哈爾濱工業(yè)大學(xué)電信學(xué)院課程設(shè)計(jì)結(jié)題報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告(結(jié)題)題目：中波電臺(tái)發(fā)射和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 生 宋振雷 學(xué) 號(hào) 1130520310 授課教師 趙雅琴 日 期 2015-05-20 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報(bào)告目錄1. 系統(tǒng)性能指標(biāo)分析12. 系統(tǒng)方案11.1. 功能框圖1 發(fā)射機(jī)部分11.2. 數(shù)學(xué)模型21.3. 元器件的選擇23. 仿真設(shè)計(jì)21.1. 電路原理21.2. 仿真軟件21.3. 仿真結(jié)果及分析24. 硬件測(cè)試(選作)25. 結(jié)論36. 參考文獻(xiàn)31. 系統(tǒng)性能指標(biāo)分析發(fā)射機(jī)系統(tǒng)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負(fù)載51，總的輸出功

2、率50mW，調(diào)幅指數(shù)3080。調(diào)制頻率500Hz10kHz。接收系統(tǒng)指標(biāo)：AM調(diào)幅接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHz，中頻頻率465KHz，輸出功率0.25W，負(fù)載電阻8，靈敏度1mV。調(diào)幅信號(hào)是通過調(diào)制信號(hào)控制載波的幅度來達(dá)到信息傳輸?shù)哪康模{(diào)幅信號(hào)又分為三種，普通AM信號(hào)，DSB信號(hào)，SSB信號(hào)，而本設(shè)計(jì)要求調(diào)制度為30%到80%，所以必然要使用AM信號(hào)。載波頻率可變，同時(shí)還要保證頻率穩(wěn)定度，所以選擇使用西勒振蕩電路，在LC回路中要使用可變電容，令可變電容接入100%和0%時(shí)的頻率跨度大于要求的頻率范圍。系統(tǒng)的調(diào)制度可以通過在調(diào)制信號(hào)上外加直流電源的大小來控制。發(fā)射系

3、統(tǒng)最后的總功率是載波功率和包絡(luò)信號(hào)的功率之和。由已調(diào)信號(hào)的幅值和調(diào)制度以及負(fù)載電阻大小共同決定。以下將在數(shù)學(xué)模型部分仔細(xì)闡述2. 系統(tǒng)方案1.1. 功能框圖 射極 跟隨 器 高頻 振蕩 器發(fā)射機(jī)部分 乘法 器 調(diào)制 功率 放大 器 低頻 放大 器 低頻 信號(hào) 源 接收機(jī)部分 檢波 電路 中頻 放大 本地 震蕩混頻器 1.2. 數(shù)學(xué)模型 本設(shè)計(jì)中 使用的最主要的兩個(gè)信號(hào)是低頻調(diào)制信號(hào)和高頻載波信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為Uc=Ucost；Us=Ucost;為了完成AM信號(hào)調(diào)制，需要在低頻信號(hào)上加一個(gè)直流分量用于控制ma。二者相乘之后，UAM=U1cost(1+macost)信號(hào)波形如下其中調(diào)制度ma可以

4、由已調(diào)波的波形算得。ma=Umax-UminUmax+UminUmax是已調(diào)波中的最大值，Umin是已調(diào)波中最低點(diǎn)。調(diào)制度一般大于0小于1，反映的是音頻信號(hào)對(duì)載波信號(hào)的影響程度。已調(diào)波在負(fù)載上的功率有三種，一種是只有載波時(shí)產(chǎn)生的Pc，另一種是上下邊頻功率P1，P2，還有一種是二者之和即總功率Pc=12Ucm2R; P1=P2=14ma2Pc; P=P1+P2+PC=(1+12ma2)PcUcm即已調(diào)波信號(hào)中波峰和波谷的平均值12（Umax+Umin）所以已知波形和負(fù)載電阻值，即可自行計(jì)算總功率的大小調(diào)幅波的解調(diào) 對(duì)于普通AM信號(hào)來說，其包絡(luò)性狀完全由音頻信號(hào)決定，而內(nèi)部的頻率則完全由高頻信號(hào)決

5、定。高頻震蕩的周期對(duì)于低頻信號(hào)來說時(shí)間是無窮小的，利用這一點(diǎn)設(shè)計(jì)出二極管包絡(luò)檢波，利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，只選取X軸上方的信號(hào)，再利用RC電路充放電時(shí)間的差異，使輸出波形緊貼原已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)而不再受高頻信號(hào)影響，取出原音頻信號(hào)，但要注意惰性失真。1.3. 元器件的選擇1. 低頻放大器集成運(yùn)算放大器的工作頻率只限于低頻，不能用于高頻小信號(hào)放大，而且有虛短虛斷的特性，可以較為簡(jiǎn)單直觀的計(jì)算出電壓的放大倍數(shù)。所以在低頻信號(hào)放大時(shí)將正輸入端接地，負(fù)輸入端接小信號(hào)輸入，輸出反饋一個(gè)電阻，電阻比例用于確定放大倍數(shù)。具體電路在仿真結(jié)果中闡述2.射極跟隨器 射極跟隨器使用2n2222三極管的共集接法，因?yàn)?

