Lokaloscillator för FM-rundradiobandet 98,7-118,7 MHz

Relevanta dokument
Spänningsstyrd Oscillator

Spänningsstyrd lokaloscillator för FM-bandet

En 98,7-118,7 MHz LO med 55 db övertonsundertryckning och 13 dbm uteffekt

Antennförstärkare för UHF-bandet

Karl Johansson, e01 Andréas Olofsson, e01. Lokaloscillator. för användning i FM-mottagare

Antennförstärkare för UHF-bandet

Antennförstärkare för FM-bandet

Radioprojekt 2005 Dubbelbalanserad mixer och oscillator Philips SA 612

Rundradiomottagare Mikael Andersson Martin Erikson. Department of electroscience. ETI 041 Radioprojekt

Radioprojekt våren 2002 Antennförstärkare Jimmy Johansson e98 Fredrik Åhfeldt e98 Handledare: Göran Jönsson

Lågbrusig antennförstärkare för FM bandet

Projektrapport FM-Radiomottagare MHz Radioprojekt VT-2002

Induktiv beröringsfri närvarogivare/detektor med oscillator, (Proximity switch)

LÅGBRUSIG INGÅNGSFÖRSTÄRKARE

Videoförstärkare med bipolära transistorer

Konstruktion av en enkel FM radiomottagare

TSTE20 Elektronik Lab5 : Enkla förstärkarsteg

Laboration - Va xelstro mskretsar

T1-modulen Lektionerna Radioamatörkurs OH6AG

Självsvängande blandare med dual-gate FET

Laboration ( ELEKTRO

Selektivt Ingångssteg

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

Metalldetektorn. Alla förluster (även virvelströmsförluster. metaller) sammanfattas av symbolen r! Järnföremål. även L!

Selektivt ingångssteg för FM-bandet Radioprojekt 2006 vid institutionen för Elektrovetenskap

Tentamen i Elektronik fk 5hp

Dual-gate MOSFET blandare för FM-mottagare

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Radioprojekt VT 2003 Fasbrusmätning på en kvadraturoscillator

Optimalt ingångssteg för FM-radio

AKTIVA FILTER. Laboration E42 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Rev 1.0.

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Laboration 1: Aktiva Filter ( tid: ca 4 tim)

Filtrering av matningsspänningar för. känsliga analoga tillämpningar

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

LABORATION I TELEKOMMUNIKATION FREKVENSMODULERING. Med PLL

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Antennförstärkare. PMR-bandet. Anders Petersson, e99ape Ulf Axelsson, e99ua 28 februari Institutionen för Elektrovetenskap Radioprojekt

Undersökning av logiknivåer (V I

Spolens reaktans och resonanskretsar

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Ellära. Laboration 2 Mätning och simulering av likströmsnät (Thevenin-ekvivalent)

TSTE24 Elektronik. Dagens föreläsning. Förstärkare Mark Vesterbacka. Förstärkarsteg. Småsignalberäkningar. Examinationsexempel s.

Ingång Utgång - anslutningstyp Specifikationer Mätområde (1) AC (växelström) DC (likström) Spänning. ström 10 V AC 0.1 V AC

Aktiv blandning med dual gate MOSFET

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

Strömförsörjning. Laboration i Elektronik 285. Laboration Produktionsanpassad Elektronik konstruktion

Svar till Hambley edition 6

Avkoppla rätt en kvantitativ undersökning av parasitinduktans hos olika layoutalternativ

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Som byggsats finns denna i tre utförande: 1. Komponenter och etsat samt färdigborrat kretskort. 2. Låda och kontakter. 3. Färdigbyggd.

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

Poler och nollställen, motkoppling och loopstabilitet. Skrivet av: Hans Beijner

MOSFET:ens in- och utimpedanser. Småsignalsmodeller. Spänning- och strömstyrning. Stora signaler. MOSFET:ens högfrekvensegenskaper

Elektronik 2017 EITA35

PROJEKTLABORATION i Analog Elektronik.

Laboration II Elektronik

TENTAMEN Elektronik för elkraft HT

IE1206 Inbyggd Elektronik

Radioprojekt, ETI041 Ingångssteg med högfrekvensselektivitet. Niklas Lindqvist Björn Nilsson Handledare Göran Jönsson

Effektförstärkare Klass B för 900 MHz

Radioprojekt ETI041 Lokaloscillator för FM-bandet

5 OP-förstärkare och filter

Experiment med schmittrigger

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet. Agneta Bränberg TRANSISTORTEKNIK. Laboration.

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 18 oktober, 2010, kl

Ellära. Laboration 4 Mätning och simulering. Växelströmsnät.

