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超再生电路探讨(汽车防盗报警器)

 szhlwang 2011-10-28
 普通的再生式电路利用正反馈来加强输入信号,而超再生电路却是用输入信号来影响本地振荡信号,因此而得名。超再生检波在短波段具有很高的灵敏度,在接收弱信号时可放大几十万倍。因此,对于希望电路简单、灵敏度高,而对选择性和信噪比要求不高的简单无线遥控通信设备如防盗器等产品),超再生检波电路颇有实用价值

经典的超再生电路如图(1)所示。

超再生电路

图(1)

     超再生电路本质上是一个电容三点LC振荡器。晶体管的基极被R1、R2和D1分压偏置;L2与C9构成并联谐振电路,电容C16和晶体管BE之间的结电容构成分压反馈,形成电容三点式振荡器;L3用来隔绝振荡频率经R3到地通路(阻高频通低频)。

      静态时,电路关键节点电压如图(2),从图中可以看出三极管b极约为1.58V,e极约为1.0V(等于R3的电压),c极约为1.78V(工作点偏低),集电极和发射极电流约为160uA。


超再生电路


图(2)

        图(3)是CH1、CH2电压波形,它们分别是R6和三极管c极的波形,两信号正好反相。


超再生电路

图(3)仿真电路关键点波形(高频观察)

由图(3)可以看出两个游标指针跨越两个周期,所以T=4.5ns,因此信号频率为f=1/T=222MHz。

                                      用低挡位时基观察波形如图(4)

超再生电路

图(4)仿真电路关键点波形(低频观察)

     超再生检波电路有很高的增益,在未收到控制信号时,由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动,产生一种特有的“超噪声”,这个噪声的频率范围为0.3~5kHz之间,听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时,超噪声电平很高,经滤波放大后输出噪声电压,该电压作为电路一种状态的控制信号,使继电器吸合或断开(由软件设计而定)。

     电路振荡建立的速度与工作点有关,而振荡幅度改变时工作点也会相应变化,因此外部调幅信号使晶体管工作点随输入信号幅度变化而变化,而工作点的变化又影响振荡的建立时间。因此就形成了这样的现象:输入信号幅度大,间歇振荡建立快,间歇振荡能达到的最大振幅就大(或者达到最大振幅越提前),反之同理。因此,高频间歇振荡在每个间隙之间能达到的最大振荡幅度(或持续最大幅度的时间)是随外部输入信号的幅度而变化的,而间歇振荡的包络线就是RC两端的电压,这个电压中包含一个直流分量,这个直流分量就是随外部信号幅度而变化的(类似PWM原理),也就是输入信号的包络线,因此达到解调制的目的。

    当有控制信号到来时电路揩振,“超噪声”被抑制,高频振荡器开始产生振荡,而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短,受接收信号的振幅控制。接收信号振幅大时,起始电平高,振荡过程建立快,每次振荡间歇时间也短,得到的控制电压也高;反之,当接收到的信号的振幅小时,得到的控制电压也低。这样,在电路的负载上便得到了与控制信号一致的低频电压,这个电压便是电路状态的另一种控制电压。

    1.一般测试

     如图(5)是遥控器没有发射信号时,R5上电压波形,拉来波形可以看出它是周期性信号,如图(6),频率大约1MHz。



超再生电路

图(5


超再生电路

图(6)

按遥控器任意键,发现R5上电压信号频率增大,同时幅度也增大,如图(7)。

 

超再生电路

图(7)

参考原理图(13)……

    遥控器没有发射信号时,LM358的①、⑦脚波形如图(8)——CH1是①脚的波形、CH2是⑦脚波形。

    CH1的直流偏置电压约为950mV,由于交流信号微弱,两者合成的电压近似一条平直线。需要指出的是,该微弱交流电压是R5的交流信号经R7、C11滤波(C9跨在中间隔直)送到LM358的③端,再经由LM358A单元(同相)放大R11/R10倍后生成的。

    LM358A的①脚信号(CH1)经C13耦合到LM358B的同相端,由于LM358B的反相端为为稳定的VCC/2(R12、R15分压产生),两者电压(滞回)比较,⑦脚输出随机脉冲信号,代表了高频放大器的“热噪声”。


超再生电路

图(8

当遥控器有发射信号时,LM358①、⑦脚波形如图(9),这时CH1CH2都为间歇的脉冲信号。当遥控距离较远时,R5上的电压很微弱,经LM358A放大后不会出现削顶失真;当遥控距离较近时,R5上的电压较小,经LM358A放大后可能会出现削顶失真(见<深入探讨>)。


超再生电路

图(9)

     调高时基挡,波形如图(16)。从图中可以看出它有规律的脉冲信号——这些宽窄不同的脉冲信号,可以携带某种信息,供CUP读取、解码后,作为控制其它电路的信号。


超再生电路

     2.深入探讨

     如何判定一个接收板的灵敏度呢?

    我们想,若把1KHz正弦波用载波调制,然后衰减后再发射出来,通过同轴电缆加到接收天线上。如果衰减为-108 dB,接收板能正确解调出来,说明接收板的灵敏度较高,等效实际遥控距离约200m;如果衰减为-110 dB,接收板能正确解调出来,等效实际遥控距离约250m……

    如图(11),CH1是LM358的⑦脚波形,CH2是LM358的①脚波形,这时,通过同轴电缆加到接收天线上的调制信号为-108 dB,解调出来的1KHz正弦波波形较好,比较器输出的脉冲正负脉宽对称。

如图(12),调制信号为-110 dB,解调出来1KHz正弦波波形较差,比较器输出的脉冲波形还可以接受,但正负脉宽不再对称,这就说明出现了误码。


超再生电路
  如图(11)
超再生电路
  如图(12)

  超再生电路

  如图(13)

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