哈工大高頻課程設(shè)計(jì)

1、課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 報報告告 (結(jié)結(jié)題題)題目：中波電臺發(fā)射和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：中波電臺發(fā)射和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)專專 業(yè)業(yè) 電子信息工程 學(xué)學(xué) 生生 XXX 學(xué)學(xué) 號號 11305201XX 授課教師授課教師 趙雅琴 日日 期期 2015-05-24 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制目錄目錄一、仿真軟件介紹一、仿真軟件介紹.1二、中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求.12.2 系統(tǒng)框圖.12.3 各模塊設(shè)計(jì)與仿真.2 2.3.1 主振蕩器設(shè)計(jì)與仿真.2 2.3.2 緩沖級的設(shè)計(jì)與仿真.3 2.3.3 高頻小信號放大電路的設(shè)計(jì)與仿真.5 2.3.4 振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)

2、與仿真.6 2.3.5 高頻功率放大器與仿真.8 2.3.6 聯(lián)合仿真 .93 3、中波電臺接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中波電臺接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求.103.2 系統(tǒng)框圖.113.3 各模塊設(shè)計(jì)與仿真.11 3.3.1 混頻電路設(shè)計(jì)與仿真.11 3.3.2 中頻放大電路設(shè)計(jì)與仿真.13 3.3.3 二極管包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)與仿真.14 3.3.4 低頻小信號電壓放大器.164 4、總結(jié)與心得體會總結(jié)與心得體會.175 5、參考資料參考資料.17一、仿真軟件介紹 Multisim 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原

3、理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用 Multisim 交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。PCB 設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計(jì)流程。二、中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。 技術(shù)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，總的輸出功率 50mW，調(diào)幅指數(shù) 3080。調(diào)制頻率 500Hz10kHz。 本設(shè)計(jì)可提供的器件如下（也可以選擇其他元器件來替代），參數(shù)請查詢芯

4、片數(shù)據(jù)手冊。高頻小功率晶體管 3DG6高頻小功率晶體管 3DG12集成模擬乘法器 XCC，MC1496高頻磁環(huán) NXO-100運(yùn)算放大器 A74l集成振蕩電路 E164832.2 系統(tǒng)框圖 發(fā)射機(jī)包括三個部分：高頻部分，低頻部分和電源部分。 高頻部分一般包括主振器、緩沖器、高頻小信號放大器、振幅調(diào)制電路、高頻功率放大器。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。主振器里比較穩(wěn)定的是西勒振蕩器，再在后面接一個射極跟隨器來減小級間影響。圖 1：發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)框圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告2.3 各模塊設(shè)計(jì)與仿真2.3.1 主振蕩器設(shè)計(jì)與仿真 主振級是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定、幅度較大

5、、波形失真小的高頻正弦波信號作為載波信號。 主振器就是高頻振蕩器，根據(jù)載波頻率的高低，頻率穩(wěn)定度來確定電路型式。該電路通常采用晶體管 LC 正弦波振蕩器。常用的正弦波振蕩器包括電容三點(diǎn)式振蕩器即克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。 本級是用來產(chǎn)生 1MHz 左右的高頻振蕩載波信號，由于整個發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度由主振級決定，因此要求主振級有較高的頻率穩(wěn)定度，同時也要有一定的振蕩功率，其輸出波形失真較小。為此，這里我采用西勒振蕩電路，可以滿足要求。電路圖如下：各參數(shù)計(jì)算： 直流電路分析：設(shè)直流電源為。主振電路應(yīng)具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，若靜態(tài)工Vcc12V作點(diǎn)較低，正反饋較強(qiáng)則管子容易進(jìn)入乙類，丙類放大狀態(tài)。靜態(tài)

6、工作點(diǎn)較高，則容易在振蕩部分周期內(nèi)進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生失真。為此，我們將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在遠(yuǎn)離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)的位置。 設(shè) R4=3k，R3=6k，由公式 ，UBQ=4V。因?yàn)?112bBQbbRUVccRR=0.7BEUV，UEQ=3.3V。設(shè) R2=2.5k，=1.32mA。由公式，設(shè) UCEQ=0.7V，則EQI=BQBEeEQUURIR1=8V/1.32mA=6.06k。 西勒電路中，L、C需要諧振于 f0，現(xiàn)設(shè)振蕩頻率為 1.2MHZ，設(shè) L=50F，則由可得。其中。我們將 C5 設(shè)成可調(diào)012fLCpFC2542345342324C C CCCC CC CC C電容方便調(diào)節(jié)。由于穩(wěn)定性

