阻塞单元的设计中, L、C的并谐阻抗大小的选择是关键, 决定着阻塞网络的阻塞效果好坏。C我们一般采用的是高频低损耗电容, 一般来说, 其Q值远高于电感, 那么并谐阻抗主要取决于电感量L及其Q值大小。电感元件的等效并联电阻越大, 阻塞的效果就越好。但是, 当阻塞频率与载波频率很接近时, 就要考虑牺牲一定的阻塞效果, 来保证网络的通带特性。这时, L取值就要尽可能小, 否则L、C的载波环流会很大, 不仅增加损耗还很不利于载波边带发射的抑制。
在实际应用中, 经常采用一个电抗元件与阻塞单元电路串联, 在本频上呈串联谐振状态, 以消除对网络阻抗匹配状态的直接影响。
(三) 带通滤波器
图2 (c) 所示为二阶带通滤波器原型, L1、C1和L2、C2分别串谐和并谐于载波频率, 所以在载波频率下其存在没有任何影响, 不起衰减作用。当频率离载频越远时, 串臂L1、C1呈现的电抗值越大, 其分压作用越明显, 同时并臂L2、C2的分流作用也越大 (远离并谐的大阻抗状态) , 因此衰减作用越大。选择带通滤波器的通带特性, 应考虑发射机频率特性的要求, 即要有一定的带宽;选择其阻带特性应满足被阻频率需达到一定的衰减量。
图中R1为网络源阻抗, R2为网络负载阻抗, 这里R1=R2=R, ak为网络元件标称常数, 可查表获得, 各元件的计算式为:
带通滤波器的阶数越高时, 元件数越多, 通带更趋平坦, 阻带衰减更陡, 但是, 阶数越高, 在调配网络中, 元件伏安量普遍较大, 元件相互之间有影响, 调试难度也加大, 所以通常用二阶带通, 而实际上还要根据发射机的输出功率, 计算出各元件的电流电压及伏安量。若遇到并联回路元件的电流过大时, 还可变更L2来加以调节, 如图 (d) 所示。在L2上多加一个抽头, 以升高输出电压来减小电流。因为功率是恒定的, 电压越高电流就越小[4]。
注意串臂和并臂的位置一定要按图2 (c) 所示安放, 否则起不了应有的作用。元件取值上L1越大、L2越小, 带通效果越好, 但引起边带反射增大的副作用也越明显。
(四) 高频回馈滤波网络的选择
高频回馈滤波网络的选择应的综合台内的实际播出情况来考虑, 如果台内或机房各播出频率间隔小, 天线距离又近, 干扰强度大, 则可考虑使用吸收单元或阻塞单元进行分别滤除, 在实际应用中, 吸收单元或阻塞单元的总数最好不要超过4个, 否则很难保证边带反射不超标。如果干扰频率个数较多, 且都与工作频率间隔较远, 干扰强度不是很大, 则可考虑使用二阶带通滤波器或利用阻抗匹配电路的高通或低通特性给予集中滤除。高阶带通滤波器使用的元件多, 调整起来相互影响大, 不推荐使用。
如果台内的播出情况比较复杂时可考虑两者结合应用, 用谐振滤波器滤除个别频率, 用带通滤波器将其余频率都给予必要的衰减。
值得一提的是, 防雷电感L0位于网络的最前端, 采用微亨级的电感接入, 降低了天线体本身的对地阻抗, 有利于提高抗干扰 (高频回馈) 能力。它是一种对很多频率都有效的抑制高频回馈的措施, 因此合理的选择L0提高网络的高频回馈的抑制能力。但其抑制效果不如陷波网络和阻塞网络[5]。
(五) 防高频回馈部分在天调网络中的位置
“防高频回馈部分”最好安排在最靠近传输线接口处, 就是考虑到最大限度地减少边带反射。因为防高频回馈的具体办法主要是使用带通滤波器、吸收单元或阻塞单元, 它们的存在都会使电路中的电抗随频率的变化更加激烈, 从而减小电路带宽、增大边带反射。它们如果被放在“阻抗匹配部分”之前, 靠近天线位置, 那么其影响大多会被进一步放大。
五、实例分析
以厦门广播电视集团发射中心201台后滨机房为例, 共有两副T型天线, 三个频率播出, 由于环境所限两个天调室的直线距离只有约80米, 天线距离小于机房任何一个播出频率的1/2波长。这两副天线所担负的发射频率、波长、额定功率和根据本文上述方法计算天线调配网络对邻频干扰的最小衰减量的要求, 具体如表一所示:
以1107KHz天调网络为实例进行分析, 先不考虑对高频回馈的抑制, 进行1107KHz天调网络的设计, 得到图3所示网络。
将该网络输入电脑, 用multisim软件进行仿真, 分别进行阻抗特性及传输特性仿真测量, 结果如图3所示:
从仿真结果可以看出, 当f=603KHz时, TPG=-17.15db, 当f=1557KHz, TPG=-29.59db, 频带宽度=±7KHz (驻波比S<1.2) , 从仿真的结果看, 网络对603KHz的邻频干扰的抑制没有达到要求, 在实际应用中我们也发现, 使用图3网络, 在1#机播音过程中, 如开启603KHz发射机, 1#机反射功率升高, 射频包络和天线驻波比亮红灯, 显然仿真结果与实际情况相符, 所以应在1107KHz天调网络中加入对603KHz的高频回馈抑制。
选择在原有的天调网络上加上603KHz的吸收网络, 并将吸收网络放在网络最靠近馈线端, 以最大限度地减少边带反射, 吸收网络在本频呈现感抗, 在其两端并联电容, 以消除其对网络阻抗匹配状态的直接影响, 如图4网络所示, 重新对新网络进行仿真, 结果如图4所示。
从仿真结果可以看出, 当f=603KHz时, TPG=-83.9db, 当f=1557KHz, TPG=-30.69db, 频带宽度=±7KHz (驻波比S<1.2) , 频带宽度不变, 网络达到设计要求。实际投入运行后, 发射机工作正常, 各指标达到要求。
试着将603KHz的吸收网络的位置稍做调整, 放置于稍靠近天线端, 如图5网络所示, 重新对新网络进行仿真, 仿真结果如图5。
从仿真结果看, 结果出现了双峰, 虽然网络对603KHz和1557KHz的衰减量达到了要求, 但是网络在734KHz左右出现了一个小峰, 其TPG=-1.186d B, 网络的带宽也变窄, 频带宽度=±6KHz (驻波比S<1.2) , 由此可见, 吸收单元放置的位置改变对网络调配参数的影响。
六、结束语
高频回馈在多频率播出的中波广播发射台不可避免, 威胁着安全播出, 通过建立电路模型对高频回馈进行量化分析, 选择合适的解决方案能将危害降到最小。在实际工作中, Multis im仿真软件作为高频回馈分析和解决的辅助工具, 其运用能大大减轻调配网络调试的工作强度和难度。
参考文献
[1]吕丽.中波PDM全固态发射机高频输出网络以及对天调滤波网络抗雷和滤除杂频的考虑 (上) [J].广播与电视技术, 1997 (10) .[1]吕丽.中波PDM全固态发射机高频输出网络以及对天调滤波网络抗雷和滤除杂频的考虑 (上) [J].广播与电视技术, 1997 (10) .
