电路基本原理论文最新Word下载.docx

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电路原理图33

附录2：

外文资料翻译34

1前言

近年来，数字电视逐渐成为主流，主要是由电视调谐器来实现的。

电视调谐器：

俗称高频头，是电视高频信号公共通道的第一部分，电视机不可缺少的一个重要部件，是电视机信号通道最前端的一部分电路，其性能表现对整个电视机系统的性能有至关重要的影响。

高频调谐器分为机械调谐和电调谐，机械调谐高频头是通过改变电感进行频道选择的。

该调谐方式的优点是:

开关每转动一档,就可切换一个频道,不需另加选台装置，电性能稳定,维修调整均方便。

主要缺点是体积大、机械结构复杂,并且机械触点多,用久了易发生接触不良；

电调谐高频头是通过改变回路中的电容进行频道选择的。

它的优点是无机械触点、寿命长。

在波段范围内频率连续可调,但频率位置不能固定,在换台时需临时调整。

为避免这一麻烦,就必须附设多路频道预选器。

另外,电子调谐器的本振频率易受温度变化的影响,故常设AFC电路。

不论是机械调谐还是电调谐,都必须同时改变输入回路、高放及本振回路的调谐参数（电感或电容）才可以切换频道。

数字调谐器在原来的电视性能检测方法、相位噪声、非线性指标和锁定时间的基础上有很大的不同。

模拟电视调谐器接收模拟电视信号将许多不同频率的高频电视信号变换成一个固定的中频信号输出，从而完成了频谱的搬移。

数字电视调谐器接收数字广播电视信号，不仅要完成模拟调谐器频谱搬移的功能，也要完成解调和信道解码。

作为前端的数字电视接收设备，数字电视调谐器更多地使用数字器件，在生产过程中比模拟调谐器易于装配和调整，可靠性和稳定性也显着增加。

因此，数字电视调谐器的技术和工艺和模拟电视调谐器比起来有许多不同特点，其性能远远高于模拟电视调谐器。

目前市场上大多数的背投电视只用一个调谐器，即使它有一个双窗口功能但仍然不能同时接收两套电视节目。

换句话说，在一个窗口中观看电视，另一个窗口只能看DVD节目或其他外部设备输入节目。

要是能够买到内置两个调谐器的背投电视，就可以同时收看两个电视频道，实现画中画功能，即在电视屏幕上同时观看两个电视频道的节目。

高频调谐器的原理比较简单，其工作过程为：

输入端从不同频率的信号中选出所需频道的信号，送入高放回路进行放大，然后在混频单元与来自本振回路的本振信号相混合，从而得到一个固定的中频全电视信号，再送给电视机或其他视频转换设备进行信号处理。

本设计正是在这样背景下，设计一个用于接收电视信号的电视调谐器，采用变容二极管设计电路，利用改变开关二极管两端电压来实现频道切换的功能。

2总体方案设计

2.1方案选择

电视调谐器分为机械式调谐和电子式调谐两种，大多数黑白电视机采用机械式高频头，只有少数进口黑白电视机采用电子调谐式高频头；

而彩色电视机都采用电子调谐式高频头。

不过现在由于黑白电视接已逐渐被淘汰，取而代之的是集成度较高的数字、模拟电子调谐器。

电子式高频调谐器利用变容二极管的结电容随其反向偏压变化而变化的特点，让它作为调谐回路的可变电容，通过连续可调的直流电压改变变容二极管的结电容来改变回路的谐振频率，从而达到选台的目的。

因此本课题充分应用变容二极管的特性设计了一个用于接收电视信号的数字调谐器，利用开关二极管导通，改变加在变容二极管两端的电压，实现电视频道的选择。

2.2电路基本原理

本设计主要是设计出一个用于接收电视信号的数字电视调谐器，熟悉数字电视调谐器的组成和工作原理，并给出数字电视调谐器的具体电路。

输入回路、高放回路、混频、本振回路四个部分组成一个数字调谐器,如图2-1。

其工作过程为：

来自不同频道的全电视信号经输入端切换之后，选出所需的信号，再将其送入高频放大器回路进行放大，然后在混频器部分混合来自本振回路的本振信号，从而差出一个固定的中频信号送给电视机进行信号处理。

