小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計安裝和調(diào)測

1、小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計、安裝和調(diào)測設(shè)計目的訓(xùn)練學(xué)生對高頻電子元器件及電路的應(yīng)用能力、高頻電路的設(shè)計與調(diào)測能力，高頻電子小系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)測能力，提高綜合應(yīng)用高頻知識的能力、分析解決問題的能力。設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個小功率調(diào)幅發(fā)射機，指標(biāo)為：中心頻率6MHz;頻率穩(wěn)定度w 10-4;輸出AM波峰包功率200mW調(diào)制系數(shù) ma50%包絡(luò)基本不失真，用短波調(diào)幅收音機收聽到的聲 音清晰且不失真。限定條件：天線阻抗50 Q,話筒為駐極體話筒 XD-18。方案的確定與電路圖()系統(tǒng)方案的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，可選用圖k1.1所示的典型小功率調(diào)幅發(fā)射機的方案。圖中，晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度w10-5的基本不

2、失真的6MHz的正弦波。由于晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度通?？蛇_(dá)10-6以上，因此一般滿足頻率穩(wěn)定度w10-5的要求。緩沖放大器用于減小高電平調(diào)幅電路對振蕩器工作的影響，并對振蕩器輸出信號進行放大，其增益應(yīng)該合適而且可調(diào)，以便滿足高電平調(diào)幅電路，不難達(dá)到發(fā)射機的功率和失真要求。調(diào)制系數(shù)可以通過UB(t)和U Q(t)的大小來滿足，UB(t)的大小通過緩沖放大器的增益來調(diào) 節(jié)，UQ (t)的大小通過音頻放大器的增益來調(diào)節(jié)。音頻放大器的作用是不失真地放大音 頻信號，其增益應(yīng)該合適而且可調(diào)。綜上可見，高電平調(diào)幅電路是滿足系統(tǒng)要求的關(guān)鍵，應(yīng)首先設(shè)計該電路，然后根據(jù)該電路對信號UB(t)和UQ (t)的要求確定

3、其它電路。圖k1.1小功率調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)框圖(二)單元電路的設(shè)計1.高電平調(diào)幅電路的設(shè)計(1 )電路及工作狀態(tài)的選擇。高電平調(diào)幅電路主要有基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅和集電極基極雙重調(diào)幅電路。由于輸出功率較小，故可選用效率雖較低但調(diào)制線性好、 電路較簡單的 基極調(diào)幅電路。導(dǎo)通角通常選擇 70左右，采用自給偏置，電路如圖 k1.2所示。為了提高 調(diào)制線性度，應(yīng)使電路工作在欠壓區(qū)。cco+vcC+CU EB2圖 k1.2高電平調(diào)幅電路方案(2) 基本原件的選擇。圖中，CBi、Cb2 cc為隔直耦合電容，Ci、C為高頻濾波電容。n由于載波頻率 f c=6MHZ音頻信號頻率 F20H乙20KFZ,故取Cbi=

4、Cb2=CC=0.033卩f,C i=G=1卩f。 G為電源去耦電容，G=10y f。扼流圈Lc在該電路中主要起隔離高頻信號、耦合電源的作用，通常取10mH LB2=51Mh Lb1為高頻扼流圈，其作用是隔離高頻載波信號，耦合低頻的音頻信號，因此取Lbi=470u Ho Re為負(fù)反饋電阻，用以改善波形及測試工作狀態(tài)，通常取10QO(3) 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。L、C4和G構(gòu)成n型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，為確定它們的值，需要先 確定集電極諧振電阻 Ro電路的最大輸出功率在臨界狀態(tài)時達(dá)到， 考慮到匹配網(wǎng)絡(luò)的實際傳 輸效率，應(yīng)選擇臨界狀態(tài)時的最大輸出功率POma1.5 倍輸出峰包功率 =1.5 X 220mW=

5、330mW故選擇POma=0.6W。設(shè)集電極飽和壓降 U：ES=1V,電源電壓VcC=12V,則臨界狀態(tài)時的高頻信 號幅度為Umma=11V,可得集電極諧振電阻為Re = LLma/(2P omax) 疋 100 Q考慮到功放匹配電路中Qi、Q2不宜太大，否則諧振曲線太尖銳，不易調(diào)整，而且傳輸效率降低，故取 Qi=2。由于Qi=wcRC4,因此得6c4=2/(6 X 10 X 2 nX 100)=530PF實際可取560PF,然后根據(jù)實驗調(diào)整。由于 R e/ ( 1+Qei) =R/ ( 1+Qe2)故可得 Q e2 1.22C 5=Q/(w cRa)=650PFG可取680PF,然后根據(jù)實驗