[2]克劳斯 (Kraus, J.D.) , 等.天线[M].3版.北京:电子工业出版社, 2008:19-37.[2]克劳斯 (Kraus, J.D.) , 等.天线[M].3版.北京:电子工业出版社, 2008:19-37.
[3][4]吕丽.中波PDM全固态发射机高频输出网络以及对天调滤波网络抗雷和滤除杂频的考虑 (下) [J].广播与电视技术, 1997 (11) .[3][4]吕丽.中波PDM全固态发射机高频输出网络以及对天调滤波网络抗雷和滤除杂频的考虑 (下) [J].广播与电视技术, 1997 (11) .
高频发射电路 篇4
ERBE ICC80高频电刀具有80 W的输出功率, 可以满足许多小手术的需要。切割控制系统能够保证高质量的切割, 具有柔和电凝、强力电凝、双极电凝等功能。与其他的ICC系列电刀一样, 该款电刀的保养维修都很容易。我院最近有2台ERBE ICC80高频电刀出现故障, 现将其维修过程介绍如下, 供参考。
1 ERBE ICC80高频电刀基本电路分析
ERBE ICC80高频电刀是用交流低压供电的方式来给电刀主板供电的, 电刀在电源方面设计简单, 220 V交流电源由圆形变压器直接变化为2组交流电压 (91.9和20.6 V) 给电刀主板供电:91.9 V用来供给电刀高压电路, 20.6 V用来供给电刀主板上的控制电路。ERBE ICC80高频电刀基本电路如图1所示。
1.1高压电路分析
91.9 V电压经过MB1整流C10滤波变为130 V的直流电压给电刀功率放大电路供电, 即是电刀上的高压。
1.2 功率控制电路
功率的大小均由T3的输出来控制, LT3524的14脚为功率调整输出控制端, 14脚驱动T2然后经过R21、R22控制T3, 从整体来看, LT3524的14脚的电压发生变化会影响到电刀的功率输出。
1.3 功率放大电路
功率放大电路主要由变压器UE3和功放块BUZ31组成。基本流程为:130 V的直流电压在T3的输出下经过L1C27滤波变压器初级线圈到功放块T9, 再经过R64形成回路, 变压器的次级输出由C54、C55形成高频输出。
1.4 功率输出电路
输出电路主要由2个继电器REL1和REL2组成, 其中REL1用来控制双极输出, REL2用来控制电刀切功能和凝功能的输出。
1.5负极板及手柄检测
图1中J12外接负极板回路, 变压器UE2用来探测负极板是否连接上, 以确保电路的安全。J13外接电刀手柄, 变压器UE1用来探测切或凝功率输出选择。当按下“切”时, 变压器UE1的次级电压加载到IC22的光耦上, 迫使光耦导通, 把检测信号送给主程序;同理, 按下“凝”时, UE1次级电压加给IC22, 迫使光耦导通, 把检测信号送给主程序。另外, 1脚和2脚短接为切功能, 1脚和3脚短接为凝功能。J14外接双极, 双极工作时由继电器REL1直接控制输出。如图1所示, 变压器UE1、UE2分别为外接附件探测变压器, 用数字万用表测量UE1初级/次级电压为11/5.2 V, UE2初级/次级电压为4/1.9 V, 检测时可以探测信号是否发出。
1.6 5 V低压形成电路
由变压器出来的交流20.6 V经过BR2整流为29 V, 供给L7805和L4962A稳压成2组稳定的5 V电源。
2 典型故障与排除
2.1 故障一
2.1.1 故障现象
开机后负极板连接不上。
2.1.2 故障分析与排除
维修时, 电刀负极板连接不上的故障较为常见, 此故障大多是由于电刀负极板的导线、插座接触不良, 负极板与导线连接夹子夹的不紧以及电路故障等造成[1]。更换新的负极板及导线, 如故障依旧, 则打开机器外壳查看负极板插座是否插好。如果经上述检查后故障依旧, 则可确定为电路故障。经排查, 发现UE2变压器发热, 拆下更换后故障排除[1]。
2.2 故障二
2.2.1 故障现象
开机没有反应。
2.2.2 故障分析与排除
先检查外接的熔断丝是否断裂[2]。若外接的熔断丝完好, 则怀疑故障出在主板上。检测主板上的熔断丝是否断裂以及主板上的5 V电压是否正常。一般情况下, 电刀屏幕不亮说明电刀主板没有5 V低压。检查5 V电源电路, 拆下主板测量稳压元件是否损坏。加电测试输入电压有电, L4962A输出电压偏低, 更换后故障依旧。怀疑输出滤波电容失效, 找到相同容量的电容试验后开机, 故障排除[2]。
2.3 故障三
2.3.1 故障现象
开机后报错, 故障为主板故障, 常见报错故障代码为“C10、C11、C12”。
2.3.2 故障分析与排除
ICC80高频电刀的主板故障一般是比较容易修复的。主板上有2个保险, 分别为给主板高压供电保险和给主板5 V电路供电保险。检测时可以先排查保险故障。在电路中测试如F1保险断开, 机器就会出现开机后屏幕不亮且没有任何反应的情况, 维修主板时需注意。
维修主板前, 先查看主板上的2组供电电源是否正常, 然后再查看报错代码。ICC80高频电刀使用时如果电压不稳, 容易报错“C12”。此时故障一般为电刀主板高压电路没有电压。维修时可以检测功率输入电压, 根据电压的走向排除故障。
高频电刀维修时有80%的故障是功率电路故障。若输出功率管损坏, 更换即可。该主板上功率管击穿或功率电路没有工作时, ICC80高频电刀会出现“C11”故障。出现该故障时先检测功率管是否损坏, 再检测功率管及外围电路等有无故障, 排除即可。
