小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)大連大學(xué)

1、 小 功 率 調(diào) 幅 發(fā) 射 機(jī) 論 文 大連大學(xué)論文 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 張玉霞 專 業(yè)： 通信工程 課 題 名 稱： 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī) 完 成 日 期： 大連大學(xué)Dalian University大連大學(xué)論文 總計(jì): 論 文 頁(yè)表 格 表插 圖 幅 指導(dǎo)教師： 評(píng) 閱 人： 完成日期： 摘 要我們的課題是以電子線路課程設(shè)計(jì)為背景，查閱大量教學(xué)文獻(xiàn)，并結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)需要，以教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，小組分工合作完成了小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)從設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等一系列設(shè)計(jì)工作。小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)包括了主振級(jí)、被調(diào)級(jí)、推動(dòng)級(jí)、音頻處理器、功率放大末級(jí)等幾個(gè)主要的模塊。根據(jù)原理

2、框圖擬定大致的方案，在由技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)出各部分電路參數(shù)。主振級(jí)電路是LC正弦整蕩器，電路組裝調(diào)試合格后，將輸出信號(hào)由發(fā)射機(jī)經(jīng)耦合電容送到推動(dòng)級(jí)將信號(hào)加以放大，主振器采用頻率穩(wěn)定度高的石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響，經(jīng)過(guò)音頻放大后的信號(hào)在高頻部分的末級(jí)功放實(shí)現(xiàn)對(duì)載波信號(hào)的調(diào)幅。推動(dòng)級(jí)采用小信號(hào)諧振放大器電路，應(yīng)注意該級(jí)諧振在信號(hào)頻率上，連接本電路時(shí)一定先調(diào)整好該級(jí)正常工作。功率放大級(jí)采用丙類(lèi)諧振功率放大器電路。調(diào)幅信號(hào)的是在功率放大實(shí)現(xiàn)的情況下進(jìn)行。整機(jī)發(fā)射與接收是在前面聯(lián)調(diào)的基礎(chǔ)上，應(yīng)首先測(cè)量發(fā)射機(jī)工作頻率、輸出功率，在滿足要求的情況下，在進(jìn)行實(shí)際的發(fā)射與接受聯(lián)機(jī)

3、實(shí)驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試發(fā)射效果。 在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中我們逐步了解到小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)常用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特別是在中短波廣播通信的領(lǐng)域里更是得到了廣泛應(yīng)用。原因是調(diào)幅發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅簡(jiǎn)便，調(diào)制所占的頻帶窄，并且與之對(duì)應(yīng)的調(diào)幅接收設(shè)備簡(jiǎn)單，所以調(diào)幅發(fā)射機(jī)廣泛地應(yīng)用于廣播發(fā)射。關(guān)鍵字：小功率發(fā)射機(jī)；主要模塊；電路設(shè)計(jì)；仿真AbstractOur task is to Electronic Circuit Design background, access to a large number of teaching literature, combined with professional found

4、ation courses teaching needs, content-based teaching, the group completed the division of labor from low-power AM transmitter design, simulation, debugging series complete design work.Low-power AM transmitter includes a main vibration level is adjusted level, to promote several major module level, t

5、he audio processor, power amplifier final stage and so on. According to a rough block diagram of the preparation program, devised by the technical specifications for each part of the circuit parameters.Main vibration level circuit LC Sine oscillator, circuit assembly debugging qualified, the output

6、signal from the transmitter via a coupling capacitor to promote the level of the signal to be amplified, the main oscillator uses high frequency stability of quartz crystal oscillator, and behind it with a buffer stage to weaken the influence of the master oscillator stage, after the audio signal am

7、plified in the high frequency part of the final amplifier to achieve the carrier signal amplitude. Push-class small-signal amplifier circuit resonance, you should note that the resonance frequency of the signal level, the connection of the circuit must first adjust the level to work properly. Class

8、C power amplifier stage with a resonant power amplifier circuit. AM signal is carried out in the case of the power amplifier implementation. Machine transmit and receive is based on the front of the FBI, should first measure the transmitter operating frequency, output power, to meet the requirements

9、 of the situation, making the actual launch and acceptance of the online test, while the test launch effect. During the experiment, we gradually learned that low-power AM transmitters commonly used in communication systems and other radio systems, particularly in the field of short-wave radio commun

10、ications where it is widely used. The reason is simple amplitude modulation AM transmitter to achieve narrow band modulation percentage, and the corresponding device simple AM receiver, AM transmitter so widely used in broadcast transmission. Keywords: low-power transmitters; the main module; circui

