小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計.doc

吉林建筑大學(xué)電氣與計算機(jī)學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計 專業(yè)班級： 電子信息工程 121班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2015.12.142015.12.25 教師評語：成績 評閱教師 日期 28目錄摘要 本文以一個小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)為設(shè)計對象，并對其主振級、緩沖級、高頻電壓放大級、低頻電壓放大級、調(diào)制級、高頻功率放大級進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計、論證、調(diào)試及仿真，并進(jìn)行了整機(jī)的調(diào)試與仿真。 早期的VHF頻段的移動通信電臺大都采用調(diào)幅方式，由于信道快衰落會使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對移動信道有較好的適應(yīng)性，現(xiàn)在世界上幾乎所有模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。由于高頻信號的幅度很容易被周圍環(huán)境所影響。所以調(diào)幅信號的傳輸并不十分可靠。在傳輸?shù)倪^程中也很容易被竊聽，不安全。所以現(xiàn)在這種技術(shù)已經(jīng)比較很少被采用，但在簡單設(shè)備的通信中還有采用。 振幅調(diào)制根據(jù)頻譜結(jié)構(gòu)的不同可分為普通調(diào)幅（AM)波，抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC AM）波和抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB-SC AM)波。本設(shè)計的調(diào)幅發(fā)射機(jī)指的是AM調(diào)幅。關(guān)鍵詞：電容三點式；調(diào)幅發(fā)射機(jī)；Altium Designer；Multisim一、 設(shè)計題目小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計二、 設(shè)計目的、內(nèi)容及要求本次課程設(shè)計的目的是：1、加深對高頻電子線路理論知識的掌握，使所學(xué)的知識系統(tǒng)、深入地貫穿到實踐中。2、提高同學(xué)們自學(xué)和獨立工作的實際能力，為今后課程的學(xué)習(xí)和從事相應(yīng)工作打下堅實基礎(chǔ)。設(shè)計內(nèi)容：小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計（1）掌握小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理；（2）設(shè)計出實現(xiàn)調(diào)幅功能的電路圖；（3）應(yīng)用Multisim軟件對所設(shè)計電路進(jìn)行仿真驗證。技術(shù)指標(biāo)：載波頻率f0=1MHz 10MHz；低頻調(diào)制信號1KHz正弦信號；調(diào)制系數(shù)Ma=505；負(fù)載電阻RA=50。三、 工作原理 用調(diào)制信號去控制載波的某個參數(shù)的過程，叫調(diào)制。用調(diào)制信號去控制高頻振蕩器的幅度，使其幅度的變化量隨調(diào)制信號成正比的變化，這一過程叫做振幅調(diào)制。經(jīng)過幅度調(diào)制后的高頻振蕩稱為幅度調(diào)制波（簡稱調(diào)幅波）。小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作原理是：由振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的載波信號，載波信號經(jīng)緩沖級送至振幅調(diào)制電路，緩沖級將振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對晶體振蕩級的影響，放大級將低頻信號放大至足夠的電壓后送到振幅調(diào)制電路，振幅調(diào)制電路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器，高放級將載頻信號的功率放大到所需的發(fā)射功率。