电视机高频头全频段覆盖电路的设计 -

电视机高频头全频段覆盖电路的设计
论文
设计名称电视机原理
专业班级电子1041
电视机高频头全频段覆盖电路的设计
（长春工程学院电信学院电子1041 ）
摘要：高频头是电视机接收电视信号的门户。

在高频头电路设计时，利用频率分段的方法，用电子开关（变容二极管）切换电感线圈来实现电视十二个频道的频率覆盖。

关键字：高频头变容二极管电视机频率
电视是利用光电转换原理和无线电电子学方法，连续地实时地传送远处活动、静止景物的技术。

随着电子技术的蓬勃发展，电视技术不仅在广播方面得到普及，而且广泛的应用倒各个科学领域：如计算机技术、交通、航天、军事等以及工业生产。

现在电视技术已发展成为经典的技术。

再发展几年，电视机将必然被电脑等更功能强大的产品代替。

但是作为学者，很有必要来研究一下这电视机的原理，文章将重点探讨电视机接收设备——高频头。

一、高频头的组成、作用、分类
1、组成
高频调谐器又叫频道选择器，俗称高频头。

它一般有输入回路、高频放大器、本机震荡器和混频器等几部分组成。

如图一：
图一高频头的组成框图
2、作用
（1）从接受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输出需要的电视频道节目；
（2）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
灵敏度，并满足混频器索要的幅度；
（3）通过混频器将图像高频信号（f p ）和伴音高频信号（f s ）变换成各自固定的图像中频（f PI ）和第一伴音中频（f SI ）信号，然后在送到中频放大器在进一步放大。

3、分类
（1）根据转换方式分： 高频头分机械调谐跟电调谐两类。

① 机械调谐高频头：通过改变电感进行频道选择。

② 电调谐高频头：通过改变回路中电容进行频道选择。

（2）根据工作频段分：有工作于甚高频（VHF ）频段的12频道式高频头，有既能工作于甚高频，又能工作于特高频（UHF ）频段的全频道式高频头。

二、高频头主要性能要求
（1）噪声系数小、功率增益高、放大器工作稳定
（2）具有足够的通频带宽度和良好的选择性
（3）与天线、馈线有良好的匹配关系
（4）高放级应设有自动增益控制电路
（5）本机震荡的频率稳定度要高，且对外辐射小
三、高频头的功能电路
1、变容二极管及电子调谐基本原理
如前所述，如果改变谐振回路的电感（如机械调谐）或改变电容（电子调谐），均可改变谐振频率f 0，使其在某电视频道的中心频率上，以实现转换频道和选台目的。

高频头的各调谐回路中的可变电容器件都可采用变容二极管代替。

变容二极管实质上就是一个结电容C j 随外加反向偏电压变化范围比较大的PN 结晶体二极管。

根据理论分析，结电容可表示为： n R U C C ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=
ϕ10j ①
①式中：C 0是偏压U R 为零时的结电容，U R 为PN 结上的直流偏压，ϕ是PN 结的扩散电位，n 为PN 结附近杂质浓度决定的一个常数。

工作中，变容管不允许工作在正向电压状态，
否则其结电阻很低（约几十欧），Q 值很低，谐振电路不能工作，所以必须工作在反向偏电压状态。

由①可见，变容管的结电容C j 在零偏时最大，随外加负偏压的增大，C j 将成指数下降。

变容管的符号及压控特性（以变容管2CB14为例）如图 二所示。

当偏电压从—3V 变至—30V 时，电容量有18pF 变到3pF ，电容变比（即电容覆盖系数） 6==N
M c C C N ② 变容管的高频无载品质因数 θ
ωR C Q j 1= ③ ③式中，R θ为体电阻，由P 型和N 型半导体材料决定，通常值小于2Ώ。