11、t design; simulation 目 錄摘 要IAbstractII目 錄III1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本原理11.1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的總體認(rèn)識(shí)11.2調(diào)幅發(fā)射機(jī)的原理11.3電路各部分工作原理21.3.1主振級(jí)工作原理21.3.2高頻電壓放大器工作原理31.3.3高頻功率放大器工作原理31.3.4音頻功率放大工作原理31.3.5振幅調(diào)制工作原理42設(shè)計(jì)思路52.1設(shè)計(jì)方案的確定52.2參數(shù)計(jì)算62.2.1技術(shù)指標(biāo)62.2.2計(jì)算64總體電路設(shè)計(jì)74.1總體電路74.2等效電路75電路仿真85.1 調(diào)試步驟及結(jié)果85.1.1主振級(jí)85.1.2緩沖級(jí)95.1.3高頻放大級(jí)125.1.4音頻

12、放大級(jí)：135.1.5調(diào)幅級(jí)155.1.6功率放大級(jí)165.2整體電路175.3 調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題186心得體會(huì)197原件清單20參考文獻(xiàn)22附錄23II1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本原理1.1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的總體認(rèn)識(shí)發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號(hào)對(duì)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(guò)天線發(fā)射的電磁波。通常發(fā)射機(jī)包括三個(gè)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蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動(dòng)級(jí)與末級(jí)功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級(jí)往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響。

13、 低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級(jí)、低頻功率放大級(jí)與末級(jí)低頻功率放大級(jí)。低頻信號(hào)通過(guò)逐漸放大，在末級(jí)功放處獲得所需的功率電平，以便對(duì)高頻末級(jí)功率放大器進(jìn)行調(diào)制。因此，末級(jí)低頻功率放大級(jí)也叫調(diào)制器。調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號(hào)上去的過(guò)程。所以末級(jí)高頻功率放大級(jí)則成為受調(diào)放大器。1.2調(diào)幅發(fā)射機(jī)的原理臺(tái)小型晶體管調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常由下面幾部分組成：主振級(jí)、被調(diào)級(jí)、推動(dòng)級(jí)及功率放大級(jí)等。由功率放大級(jí)輸出的高頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)天線以及電磁波的形式向空間發(fā)射，調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本組成框圖如圖1.1.1、2所示。 圖1.1.1 圖1.1.21.3電路各部分工作原理1.3.1主振級(jí)工作原理主振級(jí)是調(diào)

14、幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小的高頻正弦波信號(hào)作為載波信號(hào)。該級(jí)電路通常采用晶體管LC正弦波振蕩器。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(lái)確定電路型式。高頻電子線路所討論的工作頻率是幾百千赫到幾百兆赫，而課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的最高頻率受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，一般選在30兆赫以下。 頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，表示一定時(shí)間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程度，振蕩頻率的相對(duì)變化量越小，則表明振蕩頻率穩(wěn)定度越高。 改善頻率穩(wěn)定度，從根本上來(lái)說(shuō)就是力求減少振蕩頻率受溫度等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻

15、率的主要部件。因此，改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措施是提高振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持諧振頻率不變的能力。這就是通常所謂的提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性。 提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性，除了采用高Q值和高穩(wěn)定的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數(shù)電感作相反變化的負(fù)溫度系數(shù)電容，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，或采用部分接入的方法以減小不穩(wěn)定的晶體管極間電容和分布電容對(duì)振蕩頻率的影響。1.3.2高頻電壓放大器工作原理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。需要使用幾級(jí)放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿足要

16、求時(shí)，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級(jí)高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。諧振放大器的調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同，首先應(yīng)調(diào)整每一級(jí)所需的直流工作點(diǎn)，但要注意一點(diǎn)：在多級(jí)諧振放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測(cè)試其直流工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先用示波器觀察放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振蕩，應(yīng)先設(shè)法排除它，然后再測(cè)試其直流工作點(diǎn)。否則，所測(cè)數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。對(duì)于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動(dòng)態(tài)范圍的調(diào)整及測(cè)試，一般有兩種方法，一種是逐點(diǎn)法；一種是掃頻法。后者比較簡(jiǎn)單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對(duì)于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測(cè)試。1.3.3高

17、頻功率放大器工作原理高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的末級(jí)，它的任務(wù)是要給出發(fā)射機(jī)所需要的輸出功率。本設(shè)計(jì)研究的是小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類(lèi)功率放大器，如果一級(jí)不能滿足指標(biāo)要求，可以選用兩級(jí)。一般末級(jí)功率放大器工作在臨界狀態(tài)，中間級(jí)可以工作在弱過(guò)壓狀態(tài)。1.3.4音頻功率放大工作原理音頻信號(hào)通過(guò)放大器后放大相應(yīng)的倍數(shù)。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。需要使用幾級(jí)放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時(shí)，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至