調(diào)幅發(fā)射機(jī)常用于通信系統(tǒng)與其他無線電系統(tǒng)中，在中短波領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，由于調(diào)幅簡便，占用頻帶窄，設(shè)備簡單等優(yōu)點，因此在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。在實際的廣播發(fā)射系統(tǒng)中，中波調(diào)幅的頻率范圍為535 1605KHz ，音頻信號中的高音頻率應(yīng)該被限制在 4.5 KHz以下，發(fā)射功率需要達(dá)到300W以上才能使空間覆蓋面達(dá)到比較好的狀態(tài)，此次設(shè)計需要在實驗室環(huán)境中研究發(fā)射機(jī)的工作原理與原件選擇，因此，根據(jù)實驗室條件適當(dāng)降低技術(shù)指標(biāo)，載波頻率采用實驗室較為常用的6MHz，單音頻調(diào)制信號選擇1KHz，發(fā)射機(jī)功率初步定為1W。四、 總體方案發(fā)射設(shè)備是無線電通信系統(tǒng)的重要組成部分，它是將電信號變換為適應(yīng)與空間傳播特性的信號的一種傳輸裝置。它首先要產(chǎn)生頻率較高的并且具有一定功率的振蕩。因為只有頻率較高的振蕩才能被天線有效的輻射，還需要有一定的功率才可能在空間建立一定強(qiáng)度的電磁場，并傳播到較遠(yuǎn)的地方。高頻功率的產(chǎn)生通常是利用電子管或晶體管，把直流能量轉(zhuǎn)化為高頻能量，這是由高頻振蕩器和高頻功率放大器完成的。由于在無線通信系統(tǒng)中，只有饋送到天線上的信號波長與天線的尺寸相比擬時，天線才能有效的輻射和接受電磁波因此需要對信號進(jìn)行調(diào)制，使其以高頻的信號輻射出去。發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是是有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制,將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。高頻部分一般包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動級與末級功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。低頻部分包括音頻收集、低頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率放大級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電平，以便對高頻末級功率放大器進(jìn)行調(diào)制。因此，末級低頻功率放大級也叫調(diào)制器。調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要包括三個組成部分:高頻部分、音頻部分和電源部分。在此此可以省去省電源這一部分。調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常由主振級、緩沖級、倍頻級、中間放大級、振幅調(diào)制、音頻放大和輸出網(wǎng)絡(luò)組成。根據(jù)設(shè)計要求，載波頻率f=10MHz ，主振級采用克拉潑振蕩電路，輸出的載波的頻率可以直接滿足要求，不需要倍頻器。系統(tǒng)原理圖如圖所示：圖4.1總體方案框圖其工作原理：本機(jī)振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的載波信號，載波信號經(jīng)緩沖倍頻送至振幅調(diào)制電路；話音放大電路將低頻信號（例如語音信號）放大至足夠的電壓送到振幅調(diào)制電路；振幅調(diào)制電路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器，高放級將載頻信號的功率放大到所需的發(fā)射功率，然后經(jīng)天線輸出。五、 單元電路設(shè)計5.1 主振蕩器模塊調(diào)頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調(diào)頻，電抗管調(diào)頻和變?nèi)荻O管調(diào)頻。晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的優(yōu)點是提高了振蕩器中心頻率的穩(wěn)定性，但是價格比較的昂貴；電抗管調(diào)頻電路與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路相比，要復(fù)雜一些?？