ICC80高频电刀功率控制电路损坏时还报错“C10”。维修时先测量或直接更换高压驱动管, 若更换后故障依旧, 则从图1中查找BDF54F管T2的1脚电压, 顺着1脚的电压来源排查T2及LT3524的2个驱动管, 排查更换后故障即可排除。
3 小结
ERBE ICC80高频电刀根据图1的电路图排除故障。维修时分为高压部分和低压部分, 一般故障多发生在高压部分, 排查时需检测输入电压、功率管高压、MP4和MP5 2点之间的AC电压, 以确定故障具体部位, 然后再根据绘制的电路图就能很快将故障排除。
参考文献
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高频发射电路 篇5
精密整流电路在交流信号测量和模拟信号处理系统中得到广泛应用。通常在进行电路设计时需要对电路的电压或电流信号进行采样,很多时候采样电路得到的信号为数值较小的交流信号,故需将采样得到的小信号进行精密整流,转换成单向脉动直流信号,从而确定电路的各种电信号参数,保证电路的可靠性和稳定性[1]。在信号处理系统中,弱信号的采集、调节和测量作为系统重要组成部分,主要采用精密整流电路实现,它们被广泛应用在各种不同测量仪器如交流电压表、线性函数发生器、射频解调器、峰值检测器等非线性模拟信号处理电路[2]。
常用精密整流电路主要由运算放大器和二极管组成,该类电路最明显的缺点在于信号翻转过程中,当输入信号过零时,因运算放大器固有的带宽增益积以及转换速率的限制使得整流输出信号产生失真[3]。随着电流模技术的发展,由于其比传统电压模式电路具有带宽和动态范围宽、精度高、速度快等优点[4],在精密线性整流方面得到广泛应用[5]。文献[6⁃8]提出采用运算放大器对电流传输器功能进行精密整流,虽然整流精度提高了,但是由于运算放大器带宽增益限制使得电路工作频率依然较低。文献[9⁃13]提出采用晶体管实现电流镜,场效应管实现电流传输器的功能进行精密整流,电路工作频率较高,但是结构复杂,而且对器件参数匹配要求高,实际应用中较难达到。基于此,本文提出一种基于第二代电流传输器(the Second Generation Current Conveyor,CCⅡ)的精密整流电路,采用电流运算放大器实现CCⅡ模型,输入信号通过CCⅡ转换使电路工作在电流模式,完全克服二极管正向压降,同时采用直流电源补偿二极管导通压降并消除输出偏置。该电路结构简单,整流精度高且频率特性好,仿真结果表明能实现幅值10 m V,频率10 MHz的高频信号精密整流。
1 传统电压模精密整流原理
图1是一种经典的精密全波整流电路,由运算放大器和二极管共同组成[14]。
电路中各电阻满足R1=R2=R5=R6=2R4的匹配关系。当Ui>0时,输出电压Uo=Ui;当Ui<0时,输出电压Uo=-Ui;所以输出Uo=|Ui|。
该电路具有精密全波整流功能,二极管处于运算放大器负反馈回路,由于深度负反馈作用,其正向导通压降以及非线性所带来的误差被有效克服[15]。但是进一步分析发现,该电路对较高频率小信号整流不适用。如图2所示,当输入信号幅度较小时,整流输出信号在过零附近存在失真,而且随着输入信号频率增大,失真越来越明显,当信号频率达到5 k Hz时,输出信号严重畸变,即使采用单位带宽增益大的运算放大器,这种情况依然没有改善。
由仿真结果可以看出,整流输出波形在输入信号极性由负向正变化的过渡时间内失真最严重,即二极管D2由截止到导通的过程。由于二极管在状态转换过程中存在开启效应,需要开启时间对结电容充电使其电压上升达到导通状态[16]。输入信号频率很低时,其开启时间可忽略,整流输出失真度低,当输入信号频率较高时,开启时间不能忽略;同时在二极管由截止向导通过渡期间,运算放大器必须在无限小d V dt信号条件下实现状态转换[2],然而实际运算放大器转换速率不可能满足前面的条件,所以集成运放UA在信号过零附近工作在开环状态而不能保持线性工作模式,输出Uo1产生较强的干扰信号,使整流输出Uo在这段时间内产生失真。可见集成运放的放大作用和深度负反馈只能在一定程度减小二极管带来的误差并不能完全消除,所以考虑采用电流模有源器件的电流传输特性以及直流电源的补偿作用消除二极管导通的影响[17]。
2 改进型电流模精密整流原理
2.1 CCⅡ电流传输器特性
电流传输器概念于1968年首次提出,其综合实现的电流模式电路在带宽、线性度和动态范围方面比电压模式电路具有更大优越性[18]。第二代电流传输器CCⅡ的符号如图3所示,其端口特性可用矩阵方程表示为:
理想的电流传输器Y端口电流为0,X端口电压跟随Y端口(即X端输入电阻Rx=0),Z端口电流跟随X端口电流。X端电流可加电流源直接输入,也可在Y端加电压源间接转换输入,最后在Z端都能接收到全部电流。对于正型电流传输器CCⅡ+有Iz=+Ix;对于负型电流传输器CCⅡ-有Iz=-Ix。
比较典型的集成电流传输器产品是采用互补型双极性工艺的AD844芯片,单位增益缓冲器、电流镜及电流模等新技术的应用使之具有速度快、精度高的电流传输特性[19],并且具有良好的增益频率特性,其带宽增益积可达107量级[20]。
2.2 负型第二代电流传输器实现电路
根据CCⅡ+和CCⅡ-的电流电压关系可得到由两个CCⅡ+实现的CCⅡ-电路[19],那么基于AD844芯片实现的CCⅡ-电路如图4所示。当U1正端口输入正电压时,负端口电流流出,输出端口电流流出,从而U2输出端口电流流入,反之亦然,从而实现负型电流传输。
