高頻課設(shè)論文-中波收發(fā)

1、一、 基本框圖1、 發(fā)射機(jī)2、 接收機(jī)二、 總體方案1、 中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、 克拉潑振蕩器LC三點(diǎn)式振蕩器，其中電容三點(diǎn)式振蕩器的輸出波形比電感三點(diǎn)式振蕩器，輸出波形好。為提高頻率穩(wěn)定度，可采用改進(jìn)三點(diǎn)式振蕩電路，如克拉波振蕩電路、西勒振蕩電路。此電路運(yùn)用的是克拉潑電路（1）由于電容C3遠(yuǎn)小于電容C1、C2，所以電容C1、C2對(duì)振蕩器的振蕩頻率影響不大，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)C3調(diào)節(jié)振蕩頻率；（2）由于反饋回路的反饋系數(shù)僅由C1與C2的比值決定，所以調(diào)節(jié)振蕩頻率不會(huì)影響反饋系數(shù)；（3）由于晶體管的極間電容與C1、C2并聯(lián)，因此極間電容的變化對(duì)振蕩頻率的影響很??；所以克拉潑電路與普通的LC振蕩電

2、路相比，更加穩(wěn)定，甚至穩(wěn)定度可達(dá)到10-3。所以選擇克拉潑電路 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使得Icq=15mA，偏置電壓Ubq=1V左右，選用電源9V，電阻R1=20k，R2=120k，Rc=200在集電極用了L=10mH的高頻扼流圈，有通直隔交的作用。在靜態(tài)工作時(shí)，由于三極管工作于線性區(qū)，集電極電流非常小，可以視為短路，R1、R2串聯(lián)分壓，Ubq=9*R2/(R1+R2)=1.286V, 由于Icq=Ieq，Icq=(Ubq-0.7)/R3=3.93mA，滿足要求，設(shè)置電容電感值，C1=700pF,C2=1000pF,C3=100pF,L=253uH,旁路電容C5=1uF，Ce=1 uF，旁路電容使交

3、流R2短路，來(lái)滿足相位平衡條件，由于克拉潑振蕩器的特點(diǎn)，C3<<C1、C2，則三極管極間電容對(duì)穩(wěn)定度的影響較小，可以提高頻率穩(wěn)定度，可以提高到10-3量級(jí).C總=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C1*C3+C2*C3)=80.46pF振蕩器頻率f=1/(2*LC總)=1.116MHz,實(shí)際由于C1、C2的影響，頻率會(huì)受到影響，實(shí)際測(cè)得頻率為1.113Mhz。穩(wěn)定度f(wàn)=f/f=0.005/1.116=4.48*10(-3)可見(jiàn)，此電路滿足條件。B、 射極跟隨器（緩沖器）為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，振蕩器輸出到調(diào)制電路需要一個(gè)阻抗匹配，否則調(diào)制電路的輸入阻抗會(huì)影響到振蕩器的起振、頻率、電壓等

4、參數(shù)，為避免直接耦合輸入阻抗對(duì)前級(jí)的影響，這里需要用一個(gè)射極跟隨器來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，我采用一個(gè)自舉式的跟隨器，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的電壓跟隨，特點(diǎn)：輸入阻抗大，電壓放大倍數(shù)約為1。為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，振蕩器與下一級(jí)電路的級(jí)聯(lián)，而使后一級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路不影響，射極跟隨器要求輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)，共集電極射極跟隨器，輸入阻抗為：Ri=Ui/Ib=rbe+(1+)ReL 式中：ReL=Re/RL,rbe是晶體管的輸入電阻，對(duì)低頻小功率管其值為：rbe=300+(1+)(26毫伏）/（Ie毫伏），輸入阻抗為Ri=Ui/Ii=Rb/Rio.由上式可見(jiàn)，射隨器的輸入阻抗要比一般共射極電路的輸入阻抗rbe高（1

5、+）倍。C、 低頻放大器（音頻放大）由于實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)很小，首先則需要一個(gè)聲電轉(zhuǎn)換器，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，但是電壓信號(hào)的電壓值很小，所以需要加一個(gè)低頻小信號(hào)放大電路，這里采用的是uA741運(yùn)算放大器，用此來(lái)實(shí)現(xiàn)低頻放大。D、低頻電壓跟隨模塊為實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，采用三極管射極跟隨器即可滿足低頻跟隨，采用共集電極電路即可滿足要求。E、振幅調(diào)制模塊此電路采用乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn) AM調(diào)幅，計(jì)劃選用MC1496來(lái)實(shí)現(xiàn),MCl496芯片是Motorola公司出品的一種具有多種用途的集成模擬乘法器，輸出電壓為輸入信號(hào)和載波信號(hào)的乘積，可以應(yīng)用于抑制載波、調(diào)幅、振幅調(diào)制、同步檢測(cè)、調(diào)頻檢測(cè)和相位檢測(cè)等，采用MCl49