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Fasbrus Jens Koefoed SM7OVK

Hambley avsnitt

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Hambley avsnitt

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 3 Transistorförstärkare

Radio. Innehåll ELEKTRONIK ESS010. Var används radio? Göran Jönsson

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

LabVIEW - Experimental Fysik B

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

TSTE93 Analog konstruktion

TSTE05 Elektronik och mätteknik ISY-lab 3: Enkla förstärkarsteg

T1-modulen Lektionerna Radioamatörkurs OH6AG Bearbetning och översättning: Thomas Anderssén, OH6NT Heikki Lahtivirta, OH2LH

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 5 Operationsförstärkaren. Elektronik för D ETIA01

IE1206 Inbyggd Elektronik

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Elektricitetslära och magnetism - 1FY808. Lab 3 och Lab 4

Laboration N o 1 TRANSISTORER

Grundläggande signalbehandling

10 db effektförstärkare för GSM

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 1 Transistorn del 1

Transkript:

Lokaloscillator för FM-rundradiobandet 98,7-118,7 MHz Andreas Claesson, E00 & Robin Petersson, F00 Handledare: Göran Jönsson Radioprojekt ETI041 Lunds Tekniska Högskola 23 februari 2005 Referat: Denna rapport beskriver designen av en lokaloscillator som ska ingå i en komplett radiomottagare för FM-rundradiobandet 88108 MHz. Oscillatorn är en VCO (Voltage Controlled Oscillator) där frekvensen varieras med spänningen på en VCO-ingång.

Innehåll 1 Inledning 2 2 Utförande 2 2.1 Specikation............................. 2 2.2 Kretslösning.............................. 2 2.2.1 Biasering........................... 3 2.2.2 Resonanskrets........................ 3 2.2.3 Filter............................. 4 2.3 Veriering............................... 4 3 Resultat 5 3.1 Simulering............................... 5 3.2 Veriering............................... 6 4 Sammanfattning 8 5 Erkännande 8 1

1 Inledning För att ställa in frekvensen i en radiomottagare krävs en lokaloscillator som blandar ner RF-signalen till en mellanfrekvens. Mellanfrekvensen som används i detta fallet är 10,7 MHz och lokaloscillatorn är designad för high-side injection, dvs oscillatorn blandar ner signalen från en högre frekvens. Radiomottagaren ska kunna ta emot signaler mellan 88108 MHz vilket innebär att lokaloscillatorns frekvensområde blir 98,7118,7 MHz. 2 Utförande 2.1 Specikation Uppgiften går ut på att konstruera en lokaloscillator. Kraven på denna är att övertonerna ska ligga minst 16 db under grundtonen och inga ickeharmoniska svängningar får överstiga -70 dbc. Uteekten skall vara minst 8 dbm. 2.2 Kretslösning Oscillatorns grundkoppling är en Clapposcillator. Efter oscillatorn nns ett buffertsteg för att förhindra att belastningen påverkar resonansfrekvensen och efter det ett lågpasslter för att dämpa övertonerna. Filtret är ett Chebyshevlter av tredje ordningen och detta valdes pga dess branta karakteristik. Oscillatorn är spänningsstyrd och det löses genom att sätta en spänningsstyrd kapacitansdiod i resonanskretsen. Figur 1: Det slutliga kopplingsschemat 2

2.2.1 Biasering Först bestämdes arbetspunkten för transistorn, och följande värden valdes Detta ger V CC = 12V V CE = 7, 5V I C = 3mA R 4 = R 7 = V CC V CE 12 7, 5 = = 1, 5kΩ I C 0, 003 Dessutom gäller I D I B varför I D = I C valdes. Figur 2: Biaseringsnät för oscillator och buertsteg Sedan beräknades resistanserna i biaseringsnätet till R 3 = R 6 = V CC V BE I C R E 12 0, 7 0, 003 1500 = = 2, 27kΩ I D 0, 003 R 2 = R 5 = V B = V BE + I C R E 0, 7 + 0, 003 1500 = = 1, 73kΩ I D I D 0, 003 2.2.2 Resonanskrets Figur 3 visar karakteristiken för den spänningsstyrda kapacitansdioden C var. Denna i kombination med induktansen L 1 bestämmer resonansfrekvensen i kretsen. 3