由AD844实现的CCⅡ-电路频率特性好,精度高,输入信号频率上升到10 MHz时,输出信号依然没有产生失真。
2.3 AD844实现电流模精密整流电路
基于AD844实现电流传输器功能的精密整流电路如图5所示,采用4个AD844可构成两个负型电流传输器,两个直流电压源分别补偿二极管D1和D2的导通电压,使它们保持在临界导通状态,避免了二极管状态转换可能造成的信号滞后或波形失真。直流电流源Io用于消除输入信号零点处输出偏置。电阻Ro将输出端电流还原成电压,调节其阻值可实现整流电路增益调节。
欲使电路工作在高频模式下,D1和D2选择开关二极管1N4148,当电压达到V1=530 m V时开始导通,V2=670 m V后二极管进入线性工作状态,其斜率是导通电阻RD的倒数。要使二极管达到临界导通状态,补偿电压VD应满足V1≤VD<V2。直流电流源Io通过电流传输器U2,U1和U4,U3分别流经D2和D1,直流电流源Io=2ID满足关系0<Io≤2.2 m A。
当输入信号Vi=0时,直流电流源Io分别通过U2,U1和U4,U3流经二极管D2和D1,那么V1-=VD,I3-=Io,Io=0,Vo=0;当输入信号Vi>0时,外加信号电流通过D1,VD补偿D1,则有:
那么:
输出电压:
当输入信号Vi<0时,外加信号电流通过D2,VD补偿D2,则有:
那么:
输出电压:
所以无论输入正信号或负信号都有输出电压,电路实现负向全波整流功能。若输出端电阻Ro采用电位器,增大Ro可对输入弱信号进行放大输出,从而实现整流电路增益调节。
2.4 仿真结果
采用Multisim仿真软件对电路正确性加以验证,并得出电路工作频率特性。直流电压源取0.6 V,二极管D1和D2处于临界导通状态,当输入信号为零时,二极管D1,D2通过电流,U1,U3的负端口电流流出,U2,U4的输出端口电流流入,,由二极管1N4148直流特性曲线可得当VD取0.6 V时,ID=0.5 m A,那么Io=1 m A。当Vi=0时,通过仿真得到直流电流源Io与输出电流的关系如图6所示,可以看出Io=0时,输出端偏置电流为-1 m A,Io=1 m A时,输出偏置为零,随着Io增大,由于二极管端电压不变故其电流保持恒定,输出端电流增加。
提出的精密整流电路直流传输特性仿真如图7所示,可以看到该电路能精确整流幅值为0~160 m V的输入信号,且信号过零附近不存在失真现象。由于输入电阻在二极管导通过程中会随其发生变化,故输出与理想Vo=-k|Vi|存在偏差;当输入信号幅值增大,二极管工作在线性状态时,其导通电阻不变,系数k随之固定。当输入信号峰值低至10 m V时,欲得到单位增益输出信号Ro=523Ω,其不同频率仿真输出波形如图8所示,从仿真结果看出提出的精密整流电路对于频率高达10 MHz的弱信号也能实现精密整流。
3 结语
高频发射电路 篇6
《高频电子电路》是面向电子信息工程、通信工程等专业开设的一门重要的专业基础课，其主要教学目的是为后续专业课程奠定理论和实践基础，在专业课程体系中具有承上启下的作用。学生在学习该课程的时候常常感到困难，究其原因是概念多，电路复杂，采用非线性分析方法，内容抽象，不易理解，并且要求学生掌握的基础知识多。这对学生理解和掌握其电路原理带来了很大困难。《高频电子电路》教学一般分为两大部分同时进行，一部分是理论教学，另一部分是实践教学。在传统的教学模式中，理论教学所占学时远多于实践教学学时。随着电子技术的飞速发展，这种过于侧重理论教学的模式越来越不利于培养学生的创新意识和创新能力。传统的教学方法是教师在前面讲，学生在座位上听，被动地接受知识，基本上是“一言堂”很少有互动，这种教学方法，难以提高学生主动参与、积极探索的兴趣，不利于学生基础知识及基本技能的掌握。鉴于以上考虑，作为教学一线的教师，我积极响应学校的政策，致力于教学改革，探索新的教学模式，初步取得了一些成效。我结合自身多年从事高频电子电路课程教学的实践经验与体会，形成了新的教学模式：理论教学+课程实验+课程设计+技能训练。
2. 新教学模式的具体内容
2.1 理论教学
2.1.1 更新教学理念。
随着高校招生规模的逐年扩大，我国的高等教育已从精英教育转型为大众化教育，教育目标也从培养“高、精、专”型人才变为培养“宽、厚、广”型创新实践人才。为此，我及时更新调整教学理念，注重学生的兴趣培养，尽一切可能树立学生探索创新的意识，引导学生自主学习。例如，在考核模式上，原来学生总评成绩中平时成绩占20%，期末考试成绩占80%。这样的考核方法导致一个很大的弊端，就是学生往往在考试前临阵磨枪，完全是为了应付考试，不能牢固掌握基础知识，给后续学习埋下隐患。为此，我将平时成绩所占份额提高到30%甚至40%，加大实践环节所占分数，从学习态度、实验、出勤、作业等多方面考核，注重整个学习过程，培养良好的学习习惯。
2.1.2 调整课程内容。
随着高校教育教学改革的大力推行，《高频电子电路》课程的学时也不断被压缩。但由于新的技术、器件的不断涌现，教材内容不断更新、丰富。原来的教学大纲立足于分立元件为基本知识单元，注重半导体器件内部工作原理，对所有电路力求讲透彻每一元器件及单元电路的工作原理。这已经不能适应集成电路时代学生学习大量电子新技术、新理论的要求。因此，我研究了国内外相关课程的课程设置和教学大纲，进行了仔细比较，详细研究，扬长避短，制定出新的理论和实践教学大纲。在原有的课程体系上，尽量增加实践教学环节，压缩了理论教学部分所占学时。实践教学环节中既包含与理论教学相关的环节，也包含一系列自成体系的独立环节，实践教学环节在设计上不但与理论教学环节相配套，而且具有一定的独立性，形成实践教学体系。