6、6集成芯片設(shè)計(jì)振幅調(diào)制電路，比用分立元件設(shè)計(jì)振幅調(diào)制電路要簡(jiǎn)單得多。但由于multisim12.0軟件中，并沒(méi)有MC1496的集成芯片，所以，查閱了資料，畫(huà)出MC1496的內(nèi)部電路圖如下：MC1496電路模塊模擬乘法器是對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)（電壓或電流）實(shí)現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件，主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。它有兩個(gè)輸入端口，即X 和Y 輸入端口。MC1496 是根據(jù)雙差分對(duì)模擬相乘器基本原理制成的四象限的乘法器芯片，是調(diào)幅電路中的核心器件，但在仿真元件數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有這個(gè)元器件。因此，可以在Multisim10 軟件仿真平臺(tái)的編輯窗口中創(chuàng)建MC1496 的

7、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，并設(shè)置相關(guān)選項(xiàng)，生成子電路后加入自定義數(shù)據(jù)庫(kù)并保存2。創(chuàng)建MC1496 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，Q1、Q2、Q3、Q4 組成雙差分放大器，Q5、Q6 組成單差分放大器用于激勵(lì)Q1Q4。Q7、Q8 及其偏置電路構(gòu)成恒流源電路。引腳IO8 與IO10 接輸入電壓，引腳1 與4 接另一個(gè)輸入電壓，輸出電壓從引腳IO6 與IO12 輸出。引腳IO2 與IO3 外接電阻，對(duì)差分放大器Q5，Q6 產(chǎn)生電流負(fù)反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號(hào)增益，擴(kuò)展輸入電壓的線性動(dòng)態(tài)范圍。引腳IO14 為負(fù)電源端或接地端，引腳IO5 外接電阻R5，用來(lái)偏置電流以及鏡像電流。在實(shí)現(xiàn)調(diào)幅時(shí)載波信號(hào)加載在Q1，Q4 的輸入

8、端，即IO8、IO10 管腳。調(diào)制信號(hào)加載在差動(dòng)放大器Q5、Q6 即管腳IO1、IO4。IO2、IO3 管腳外接電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。已調(diào)制信號(hào)由雙差動(dòng)放大器的兩集電極輸出。接于正電源電路的電阻R6, R4用來(lái)分壓，以便提供相乘器內(nèi)部Q1Q4 管的基極偏壓；負(fù)電源通過(guò)RP，R12，R13 及R9，R10 的分壓供給相乘器內(nèi)部Q5、Q6 管基極偏壓，RP 為載波調(diào)零電位器，調(diào)節(jié)RP 可使電路對(duì)稱以減小載波信號(hào)輸出；R8,R14 為輸出端的負(fù)載電阻，接于IO2、IO3端電阻R7 用來(lái)擴(kuò)大U 的線性動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)控制乘法器的增益。偏置電阻R12使Io=2mA；R4、R5向8端口和10端口提供

9、偏壓，8端口為交流地電位，51歐姆電阻為傳輸電纜特性阻抗匹配，兩只750歐姆電阻與50KRp構(gòu)成回路，用來(lái)對(duì)載波信號(hào)調(diào)零。Rp為載波調(diào)零電阻，其作用是調(diào)節(jié)MC1496的1和4端口的直流電位差為零，確保輸出為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，如果4和1端口的直流電位差不為零，相當(dāng)于普通調(diào)幅波。 載波信號(hào)由XFG1 提控C（t）=VcmcosCt 通過(guò)電容C1，C2 以及R5 加到相乘器的輸入端IO8，IO10 管腳。調(diào)制信號(hào)由XFG2 提供（t）=Vcost，通過(guò)電容C4 及電阻R12,R9 加到乘法器的輸入端IO1，IO4 管腳。輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)C3 輸出。輸出普通調(diào)幅波或者雙邊單調(diào)幅波。而振幅調(diào)制的總模塊

