CO2聲光調制驅動源電路設計

楊 鵬 韓建寧

1 引言

隨著激光技術、光通信技術的迅速發展，聲光調制技術已廣泛應用于彩色印刷、光纖通訊開關、激光成像和顯示及模擬聲光語音通信等內容[1]。聲光調制器由線性聲光調制器和驅動電源所組成。驅動電源是聲光調制系統的關鍵部分，由振蕩器、中間電路、功率放大電路組成。實際應用的聲光器件中，驅動源多采用通用信號發生器，在頻率特性、調制特性及輸出特性等方面不能很好地滿足聲光調制需要[2]，設計聲光調制器匹配的驅動源，對聲光調制系統具有很好的應用價值。本文設計CO2聲光調制器驅動源電路[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，幅值為0～10Vpp，輸出阻抗50?。

2 聲光調制器電源電路系統整體設計

聲光調制器驅動源電路整體設計框圖如圖1所示。

圖1 聲光調制器驅動源電路整體設計框圖

根據CO2聲光調制器工作原理，利用正弦波振蕩器電路產生一個幅度、頻率穩定且可調的正弦信號，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定、阻抗失配的問題。因此，采用高頻三級管，構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制器驅動源設計的關鍵部分，本文采用皮爾斯(Pierce)振蕩器，其輸出信號頻率范圍寬，穩定度高，輸出波形不隨頻率發生變化。選擇高頻管2SC2786作為震蕩管和標稱頻率為20MHz的石英晶體諧振器。根據2SC2786靜態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)，RB2=8.2KΩ ，輸出頻率為20MHz，根據f=1 2π LC ，取負載電容CL=50pf ，即C2、C3、C4總電容為50pf，C2、C3由反饋系數和C4決定，且C2和C3要遠大于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。正弦波振蕩器的外圍引腳設計和仿真結果如圖2所示。

圖2 正弦振蕩器電路設計

由圖2(b)可知，Q1工作在放大狀態，滿足Uc>Ub>Ue，滿足正弦波振蕩器起振條件。根據圖2(c)可知，在石英晶體振蕩器起振并穩定后，能輸出幅度峰峰值超過2V，振蕩頻率穩定在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，實現功率放大等優點，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，遠大于正弦波振蕩電路工作中心頻率40MHz。2SC2786外圍引腳設計如圖3所示。

圖3 匹配電路設計

2.3 混頻器電路

混頻器電路是聲光調制器驅動源設計的主要部分，本設計中采用了混頻器SCM-1來完成，其設計原理是二極管環形混頻器，其電路結構原理圖如圖4(a)所示，由三線傳輸線變壓器和環式封裝的精密配對的肖特基二極管組成，具有結構簡靈活等優點。且具有良好的信噪比，輸出的信號更純凈，滿足聲光調制器工作需求。混頻器SCM-1有3個端口（本振、射頻和中頻），分別以LO、RF和IF來表示，根據信號輸入和輸出的端口不同，可實現很多不同的功能。本設計中混頻器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，根據聲光調制器需要，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，因此混頻后需要進行放大。本文采用輸入阻抗為50?的功放芯片MHW6222，工作頻率達到550MHz時，增益為22dB，輸出功率大，滿足聲光調制器工作需求。MHW6222器件引腳設計如圖5所示。信號由1腳輸入，7腳輸出，使用電位器R7達到調節輸出功率的目的，不同頻率下測量值如表1所示。

圖5 功率放大電路設計

表1 功率放大電路測量結果

3 結論

本文根據CO2聲光調制器要求設計配套聲光調制器驅動源。首先提出聲光調制器驅動源電路的整體設計系統，在此基礎上，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的設計說明。最后輸出射頻信號中心頻率為40MHz，調節電位器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，調節電位器R7，可使信號幅度在420mVpp～11.6Vpp之間變化。因此，本文設計的CO2聲光調制器驅動源電路工作正常，達到了設計要求，達到了CO2聲光調制器正常工作的應用條件。