2.1.3 适当地增删教材内容。
目前电子技术发展迅速，集成电路普及使用。高频电子电路教材的内容在这些方面有些落伍。根据多年的教学实践经验，我认为需要对教材内容作适当的增删。在精选教材的基础上精选内容，对课程内容及时整合。课程内容安排上尽量压缩分立元件电路中过时的内容和分析方法，增加集成电路应用的内容。在学习高频电子电路过程中，应及时对模拟电子技术课的内容及时复习，使学生所学知识能更好地衔接，达到融会贯通的目的，并且课程讲解时应当着重突出基本概念、基本电路的工作原理和基本分析方法，以分立元件为基础、集成电路为主导，将两者有机结合。
2.1.4 精心设计教学过程，在教学过程中大胆尝试采用各种教学方法。
讲授高频电子电路第一次课时，我以无线广播系统为例，以信号流动为主线，介绍广播通信系统的组成框图，讲清将要学习的单元电路在通信系统中的作用，使学生对所学单元电路与广播通信系统的联系有个清晰的轮廓。根据信号从发送到接收流动的顺序，依次学习高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电路、检波电路、反馈控制电路等。这样学生对所学单元电路的应用也一目了然，提高了学习的主动性。
为提高学习兴趣，我开展了讨论式教学，让学生先预习，鼓励学生大胆提出自己的看法，然后围绕问题展开课堂讨论，形成师生间互动关系。最后我根据学生的讨论情况进行归纳整理，并对重点、难点内容详细讲授。讨论式教学可以激发学生的学习兴趣，有助于学生对知识的理解和掌握，同时也有助于对学生分析问题能力的培养。对于一些实际应用电路的讲授，可采取实物教学及现场教学，教师在现场可将理论知识与实际应用联系起来，以激发学生的好奇心，并加深理解、记忆，从而培养学生的观察、分析能力。还可采用设疑法教学，在授课过程中巧妙设置一些疑问，促使学生积极思考，提高运用所学知识解决实际问题的能力。多倾听学生建议，加强与学生的沟通，及时为学生解疑释惑。让学生重视知识总结和现象分析。
2.1.5 与低频电子电路类比归纳教学。
我的教学任务不仅是把“高频电子电路”的知识传授给学生，而且要在教学实践中将自己长期积累的经验传授给学生，教会学生如何学习，帮助学生在原有知识的基础上尽快掌握新知识。学生在学习高频电子电路之前，已经学习了模拟电子技术这门课程。这两门课有千丝万缕的联系，但又存在着本质的区别。我们要找出二者的相关之处，用对比教学的方法找出它们的异同点，让学生尽可能利用已经学过的知识，去学习理解“高频电子电路”的内容。现以高频小信号放大器与低频小信号放大器类比为例。相同点：小信号、都是把非线性电路转换为线性电路;不同点：高频小信号放大器采用Y参数等效电路，采用LC并联谐振回路作为集电极负载;而低频小信号放大器采用h参数等效电路，采用纯电阻R作为集电极负载。
2.1.6 课堂引入仿真技术，使教学方法多样化。
在教学中如何使学生更好更快地学习这门课程及其对复杂调制解调方法进行验证，是一个比较繁琐的问题。利用Labview、Multisim等软件进行仿真是十分有效的方法。这样能使抽象复杂的问题变得直观简单化。在高频电子电路中需要产生大量的连续性周期震荡信号，例如发射机中的正弦载波信号，接收机中的本震信号等，在现实中都需要依靠震荡电路来完成，而在教学中采用仿真软件，在图形化的编程环境下来实现，能得到事半功倍的效果。
2.1.7 充分利用现代化教学手段。
为了进一步搞好理论教学，充分利用现代教学手段实现立体化教学，提高教学效率和教学效果。我利用丰富的网络资源，建设《高频电子电路》课程学习网站，实现网上答疑辅导。网站中包括课程的基本信息和各种资源，学生可以浏览、下载各种资源。教师应熟练运用多媒体教学，激发学生学习的积极性。如将“调制”、“解调”等制作成动画，变抽象为形象，配以生动的讲解，最大限度地吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣。运用多种教学方法和教学手段，激发学生探索的兴趣和潜能，有助于对学生分析问题和解决问题、创新意识和创新能力及实践能力的培养。同时，多媒体教学节省了板书时间，提高了课堂效率，增加了信息量。
2.2 课程实验
理论教学和实践教学是密不可分、相辅相成的，教学中做到二者的融合才能最大限度地提高教育教学质量，取得最佳的教学效果，这种教学模式代表了当今高校教学模式的主流。
“兴趣是最好的老师”，我在做高频实验前，将一个调试好的小型发射和接受系统给学生演示，并让学生参与亲身体验通信系统发射和接受的过程，这样极大地调动了学习积极性。高频电路的实验教学内容是将发射与接收这两个系统进行单元电路分解，分别得到高频小信号调谐放大器，高频功率放大与发射，幅度调制与解调，变容二极管调频与鉴频，晶体三极管混频，自动增益控制，发射与接收完整系统的调试等实验。
