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利用LM386音频放大器设计无线电接收器电路

2022-06-01 17:19:51 Martyn McKinney 阅读:
LM386音频放大器IC可用于设计简单的无线电接收器电路,并且这些电路还能提供惊人的高性能。这些电路可用于接收中、短波波段的AM、CW和SSB射频传输,而不需要外部天线。

尽管无处不在的LM386 IC一开始是设计用作音频放大器,但它有许多未记录的特性,可用于设计简单的无线电接收器电路,并且这些电路还能提供惊人的高性能。这些电路可用于接收中、短波波段的AM、CW和SSB射频传输,而不需要外部天线。lZ2ednc

仔细观察图1所示LM386的内部原理图,可以发现其电压增益由其内部反馈电阻和可选(外部)旁路电阻值的比值所决定。如果没有添加旁路电阻,那么该器件的单路输入电压增益等于15000/(1350+150)=10。当使用差分模式(输入到引脚2和3)时,其增益将是这个值的两倍。lZ2ednc

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图1:该LM386原理图取自德州仪器的数据手册lZ2ednc

当在引脚1到8之间放置一个10μF的电容时,它会绕过1350Ω的反馈电阻,使单路输入增益变为15,000/150=100。在引脚1和地之间移动该旁路电容,可以有效地绕过完全决定交流音频的负反馈电阻。这会导致“15000/?”的极高的未确定音频增益,但可以通过对10μF旁路电容串联一个小电阻来确定它。值为10Ω的电阻的增益为15,000/10=1,500。在这种配置中,可以实现的最大电压增益超过70dB。lZ2ednc

一种简单的TRF接收器

LM386作为无线电接收器的潜力是在几年前在调查使用这些器件的接收器的异常行为时所发现的。在故障排除过程中,很明显,LM386充当了高增益射频包络检波器,只需将调谐电路连接到其输入端即可用作AM接收器。事实证明,通过实现前面提到的LM386的两个特性,并在输入端使用调谐标准MW铁氧体棒电感器,可以设计一个简单的调谐射频(TRF)接收器。虽然不是特别敏感,但在城市环境中使用时,它能在没有外部天线的情况下接收少数本地电台。这个接收器的电路如图2所示。lZ2ednc

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图2:LM386可用作调谐射频接收器。lZ2ednc

再生中波接收器

LM386的数据手册表明,在频率超过1MHz时,其增益大于单位1(10dB)(图3)。因此,LM386能够在中波AM波段(540至1600kHz)内振荡,这就使其可以用作中波AM再生接收器。这大大提高了TRF版本的灵敏度和选择性。结果如图4所示。lZ2ednc

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图3:此电压与频率关系图取自德州仪器数据手册lZ2ednc

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图4:此原理图显示了如何将LM386用作中波再生接收器。lZ2ednc

如果去除再生控制,则电路变成Colpitts振荡器。整个谐振电路所需的两个Colpitts反馈电容是LM386引脚3上的固有输入电容,以及与之串联的从引脚1到地的220pF电容。通过将扼流圈与10μF电容串联接地,音频增益达到最大化。它的值可能在1到10mH之间。较高值的扼流圈会有一些内阻,这会略微降低最大音频增益。如果使用较小值的扼流圈并且音频增益过大,则可将较小值的电阻(10至100Ω)与扼流圈串联。与10μF电容串联的扼流圈会将确定放大器音频增益的内部反馈电阻旁路掉,但对RF频率呈现高阻抗,因此该电路可用作Colpitts RF振荡器。为了控制增益,以便可以改变振荡器的再生以使其可以用作再生接收器,电路中设置了一个10kΩ的可变电阻来改变引脚7上的电压,这样可以降低同相引脚3上的振荡晶体管所吸收的电流,进而降低振荡器的增益。lZ2ednc

再生短波接收器

基于LM386的短波版接收器如图5所示在使用3英寸铁氧体棒和高L/C比值的条件下,当使用9V电源时,电路能够在超过8MHz的频率下工作。由3英寸铁氧体棒绕制20匝线圈和100pF可变电容所组成的谐振电路,其调谐范围约为3.5至6.5MHz。可通过使用较大值的可变电容和从电感上移除几匝线圈,增加上限调谐范围。当使用National Semi或三星制造的LM386设计时,此配置可接收高达8MHz的80米和40米业余频段。lZ2ednc