6、調(diào)整。2 2L=Ll + L2=(Qel/Wc) X (Re/(1+Q e1)+ (Q e2/wc) X (Re/(1+Q el)=1.72 H故L取為1.8卩H.(4) 三極管的選擇。設(shè)導(dǎo)通角70,根據(jù)三極管臨界工作狀態(tài)時的高頻信號振幅 LLmmaX=11V,可求得臨界狀態(tài)時集電極電流為icma)=I cmma/ a 1 ( 0 ) = Lcmma/Rea i(70 ) = 11/(100 X 0.44)=0.25A臨界狀態(tài)時的管耗為Pc=Pd-P oma=i cmax a o( 0 )Vcc-Pomax=0.25 X 0.25 X 12-0.6=150Mw由于失諧管子的管耗大大增加，因此P

7、CM的選擇應(yīng)有足夠余量。三極管的最大集電極電壓為UCEmaQ2Vc(=24V查手冊知：NPN高頻中功率管 9013的參數(shù)為f& 300MHz PcM=700Mw,lcM=300Ma,U( br)ceo=30V,所以滿足上述要求。9013的管角如圖k1.3 ( b)所示。(5) 載波電壓幅值 Ubm與調(diào)制電壓幅值 UQ m的選擇。由于采用自給偏置，因此 Ubm應(yīng) 大于0.5V。為便于調(diào)整、提高調(diào)幅性能，應(yīng)使Um在0.5 3V內(nèi)可調(diào)，UQ m在0.11v內(nèi)可調(diào)，然后通過實驗確定它們的合理取值。綜上所述，確定高電平調(diào)幅電路如圖k1.3(a) 所示e b c(b)圖k1.3 高平調(diào)幅電路(a)電路 (

8、b) 9013管腳排列2. 電源的選擇除高電平調(diào)幅以外的電路，信號的大小和功率都比較小，且對電源無特殊要求，故可根 據(jù)高電平調(diào)幅電路的電源要求將各電路的電源選為VCC=12Vo3. 音頻放大電路的設(shè)計音頻放大電路的輸入信號由駐極體話筒提供，其值較大，可達(dá)100mV為使UQ m能在0.11V內(nèi)可調(diào)且有一定的調(diào)節(jié)余量， 可確定音頻放大電路增益為 0.120 ,帶寬20Hz 20kHzo 音頻放大電路的 R應(yīng)遠(yuǎn)大于FS,由于駐極體話筒 XD-18的Rs較高(約幾KQ),因此可取R=20K Qo擬采用圖k1.4所示的單電源放大電路。圖中12V電源通過68kQ電阻為話筒提供直流偏置電壓，這是話筒 XD-

9、18工作所要求的。隔直耦合電容C6和旁路電容C7根據(jù)下列式子確定G(3 10 ) / (2 n f lR)C 7( 310) / (2n fL ( R/R 3)由于 Auma=20,f max=20kHZ,而集成運放 LM741的單位增益帶寬為BVG=1MHZ AumaXf max=4 X105Hz,故集成運放可選用 LM741,其管腳排列如圖k1.5所示。Q inf 400k Q3圖 k1.46 10調(diào)零端 1 IN - IN + Vss圖k1.5 LM741 管腳排列4晶體振蕩器的指標(biāo)要求：fosc=6MHz,頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5波形大小穩(wěn)定，失真小，故可 按頻率指標(biāo)設(shè)計，然后通過實驗確

10、定幅度。(1) 電路形式的選擇。采用應(yīng)用較廣的并聯(lián)型晶體振蕩電路。由于頻率不高，故用共發(fā)射極組態(tài)就可以了。為便于調(diào)節(jié) fosc，采用類似于改進型電容三點式的結(jié)構(gòu)，如圖k1.6所示。(2 )工作狀態(tài)的選擇。甲類工作狀態(tài)波形好、穩(wěn)定度高，但效率低；乙類、丙類則反之。 由于本方案中所需的輸出功率不大，可選擇甲類。(3)元器件的選擇1)直流通路原件的確定。通常取 Vb( 1020) / (2n foscRz2)故可選Ce=0.01卩F。G5為隔直耦合電容，可按下式選取Gs( 1020)/(2 n f oscRl)設(shè) R=1KQ，則可選 G=0.01卩F。3) 回路原件選擇。因為 fosc=6MHz故選