我校现有的实验条件，已初步形成了多层次、多结构、多功能实验教学系统。为了提高学生高频电子电路实验的积极主动性，我作了如下改革探索：(1)在实验教学中进行设问。教师设问，全班学生回答;学生设问，教师或全班同学回答。对能正确回答教师提出的问题的学生给予表扬，并在实验考核成绩上有所体现。对那些积极思考并能提出有意义有代表性问题的学生也给予表扬和适当加分。(2)规范实验报告写法，突出实验分析和心得体会部分。以前学生写实验报告普遍照抄实验指导书，实验报告质量不高。现在要求学生重点突出实验分析和心得体会部分，把实验课中所学的知识条理化，就实验现象结果和存在的问题，深入分析，查找资料寻求合理的理论解释，实现理论联系实际。(3)倾听学生建议，加强与学生的双边互动。把握学生的实验操作情况，困难所在，针对学习有困难的学生进行个别辅导。
进行完理论学习和做完大纲规定的必做的实验项目后，教师可在开放实验室里，根据课表与教师预约实验时间，安排一些内容稍难的选做实验，满足学有余力学生的要求。如高频电路开发实验，在模块实验的基础上培养学生设计和开发单个电路的能力，通过动手搭电路，掌握调试和排除故障的方法。创新实验室还可组织学生利用实验室的仪器、设备搞一些小设计、小发明等，给学生创造培养和发挥个性特长的条件。这样在教师的指导下，学生自己动手做实验、自己动手操作，不断提高自身的实践创新能力，达到理论教学和实践教学的完美融合。
2.3 课程设计
“高频电子电路课程设计”是在进行完理论学习之后集中时间安排学生进行的较综合的训练环节。该环节是教师提出系统的设计目标，学生利用所学知识，使用相关的实验装置或软件进行设计，加深对所学专业知识的理解，使专业知识由浅入深的综合运用的实践过程。其目的是使学生较系统地掌握电子系统设计过程的选题、立项、方案论证、电路设计、电路实现、总结报告、文档整理等全过程。通过课程设计，学生可以理论联系实际，将理论课所讲述的内容及时有效地应用于实践，能提高利用本专业知识解决实际问题的能力，促进理论与实践的相互融合。
课程设计题目一般由指导老师给出，也可学生自己选题，但要做到题目难易适中，与高频电子电路课程内容联系紧密，保证一定的工作量。课程设计题目可以一人一题，也可每小组(2—3人)一个题目。设计时间一般为两周，要求学生按时完成硬件电路设计、软件电路设计、设计报告、答辩等环节，有余力的学生可以到创新实验室去完成电路焊接和调试等。我尤其重视撰写总结心得部分，因为这个部分是对两周设计内容的归纳总结的过程，是使知识条例化系统化的过程，最能体现出每个学生在课设过程中的收获。因此总结心得部分是对学生考核的重点。课程设计答辩也是必须的步骤。通过答辩能看出每名学生掌握情况、理解程度、概括能力、表达能力等，答辩情况是学生课设情况的客观反映，据此给学生一个最合理的考核结果。
2.4 技能训练
本环节要求学生能联系实际进行系统的搭建，其具体过程是，首先教师将训练题目给学生，然后通过组成框图分析原理图，仿真分析设计、参数计算，最后组装硬件电路并调试。
我以学校的电工电子实验中心为基地，让学生进行为期2至3周的技能训练，培养学生的实际操作能力，增加电工电子实训常识。根据理论课程的授课计划，我先后安排了电子专业认识实习(让学生熟悉电子元器件及生产流程、工艺方法)、电子技能训练一(让学生结合计算机设计安装简单的电子电路)、电子技能训练二(让学生掌握复杂电子电路的安装、调试和故障检修)、电子系统训练等训练类实践教学课程。例如：学习完高频电子电路课程，就进行相应的工艺训练，学生在教师指导下独立完成一台收音机的原理分析、焊接、组装、调试等全过程。
在本环节训练中，为提高学生的实践操作能力，我特别重视培养学生排除故障的能力。如果组装硬件电路一次性就达到了指标要求，学生往往异常高兴，沉浸在成功的喜悦中，不再深入分析，收获甚小。当电路出现故障或者没有达到预期目标要求时候，就要让学生反复分析调试来排除故障，自行排除故障的过程最能学到知识。因此，教师介绍常见故障的排除方法后，应鼓励引导学生自行排除故障。采取这种做法后，学生自行排除故障的能力大大提高，同时也克服了依赖老师的习惯。
教师可通过遥控门铃、收音机(插件和贴片的两种)、电视机等电子产品的组装和调试，对学生进行必要的职业技能训练，电子系统创新设计，按电子大赛参赛要求进行训练。鼓励学生参加国家职业技能鉴定和考试，获取国家职业技术等级证书。我校加大了实验设备的投入，购置了先进的实验仪器设备，改善了实践教学条件，兴建了教学电子设计自动化实验室，让学生走近创新实验室参与电子电路设计，能学习到、接触到学科的前沿知识，充分满足学生的求知探索需求，极大地激发了学生的学习兴趣，系统地培养了学生的实践创新能力。
3. 结语
几年的教学实践证明，学生对《高频电子电路》的兴趣与日俱增，对理论知识的理解进一步深入，实践动手能力和分析问题、解决问题的能力进一步提高。我校学生在全国电子设计大赛中多次获奖。为了适应电子技术的飞速发展，为了进一步提高我校教学水平，我会再接再厉，不断地在实践中探索，为促进我校的教学质量工程建设贡献力量。
摘要：根据高频电子电路在电子行业的基础作用和越来越突出的重要性, 本文作者结合本校《高频电子电路》的教学现状和自身教学的经验与体会, 介绍了本课程在教学形式、内容、方法上进行的改革, 提出了新的教学模式:理论教学+课程实验+课程设计+技能训练。实践证明, 新教学模式调动了学生学习积极性, 提高了教学质量。
关键词：《高频电子电路》,教学改革,教学模式
参考文献
[1]张松华.基于LabVIEW的通信电子线路实验仿真[J].仪表技术, 2009, (4) .