数字调谐器完成对频段的切换是依靠开关二极管导通来实现，改变加在变容二极管上的调谐电压来进行选台的。

它有VHF调谐器和UHF调谐器组成。

VHF调谐器由输入回路、高频放大器、本振电路和混频电路组成由混频电路输出中频信号。

UHF调谐器也由输入回路、高频放大器和变频电路组成。

在UHF调谐器中本振电路和混频电路由变频电路完成变频电路输出的中频信号送至VHF混频电路这时VHF调谐器的混频电路变成了UHF调谐器的中放电路。

由于高频调谐器的工作频率很高，为防止外界电磁场干扰和本机振荡器的辐射，高频调谐器被封装在一个金属小盒内，金属盒接地起屏蔽作用。

VHF调谐器与UHF调谐器的调谐原理是基本相同的。

从天线接收进来的高频电视信号包括各种不同的频道输入回路初选出所需收看的频道而抑制掉其他各种干扰信号。

为提高接收灵敏度高频电视信号先经过选频放大然后送入混频电路与本振电路产生的本振信号进行混频以产生中频电视信号。

调谐器将微弱的视频信号进行放大，并且对传输不稳定引起的图像变形与干扰进行处理。

图2-1高频调谐器基本原理框图

输入回路、高频放大电路、本机振荡器都有各自的LC调谐回路，这些回路调谐频率的改变是在频道选择电路的作用下同时进行的。

高频调谐器的电路结构如下图2-2所示。

由于受压控变容二极管容量变化范围的限制，我国将TV分为高（UHF）、中（VHF-H）和低（VHF-L）三个频段。

其电路中包括：

三套独立的由输入调谐电路、高频放大器和输出调谐器组成的高频放大电路，本机振荡器、混频器以及前置中频BPF等电路。

其切换由频段开关来实现：

输入回路为带宽约为12MHz单调谐电路;

输出回路为带宽约为12MHz双调谐电路；

双栅场效应低噪声放大管，Gl是TVRF信号的输入端，G2是放大器增益控制端，当电压高时增益大，最大增益约为20dB。

增益大有利于在接收小信号的TV时提高整机的信噪比，接收灵敏度更好。

我国TV中频规定为38MHz，在输入/输出回路与本振统调的情况下，本振频率始终要比RF信号频率高38MHz。

混频器将两个不同频率的信号相乘将产生“和频”和“差频”信号，其中“差频’就是我们通常说的中频TV信号。

“和频”将被中频带通滤波器滤除。

如果本振的频率稳定度不够好，那么中频信号就会时常偏离38MHz，从而形成“跑台”的故障现象。

图2-2高频调谐器的电路结构

2.3电子调谐器的种类

1、模拟电子调谐器

1）电压合成电子调谐器：

电路采用变容二极管，调节方便，线路简单，U/V一体化，可抑制相邻频道的干扰，改善交扰调制特性等，为国际标准外形，主要用于CRT彩电中。

2）频率合成电子调谐器：

产品采用4.0MHz晶振，选台为PLL方式，性能可靠，为国际标准外形。

主要用于CRT彩电。

2、多媒体电子调谐器

产品采用4.0MHZ晶振，选台为PLL方式，音视频输出功能，目前有飞利浦MK3、MK2及上海ALPS等外形。

主要用于LCD彩电、DVD刻录机、电脑板卡。

3、数字电子调谐器

数字电子调谐器是未来市场的主流，目前欧洲DVB标准最为流行，美国的ATSC标准次之，中国由清华大学研制开发的DMB标准正在研讨中。

电子调谐器与机械调谐器相比，在以下几个方面有着明显的不同：

（1）电子调谐器是全频道的

　　彩色电视机中采用的电子调谐器是全频道的，将VHF和UHF电子调谐器装在一个金属外壳内，两部分的电路受一个选台板电路的控制。

（2）采用电容调谐方式

　　采用电容调谐方式，但不用可变电容器，而用变容二极管。

电容调谐就是通过改变调谐回路中谐振电容器的容量，达到对调谐频率的改变。

在电子调谐器中，各调谐回路中设有变容二极管，调谐时改变变容二极管两端的调谐电压大小，就能改变变容二极管的结电容大小，从而可以改变调谐回路的谐振频率，这种调谐方式称为电调谐。