紤]到本設(shè)計任務(wù)要求中心頻率的穩(wěn)定性不高，所以我選擇了電抗管調(diào)頻電路，所謂電抗管，就是由一只晶體管或場效應(yīng)管加上由電抗和電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡(luò)組成。它與普通的電抗元件不同，其參量可以隨調(diào)制信號而變化。電抗管的放大器件可以是電子管、晶體管或場效應(yīng)晶體管移相電路也有多種型式（如RC或RL移相網(wǎng)絡(luò)）,其作用是使放大管Q4的輸出阻抗具有一個電抗分量Xe，當(dāng)Xe隨輸入信號變化時,即可獲得調(diào)頻信號。電抗管調(diào)頻器的缺點是振蕩頻率穩(wěn)定度不高；頻移也不能太大,阻抗 Ze通常還具有電阻分量，這個分量也隨輸入信號而變化,使振蕩器產(chǎn)生寄生調(diào)幅。常見的電抗管調(diào)頻電路主要有電容三點式振蕩器和電感三點式振蕩器。振蕩器電路圖如圖5.1所示：圖5.1 振蕩器電路原理圖振蕩器電路仿真圖形如圖5.2所示：圖5.2主振器仿真波形圖5.2緩沖器模塊緩沖隔離級將振蕩級與功放級隔離,以減小功放級對振蕩級的影響,因為功放級輸出信號較大,工作狀態(tài)的變化會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級經(jīng)常采用射極跟隨器電路，緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓，以提高電平調(diào)幅電路所需的載波輸入信號，所以要有合適且可調(diào)的增益。如圖5.3所示：圖5.3緩沖器電路圖緩沖器仿真電路圖如圖5.4所示：圖5.4緩沖器電路仿真圖仿真圖中R1、R2、R3、R4為偏置電阻，通過調(diào)節(jié)R6可以連續(xù)改變輸出正弦波的幅值的大小。輸入為圖5.5所示時圖5.5函數(shù)發(fā)生器參數(shù)圖R6接入50%時的仿真圖形為圖5.6所示：圖5.6緩沖器輸出波形圖所以，可以看出調(diào)節(jié)R6可以得到所需幅值的正弦波。5.3高頻放大器模塊高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一級高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號輸入。高頻放大器仿真電路圖如圖5.7所示：圖5.7高頻放大器仿真電路圖高頻放大器輸出波形如圖5.8所示：圖5.8高頻放大器輸出波形圖5.4音頻放大模塊 音頻放大器仿真電路圖如圖5.9所示：圖5.9音頻放大器仿真電路圖輸入如下頻率為1kHZ幅值為1V的正弦波時如圖5.10所示：圖5.10函數(shù)發(fā)生器參數(shù)圖音頻放大器仿真波形圖形為圖5.11所示：圖5.11音頻放大器輸出波形圖可以通過改變R3值的大小來改變放大倍數(shù)。5.5振幅調(diào)制模塊集電極調(diào)幅電路具有調(diào)制線性好，集電極效率高的優(yōu)點。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機(jī)中。振幅調(diào)制仿真電路圖如圖5.12所示：圖5.12振幅調(diào)制仿真電路圖振幅調(diào)制輸出波形圖如圖5.13所示：圖5.13振幅調(diào)輸出波形圖輸出波形原理分析載波 直接加到放大器的基極。調(diào)制信號 加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。集電極諧振回路LC調(diào)諧在載頻 上。由于與 相串聯(lián)，因此，丙類被調(diào)放大器集電極等效電源 將隨變化，從而導(dǎo)致被調(diào)放大器工作狀態(tài)發(fā)生變化，在過壓狀態(tài)下，集電極電流 的基波分量振幅 隨成正比變化，從而實現(xiàn)調(diào)幅。5.6高頻功放模塊：功率激勵級為末級功放提供激勵功率。 末級功放將前級送來的信號進(jìn)行功率放大，使負(fù)載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機(jī)效率較高，應(yīng)采用丙類功率放大器，本題要求，故選用丙類功率放大器較好。隔離的作用是為了防止發(fā)射的部分高頻信號對載波信號產(chǎn)生干擾；放大的作用是為下一級提供足夠的功率，采用自給負(fù)偏壓丙類諧振功率放大器，通過改變電位器改變負(fù)偏壓大小?；芈分C振在工作頻率，可以改變變壓器耦合輸出。 