[2]黄成玉.高等教育中实践教学体系的建立及其保障机制[J].华北科技学院学报, 2007, (3) .
[3]陈建良.“通信电子电路”教学改革与实践[J].中国冶金教育, 2007, (4) .
高频发射电路 篇7
一、高频PCB布局
布局操作在整个PCB设计中是很重要的,布局是布线操作的基础,要达到完美的元器件布局,设计人员就需要从电路工作特点和走线的角度来思考元件的布局。Protel 99SE有自动布局的功能,具有集群式和统计式布局二种功能,但它并不能完全满足高频电路的工作要求,设计人员还需从P C B的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰)、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑布局,只有这样才能有效地提高PCB的寿命、稳定性、EMC(电磁兼容),才能使得布局更加完美。
对于高频电路的布局,设计人员应首先考虑对那些与结构紧密配合并且位置固定的元器件(例如电源插座、指示灯、连接件和开关等)进行布局,之后对线路上的特殊元件进行布局(例如发热元件、变压器、芯片等),最后对一些小器件进行布局。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而尽可能降低信号线的交叉干扰。
1、机械结构方面
电源插座、指示灯、连接件和开关等都属于此类元器件,都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与P C B之间的接口放到PCB的边缘处,与PCB边缘要的距离一般不小于2 m m;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。质量超过15g的元器件应当用支架固定,又大又重的元件不宜直接安放到PCB上。
2、散热方面
大功率管、变压器、整流管等发热
高频电路在PCB设计中的特殊对策
李雪东朱运航湖南信息职业技术学院
The Special Schemes of High Frequency Circuit in PCB Design
Li Xuedong,Zhu Yunhang Hunan College of Information
引言
随着现代电子工业的高速发展,数字、高频电路正向高速、低耗、小体积、高抗干扰性方向发展,这样就给PCB设计提出了更高的要求。而Protel 99SE设计系统完全利用了Windows XP和Windows2000平台的优势,其核心PCB模块的超强设计环境使得设计工作能更有效地实现其设计要求。对于从事高频电路设计人员来说,已不再是简单的要求P C B的布通率,而是要求设计人员在有扎实的理论知识及丰富的PCB设计经验基础上,从电路的工作特点和实际工作环境等方面去考虑其设计,只有这样我们才能制作出理想的P C B来。
本文针对高频电路在PCB设计过程中的布局、布线两个方面,以Protel 99SE软件为例,来探讨一下高频电路在PCB设器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB边缘或通风处,竖放的板子,发热元件应放到板子上部,双面板的底层不得放置发热元件。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。
3、特殊元件的布局
由于电源设备内部会产生50Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。
放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。
电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。
4、电磁干扰
我们常用的消除电磁干扰的方法有减小环路、滤波、屏蔽、尽量降低高频器件的速度、增加PCB的介电常数等方法。如集成电路的去耦电容要尽量就近放置,一般工作频率在10MHz以下的用0.1u F的电容,10MHz以上的用0.01u F的电容。某些元件或导线间有较高的电位差,应加大距离,以免放电。带高压元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。易互相干扰的元器件不能靠得太近,输入、输出元器件应尽可能远离,避免反馈干扰。高频元器件为减小分布参数,一般就近安放(不规则排列)一般电路(低频电路)应按规则排列,便于装焊。
二、高频PCB布线
高频电路往往集成度较高、布线密度大,采用多层板既是布线所必须的也是降低干扰的有效手段,Protel 99SE的PCB系统能提供32个信号层、16个机械层以及防焊层、锡膏层等70多个工作层供用户选择。合理选择层数能大幅度降低P C B尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽能更好地实现就近接地,能有效地降低寄生电
摘要
P r o t e l是现在国内广泛使用的一款E D A(Electronic Design Automation)设计软件,它是基于Altium的Design Explorer软件平台上构建的,其超强的P C B设计环境使得其设计工作能更有效地实现其设计功能。本文以Protel99SE为例,就高频电路PCB设计中的对策及设计技巧进行探讨。
关键词
PCB;EDA;电磁干扰Abstract
strong PCB design environment in Protel make the design work more effectively to carry out the design
Key words
感,能有效缩短信号的传输长度能大幅度地降低信号间的交叉干扰等等。所有这些都对高频电路工作的可靠性有利,有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20d B,但是板层数越高,制造工艺越复杂,成本越高。
1、布线一般原则
高频电路器件管脚间的导线越短越好,弯折越少越好,导线最好采用全直线,应尽量避免急剧的弯曲和尖角出现,需要转折,应用圆弧或折线过渡。这种要求在低频电路中仅仅用于提高钢箔的固着强度,而在高频电路中满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频电路布线中最好在相邻层分别取水平和竖直布线交替进行,同一层内的平行走线无法避免,但可以在PCB反面大面积敷设地线来降低干扰,针对常用的双面板,多层板可利用中间的电源层来实现这一功能。