　　（3）采用自动频率控制电路

　　为了稳定本机振荡器的工作频率，普遍采用自动频率控制电路。

　　（4）采用开关二极管进行频段转换

　　各频段的转换通过开关二极管进行，而不用机械式开关，可以大大降低开关干扰。

　　（5）工作状态由选台板电路控制

　　工作状态必须有相应的工作控制电路来控制，电子调谐器的各种工作状态都是由选台板电路来进行控制的。

　　（6）电子调谐器的控制项目多

　　由于对电子调谐器的控制项目比较多，所以电子调谐器的引脚较多，一般电子调谐器有8个左右引脚

2.4调谐器主要性能指标及要求

调谐器主要性能指标：

〔1〕杂波系数

调谐器的杂波系数要低于8dB才能保证图像背景的纯洁、无雪花状干扰，因此一方面要减少回路的插入损耗；

另一方面，可以通过选用低噪声管以及合理安排晶体管的工作状态来解决这一问题，以使得获得最佳图像和声音效果。

〔2〕选择性与通频带

调谐器应有适当的通频带和良好的选择性，才能顺利通过具有8MHz带宽的高频电视信号和有效地抑制邻近频道的干扰。

所以，一般要求调谐器总和频率特性为双峰曲线，顶部不平度需要小于20％，－6dB处带宽应该小于11MHz。

为了能顺利地通过中放电路，镜象干扰和中频干扰应具有40dB的抑制能力。

因为镜象频率（等于本振

加中频

的频率）变频后，它和本振之差等于中频。

〔3〕自动增益控制

如果要使视放输出电压能保持稳定，当接收到的输入信号强弱变化时，通常都在高放级增加自动增益控制电路，并且要求其控制范围需要大于20dB。

〔4〕本振微调频率范围和稳定度

一般为了获得最佳效果，数字调谐器的本振微调范围应在±

1.5～±

3.0MHz之间，并且本振频率稳定度一般要求在5×

10－4左右。

为了不引起图像对比度下降和伴音对图像产生严重的干扰，本振频率不能偏高或者偏低，这样与视频低端相对应的频率成分才不会落在中放通频带之外。

（5）AGC功率增益衰减量

其作用是在接收较强信号时，限制调谐器输出到电视机中频的电平不至于过大。

通过AGC的作用，改变高放管的工作点，改变高放管非线性失真，并防止混频极堵塞失真。

调谐器AGC能力越强，就是对增益的衰减值越大，可以承受更大的输入信号。

要求：

VHF≥40dB、UHF≥35dB

（6）噪声系数

噪声系数指调谐器输入信噪比与输出信噪比的比值。

它是由于调谐器本身有内部噪声，使输出端信噪比变差的程度。

VHF≤9dB、UHF≤10dB

对调谐器主要性能要求：

由于高频调谐器位于电视机信号通道的最前端，其性能好坏对整机性能质量有很大影响。

对高频调谐器的性能要求主要有五个方面：

1）噪声系数小、功率增益高、放大器工作稳定

电视机接收效果的好坏不仅与信号的强弱有关，而且与噪声的大小有关。

为保证良好的接收效果，电视机应有低噪声性能。

由于高频调谐器位于信号通道的最前端，它产生的噪声将被后级放大，从而使整机噪声大大增加，因此整机噪声系数主要取决于调谐器；

对功率增益而言，一般要求高频调谐器的功率增益大于等于20dB。

对含有多级放大电路的电视机来说，降低输入电路和前级电路的噪声系数，提高前级电路的增益，对改善整机信噪比具有决定性的作用。

2）具有足够的通频带宽度和良好选择性

如下图2-3所示，同频带宽度为8MHZ，特性曲线顶部的不平坦度应小于10%，高频调谐器应具有良好的选择性，对邻近频道干扰、中频干扰、镜像干扰有较强的抑制作用。

镜像干扰也称为假像干扰，是指比本振频率高一个中频的干扰信号，它与本振频率的差频也是一个中频信号。

中频干扰和镜像干扰都无法被后面的中放电路所抑制，因此这些干扰都必须在混频电路之前加以抑制。

图2-3调谐器幅频特性曲线

3）与天线、馈线及中放电路阻抗匹配要好

高频头的输入阻抗就是馈线的终端负载阻抗。

为了便于匹配,调谐器输入、输出阻抗均设计为75Ω,正好与电视机拉杆天线或共用天线分支器插孔的等效阻抗相同,采用特性阻抗为75Ω的同轴电缆线直接相连就可以匹配。

要求天线输入阻抗、馈线特性阻抗与高频调谐器的输入阻抗等。

若阻抗不匹配，天线上的信号不但不能有效的传输的高频调谐器，而且会引起信号来回反射而出现重影功能。