7、的要求，C4 要比 C2 和 C3 小許多，那么設(shè)C2=2000pF，C3=1000pF，C4=300pF，由公式可得 C5=144.913pF。哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 仿真結(jié)果如下： 高頻載波波形圖 插入探針后的數(shù)據(jù)如下，基本穩(wěn)定在 1.2MHZ，穩(wěn)定度大于千分之一，滿足頻率穩(wěn)定度要求。2.3.2 緩沖級的設(shè)計(jì)與仿真 為了減少后級對主振級振蕩電路振蕩頻率的影響，采用緩沖級。它的輸入阻抗高，對前級電路影響小，可以作為多級放大器的第一級；輸出阻抗低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以作為多級放大器的輸出級；由于它的前面兩個特點(diǎn)，可以在多級放大器里做緩沖級。 電路圖如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 緩

8、沖級電路參數(shù)計(jì)算過程如下： 這里的靜態(tài)工作點(diǎn)的射極與本振器相同，電阻和電壓的設(shè)置使工作在放大狀態(tài)不失真即可?，F(xiàn)選擇 R6=1k，R7=8k，R8=2k。與主振器相連后，仿真結(jié)果如下： 緩沖級波形圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 由仿真結(jié)果可得，波形無明顯失真，滿足技術(shù)指標(biāo)。Vrms 變成了 443mV，略減小了。2.3.3 高頻小信號放大器的設(shè)計(jì)與仿真 在經(jīng)過緩沖級后，載波的電壓和電流值都較小，所以需要通過高頻小信號放大電路進(jìn)行放大。 電路圖如下： 高頻小信號放大電路參數(shù)計(jì)算過程如下： 靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)在放大區(qū)，且要使整個過程在放大區(qū)內(nèi)。設(shè) R5=2k，R3=1k，所以，=3.3V，設(shè) R2=10

9、k，得=0.33mA.由選頻電路中心頻率為，VUb4EQUBQIMHzf2 . 10設(shè) L1=50F，由得，同樣為了調(diào)節(jié)方便，將電容改為可變電012fLCpFC8 .351哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告容。取一個負(fù)載電阻=20k。FR 仿真過程如下： 高頻小信號放大電路波形圖與載波波形圖 從示波器示數(shù)可知，波形無失真，且起到了電壓放大作用。由探針數(shù)據(jù)可知，輸入信號 f1=458mV，輸出信號 f2=4.02V，Au0= f2/f1=8.78=9.44db。2.3.4 振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真 振幅調(diào)制我們用比較簡單的乘法器調(diào)制。電路圖如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 振幅調(diào)制電路圖參數(shù)計(jì)算

10、過程如下：設(shè)直流電源為 2V，調(diào)制信號設(shè)為有效值 1V，頻率為，載波是上一級的輸出KHz10（Vrms=4V，f=1.2MKZ）。取負(fù)載電阻 R1=51（去滿足發(fā)射器輸出阻抗的調(diào)節(jié)，若輸出功率滿足，就可以直接輸出）。仿真過程如下： 乘法器仿真結(jié)果 用 agilent 示波器的光標(biāo)，可得 Vmmax=2.28，Vmmin=0.41，其調(diào)制指數(shù)為，在要求范圍內(nèi)。%73minmaxminmaxVmVmVmVmma哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 由探針示數(shù)得，LrmsrmsLRmAVIVR05.511 .17873，功率比要求，所以需要高頻功率放大電路。mWmAmVIVPrmsrms9283.141

11、.178732.3.5 高頻功率放大器的設(shè)計(jì)與仿真 高頻功率放大電路結(jié)構(gòu)比較簡單，可按教科書上的設(shè)計(jì)。 電路圖如下： 參數(shù)計(jì)算過程如下： 諧振選頻部分，取 C3=50F，由，可得 L1=351.8pH。電源是調(diào)制電源，012fLC參數(shù)為振幅調(diào)制器的輸出信號參數(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 仿真結(jié)果如下： 高頻功率放大電路波形圖 波形無失真，P=Vrms*Irms=49.767mW ，滿足要求。2.3.6 聯(lián)合仿真 總電路圖如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告仿真過程如下： 聯(lián)合仿真波形圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 P=VrmsIrms=52.644mW波形滿足要求，且功率基本滿足要求。

12、3、中波電臺接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求 本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。 任務(wù)：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。 本設(shè)計(jì)可提供的器件如下（也可以選擇其他元器件來替代），參數(shù)請查詢芯片數(shù)據(jù)手冊。 晶體三極管 3DG6 晶體二極管 2AP9 集成模擬乘法器 xCC，MCl496 中周 10A 型 單片調(diào)幅接收集成電路 TA7641BP3.2 系統(tǒng)框圖 接收機(jī)主要由輸入電路、混頻電路、中放電路、檢波電路、低頻放大電路、功率放大電路等組成。其系統(tǒng)框圖見下： 接收