2、电源线与地线布线
多级电路为防止局部电流产生地阻干扰,各级电路应分别一点接地(或尽量集中接地),高频电路在3 0 M H z以上时,则采用大面积接地,这时各级的内部元件也应集中一小块区域接地。易受干扰器件和线中可用地线包围,各类信号走线不能形成环路,地线也不能形成电流环路,电源线和地线应靠近,尽量减小围出的面积,以降低电磁干扰。一般在布线时,导线宽度在12-80mil之间,电源线一般取20mil-40mil,地线一般取40mil以上,在可能的情况下,导线尽量宽些。
模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流环节,在实际装配高频扼流环节时用的往往是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠,在电路原理图上对它一般不予表达,由此形成的网络表就不包含这类元件,布线时就会因此而忽略它的存在,针对此现实,可在原理图中把它当作电感,在PCB元件库中单独为它定义一个元件封装,布线前把它手工移动到靠近公共地线汇合点的合适位置上。
3、集成芯片的布线
每个集成电路块的附近应设置一个高频退耦电容,由于Protel 99SE软件在自动放置元件时并不考虑退耦电容与被退耦的集成电路间的位置关系,任由软件放置,使两者相距太远,退耦效果不好,这时必须用手工移动元件的办法事先干预两者位置,使之靠近。
4、敷铜
敷铜的主要目的是提高电路的抗干扰能力,同时对于PCB散热和PCB的强度有很大好处,敷铜接地又能起到屏蔽的作用。但是不能使用大面积条状铜箔,因为在PCB的使用中时间太长时会产生较大热量,此时条状铜箔容易发生膨胀和脱落现象,因此,在敷铜时最好采用栅格状铜箔,并将此栅格与电路的接地网络连通,这样栅格将会有较好的屏蔽效果,栅格网的尺寸由所要重点屏蔽的干扰频率而定。
三、结束语
高频电路PCB的设计过程一个复杂的过程,除了以上探讨的设计对策,还包括信号串扰在内的信号完整性、如何抑制噪声等问题,因此需要设计者在设计的时候要有全面的规划与考虑,在设计周期的各个阶段采用不同的方法技术来确保设计的精准,从而设计出合理的,性能优良的高频PCB来。
参考文献
[1]赵晶主编.电路设计与制板-PROTEL99高级应用.人民邮电出版社..2000
[2]朱运航主编.EDA技术基础华中科技大学出版社.2003
[3]贾新章,郝跃,武岳山编著.电子电路CAD技术.西安电子科技大学出版社.1996[4]陈邦媛主编.射频通信电路.北京科学出版社.2004
作者简介
李雪东,男,1972.7出生,汉族,工作于湖南信息职业技术学院,本科,讲师,从事应用电子、EDA技术方面的理论研究;
朱运航:1968年7月出生,汉族,工作于湖南信息职业技术学院,研究生,副教授,主要从事信息管理及EDA教学与研究工作。
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微电子专业与香港职业训练局建立了良好的联系,通过与职训局教师的交流,对目前专业课程的设置改革进行了深入的研究与探讨,目前正在计划对职训局的相关课程如集成电路版面布线、集成电路制造与封装等课程进行改进,使其能够符合微电子专业的实际情况,由此将课程引入到微电子专业的课程体系中。
2.3校企共建实训基地
为了使学生能够更好地顶岗工作,高职院校在进行(校内)实训基地时,可以与企业合作,共同建设具有企业实际工作环境的实训基地。使实训基地能够根据企业的实际生产过程进行建设,并按照企业的方式进行管理与运作,为学生在校内提供与企业环境接近的实训。同时,聘请企业的专家担任实训基地的指导教师,让学生能够了解企业具体工作岗位的要求,提高学生的实际操作技能,从而使学生能够直接到企业进行顶岗工作。
学校积极为企业提供服务,鼓励企业将实际项目引入到实训室中进行,企业在进行项目的同时,承担人才的培养任务,为学生技能的培养提供机会和真实岗位。
3提高学生的认识
由于深圳信息学院的生源主要来源于深圳,具有较好的家庭环境,部分学生在家里从小受到家长的溺爱,不能吃苦耐劳,因此到生产第一线进行顶岗实习或者生产性实习时,会产生畏难心态,在工作中不能坚持端正的态度,对稍微艰苦的工作有抵触情绪,在工作上比较消极,由此使企业对学生有一定不满意的看法,降低了企业进行校企合作的积极性。因此需要对学生加强教育,加强对“用得上”的认识,让学生能够在具体的实际工作中提高环境适应能力,提高处理人际关系能力,使学生能够树立良好的职业态度,养成良好的职业习惯。
4小结
当前,高等职业教育在我国发展迅速,高职院校的工学结合教学改革是一个复杂的系统工程,校企合作的途径与方式还需进一步的探索,需要教师与学生积极参与,需要学院在制度上给予保障,需要政府从政策上给予支持,从而切实解决在校企合作中遇到的种种具体困难,为社会培养“下得去,留得住,用得上,干得好”的高技能人才。
参考文献
[1]周济.工学结合半工半读实现我国职业教育改革和发展的新突破.教育部通报.2005,(24)
[2]马树超.工学结合-职业教育模式转型的必然要求[J].中国职业技术教育.
[3]梁建林,郭毅.高等职业技术教育全方位的工学结合模式探讨[J].教育与职业.2007,21(553):102~103
[4]张炜,屠立.关于高职“工学结合,校企合作”办学模式的探索[J].科技信息.2008,[2].:289~290
作者简介
龚汉东:博士,讲师。
摘要：Protel是现在国内广泛使用的一款EDA(Electronic Design Automation)设计软件,它是基于Altium的Design Explorer软件平台上构建的,其超强的PCB设计环境使得其设计工作能更有效地实现其设计功能。本文以Protel99SE为例,就高频电路PCB设计中的对策及设计技巧进行探讨。
关键词：PCB,EDA,电磁干扰
参考文献
[1] 赵晶 主编.电路设计与制板-PROTEL99高级应用.人民邮电出版社..2000
[2] 朱运航 主编.EDA技术基础 华中科技大学出版社.2003
[3] 贾新章,郝跃,武岳山 编著.电子电路CAD技术.西安电子科技大学出版社.1996