10、電路圖如下：1. 普通調(diào)幅波 有載波振幅調(diào)制輸入載波信號(hào)為1.0MHz，峰峰值為40mV。當(dāng)調(diào)制信號(hào)峰峰值為0mV 時(shí)，調(diào)節(jié)平衡電位器RP使輸出信號(hào)有載波輸出，此時(shí)，輸出信號(hào)的峰峰值為十幾毫伏。再輸入調(diào)制信號(hào)，其頻率為6KHz，并加大其峰峰值，輸出信號(hào)的幅度也發(fā)生變化，調(diào)制指數(shù)Ma在0-1之間，包絡(luò)就是調(diào)制信號(hào)的波形Ma=（A-B）/(A+B),由下圖算得ma=（30-14）/（30+14）=36.4%滿足題中設(shè)計(jì)要求。如圖所示：2調(diào)幅指數(shù)變化的波形 改變R8的阻值即可改變波形，改變調(diào)制指數(shù)Ma，下圖是Ma接近于1時(shí)的波形和過(guò)調(diào)幅波形，下圖從圖中可以看出，已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)幅信號(hào)不一樣，產(chǎn)生

11、了嚴(yán)重的包絡(luò)失真，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免，保證調(diào)幅系數(shù)在0 與1 之間。F、 高頻放大器模塊用于振蕩器振蕩電壓的放大，用諧振回路作為負(fù)載，小信號(hào)放大，使之工作在線性區(qū)，甲類放大。用LC諧振回路作為負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功兼具阻抗變換和選頻濾波功能，由于單級(jí)放大矩形系數(shù)較高，可以采用級(jí)聯(lián)來(lái)降低矩形系數(shù)，從而達(dá)到更好的選擇性。當(dāng)級(jí)數(shù)大于3時(shí)，選擇系數(shù)的改善不明顯，可以選擇兩級(jí)放大,=4.66,選擇性大大提高。雖然存在相位差，但約放大了50倍左右。G、 高頻功率放大采用丙類放大，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。實(shí)現(xiàn)功率放大，選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)選頻，去掉不需要的諧波分量和噪聲，這就要求選頻

12、網(wǎng)絡(luò)選擇系數(shù)要好。采用兩級(jí)進(jìn)行功率放大，都工作在線性區(qū)，使得功率放大提高。但有缺點(diǎn)就是效率不高。首先設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使得兩個(gè)放大器工作在線性區(qū)，由于三極管基極電流很小，可以認(rèn)為R1、R2串聯(lián)分壓，Ubq=12/(R1+R2)=2.4V>0.7V,Icq(Ubq-0.7)/(R5)=1.7mA,沒(méi)有超過(guò)三極管的最大工作電流，電壓大概放大250倍左右，隨即功率也會(huì)放大。為使達(dá)到輸出功率要求Po=50mW，負(fù)載為RL=51歐姆，所以輸出電壓U=(Po*RL)=1.59V,所以通過(guò)調(diào)節(jié)放大器使得輸出電壓為1.59V，即可滿足發(fā)射要求。2、 中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、 混頻器混頻器，有與混頻器的原理

13、就是一個(gè)頻譜的線性搬移過(guò)程，即可實(shí)現(xiàn)混頻，這可以選用乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜的線性?；祛l器工作原理：uc作為混頻器的輸入，uI (t)為載波輸入，輸出Uo，經(jīng)過(guò)乘法器后，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)頻譜搬移，波形還是保持不變。這選用MC1496乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)混頻，實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，這和AM調(diào)制的乘法器相同，只需要修改選頻網(wǎng)絡(luò)即可。 混頻器的功能是將載波為fs（高頻）的已調(diào)波信號(hào)不失真地變換為另一載頻fi （固定中頻）的已調(diào)波信號(hào)，而保持原調(diào)制規(guī)律不變。例如在調(diào)幅廣播接收機(jī)中，混頻器將中心頻率為535-1605KHZ的已調(diào)波信號(hào)變?yōu)橹行念l率為465KHZ的中頻已調(diào)波信號(hào)，這采用MC1496進(jìn)行混頻，在調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基礎(chǔ)上，修