11、用6MHz晶體。Q取20PF即可。G、G2是回路電容，應(yīng)取大些以減小回路參數(shù)及分布參數(shù)的影響。由于反饋系數(shù)為Fu -G1/G2所以C1、G2的比例影響振幅條件及輸出大小。G/C1太小時易飽和，波形變差；太大時可能不起振。通常取 C2/C仟110。現(xiàn)取C1=C2=200PF,實驗中視需要可作調(diào)整。4) 選管。因為管子甲類工作，為保證管子安全工作，應(yīng)選擇Pcm I cQUCE(=3mA 2I cc=6MaU（br）ceq 2VCc=24V9013參數(shù)可知可選用應(yīng)選擇特征頻率fT( 310) fosc =(310)MHz。根據(jù)前面所訴的9013。綜上所訴，可得集體振蕩器電路及其電路參數(shù)如圖k1.6所

12、示。+12V吊1 11K QL10二日5 0.01 F u o30KQ 1K QB2 R E121 An Ft2-i- 0.01 卩 fT 2.2K Q00PFCC3 20PF6MHz圖k1.6晶體振蕩電路2200pf5.緩沖電路的設(shè)計緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓放大為0.53V的電壓，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。由于信號頻率高，故不采用普通運放實現(xiàn)放大， 應(yīng)采用集成寬帶放大器或采用三極管分立元件電路。實踐表明，采用前述高電平調(diào)幅電路時，只要 Ubm達(dá)到1.2V就夠用，該晶體振蕩器能滿足 Ubm=1.2v 的要求，因此可省去緩沖放大器（三）總電路圖rb1 H

13、KqLc10rr)H30KQRb2 TI2VC5 0.01 U F1KQReiJOPFUn in1 |+ 12voR2 30 K T丄 C3 20PF| 6MHzpR 400kQaT +12YR3 30 k 丁C7 lOUfCc 0.0331 fRe 10QLb1470工工 Lc10mC310pfC310f I I Cbv 0.033 P fLb2 51Mh0UnLM74K/VC456OPFC5 JsOPRJ R50Q四、列出元器件清單及所需儀器清單電阻電容電感10Q 1 個200PF2個1.8卩H 1個50 Q 1 個560PF1個 /170卩H 1個2.2k Q 1 個680PF1個10

14、mH 2個11k Q 1 個0.01卩 F 2 個-51 mH 1個20 k Q 1 個0.033卩 F 2 個30 k Q 3 個1卩F 2 個10卩F 2 個其它器件電位器三極管集成運放1k Q 1 個9013 2個 LM741 1個6MHz 1個430kQ 1 個面包板直流穩(wěn)壓電源示波器高頻信號發(fā)生器萬用表1 塊1臺臺1臺1臺五、安裝調(diào)測舉例(一) 看樣板，確定總電路布局和電源、地、輸入端、輸出端的位置。(二) 單元電路的安裝與調(diào)測1.調(diào)幅電路(設(shè)載波頻率為6MHZ(1) 在合適的位置安裝調(diào)幅電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。用萬用表的“ x1 Q”檔測量電源和地間的電阻，以保證電源未被

15、短路。(2) 諧振功放的調(diào)諧、調(diào)整與測量1) 調(diào)諧：將直流穩(wěn)壓電源調(diào)為 +5v,然后接入電路。在 ub (t)端輸入6MHz幅值1V的正弦波，用雙通道示波器同時觀察Ub ( t )端、輸出端Uo的波形。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率，觀察Uo大小、失真情況的變化。當(dāng)Uo最大且基本不失真時， 就調(diào)好了。若諧振頻率偏離6MHz 較多，則需調(diào)整電路，使諧振頻率為6MHz若諧振頻率為1MHz則記錄該頻率fo=2) 將直流電源調(diào)為+12V,減小輸入信號，直到Ue端的余弦波脈沖剛剛消失，記錄此時的信號幅值UbmminF,此即功放工作需要的最小值。3) 調(diào)整與測量：根據(jù)指標(biāo) Pomax 220mV可求得輸出電壓必須滿