由② ③可见，反向偏压U R 越高，则C j 越小，Q 值越高。

反之则Q 值就越低。

如图 二
图 二 变容二极管2CB14压控特性
变容二极管外加负偏压的调节是靠电位器R 实现的，如图 三 所示。

当R 活动触电向上调节，则U R 增加、C j 下降，从而调谐回路频率f 0升高，实现了调谐和选台。

图 三 电子调谐原路电路
2、波段覆盖矛盾
已知当变容管2CB14的C M =18pF 、C N =3pF ，由②式得，其电容覆盖系数（即电容变比）为6。

由于变容管用于调谐频率，因而最重要的是它的变化范围，而不是电容量的绝对值。

由图 三 可见，谐振回路的频率为： ()j 02121
C C LC C C CC L f j
j j
>>≈+=ππ ④ 所以变容管2CB14的电容量从C MAX 变化到C MIN 时，谐振频率从f MIN 变到f MAX ，使谐振回路频率最大变化：
N
M M
N MIN MAX
C C LC LC f f N ===ππ2121 ⑤ 2N N C = ⑥
式⑥为电容覆盖系数跟频率变比的关系
以电视VHF 频段为例，其最低频道中心频率为52.5MHz ，第12频道中心频为219MHz ，由公式⑤可得比值为4.17，而2CB14的比值为2.45，显然2CB14变容管不能满足覆盖VHF 全波段的要求。

假如在考虑到电路中不可避免地分布电容，如变容管的外壳电容及放大器输入、输出电容，这些电容均与变容管相并联，使得实际的电容比比2.45更小。

（在实际电路中，加入综合电容来解决电路中分布电容带来的影响，在以下分析计算中没有考虑分布电容的影响）
3、实现全频段的电路设计
综上所述，要实现全频率覆盖，需将VHF 范围内的12个频道划分为两个波段，1～5频道为低频段，6～12频道为高频段。

采用电子开关和开关二极管切换电感线圈，以便得到高、低两个频段。

（由于在第5频道与第6频道之间有一段大的频率间隔，留给调频广播和通讯用）
由公式⑤可得：
低频段（1～5频道）频率变比为：
68.15.52881==MHz MHz N 由⑥可得，则变容管电容覆盖系数N C1=2.82.
高频段（6～12频道）频率变比为： 28.11712192==MHz
MHz N 由⑥可得，则变容管电容覆盖系数N C2=2.82.
这样，2CB14就都能满足频率覆盖的设计要求。

以下是两种设计电路：
电路一:电子开关频段切换原理电路 如图 四
图 四 电子开关频段切换电路 当电源开关S 接通—4V 时，电子开关V D1、V D2 截止，相当开路，这时初级回路电感为L 1 +L 2 ，次级回路电感为L 3+L 4，回路工作在1～5频道。

当S 接通+12V 时，V D1及V D2导通，L 2及L 4被短路，则初级电感为L 1、次级回路电感为L 3，这时回路工作在
6～12频道，从而实现频段切换。

电路二：开关二极管实现高低频转换原理图 如图 五
图 五 开关二极管实现高低频转换原路图
图五所示 D1变容二极管，C1、C2均为隔直或为旁路电容，由D1的结电容和电感L1构成调谐回路，D2为开关二极管。

在开关二极管的正极接有电源E D，E D是一个有—4V到+12V变化的电压，当E D为+12V时，D2导通，把电感L2短路，即有D2及C2交流短接低，这时谐振电路中只有电感L1起作用，即由变容二极管的电容C J与L1构成谐振回路，调节变容二极管的偏置电压E R，可实现高频道（即6～12频道）的转换与调谐。

当E D为—4V时，D2不通，电容C2与L2断开，因此D2与C2相当于没有接入一样，有C j与L1+L2组成谐振电路，这时改变E R可实现1～5频道的转换与调谐。

两个电路中要求开关二极管正向导通电阻小于1Ώ，以确保导通时的短路作用，要求其反向电阻大，并且反向结电容很小（小于1pF），以保证V截止时的交流开路作用。

总结
通过对高频头全频段电路的设计，从中学到了在课本上遇不到的问题及解决方法。

让我认识到，实际可用的一个简单电路是要考虑很多因素的，而课本只是在理想条件下的。

通过这次设计，我认识的了电视机基本原理和高频头的原理电路。

电视机技术作为经典技术，在这基础上会发展很多的新技术，在未来，电视机将会被人们遗忘的，但是电视技术会通过一定的方法保留下来的。

参考文献：
[1] 李林和主编《电视机原理与技术》西安：西安电子科技大学出版社，1994.12
[2] 刘学达编著《黑白电视机原理及电路解说》北京：科学技术文献出版社，1992.2
[3] 徐洪水陈存椿编著《电视机原理与实践—黑白、彩色和数字化电视》浙江：
浙江大学出版社，1991.11
[4] 李薇高福文编著《电视机原理》北京：北京师范大学出版社，1987.5
[5] 俞斯乐主编《电视机原理》北京：国防工业出版社，2005.8。