14、改選頻網(wǎng)絡(luò)即可完成混頻器的設(shè)計(jì)。 下圖是用MC1496構(gòu)成的混頻器，本振電壓UL(頻率為(2.039MHZ)從乘法器的一個(gè)輸入端（10腳）輸入，信號(hào)電壓Vs(頻率為1.574MHZ)從乘法器的另一個(gè)輸入端（1腳）輸入，混頻后的中頻(Fi=FL-Fs)信號(hào)由乘法器的輸出端（6腳）輸出。輸出端的帶通濾波器必須調(diào)諧在中頻Fi上，本實(shí)驗(yàn)的中頻為Fi=FL-Fs=2.039MHZ-1.574MHZ=465kHZ。為了實(shí)現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而用在混頻器的除了輸入信號(hào)電壓Us和本振電壓UL外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率，這些組合頻率如果等于或接近中

15、頻，將與輸入信號(hào)一起通過(guò)頻放大器、解調(diào)器，對(duì)輸出級(jí)產(chǎn)生干擾，影響輸入信號(hào)的接收。干擾是由于混頻不滿足線性時(shí)變工作條件而形成的，因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生干擾，其中影響最大的是中頻干擾和鏡像干擾。 混頻器參數(shù)和 AM調(diào)幅參數(shù)就選頻網(wǎng)絡(luò)有差別，選頻網(wǎng)絡(luò)C=585P，L=200uH，選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率為f=1/(2*(LC)=465kHz.混頻器電路: 混頻器混頻波形如下圖；輸入為中心頻率為1.116Mhz的AM調(diào)幅波，調(diào)制指數(shù)Ma=0.5，本地振蕩器的頻率為1.581Mhz。混頻的頻率：f=464.941KHz465MHzB、中頻放大器中頻放大器的選擇和發(fā)射機(jī)的高頻放大器一樣，修改選頻網(wǎng)絡(luò)，使之選頻的中心

16、頻率為465KHz，即可實(shí)現(xiàn)中頻放大。采用三極管處于線性區(qū)進(jìn)行放大，偏置電阻R1=8K，R2=4K，直流電源為12V，偏置電壓Ubq=4V>0.7V,Icq=(Ubq-0.7)/R3=1.65mA.滿足三極管的工作電流，L2=10mH，為高頻扼流，使高頻信號(hào)不流入地，C1、C2為旁路電容，C3=1171p、L1=100uH，為選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻中心頻率f=1/(2*(L1C3)=465kHz.選出465KHz的信號(hào)，去掉不需要的噪聲。C、檢波器 電路組成，由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。RC低通濾波電路有兩個(gè)作用： 對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)u來(lái)說(shuō)，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于開(kāi)路，電阻R就作

17、為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。 對(duì)高頻載波信號(hào)uc來(lái)說(shuō)，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于短路，起到對(duì)高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號(hào)。R=R1+R2 ， =R1+R2*RL/(R2+RL).最后用一個(gè)濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波即可解調(diào)出音頻信號(hào)。分析：（1）對(duì)于直流電壓而言，電容的隔直特性使C1開(kāi)路，所以檢波電路輸出端的直流電壓不能被C1旁路到地線。 （2）對(duì)于音頻信號(hào)而言，由于高頻濾波電容C1的容量很小，它對(duì)音頻信號(hào)的容抗很大，相當(dāng)于開(kāi)路，所以音頻信號(hào)也不能被C1旁路到地線。 （3）對(duì)于高頻載波信號(hào)而言，其頻率很高，C1對(duì)它的容抗很小而呈通路狀態(tài)，這樣惟有檢波電路輸出端的高頻載波信號(hào)被C1

18、旁路到地線，起到高頻濾波的作用。（4）實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到惰性失真和負(fù)峰切割失真，為了盡量減少失真則需要在設(shè)計(jì)中注意一些問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中，由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶(minmax)，并且各頻率分量所對(duì)應(yīng)的調(diào)制系數(shù)ma也不相同，設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，應(yīng)該用最大調(diào)制度mmax和最高調(diào)制頻率max來(lái)檢驗(yàn)有無(wú)惰性失真，其檢驗(yàn)公式為：為了消除惰性失真滿足：為了避免負(fù)峰切割失真滿足：選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率為f=1/(2*(LC)）=fc.ma=0.5，=1kHz，RC<2.76*10-4,取C=0.51uF,RC=(R1+R2)C1+R2C2,這取2C1=C2，R1=0.25R2；R<27.566K,R2<12.53K,R1<2.501K,C3一般取5-10uF，這取C3=5uF，RL=150，滿足不產(chǎn)生惰性失真：R=R1+R