CO2聲光調(diào)制驅(qū)動源電路設(shè)計

楊 鵬 韓建寧

1 引言

隨著激光技術(shù)、光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，聲光調(diào)制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于彩色印刷、光纖通訊開關(guān)、激光成像和顯示及模擬聲光語音通信等內(nèi)容[1]。聲光調(diào)制器由線性聲光調(diào)制器和驅(qū)動電源所組成。驅(qū)動電源是聲光調(diào)制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，由振蕩器、中間電路、功率放大電路組成。實際應(yīng)用的聲光器件中，驅(qū)動源多采用通用信號發(fā)生器，在頻率特性、調(diào)制特性及輸出特性等方面不能很好地滿足聲光調(diào)制需要[2]，設(shè)計聲光調(diào)制器匹配的驅(qū)動源，對聲光調(diào)制系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用價值。本文設(shè)計CO2聲光調(diào)制器驅(qū)動源電路[3]，中心頻率為40MHz，電路輸出的射頻信號為頻率在20MHz～60MHz之間可調(diào)，幅值為0～10Vpp，輸出阻抗50?。

2 聲光調(diào)制器電源電路系統(tǒng)整體設(shè)計

聲光調(diào)制器驅(qū)動源電路整體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 聲光調(diào)制器驅(qū)動源電路整體設(shè)計框圖

根據(jù)CO2聲光調(diào)制器工作原理，利用正弦波振蕩器電路產(chǎn)生一個幅度、頻率穩(wěn)定且可調(diào)的正弦信號，信號主要是電壓信號，電流很小，所以信號輸出功率小，未能滿足聲光調(diào)制器的工作要求，需要采用功率放大電路對正弦波振蕩器輸出信號功率放大。由于功率放大電路輸入阻抗小，而正弦波振蕩電路輸出阻抗大，若將它們直接相連，會引起輸出信號不穩(wěn)定、阻抗失配的問題。因此，采用高頻三級管，構(gòu)成共集電放大電路做緩沖級，具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、可以有效隔離電路間的互相干擾的優(yōu)點，適用于阻抗匹配電路，同時利用混頻電路變成固定的中頻，最后對中頻電路進(jìn)行增益放大[4]。

2.1 正弦波振蕩器電路

正弦波振蕩器電路是聲光調(diào)制器驅(qū)動源設(shè)計的關(guān)鍵部分，本文采用皮爾斯(Pierce)振蕩器，其輸出信號頻率范圍寬，穩(wěn)定度高，輸出波形不隨頻率發(fā)生變化。選擇高頻管2SC2786作為震蕩管和標(biāo)稱頻率為20MHz的石英晶體諧振器。根據(jù)2SC2786靜態(tài)曲線特性曲線選取工作點，采用分壓偏置放大電路，各電路取值分別為Rc=3.9KΩ，Re=1KΩ，RB1=58.6KΩ (可調(diào))，RB2=8.2KΩ ，輸出頻率為20MHz，根據(jù)f=1 2π LC ，取負(fù)載電容CL=50pf ，即C2、C3、C4總電容為50pf，C2、C3由反饋系數(shù)和C4決定，且C2和C3要遠(yuǎn)大于C4，可令C2/C3=0.5，這樣電路容易振蕩，波形好。所以取C2=100pf，C3=200pf，取C4為3～30pf可調(diào)。正弦波振蕩器的外圍引腳設(shè)計和仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 正弦振蕩器電路設(shè)計

由圖2(b)可知，Q1工作在放大狀態(tài)，滿足Uc>Ub>Ue，滿足正弦波振蕩器起振條件。根據(jù)圖2(c)可知，在石英晶體振蕩器起振并穩(wěn)定后，能輸出幅度峰峰值超過2V，振蕩頻率穩(wěn)定在20MHz的正弦波。

2.2 共集電級放大電路

由于正弦波振蕩器電路產(chǎn)生信號主要是電壓信號，電流很小，輸出功率小。因此，采用共集電級放大電路，具有電流增益高，無電壓放大，實現(xiàn)功率放大等優(yōu)點，同時可以隔離前后兩級電路，減小互相干擾[5,6]。本文選用2SC2786高頻三極管，其特征頻率均接近或超過吉赫茲，遠(yuǎn)大于正弦波振蕩電路工作中心頻率40MHz。2SC2786外圍引腳設(shè)計如圖3所示。

圖3 匹配電路設(shè)計

2.3 混頻器電路

混頻器電路是聲光調(diào)制器驅(qū)動源設(shè)計的主要部分，本設(shè)計中采用了混頻器SCM-1來完成，其設(shè)計原理是二極管環(huán)形混頻器，其電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖4(a)所示，由三線傳輸線變壓器和環(huán)式封裝的精密配對的肖特基二極管組成，具有結(jié)構(gòu)簡靈活等優(yōu)點。且具有良好的信噪比，輸出的信號更純凈，滿足聲光調(diào)制器工作需求?；祛l器SCM-1有3個端口（本振、射頻和中頻），分別以LO、RF和IF來表示，根據(jù)信號輸入和輸出的端口不同，可實現(xiàn)很多不同的功能。本設(shè)計中混頻器SCM-1其管腳接法是射頻信號通過電容輸入加在RF端，載波信號加在IF端，LO端輸出信號。作為混頻的本振信號,頻率為20MHz。輸出信號包含和頻40MHz和差頻0MHz，根據(jù)聲光調(diào)制器需要，選出混頻后40MHz的信號輸出，并濾掉其他不需要的分量[7,8]。仿真結(jié)果如圖4(b)所示。

圖4 共集電級放大電路

2.4 功率放大電路

混頻器電路沒有混頻增益，因此混頻后需要進(jìn)行放大。本文采用輸入阻抗為50?的功放芯片MHW6222，工作頻率達(dá)到550MHz時，增益為22dB，輸出功率大，滿足聲光調(diào)制器工作需求。MHW6222器件引腳設(shè)計如圖5所示。信號由1腳輸入，7腳輸出，使用電位器R7達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的，不同頻率下測量值如表1所示。

圖5 功率放大電路設(shè)計

表1 功率放大電路測量結(jié)果

3 結(jié)論

本文根據(jù)CO2聲光調(diào)制器要求設(shè)計配套聲光調(diào)制器驅(qū)動源。首先提出聲光調(diào)制器驅(qū)動源電路的整體設(shè)計系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，分別對正弦波振蕩器電路、共集電級放大電路、混頻器電路和功率放大電路做了詳細(xì)的設(shè)計說明。最后輸出射頻信號中心頻率為40MHz，調(diào)節(jié)電位器R1，可使信號頻率在25.79MHz～77.6MHz之間變化；射頻信號的幅度為10Vpp，調(diào)節(jié)電位器R7，可使信號幅度在420mVpp～11.6Vpp之間變化。因此，本文設(shè)計的CO2聲光調(diào)制器驅(qū)動源電路工作正常，達(dá)到了設(shè)計要求，達(dá)到了CO2聲光調(diào)制器正常工作的應(yīng)用條件。