6、n2222是高頻小功率三極管中較為穩(wěn)定的一種。而射極跟隨器是跟在振蕩電路之后用于改變輸入輸出阻抗的緩沖級(jí)，共集接法使放大倍數(shù)在1左右，在級(jí)聯(lián)之后輸入阻抗很大而輸出阻抗很小，保證了后級(jí)電路工作的穩(wěn)定性。3. 乘法器調(diào)制 由于multisim軟件沒有自帶的成型芯片，MC1496如果使用需要自行封裝，所以在最初使用的是軟件自帶的模擬理想乘法器。理想乘法器的數(shù)學(xué)模型較好，輸出即為兩個(gè)輸入的信號(hào)直接相乘。數(shù)據(jù)計(jì)算較為方便，為了滿足后續(xù)的功率和調(diào)制度計(jì)算，使用理想乘法器。但是考慮到軟件仿真的真實(shí)性，又將MC1496封裝組裝成乘法調(diào)制電路，由于1496芯片能作用的幅值范圍只限于較小信號(hào)，需要提前進(jìn)行信號(hào)“放

7、大”，以滿足要求，再后來會(huì)具體闡述。 4.功率放大器 功率放大器使用丙類放大，三極管依舊使用2N2222，通過直流偏置，將B極電壓調(diào)至0以下，輸出接一個(gè)選頻回路諧振在載波頻率上，通過調(diào)整輸出回路的阻抗來調(diào)整輸出的功率以達(dá)到要求。5.本地震蕩 超外差接收機(jī)部分的本地震蕩頻率應(yīng)高于載波頻率，差值為中頻465khz，所以如果載波頻率變化，本振頻率應(yīng)該隨載波頻率變化，結(jié)構(gòu)類似于載波震蕩。三極管仍選用2N2222，電容值應(yīng)小于載波電路。6.混頻器 混頻器是為了將接收的不同頻率的載波調(diào)到統(tǒng)一的頻率，稱之為接收機(jī)的中頻，調(diào)幅波的中頻為465khz。實(shí)際上也是一個(gè)乘法器。本設(shè)計(jì)中還是利用了軟件中的理想乘法器。

8、7.包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波是通過二極管單向?qū)?，將已調(diào)信號(hào)大于零的部分取出后經(jīng)過RC回路反復(fù)充電放電，調(diào)整值可以達(dá)到的效果是，充電時(shí)間特別短，放電時(shí)間比較長(zhǎng)，效果就是回路輸出波形緊貼已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)，達(dá)到包絡(luò)檢波的目的。4. 仿真設(shè)計(jì)1.1. 電路原理總電路圖為了保證輸入接收機(jī)的信號(hào)較小，并不是通過功放進(jìn)入接收機(jī)，功放只是為了檢測(cè)輸出功率是否符合要求。乘法器和混頻部分用的都是multisim的理想乘法器，后面會(huì)展示MC1496的內(nèi)部引腳封裝和外圍電路。1.2. 仿真軟件 本設(shè)計(jì)選擇的是multisim軟件，功能很強(qiáng)大，有十分豐富的原件數(shù)據(jù)庫，可以比較簡(jiǎn)單的繪制電路圖，并進(jìn)行仿真。而且各種虛擬儀器功能

9、也很豐富，尤其是示波器的精度很高，完全符合本設(shè)計(jì)的要求。唯一的一些問題就是，任務(wù)書中提供的一些原件，multisim中并沒有，只能尋找其他類似原件代替，市面上已經(jīng)應(yīng)用很廣的芯片沒有仍然需要自行封裝。 1.3. 仿真結(jié)果及分析1. 西勒振蕩器圖1.西勒振蕩器振蕩電路主要的部分是C22，C21，L3的三個(gè)電抗原件，需要保證震蕩時(shí)為電感特性。C21，22主要決定了C的值，也就決定了諧振頻率。C21使用了可變電容，使諧振頻率可以變化，本設(shè)計(jì)的指標(biāo)是C21接入100%時(shí)，諧振頻率是470khz，接入0%時(shí)，諧振頻率是1.71Mhz，符合要求。左側(cè)的四個(gè)電阻作為直流偏置電阻，C17，C18是電容三點(diǎn)式的剩