通常情况下，高频调谐器的输入阻抗与输出阻抗均设计为75欧姆。

4）高放级应有较强的AGC（自动增益控制）能力

一般要求自动增益控制范围应达到20dB以上,以保证当天线输入电平在一定范围内变化时,视放输出电压基本保持幅度稳定。

5）本机振荡的频率稳定度要高,并且对外辐射小

本振频率不稳定，将导致中频漂移，使接收机的频率特性改变，接收效果变坏，将引起无彩色，甚至收不到伴音。

因此，彩色电视机中为稳定本振频率而设置自动频率控制。

通常要求VHF段本振频率应漂移小于±

300kHz,UHF段本振频率漂移应小于±

500kHz。

6）本振覆盖范围

指本振频率的可调范围（可接收频道的范围）。

各频段低端应有-2MHz的余量，各频段的高端应有+2MHz的余量。

此项指标不合格将造成电视机少台。

3单元模块设计

3.1各单元模块功能介绍及电路

经过以上所述的设计内容及要求的分析，数字调谐器分以下四个部分：

输入回路、高频放大器、双调谐回路、本振电路和混频电路，如图3-1。

其具体工作流程如下：

1）选频：

从接收天线中感应的许多电信号中，通过输入回路和高放级回路选择出需要的电视频道节目，抑制掉邻近频道信号和其他各种干扰信号。

2）放大：

将选择出的高频电视信号包括图像和伴音高频信号，经高频放大器放大，提高其灵敏度，满足混频器所需要的幅度。

3）变频：

通过混频器将图像高频信号和伴音高频信号变换成各自固定的图像中频和第一伴音中频信号,然后送到中频放大器再进一步放大。

并将它们送至中频放大电路。

图3-1调谐器基本电路组成

3.1.1输入回路

高频调谐器的输入回路有以下作用：

初步选择所需的频道信号，并进行阻抗变换，使调谐器的输入阻抗与天线及馈线的特性阻抗和匹配，同时，将天线接收到的信号传输到高频放大电路去。

输入调谐回路—阻抗匹配回路如图3-2：

图3-2输入调谐回路

输入回路采用的是最大传输功率设计：

最佳阻抗匹配。

最大信号传输功率满足：

输入回路又包含以下几部分：

1）选频电路

选频电路是用来完成选频及阻抗匹配两个任务的输入电路中的主要电路。

选频电路通常都是由电感和电容组成的单调谐的谐振回路，以此来满足选频的要求。

电调谐器通过改变调谐回路中的电容来进行选频

选频电路通过电感抽头和电容分压方式与馈线及高放级连接,其目的是实现良好的匹配,避免产生反射等现象。

常用的输入选频电路如图3.2（a）所示，（b）是其等效电路回路，其固有谐振频率f0为：

输入回路电路图如图3-3所示

图3-3输入回路

（a）输入选频回路（b）等效电路

2）中频抑制电路

在输入回路中加入中频吸收电路,能够提高高频头对中频干扰信号的抑制能力。

常用的几种中频吸收电路如图3-4所示。

图（a）为并接在输入端的LC串联谐振电路,它对中频干扰产生谐振,从而将中频干扰短路,起到抑制中频干扰的作用。

图（b）为串接在输入端的LC并联谐振回路,它对中频干扰产生并联谐振,呈最大阻抗,起到阻塞作用。

图（c）用T型高通滤波器（C1、C2、L1）和串联谐振回路（C3、L2及C4、L3）组成的吸收电路。

双串联谐振电路将中频短路,而对高频信号呈现高阻抗,T型高通滤波器对高频信号衰减很小,对中频及其以下频率衰减很大。

图（d）为由L2、C2、L4构成高通滤波器和由L1、C1和L3、C3并联谐振电路组成的吸收电路,抑制中频及以下的信号,中频以上的信号顺利通过。

图3-4几种常用的中频吸收电路

3）宽频带平衡—不平衡天线匹配器

当采用特性阻抗为300Ω的半波折合振子引向天线等室外天线时,需要在馈线与调谐器之前加天线匹配器,将300Ω对称输入变换为75Ω不对称输出,然后再用75Ω同轴电缆接入选频电路。

它由两个传输线变压器组成,其结构简单、便宜、重量轻且具有很宽的传输频带,很适合于高频电路。

3.1.2高频放大器

高频放大器的主要任务是：

把输入回路送来的高频全电视信号有选择地进行放大。

高频放大器的增益、噪声系数等主要指标对整机性能有极其重要的影响。

对高放级的要求是:

（1）因为高放级决定整机的噪声系数,所以高放级的噪声系数需要很小,一般来说应小于5dB。

因此要求采用噪声系数小于3dB的晶体管。

（2）高放级需要有稳定且较高的功率增益,对不同频道的增益要均匀。

高放级的增益约大于20dB,频道之间的增益差最好小于10dB。

（3）具有良好的选择性和足够宽的通频带。

要求幅频特性-3dB带宽大于8MHz,-6dB带宽小于18MHz。

（4）高放级应该具有自动增益控制作用,其增益可控范围应大于20dB。

图3-5是电子调谐式高频放大器的简化电路。

它进行频道选择是通过改变初次调谐回路电容来实现的（图中的变容二极管）。

图3-5高频放大器电路

输出回路

L1、C1、C2组成初级调谐回路，C3、C4、L2组成次级调谐回路。

同时，为与混频输入

阻抗相匹配，次级回路采用C3、C4分压与混频级相连。

图3-6双调谐回路的谐振曲线

3.1.3双调谐回路

1）作用：

双调谐耦合回路，实际就是双口选频网络，尽可能吸进有用信号，抑制无用信号。

2）耦合方式：

基本上采用互感耦合加分布电容耦合，通常调谐器的双调谐耦合回路，针对不同频段的特点，所选取的电路不同。

如图3-7分别为VHFL段、VHLH段和UHFU段双调谐耦合电路：

图3-7双调谐耦合回路

可以看出：

①VHFL段采用互感加自感耦合

②VHLH段采用互感加传输线电容耦合

③UHFU段采用互感加传输线电容耦合，外加辅助谐振电路，具有镜频抑制功能。

3.1.4混频器

高频调谐器中最基本的电路是混频器。

接收到的电视信号经天线插孔送入调谐器内的高频放大电路，放大后再送往混频器。

与此同时，送到混频器的还有由本机振荡器产生的本振频率信号，在混频器中本振频率与外来高频信号相减，得到新的中频信号。

例如，接收VHF（低段）二频道节目：

高频信号频率为56.5MHz～64.5MHz，图像信号为57.75MHz，本振频率为95.75MHz，混频后为：

95.75MHz-57.75MHz=38MHz，38MHz即为新图像中频信号的中心频率。

混频器一般采用共射极电路，如图3-8：

图3-8混频器电路

混频器的作用是将高放输入的调幅图像信号ftg、调频伴音信号fbg和本振信号fB进行混频，以获得固定的中频信号。

作为调谐器的最基本构件，混频器需要满足以下要求：

1）要具有较小的噪声系数和很好的选择性；

2）混频的失真和干扰要非常小；

3）为了获得最佳的传输功率，要具有较好的匹配特性；

4）最后，混频器的功率增益要足够大，一般的输出的中频功率和输入的高频信号功率之比应该要大于10～20dB。

而根据高频电视信号与本振信号送入混频管的方式不同，其电路型式和特点也有很多不同。

图3-9为二极管混频和三极管混频的两种原理图

图3-9混频原理图

（a）二极管混频；

（b）三极管混频

输入信号经过混频后，频谱图发生了变化,如图3-10：

图3-10混频前后的信号频谱图

3.1.5本机振荡器

本机振荡电路的作用是：

产生一个高频等幅正弦振荡信号，其频率总比欲接收频道的图像载频高出一个固定的中频38MHZ。

调谐电台的实质是改变本机的振荡频率。

本机振荡电路是机器内部的一个可调的频率发生器，在LC回路中，改变电容C即可改变振荡频率。

在高频调谐器中，通过改变二极管两端电压的大小，改变结电容，从而改变本机振荡频率。

图3-11为调谐器本机振荡电路图：

图3-11调谐器本机振荡器电路

（a）电路；

（b）交流等效电路

对本机振荡器的要求有如下几个方面：

1）振荡频率的稳定度要非常高，且电压和温度漂移小。

2）本振频率必须可以调，通常其频率微调范围为±

5MHz；

3）本振电容的对外辐射要小，本振输出的波形要好，从而防止产生较多的组合频率的干扰。

4系统功能、指标参数

4.1系统能实现的功能及具体电路

该调谐器实现的功能是：

从天线感应的电信号中选出所需高频电视信号、并进行放大，由混频产生视频中频信号和伴音第一中频信号，并将它们送到中频放大电路中进行放大，最终得到我们需要的图像和声音。

4.1.1电调谐高频头电路符号及各引脚作用

图4-1是9引脚电调谐高频头的电路符号，其各引脚作用如表4-1：

图4-1高频头电路符号图

表4-1各引脚作用

引脚

作用

天线输入

采用针形插座，用来输入从天线传来的高频全电视信号

AGC

自动增益控制引脚，用来输入AGC直流电压。

AGC电压的大小在0.5～8V范围内变化。

如果没有这个电压，高频头不能输出各频段中频信号