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图5:LM386可用于设计短波再生接收器。lZ2ednc

该接收器的性能出奇地好,具有极好的灵敏度和选择性,可与使用内置鞭状天线的最佳商用手持短波接收器相媲美。它可以在不需要外部天线的情况下接收许多北美短波,以及80和40米业余波段的许多CW和SSB传输。如果需要,可通过使用绕制在铁氧体棒上的单匝线圈链路,将外部天线松散耦合到接收器(以防止振荡器加载)。可以使用单个JFET或晶体管RF缓冲器来隔离天线;由于使用了铁氧体棒电感,因此还可以将其以电感方式耦合到大型环形天线上。与直接转换接收器不同,强烈的短波信号是“软捕获”的,这使得调谐更容易并最大限度地减少环境原因造成的任何频率漂移。lZ2ednc

更高的频率和更多的功能

在较高接收频率下使用LM386的高增益和RF包络检波器特性,可以通过添加基本上是单晶体管Q乘法器的东西来实现。图6所示的最后一组电路在Colpitts振荡器配置中添加了一个晶体管,其与LM386的高增益和RF包络检测特性一起,产生了高性能的再生接收器。当与铁氧体棒电感一起使用时,它们能够以超过14MHz的频率振荡,并在接收到强大的商业短波电台时产生震耳欲聋的音量。这些原理图显示了采用2N3906通用PNP晶体管的电路,但2N2907和2N4403也已成功使用。lZ2ednc

在电路1、2和3中,LM386输入直接跨接在谐振电路上,并将LM386用作RF包络检波器。电路4具有相对较大的耦合电容,它使用LM386作为音频放大器和射频包络检波器,并且两个信号都出现在前端晶体管的发射极。电路5输入耦合电容的值较小,并且使用LM386作为射频包络检波器,只检测前端晶体管发射极上的射频。电路6作为射频包络检波器,并通过将LM386的差分输入连接在一起,消除了输入耦合电容的需要。这可以防止晶体管发射极上的直流输入电压(约0.6V)使LM386饱和。lZ2ednc

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图6:使用高增益和RF包络检波器模式设计LM386短波再生接收器。lZ2ednc

用3英寸铁氧体棒上的8匝线圈和标准中波polyvaricon可变调谐电容的两个组制作谐振电路,可使电路6获得大约3.5至10.5MHz的调谐范围,从而涵盖80米和40米业余频段。当接收器振荡并且再生控制发生变化时,会有轻微的频移,这一特性实际上是接收SSB信号时的一项有利条件,因为再生控制可用于微调。lZ2ednc

设计注意事项

尽管这些电路已经用塑料原型板成功制造,但它们的高增益决定了它们最好是使用曼哈顿式死虫(dead bug)的元器件布局以良好的铜地平面制作。请注意,对于这些电路,必须要防止输出引脚5上的任何RF泄漏反馈回铁氧体棒电感的可能性。如果使用的物理布局产生了音频啸叫的问题,那么就值得在耳机上串联一个值为1到10mH的扼流圈。lZ2ednc

将该接收器与标准的32Ω立体声耳塞式耳机配合使用可以很好工作。可以将它们并联使用,得到16Ω负载阻抗而获得更大音量;也可以将它们串联使用,得到64Ω阻抗。当使用标准的32Ω立体声耳塞时,这可以通过使用立体声输出插孔而不连接地线来实现。lZ2ednc

纯粹主义者可能希望添加电压调节和变容二极管微调来提高电路的可用性,但我发现即使是最简单的形式,其性能也足以满足随意的聆听。lZ2ednc

Martyn McKinney是一名电气工程师,现已退休,他曾在IBM、Collins Radio和Motorola等公司工作,并在加拿大多伦多的一所社区学院教授电子理论、通信和汇编语言编程。lZ2ednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Create radio receiver circuits with the LM386 audio amplifier,由Franklin Zhao编译。)lZ2ednc

本文为《电子技术设计》2022年6月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里lZ2ednc

责编:Franklin
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