18、二級(jí)高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。1.3.5振幅調(diào)制工作原理振幅調(diào)制器的任務(wù)是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)幅波的調(diào)制形式傳送出去。通常采用低電平調(diào)制和高電平調(diào)制兩種方式。采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法是屬于低電平調(diào)制，輸出功率小，必須使用高頻功率放大器才能達(dá)到發(fā)射功率的要求。采用集電極調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方式屬于高電平調(diào)制。如果集電極調(diào)幅電路的輸出功率能夠滿足發(fā)射功率的要求，就可以在調(diào)制級(jí)將信號(hào)直接發(fā)射出去。2設(shè)計(jì)思路2.1設(shè)計(jì)方案的確定要將無(wú)線電信號(hào)有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號(hào)的波長(zhǎng)為同一數(shù)量級(jí)。為了有效地進(jìn)行傳輸，必須將攜帶信息的低頻電信號(hào)調(diào)制到幾十kH

19、z幾百M(fèi)Hz以上的高頻振蕩信號(hào)上，再經(jīng)天線發(fā)送出去。低頻小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)是將待傳送的音頻信號(hào)通過(guò)一定的方式調(diào)制到高頻載波信號(hào)上，放大到額定的功率，然后利用天線以電磁波的方式發(fā)射出去，覆蓋一定的范圍。由于設(shè)計(jì)任務(wù)所要求的調(diào)幅發(fā)射機(jī)輸出功率小，因此可選用最基本的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，由主振、推動(dòng)、放大和被調(diào)級(jí)構(gòu)成。由石英晶體構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生載頻，通過(guò)隔離放大網(wǎng)絡(luò)加載到受調(diào)放大電路上，同時(shí)將調(diào)制信號(hào)也加載到受調(diào)放大電路中，利用三極管集電極調(diào)幅進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行功率放大并通過(guò)天線輻射出去。 由于晶體穩(wěn)定性好、Q值很高，故頻率穩(wěn)定度也很高。因此，主振級(jí)采用晶體振蕩器，以滿足所需的頻率穩(wěn)定

20、度。因電路工作在較低的4MHz頻率，一般的晶體振蕩器都能實(shí)現(xiàn)，而無(wú)須進(jìn)行倍頻。由于發(fā)射功率小，一級(jí)末級(jí)功放就能達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)的末級(jí)功放采用串聯(lián)反饋方式，電源靠近的一端雜散電容小，可減小對(duì)諧振回路的影響，使電路穩(wěn)定工作。為了有較高的效率，可采用基極電流的直流分量在基極偏置電阻上產(chǎn)生所需要的負(fù)偏壓，使其工作在丙類(lèi)狀態(tài)。輸出回路采用變壓器耦合式諧振回路，利用電感抽頭實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，調(diào)整末級(jí)功放管的工作狀態(tài)，從而達(dá)到有效的集電極調(diào)幅，有最佳的功率輸出。2.2參數(shù)計(jì)算2.2.1技術(shù)指標(biāo)發(fā)射機(jī)工作頻率：fc=4MHz發(fā)射功率：P0=200mW發(fā)射效率：=50%調(diào)幅度：Ma=30%殘波輻射：=0.3.5.1

21、.6功率放大級(jí)（1） 仿真電路圖（2） 仿真結(jié)果（3） 仿真結(jié)果分析高頻信號(hào)源的信號(hào)送到功率放大輸入端作為輸入。本級(jí)采用的是丙類(lèi)功率放大，放大的作用是為下一級(jí)提供足夠的功率，采用自給負(fù)偏壓丙類(lèi)諧振功率放大器，通過(guò)改變電位器改變負(fù)偏壓大小。5.2整體電路（1） 仿真電路圖（2） 仿真結(jié)果（3） 仿真結(jié)果分析整體電路聯(lián)合了以上六個(gè)分模塊，將他們整合在一起每一級(jí)的輸出均輸入到下一級(jí)。首先由克拉波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號(hào)，再經(jīng)過(guò)緩沖級(jí)，讓振蕩器與振幅調(diào)制器隔離開(kāi)來(lái)，不影響載波頻率的穩(wěn)定，然后經(jīng)過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)音頻放

