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单片ＦＭ／ＡＭ收音机 集成电路ＣＸＡ１Ｏ１９Ｐ／Ｍ 现代收音机电路广泛使用集成电路。特 别是在袖珍和微型收音机中，由于体积小， 电压低，使用集成电路更髓显示其优越性。 本文所介绍的单片ＦＭ／ＡＭ收音机集成电路 ＣＸＡ１０１９Ｐ／Ｍ是日本ＳＯＮＹ公司１９８３年开发 的产品。在一个 片内包括了ＦＭ／ＡＭ收音 机所必需的全部功能、包括ＦＭ／ＡＭ高频头 电路，中频放大电路，调幅自动增益拉制电 路（ＡＧＣ）、检波电路、调频自动频率控制 电路（ＡＦＣ）、调频鉴频电路以及音频前置 放大。电子音量控制和功率放大电路。使用 块这样的集成电路装成的ＦＭ／ＡＭ收音机 仅需很少的外接元件，且不需任何有源器 件。该集戚电路广泛的应用在袖珍收音机 中。 电路特点 单片收音机集成电路的发展过程是从个 别功能到包括音频功率放大的全功能集成 电路。然而在本文所述集成电路出现前还没 有一种包括调频高频头电路的ＦＭ／ＡＭ收音 机集成电路。其理由如下： １．在一块ｊ蒜片上，电路的工作频率要 从射频到音频。要求芯片要有足够高的工作 频率和低噪声特性。要在一块芯片上满足超 高频工艺和低频工艺的兼容问题。另外还要 求在低电压工作条件下，功率输出级的晶体 管要有尽可能低的饱和电压，才能获得足够 的输出功率。 Ｍａｎｕ ｓｃｎｐ ｃ Ｒｅｅｅｉｒｅｄ １９８２Ｉ１．ＩＥＥＥ ２． 在一片集成电路上实现调频收音的 全部功能，约需１４０ｄＢ以上的总增益。功放 级产生的高次谐波功率将容易引起电路工作 不稳定，和产生交调干扰。 ３．功放级产生的热量会影响到ＦＭ前级 电路而使ＦＭ收音不稳定。 现代集成电路工艺技术的发展使这 问 题得到了有效的解决。在该集成电路的芯片 制作工艺过程中采用了许多新的工艺技术。 １．用三氧化＝砷作为ＮＰＮ晶体管的发 射级可以实现小电流、工作频率为１．５ＧＭＨｚ 以上条件下时的高ｈＦ 。 ２， 在纵向ＰＮＰ管的基极注入磷元素， 发射极注入硼元素可以获得１２０ＭＨｚ频率时 ｈＦＥ为１００－－３００的晶体管。 ３．在一般的双集型集成电路芯片上制 作电容很困难。需要占用较大的芯片面积。 特别是在制作大电窬时。在该集成电路芯片 中采用新工艺制作出占用面积小容量大的电 容，进一步减少了外部元件的数量。 ４． 通过离子浮动技术可以翩作出两种 不同电阻率的电阻，从而可以方便的制作出 大阻值电阻。 ５． 采用双层布线技术，易于进行集成 电路板图设计和进行高密度封装，在这块 ２．４×３．１ｒａｍ。的芯片上集成了约７００个器件， 该集成电路的外形如图一所示，采用ＤＩＰ２８ 脚塑封结构，另外述有一种ＳＯＰ２８脚扁乎塑 封结构 宋勇梁编译 该集成电路工作在ＦＭ和ＡＭ工作状态 时，静态电流分别为５毫安和３毫安。工作 电压范围为１．８—９伏，因而具有低电压低 功耗特性。可以方便的应用于３伏袖珍收音 机中 二、电路原理 图２为ＣＸＡ１０１９Ｐ的电路方框图。下面 简述各部分电路原理。 寓 １：调频高中频电路 圈１ ＣＸＡ１０１９Ｐ外形图 出 圈２ ＣＸＡ１０１９Ｐ方框图 图３为调频高额电路，由射频放大器， 混频器和本机振荡，缓冲放大器组成 射频放大器是由低噪声管０ 组成的共基 极放大器组成。由天线接收副的调频广播信 号，经过带通滤波器，抑制掉调频波段以外 频后通过电容耦台到混频电路。