13、機(jī)系統(tǒng)框圖 AM 信號輸入系統(tǒng)后，經(jīng)過混頻器和本地載波混頻后產(chǎn)生 465kHz 的中頻調(diào)幅信號，中頻信號進(jìn)入中頻濾波器取出中頻波段信號，信號進(jìn)入中頻電壓放大器，經(jīng)中頻放大電壓到 0.5V 以上進(jìn)入檢波器進(jìn)行檢波 ，輸出調(diào)制信號，調(diào)制信號經(jīng)過低頻功放最好輸出。 各部分功能： 高頻放大：高頻放大器是用來放大高頻信號的器件（在接收機(jī)中，高放所放大的對象是已調(diào)信號，它除載頻信號外還有邊頻分量）。根據(jù)高放的對象是載頻信號這一情況，哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告一般采用管子做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號諧振在信號載頻將從天線上接受到的微弱高頻信號進(jìn)行放大。 混頻：將放大后的高頻信號與本地振蕩

14、的信號進(jìn)行混頻，是原高頻信號包絡(luò)不變但是頻率變?yōu)?465kHz。 中放：將變頻后的信號進(jìn)行放大便于以后的檢波。 檢波：利用 MC1496 進(jìn)行檢波，將原基帶信號還原出來。 前置低放：將還原出來的音頻信號進(jìn)行電壓、功率放大，使其能推動揚(yáng)聲器工作。3.3 分模塊設(shè)計(jì)3.3.1 混頻電路設(shè)計(jì)與仿真 混頻器的作用是將調(diào)幅的高頻信號變成調(diào)幅的中頻信號。完成這個任務(wù)它需要三個部分：第一，一個能夠產(chǎn)生比外來信號頻率高或低 465kHz 的本機(jī)振蕩；第二，能夠?qū)⑼鈦硇盘柡捅炯壵袷幮盘柣旌显谝黄鸲a(chǎn)生中頻信號的混頻電路；第三，能夠?qū)?465kHz 的中頻信號從混頻電路中選出來的選頻電路。電路圖如下： 混頻電路圖

15、參數(shù)計(jì)算過程如下： 中頻頻率，設(shè)。由于輸入信號為，所以本地震蕩頻率為。設(shè)本465kHzMHz2 . 1KHz735地振蕩的頻率為 1V，接收的信號要由實(shí)際傳輸遙遠(yuǎn)損耗大電壓很小，設(shè)為 5mA。FI 為465kHz，所以 L1 與 C2 諧振與 465kHz。取 L=50VH，可計(jì)算的 C2=2342.96pF。選通頻帶為 200kHz，由于，可得 R=10。LRB 仿真波形如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 混頻電路波形圖 3.3.2 中頻放大電路設(shè)計(jì)與仿真 中頻放大器的主要作用是將混頻器中輸出的的中頻信號進(jìn)行選頻放大，使其幅465kHz度達(dá)到二極管包絡(luò)檢波的要求。這里采用三極管調(diào)諧放大器，

16、混頻后的中頻信號從基極輸入，在集電極加選頻網(wǎng)路進(jìn)行選頻放大。電路圖如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 中頻放大電路圖參數(shù)計(jì)算過程如下：選頻網(wǎng)路采用電感部分接入的LC并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為465KHz，設(shè)，由，pFC200LCf210KHZff4650HCfL4801021046514. 3414110232202設(shè)，為保證品質(zhì)因數(shù)取，。由此可求得：uHLuHL80,400321500cRk22cRk， ，可知選頻網(wǎng)路的61323LLLpkpRRcc72222kR63449LRQo選頻效果較好符合要求。設(shè)，保證三極管工作在放大狀態(tài)，防115bRk kRb521L止交流流入直流電源，其余電容

17、為隔直電容。仿真過程如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告 示波器前后波形對比 波形合理，由探針數(shù)據(jù)得，Au=Vrms/Vrms=226.44=23.55db。3.3.3 二極管包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)與仿真本設(shè)計(jì)的檢波電路采用二極管包絡(luò)檢波。對于二極管包絡(luò)檢波電路，因?yàn)槎O管只是在輸入信號正半周的峰值附近一部分時間導(dǎo)電，二極管一直處于充放電狀態(tài)，形成鋸齒狀波形。電路圖如下： 二極管包絡(luò)檢波電路圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告參數(shù)計(jì)算過程如下： 這個過程容易產(chǎn)生失真，在課本上提到的失真由兩種：惰性失真和負(fù)峰切割失真。 不產(chǎn)生惰性失真的條件為：，由，故，設(shè)fRCa2amm-1707. 0am61019. 2RC，。nFC11kR19. 21負(fù)峰切割失真條件為：，由，得。RRRmLLa707. 0amkRL28. 5仿真過程如下：檢波成功。3.3.4.低頻小信號電壓放大器電路圖如下：哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告數(shù)據(jù)： A=Vrms/Vrms=28.8=14.6db哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報告4、總結(jié)與心得體會總結(jié)：設(shè)計(jì)電路仿真時遇到很多困難，由其是失真問題，穿插在整個設(shè)計(jì)過程中。我只有不斷分析和經(jīng)人指導(dǎo)，才能找到一些細(xì)小的