10、余兩個(gè)必要的電容。通過圖中探針的示數(shù)可以看出，三點(diǎn)式輸出的電壓具有直流分量，需要用一個(gè)高通濾波器，濾除直流分量。濾波器的C值應(yīng)該比三點(diǎn)式的電容值較大，不會(huì)對(duì)前面的電路造成影響。本設(shè)計(jì)振蕩電路輸出的高頻載波電壓是大信號(hào)，經(jīng)過射極跟隨器緩沖級(jí)之后可以直接進(jìn)行調(diào)幅，不需要小信號(hào)放大。頻率穩(wěn)定度=1.011MHz-1.01MHz1.01MHz=9.9×10-4符合要求2. 射極跟隨器圖2.射極跟隨器由于西勒振蕩電路的輸入阻抗較小，帶負(fù)載能力較差，需要用射極跟隨器來進(jìn)行阻抗變換，提高帶負(fù)載能力。射極跟隨器使用三極管共集接法，電壓放大倍數(shù)約等于1。最初完成級(jí)聯(lián)的時(shí)候，跟隨器輸出電壓衰減較大，后加

11、入R8，級(jí)聯(lián)成功。通過射極跟隨器的探針示數(shù)和前一級(jí)比較可以看出，交流電壓幅值稍減小，而直流分量已經(jīng)非常小可以忽略。而震蕩頻率仍不變。3. 低頻放大器圖3.低頻放大器現(xiàn)實(shí)中低頻音頻信號(hào)應(yīng)該是由喇叭采集聲音信號(hào)而來，是一個(gè)小信號(hào)，需要低頻放大，軟件中無法仿真喇叭和連續(xù)頻譜的信號(hào)，所以這里使用一個(gè)低頻小信號(hào)源來代替。由于集成運(yùn)放的工作頻率只能是低頻，低頻信號(hào)放大可以使用這一簡(jiǎn)單的原件A741，通過輸入輸出前后的電阻值，可以精確計(jì)算放大倍數(shù)，這里選用50和450來完成十倍的放大。輸出回路加一個(gè)直流電源是為了完成后級(jí)AM信號(hào)的調(diào)制。直流信號(hào)的大小可以控制調(diào)制度ma，具體數(shù)值在后一級(jí)根據(jù)波形計(jì)算。4. 乘

12、法器調(diào)制a.理想乘法器圖4.乘法器調(diào)制圖5.乘法器調(diào)制輸出波形圖中兩點(diǎn)測(cè)量值為已調(diào)信號(hào)的最大值和最小值，可以計(jì)算出調(diào)制度ma=Umax-UminUmax+Umin=1591-7741591+774=34.5%符合設(shè)計(jì)要求。b.MC1496集成乘法器圖6.MC1496內(nèi)部引腳圖圖7.集成乘法器外圍電路圖8.1496乘法器輸出波形為了滿足MC1496對(duì)信號(hào)幅值的要求，需要添加一個(gè)高頻小信號(hào)放大電路模塊。在這里提供電路和模擬波形c.高頻小信號(hào)放大圖9.高頻小信號(hào)電路圖電路圖中心部分的變壓器為理想變壓器，LC諧振回路的諧振頻率，完全由左側(cè)的L4和C16決定。圖10.高頻小信號(hào)輸出波形5. 高頻功放圖1

13、1.高頻功放功率放大器使用負(fù)向偏壓以完成丙類功放，R21,C15,T1構(gòu)成諧振回路，T1的初級(jí)回路電感值與電容諧振在載波頻率，經(jīng)變壓器將功率傳給下一級(jí)。使輸出仍為標(biāo)準(zhǔn)的AM波形。圖12.高頻功放輸出波形通過圖中坐標(biāo)顯示，Umax=1.995V,Umin=961.52mV.Ucm=(Umax+Umin)/2=1.478V由調(diào)制度和Ucm可以計(jì)算出總功率P=（1+ma2/2）UCM2R=46.3mW50mW6. 接收機(jī)本地震蕩圖13.接收機(jī)本地震蕩超外差式接收機(jī)的本地震蕩與發(fā)射機(jī)的載波震蕩類似，只是振蕩頻率要高于載波的頻率。如圖，中頻為465KHz，本地震蕩應(yīng)大約為1.46Mhz，仍需要高通濾波器濾除直流分量，而且，而后的每一級(jí)都應(yīng)當(dāng)有耦合電容。7. 混頻乘法器圖14.混頻器圖中探針示數(shù)可以看出，混頻器輸出已諧振在466KHz,幅值為大信號(hào)，不需要中頻放大。而且已經(jīng)濾除直流分量。圖15.混頻器輸出波形圖中毛刺較多可能是因?yàn)楸菊竦牟ㄐ尾⒉黄交瑸V波器還應(yīng)改善。8. 包絡(luò)檢波圖16.包絡(luò)檢波圖17.包絡(luò)檢波輸出波形檢波輸出了同音頻信號(hào)同樣頻率的