16、足 Umax4.7V，因此應(yīng) 調(diào)節(jié)輸入信號大小，觀察發(fā)射極信號 UE的變化，使功放工作于臨界狀態(tài)(臨界時UE為最高 尖脈沖)，測量此時的Uo的幅值，若Uo幅值小于4.7V或波形失真，則需對電路作調(diào)整；若Uo幅值大于4.7V且波形不失真，則記錄Umax=, 并測量、記錄相應(yīng)的輸入幅值Lbmmax=。這樣得到使功放欠壓工作的輸入信號范圍LbmminLbmma(3) 調(diào)幅和測量1) 加載波信號：在UB(t)端加上6MHz的正弦波，為獲得較大調(diào)幅度，載波幅值宜取LLm= (Ubmmin+LbmmaX /2。2) 加調(diào)制信號：在u Q( t)端加上6MHz的低頻正弦波，觀察輸出電壓波形，應(yīng)為普通調(diào)幅波。

17、調(diào)節(jié)調(diào)制信號的幅值，使調(diào)幅電路能輸出調(diào)制系數(shù)ma50% Umax4.7V、包絡(luò)基本不失真的普通調(diào)幅波，否則需調(diào)整電路。測量并記錄f Q =1kHz、Lomax=4.7V且ma=50(時對應(yīng)的 Ubm=, UQ m=。3）保持調(diào)制信號的大小不變，調(diào)節(jié)其頻率，觀測并記錄調(diào)幅電路對調(diào)制信號的通頻帶 頻率范圍： f Q =。2 晶體振蕩電路（ 1）安裝電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。（2）斷開正反饋環(huán)路，接通 12V直流電源，用萬用表測量Ueq從而求出Ieq,與理論值進行比較，無異常則可進行下面測試，若異常則需排除故障或調(diào)整電路。（ 3）接通正反饋環(huán)路，用示波器觀察輸出波形。若無波形，應(yīng)確認(rèn)是否構(gòu)成

18、正反饋。若能確認(rèn)， 則可增大環(huán)路增益， 使輸出穩(wěn)定波形。 用示波器觀察輸出波形的形狀和頻率，若 頻率明顯不對， 則為寄生振蕩或晶體不對；若頻率正常。 則用頻率計測量之。若波形明顯失 真，則應(yīng)調(diào)整三極管工作狀態(tài)，使管子工作在甲類狀態(tài)，輸出波形不失真。（4）觀測振蕩頻率和輸出信號的大小。若振蕩頻率約為6MHz則滿足輸出要求，否則要調(diào)整電路。若帶調(diào)幅電路時的輸出電壓幅值在1V12V之間，則能滿足調(diào)幅電路對載波大小的要求，否則要調(diào)整電路或設(shè)計緩沖放大器。當(dāng)電路調(diào)好后，測量并記錄：f osc= ,半小時頻率穩(wěn)定度為，空載時輸出電壓為，帶調(diào)幅電路時輸出電壓值為。3. 音頻放大電路（ 1 ）安裝電路，仔細(xì)檢

19、查，確保安裝正確可靠。（2） 接通12V直流電源，用萬用表測量LM741的輸入、輸出腳直流電位：UIn+=,UIN= , UO= , 并與理論值比較，若直流電位正常，則進行下面的測量。（3） 輸入6kHz、幅值100mV的正弦波，調(diào)節(jié)Rf，觀測輸出幅值范圍，若輸出幅值能在 O.1V1V 內(nèi)可調(diào)，則滿足了增益指標(biāo)。記錄輸出幅值范圍：。（4） 輸入6kHz、幅值100mV的正弦波，調(diào)節(jié)Rf，使輸出電壓幅值為 0.5V。然后保持輸入信 號的大小不變， 調(diào)節(jié)其頻率， 測量音頻放大電路的 30dB 帶寬對應(yīng)的頻率范圍： 。 若通頻帶能覆蓋120Hz120KHz范圍，則音頻放大電路就調(diào)好了。（三）系統(tǒng)電路統(tǒng)調(diào)與性能指標(biāo)測量（ 1 ）按照總電路圖連接各單元電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。（2） 接通12V直流電源，同時觀察調(diào)