本级的增益 约为１２ｄｂ（在１００ＭＨｚ时）。 ０。——０ 组成双平衡混频器。采用这 种混填电路，混频输出电流频谱纯净，组台频 率少。在组装成的收音机中可以大大减少寄 的信号，送到０ 的发射极进行高频放大。 ０。的集成电极负载是由线圈和电容组成的并 联谐振回路。对０ 放大后的高频信号进行选 生通道干扰。另外对本振电压适应范围宽。 由于其混频增益高，失真小 线性好、动态 范围大、有利于减小交调和互调失真。 １２· ２ 频高频头嘎踌 本振电路包括Ｑ Ｑ 和Ｑ ，其中Ｑ 和 Ｑ． 是本机振荡的主振管，它们相互以集、 射极输出，并输入到混频级差动放大器的两 个输入端。Ｑ 。还可以减少混频级对本振电 路的影响。混频输出经电容耦合送到Ｑｓ— Ｑ ．组成的后置中频放大电路。这是一个由 差动放大和镜象电流源作为负载的放大器， 其目的是可以显著地改善共模抑制比。整个 高频头电路的输出级是由Ｑ：ｚ组成的单端射 随器，其输出负载是中频陶瓷滤波器。调频 前级电路的总增益约为４０ｄＢ。 经１０．７ＭＨＺ陶瓷滤器进行选择的信号进 基耦台的正反馈方式构成Ｌｃ振荡器。其谐 振回路外接于Ｑ－．的基极上。本振频率是否 稳定是影响整机工作的最主要因素。一般的 说，影响本振频率漂移有３个因素。①电源 电压的波动、②环境温度的变化、⑧芯片温 度的变化。该集成电路通过采取一系列的工 艺和线路结构措施，可以保｛正振荡频率的波 动稳定在一定范围内。①采取特殊设计的本 振偏置电路、电源电压在１．８—９伏范围内 变化时，保持稳定不变的偏置电压。③在本 振谐振回路里采用负温度系数的电容，抵消 本振晶体管结电容的影响，减小频率漂移。 ③使用具有温度系数的偏置电压和小寄生电 入中频放大电路。中放级采用非调谐式结构 因而使用起来非常简单。中放级是一个七级 差动放大结构，采用电容耦合放大并工作存 低电压条件下。中放级的总增益约为８６ｄＢ。 采用电容耦合放大，比起一般的直接耦合放 大，可以降低低频噪声，减小对混频级的影 响。另外电路上不需加直流负反馈来稳定工 作点。 容的晶体管。偏置电压随温度的提高而降 低，从而可以保证在５００ｒｏｗ功率输出，振荡 频率为１１０．７ＭＨｚ时，频率漂移在一３０一 ５０ＫＨｚ范围内。 调频鉴频器采用低失真的双差分乘法鉴 本振电压应尽可能控制在６００ｍＶ…值 以下，以减少本振对其它线路的泄漏，降低 辐射。 Ｑ 。是缓冲放大器，目的是把本振信号 频电路。如图４。电路由一个差动移相线路和 个双差分乘法器组成的鉴颧器。由七级中 放放大了的中频限幅信号经射随器Ｑ．、Ｑ 输 出到Ｑ。、Ｑ 组成的移相电路。Ｑ。、Ｑ 组成 的羞动线路的作用是线性移相。乘法箍频器 ·】３· 变换成 个反极 信号，分别从集电极和发 的喹频原理实际上是进行鉴相。田移相网络 把词额信号的瞬时频率变化转换成瞬时相位 变化，然后进行鉴相。对移相电路的要求是 相频特性是线性的。 罔４鉴蛔电路 Ｑ。、 组成的移相网络中，Ｑ。的基极 ｍ Ｈ 接ｉｏ．７ＭＨｚ中频信号。Ｑ 的基极接ｌＯ．７ＭＨｚ 陶瓷谐振器。陶瓷谐振器的相频特性决定整 ｊ 个移相网络的相辫特性。图５为陶瓷谐振器 毒．＂ｉｔ 的幅频和相频特性曲线。 ”’ 。· Ｉ 移相网络的等效电路如图６。其中工为 陶瓷谐振器的等效电感。 图５嘟瓷谐振器的特性 ｛ 、 ＼【、、＼ ＼ ｜ ， ／ ／ｖ‘ 。 ‘ｉ 图６ 移相网络的等效电路 ·］ · 由图６可知，两个晶体霄的等效辅入信 号为： － （１） 式（３）可以表示为。 ０ ２：（０、一 １Ⅳ÷同样可以得到 ． ） ａ＝ （２） ０，：（０、Ｖ， ÷） 因此，Ｑ 、Ｑ。组成舶羞动皂蹄的输出 当月 ＝Ｒ ：Ｒ。：１ Ｋ时，Ｑ。集电极的 输出用下列矢量表示： Ｌ 和 。 的相位相差９Ｏ 。将这两个相差 ９Ｏ。的中频信号送到Ｑ ——Ｑ 组成的双差 、 （ 等缶、 ㈩ 分乘法鉴相器进行鉴相。 ‰） ２．调幅高，中凝电路 调幅前级电路由高频放大器，本机振荡 器、缓冲放大器、混频器和自动增益控制电 路组成。如图７。 ． 陶瓷谐振器在１０；７，ＭＨｚ时殂杭为１ＫＱ． ｉ Ｉ Ｉ ｌ Ｊ 固７调幅前级电路 经输入选择回路选择后的广播信号通过 ｌＯ脚到高频放大器Ｑ。，这是一个高频低噪声 射极跟随器电路。由高性能的纵向ＰＮＰ晶体 下。Ｑ Ｑ ．差分对管是缓冲放大器，它有２ 个作用，一是克服强信号时对率振电路的影 响，即起隔离作用，另一方面是把本振的单 端输出经０ ｓ，Ｑ ｔ放大后变换成双端输出以 利于接到混频电路。Ｑ Ｑ， 组成的镜象电 流源作为缓冲放大器的负载，同时又勾混频 电路的Ｑ ，Ｑ 提供偏置。调频调幅的混频输 出都接于］４脚并分别外接中周和陶瓷滤波器 选出中频信号。 ，１５· 管Ｑ ——Ｑ。组成双平衡混频器。本振信号由 Ｑ 的基极输入，Ｑ 的集电极是混频器 本振电路由差分对Ｑ 、Ｑ 组成的ＬＣ 振荡器。其．Ｔ＝作原理与调频本振电路的工作 原理相同。本振电压 限制在６００ｍｙ…以 的输出。混频级的增益约为２０ｄｂ。 高频部分的ＡＧＣ电路由ＡＧＣ驱动电路 正负半波的放大。Ｄ。 ０ 和Ｄ ，０ｓ组成的 捌分流管０ 、０２组成。０ ，０。采取对称的 镜象电流源电路则完成正负半波的整流并由 ＮＰＮ和ＰＮＰ结构形式。其工作原理是，当输 ０ ，０ 的集电极输出。０ 和０。是反馈系数 入信号过大时，ＡＧＣ驱动电路产生的驱动电 为１００％的负反馈晶体管。该电路检波增揣 压使０ ０ 逐渐开始导通。０ 、０ｔ的集一射 可用下式袁示。 极电阻相当于并联在信号源上，０ ，０。导 差动放大管０ 的罐极正半波输入电流为 通后， 集射极电阻逐渐降低，减小，了输入谐 ，．： 振同路的Ｏ值，降低了输入信号电压，从而 逸到ＡＧＣ控制作用。一采用这种结构形式是因 素 （１ ｍ ｓｉｎｏｔ 为两射——集问具有相同的输入阻抗，从而 （０＜∞ ＜ ） 可以减小失真。调幅前级电路的总增益约为 其中：ｍ为调制度 ２０ｄｂ。该集成电路可工作在短波波段，其前 ｅ，为信号峰值电压 级电路的工作频率可达到３０ＭＨｚ。 ＰＮＰ晶体管０。把 变成 。 调幅中频放大与调频通道各自独立。这 ０ 的基扳负半波输入电流为ｊ ： 样可 避免两者之间的互相牵引。调幅中频 放大由三极著动放大器组成。其中前两级是 专 （１＋Ⅲｓｉｎｃｏｔ ＡＧＣ放大，第三级增益不受ＡＧＣ控制，固 （ ＜∞ ＜２ ） 定为２０ｄＢ，ＡＧＣ控制中放级的输，、电平在 ＰＮＰ管０。把， 变成 。 。由以上町知， ８０ｄＢ￣Ｖ以下，中放级的输出电平在１００ｄＢ￣＼ 在负载尺 上的输出电压 。的表达式可表示 以下。保证中放级不产生过载限幅失真并不 为； 使输出过大对后级产生影响。三极中频放大 采用电容耦台放大电路，并保持一定的中频 导 １ 通带。 因此检波增益可由电阻尺 ／ 的比值决 调幅检波电路如图８所示。为了提高小信 定。信号 。