22、大器放大，最后將載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)輸入到集電極調(diào)制電路進(jìn)行普通調(diào)幅，再進(jìn)行功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。雖然最后的結(jié)果并不理想，沒(méi)有出現(xiàn)理論上的波形。可能是由于各電路間的阻抗匹配不符合要求。5.3 調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題 剛開(kāi)始調(diào)試時(shí)，有了幾次仿真實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，各個(gè)分模塊都進(jìn)行的很順利，能很快的出現(xiàn)波形。當(dāng)進(jìn)行到調(diào)幅模塊時(shí)，參考上次實(shí)驗(yàn)，晶體管選擇了2N2222A型號(hào)的，但是出來(lái)的調(diào)幅波出現(xiàn)嚴(yán)重的失真，能觀察到明顯的毛刺，最后用TRANSISTORS_VIRTUAL中的BJT_NPN型號(hào)的三極管替換后，觀察到理想的調(diào)幅波。在整體電路調(diào)試中先是觀察最后輸出波形出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤結(jié)果，后來(lái)依次檢查每個(gè)電

23、路，并用示波器觀察，發(fā)現(xiàn)高頻放大的波形不對(duì)，經(jīng)查閱資料，在電路上的電源旁分別加入了0.10uF的電容后，出現(xiàn)放大倍數(shù)為1:1的電壓比。檢查音頻放大級(jí)時(shí)發(fā)現(xiàn)在分機(jī)模塊中正常，而在整機(jī)電路中不能正常運(yùn)行，而且在新建設(shè)計(jì)中也會(huì)出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，經(jīng)查閱多種資料仍未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。在整機(jī)電路調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)了正弦波，但把波形加密時(shí)觀察總體波形趨勢(shì)仍不是所需要的結(jié)果，經(jīng)多次反復(fù)檢查及查閱資料還是沒(méi)有找出具體問(wèn)題所在，不知如何修改。6心得體會(huì) 通過(guò)一個(gè)多星期的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，我們小組收獲頗大。高頻電子電路與實(shí)際生活緊密聯(lián)系，但它的知識(shí)點(diǎn)對(duì)于我們而言復(fù)雜難懂，不易理解。但這次實(shí)驗(yàn)加深了我們對(duì)這門(mén)課程的了解，學(xué)會(huì)了基本

24、的電路連接，提高了我對(duì)高頻電子元器件及電路的應(yīng)用能力，提高了對(duì)高頻電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試能力，提高了綜合應(yīng)用高頻知識(shí)的能力和分析問(wèn)題的能力。本次的課題實(shí)驗(yàn)是小功率調(diào)幅實(shí)驗(yàn)，該課程設(shè)計(jì)要求我們要有扎實(shí)的理論知識(shí)和很強(qiáng)的動(dòng)手能力，因此我們根據(jù)個(gè)人的情況進(jìn)行了明確的分工，小組合作比較順利，而且增強(qiáng)了同學(xué)之間的友情，也提高了自己對(duì)這門(mén)課程的了解，這對(duì)我們今后的發(fā)展有很大的幫助。在我們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，課程設(shè)計(jì)和平時(shí)的理論學(xué)習(xí)有很大的不同，需要密切的和實(shí)際相聯(lián)系，因?yàn)檎n本上我們接觸的很多的理論知識(shí)是在各種理想條件下的，所以理解接受起來(lái)容易，但應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)很大的誤差，甚至得不到結(jié)果，這就要求我們要靈

25、活的運(yùn)用理論知識(shí)，并且要善于學(xué)習(xí)沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)，多查資料，多思考。在遇到困難，我們會(huì)翻閱書(shū)籍以及上網(wǎng)搜查，解決自己的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們回顧了部分學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容，這一周過(guò)的非常充實(shí)，也很有意義。嘗試了很多次，終于各個(gè)部分的小電路得到理想波形，但在總電路設(shè)計(jì)時(shí)，電路出現(xiàn)失真現(xiàn)象。作為在校學(xué)生，這不僅是一項(xiàng)課程設(shè)計(jì)，更要求我們要有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，鍛煉我們的動(dòng)手能力。因此感謝老師為我們提供這么珍貴的機(jī)會(huì)，我也期待著能有更多的機(jī)會(huì)能夠參與到更多的設(shè)計(jì)活動(dòng)中。7原件清單名 稱規(guī) 格數(shù) 量晶體管2N2222A3電容0.01uF7電容480pF1電容24oopF1電容67pF1電容1uF1電容225pF1電容100pF1電感100uH1電感25uH1電感22uH4電感1uH1電阻15K1電阻5.1k1電阻1.92k1電阻8001電阻4001電阻56k1電