功率放大器電路如圖5.14所示：圖5.14功率放大器電路圖公路放大器輸出波形如圖5.15所示：圖5.15功率放大器輸出波形5.7整體電路原理整機(jī)電路是由LC電容三點式主振級、緩沖級、高頻電壓放大級、低頻電壓放大級、調(diào)制級、高頻功率放大級。其中，LC電容三點式振蕩電路產(chǎn)生高頻率且相對穩(wěn)定的輸入載波信號，倍頻器電路是將振蕩電路產(chǎn)生的載波信號進(jìn)行進(jìn)一步的放大，使其變化為更高頻率的信號。調(diào)幅電路是將載波信號與低頻信號源產(chǎn)生的調(diào)制信號相乘來產(chǎn)生調(diào)幅信號?；祛l電路是實現(xiàn)將已調(diào)信號與本振信號相乘進(jìn)行變頻（其中fi=fo+fs）.功率放大電路是將調(diào)制信號的能量放大同時濾除不需要的頻率（高次諧波），以免造成對其他電臺的干擾。六、電路設(shè)計總結(jié)整體電路共分為六個模塊，分別為主振級、緩沖級、高頻電壓放大級、低頻電壓放大級、調(diào)制級、高頻功率放大級。首先由克拉波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號，再經(jīng)過緩沖級，讓振蕩器與振幅調(diào)制器隔離開來，不影響載波頻率的穩(wěn)定，然后經(jīng)過高頻電壓放大器，將輸入電壓進(jìn)行放大，使輸出電壓滿足高電平的集電極調(diào)制器，接著將調(diào)制信號經(jīng)過音頻放大器放大，最后將載波信號與調(diào)制信號輸入到集電極調(diào)制電路進(jìn)行普通調(diào)幅，然后進(jìn)行丙類功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。由于選用的仿真軟件為multisim,有些元件在元件庫里沒有，仿真時就選用了理想的虛擬元件，比如型號為BJT_NPN_VIRTUAL的三極管就是理想的三極管，由于改變了三極管的型號，所以在實際仿真調(diào)試時改變了好多偏置電阻的阻值以便是電路輸出所需的波形七、收獲、體會這次課程設(shè)計對于自己來說是一次很大的挑戰(zhàn)，做起來我感覺比較吃力，雖然剛剛學(xué)完了高頻電子線路，但是一直有種云里霧里的感覺，雖然知道應(yīng)該由哪幾部分構(gòu)成，每一部分的原理也知道，但是實際做起來就很吃力了，要根據(jù)實際元件的特性去設(shè)計元件的參數(shù)，感覺無從下手，但是有困難不能夠放棄，于是我查閱了一些資料，和同學(xué)們一起討論計算，并且去請教學(xué)長，慢慢的我有了一點眉目，接著我便開始設(shè)計各個單元模塊，對于各個模塊的比較選擇還是比較容易，就是參數(shù)設(shè)計比較困難，主要原因是因為對于電路的分析不清楚，我只有接著查找資料，結(jié)合老師所將知識，慢慢的一點點的明白計算，最終才算是有些明白。然而在使用軟件進(jìn)行仿真時有些三極管找不到，就是用了理想化的模型進(jìn)行了代替，致使在仿真的過程中修改了一些電阻的阻值，使電路正常工作。當(dāng)然這次課程設(shè)計也教會了我許多，首先它將我平時的所學(xué)結(jié)合在一起，有了一個系統(tǒng)的框架，然后再去補(bǔ)充這個框架的內(nèi)容，使我有了一個課程設(shè)計的基本方向和目的，不至于太過盲目；其次也鍛煉了我查閱資料的能力，以及對有用資料的篩選能力；再者通過跟同學(xué)們的討論研究，我懂得了合作的重要性。課程設(shè)計是一項很能鍛煉人的實踐，雖然它看起來充滿著困難，但是不管怎么樣我們都得敢于去挑戰(zhàn)，以后還有畢業(yè)設(shè)計，這將是一次更大的考驗，不管是從設(shè)計原則，設(shè)計思路以及報告格式還有心理上來說都是一次很好的鍛煉。八、參考文獻(xiàn)1曹才開.高頻電子線路原理與實踐.湖南：中南大學(xué)出版社.20102康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分(第五版).北京：高等教育出版社.20063謝自美.電子線路設(shè)計.實驗.測試(第三版).武漢：華中科技大學(xué)出版社.20004王堯.電子線路實驗. 南京：東南大學(xué)出版社.2000.5曾興雯.高頻電路原理與分析.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2002.6李新平.實用電子仿真技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003附錄一：系統(tǒng)總原理圖附錄二：系統(tǒng)元件清單元件編號元件編號15 KR11KR215.1KR270R251.9