通过集成电路内部的低通滤波器 号时检波输出信号的电平和降低失真、提高 后．‘检波输出的音频信号的表达式为 信噪比，采用一种具有反馈特性的检波电路。 ＰＮＰ晶体管０。，０．和０ 被差动管０ 和 鲁… ２ ０。偏置在Ｂ类二ｌ＝作状态。０ 和０ 分别进行 图９所示为本电路检波输出与二极管检 波输出 图８毋幅检波线路 １ ６· 波的特性对 。 了低功耗工艺技术。功率输出级采用纵向 ＰＮＰ和ＮＰＮ管互补单端推挽电路、输出管的 ｅ 输出阻抗在ｌＱ以ｌ＾Ｊ。 嚣 Ｓ ｑ ３ ｆＩ＝ ２ Ｊ 这部分电路采用双层布线工艺。其优点 ｌＢ 是可以进行高密度封装和提高线路设计的自 由崖。通过采用特殊的发射极制作工艺叮以 显著的提高品体管的效率，还可以使芯片上 ０ 晶体管所需面积大为减少。要获得更高效率 的功率输出，一定要保持集～射极饱和电压 尽可能的低。同时还要尽可能抑制芯片的温 上升， ５Ｇ 减小对其他电路的影响。 在该集成电路巾ｌＨＪ以做到晶体管的饱和 电压为｝ ５ｇ ＮＰＮ管 Ｉｃ＝ｌ Ａ、 日 ８Ｂ 一舌 毒 ９Ｂ 圳 ｌａ日 ｌｔ０ ｌ ２日 Ｉ／ ＰＮＰ管 ｆ 、１日＝５０ｍＡ ）时为０．５１ 辅～电 ｋ （ｄＢｕＶ’ 闺９检谊输出特性曲线 ， ＝ｌ Ａ 、 日＝５０ｍＡ ３．音频功率放大 音频功率放大包括前置放大器，功率放 大器和电子音量控制线路。这部分电路采用 （、 １）时为０．６ 图１Ｏ为音频放大电路 检波输出先经音频前置放大，然后进到 １０ 音颖放大电路 功放缴。前置放大器的输出经过０ 、０ 组成 集成电路采用电子音量控制方式，其方法是 的差动放大，经０ 入到０ ，０ 的基极，０ 利 ０ 为倒相放大器．其输出分别接到单端推挽 电路的０ ｓ和０。的罄。极０ 羽旧 的集电极接负 载。 在前置放大器的输入端设置一个可变衰减 器，用来控制前置放大器的电压输出，其音 巷褒撼大于９０ｄＢ。圈ｌ１为衰减特ｆｆ 。耍¨ 罔所示，在请髓－＿１问附近，衰减特‘ 比较平 量控制砍茁前置放大器的输入端。浚 缓，这样符合人耳的听觉特点。 ·ｌ７· 综｝：所述，由于泼集成电路集成度高， 功能齐全，比起以前的电路，把外部元器件数 目降低到原来的｛，ＦＭ／ＡＭ中放级的调整 也已大大旧简单ｒ＾总的调整量和装配过程 已被火量的降低寻订简化。使ｊ｛ｊ该集成电路装 成的收音机具有高性能和可靠性好的特点。 实ＮＣＸＡ１０１ ９主要性能 直流特性 静卷电流：ＡＭ ３．５ｍＡ ＦＭ ５２ｍＡ 电源电璀范旧：］。８—９ Ｖ 交流特炷： ＡＭ部分（／ １ ＭＨｚ， ＝１ ＫＨｚ） ０ 最大灵敏皮：０．８３；ＬＶ １１ 包 Ｆ 日 Ｓ ． 一量 制 控 蔷制 蟹 孵 ．＿＿ｌ Ｖ 嚣． １２ ＣＸＡ１０１９Ｐ压划线路 Ｓ／Ｎ（ｅ ＝１０ｍＹ，３０ ＭＯＤ）；５０ｄＢ Ｔ６０ｄＢ ＦＨＤ（Ｐ， ＝３１ｍｙ，７５ＫＤＥＶ）： Ｈ．Ｄ（。 ＝５６ｍＶ，８０％０３ ＭＯＤ）：０．６ ＦＭ部分（， ＝１ ００ＭＨｚ， ｆｚｔｏ。 １ ＫＨｚ） 限幅灵敏 ； １ Ｖ Ｓ／Ｎ（ｅ， ＝１０ｍＶ，２２．５ＫＤＥＶ）；·１８· 实用灵敏度（２２．５ＫＤＥＶ）；２５ ＬｔＶ 音频功率放大部分， （，：１ＫＨｚ，Ｒ５＝８ Ｑ） 输出功率（ＴＨＤ＝１Ｏ ）： ５４０ｍＷ ＴＨＤ（１３ｏ＝５０ｍＷ）；０３Ｚ
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