Figur 3: Karakteristik för kapacitansdiod BB619 C var = 20 pf ligger mitt i diodens linjära område och därför anpassades mittfrekvensen till detta värde. Induktansen i resonanskretsen beräknades till f 0 = 1 2π 1 L 1 L 1 C var (2π 110 10 6 ) 2 = 104pH 20 10 9 vilket gäller om (C var heter D 1 i gur 1) C 3 C var, C 4 C var 2.2.3 Filter Filtret är ett Chebyshevlter av tredje ordningen med gränsfrekvenserna f 1 = 119MHz, f 2 = 140MHz Detta gav de relativa komponentvärdena (från tabell) L 2 = L 3 = 2, 0236, C 5 = 0, 9941 som ger de absoluta komponentvärdena 2.3 Veriering L 2 = L 3 = R S L 50 2 = 2, 0236 = 0, 14µH ω 0 2π 119 106 C 5 = 1 C 1 5 = ω 0 R S 2π 119 10 6 0, 9941 = 26, 59pF 50 På oscillatorns utgång sitter en BNC-kontakt som kopplades in till en spektrumanalysator. Ett spänningsaggregat användes för att mata kretsen med 12 V samt för att ge olika styrspänningar till VCO-ingången så att oscillationsfrekvensen kunde varieras. 4

När den teoretiska konstruktionen provades upptäcktes framför allt att uteffekten var alldeles för låg. För att åtgärda detta sänktes först R 4 och R 7 för att driva mer ström genom transistorerna. Då ökades alltså I C från 3 ma till ca 40 ma. Eftersom det då öt väsentligen mer ström genom transistorn ökade dess förstärkning. Oscillatorn blev då betydligt mer känslig för störningar och utsignalen blev väldigt oren. Därför sänktes också C 3 och C 4 för att återfå en ren utsignal. När dessa sänktes så ökade också uteekten markant. Resonansfrekvensen ändrades dock och L 1 ck ökas (ganska mycket) för att få rätt frekvensområde igen. Detta upprepades och olika värden provades för att uppnå optimalt resultat. 3 Resultat 3.1 Simulering Efter ganska mycket provande och funderande så fungerade äntligen simuleringen. Det såg bra ut i datorn och komponenterna kunde varieras för att undersöka hur det påverkade resonansfrekvens och uteekt. Även om simuleringen var till ganska stor hjälp i början så stämde det inte helt med verkligheten. Komponentvärdena ck ntrimmas i efterhand med hjälp av papper och penna samt lite sunt förnuft. Till slut fungerade konstruktionen och uppfyllde specikationen. Figur 4: Den färdiga kretskonstruktionen Avkopplingskondensatorn vid spänningsmatningen sitter direkt på spänningsaggregatet och syns ej i gur 4. 5

3.2 Veriering Figur 5 visar uteekten för hela det aktuella frekvensområdet. Figur 5: Uteekten över hela frekvensområdet I guren benner sig Marker 1 vid 98,7 MHz som är den lägsta frekvensen och visar där 8,02 dbm vilket är precis på gränsen för att uppfylla specikationen. Deltamarker 1 visar att det skiljer 1,43 db i uteekt mellan lägsta och högsta frekvens i området. Figur 6 visar grundton och första överton samt eektskillnaden mellan dessa. Figur 6: Grundton och första överton Deltamarker 1 visar att det skiljer 20,15 db mellan grundton och första 6

överton vilket mer än väl uppfyller specikationen. Figur 7 visar oscillatorns långtidsstabilitet. Figur 7: Oscillatorns långtidsstabilitet Mätningen är gjord under ca 20 min och i guren har oscillatorn drivit runt 10 khz vilket kan anses som klart godtagbart. Tilläggas kan att oscillatorn är extremt känslig för temperaturväxlingar så denna mätning är gjord i rumstemperatur utan yttre påfrestningar. Figur 8 visar hur oscillatorns frekvens varierar kraftigt vid kylning med kylspray. Figur 8: Oscillatorn driver i frekvens vid nedkylning Figuren visar att oscillatorn driver ungefär 500 khz vid nedkylning (ganska kraftig sådan). 7

4 Sammanfattning Projektet har varit mycket spännande och intressant. Hela konstruktionskedjan har kunnat följas från kretslösning och beräkning via simulering till konstruktion och veriering. Detta ger en mycket god helhetsuppfattning om hur det går till att designa en del av ett radiosystem. 5 Erkännande Vi vill tacka Göran Jönsson för all hjälp och alla goda råd som vi fått på vägen. Även de två konsulterna från Sony Ericsson, Johan Cederquist och Filip Jörgensen, har varit till hjälp och kommit med förslag och glada tillrop. 8

Referenser [1] Börjeson, H. Jönsson, G. Sundström, L., Radio Electronics, Lund (2004) [2] Young, Paul H., Electronic Communication Techniques, Pearson Prentice Hall (2004) 9