哈工大通信專業(yè)高頻課程設計--高頻發(fā)射機和超外差接收機

1、高頻電子線路課程設計學 院：電子與信息工程學院專業(yè)班級： 姓 名： 學 號: 日 期： 目錄高頻電子線路課程設計1一 問題重述與分析31.1 調(diào)幅發(fā)射機分析.31.2 超外差接收機分析.3二 中波電臺發(fā)射系統(tǒng)的設計42.1 模塊電路設計與仿真42.1.1正弦波振蕩器及緩沖電路及仿真42.1.2高頻小信號放大電路及仿真82.1.3.振幅調(diào)制電路及仿真92.1.4功率放大電路及仿真11 2.2整體電路設計及仿真.11三 中波電臺接收系統(tǒng)設計123.1混頻器電路及仿真.123.2 檢波電路及仿真.143.3 低頻功率放大器及仿真.15四 心得與體會17五 參考文獻18一：問題重述與分析本次設計中的兩

2、個系統(tǒng)，第一個是中波電臺發(fā)射系統(tǒng)，設計目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝調(diào)試。本設計中試用是基本調(diào)幅發(fā)射機。第二個是中波電臺接收系統(tǒng)，設計目的是要求掌握最基本的超外差接收機的設計與調(diào)試。1.1調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如下圖圖一：調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)框圖本設計將聲電變換部分，及其之后的前置放大器，低頻放大器都省略，用一個低頻的正弦波交流電源表示，輸出部分的天線模塊也用規(guī)定的輸出負載代替?，F(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標進行分析：載波頻率535-1605KHz ，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3：正弦波振蕩器產(chǎn)生的正弦波信號頻率為535 KHz到1605KHz，當震蕩波形不穩(wěn)定時，最大波動頻率范圍與

3、頻率之比的數(shù)量級應該小于10-3 。輸出負載51 ：輸出部分，即電路最終端的輸出負載為51。總的輸出功率50mW ：即輸出負載上的交流功率，調(diào)幅指數(shù)3080 ：設A為調(diào)幅波形的峰峰值，B為谷谷值，則由調(diào)幅指數(shù)計算公式有。在振幅調(diào)制電路中可通過更改調(diào)制信號振幅和外加直流電源實現(xiàn)此指標。調(diào)制頻率500Hz10kHz ：調(diào)制信號頻率，由輸入信號的頻率來決定。1.2 超外差調(diào)幅接收系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如下 圖二天線接收到信號后輸入到輸入回路進行初步處理，此為輸入部分。輸入信號與正弦波振蕩器產(chǎn)生的等幅振蕩信號經(jīng)過混頻器產(chǎn)生固定頻率的中頻信號。經(jīng)過一系列處理之后由揚聲器輸出聲音。實際計算中為方便將輸出部分視為功率

4、放大電路。現(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標進行分析：載波頻率535-1605KHz：正弦波振蕩器產(chǎn)生波形的頻率為535-1605KHz，通過有關知識設計電路即可。中頻頻率465KHz：混頻器輸出信號頻率為465KHz，混頻器實際上是將兩個輸入信號頻率進行相減，所以本性能指標說明良品率相減后得到頻率為465KHz的信號。輸出功率0.25W：輸出模塊，即低頻功率放大器輸出功率為0.25W。負載電阻8：輸入模塊的輸出電阻，由電路相關知識進行計算可匹配該指標靈敏度1mV：靈敏度用來表征網(wǎng)絡特性對元件參數(shù)變化的敏感程度，網(wǎng)絡函數(shù)H或網(wǎng)絡響應R(統(tǒng)一用T來表示) 對某元件相關參數(shù)(p可以是元件參數(shù)或影響

5、元件參數(shù)的溫度、濕度、壓力等)變化率稱為網(wǎng)絡函數(shù)對該參數(shù)的絕對靈敏度，記作：。在仿真軟件中有靈敏度測試，可以直接使用對電路進行分析。二：中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設計2.1模塊電路設計 2.1.1可調(diào)式正弦波振蕩器及緩沖電路設計與仿真已知條件：取+12V，晶體管2N2222，導通電壓。主要技術指標：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3。（1）LC振蕩器的設計1.確定電路形式，設置靜態(tài)工作點在本設計中，由于中心頻率不高，而對頻率穩(wěn)定度要求較高。在我們所學的多種振蕩器中，在不要求使用晶體振蕩器的情況下，唯有高精度的西勒振蕩器滿足要求。所以所需的LC振蕩器按照西勒振蕩器設計。振蕩器的靜

6、態(tài)工作點取。電路圖如下：圖三：西勒振蕩器估算：的取值對于振蕩電路的直流和交流的工作狀態(tài)都有很大影響，根據(jù)經(jīng)驗可得，通常值為（0.61），所以這里取，由此：估算：與，還有二極管D對分壓，其中假設，可得：估算，：為了保證在確定靜態(tài)工作點的時候能實現(xiàn)直流偏置，可以取，因此： ，所以： ，取標稱值。而 ，雖然數(shù)據(jù)都很明確，但在電路仿真時為了防止由元件誤差引起的失真，這里使用和變阻器代替，變阻器一般接在50%處。旁路電容的估算：一般對電路起旁路交流的作用，所以要求在一定頻率下電容的阻抗要遠小于。本設計的工作頻率假定為1.6MHz，此時應該使電容阻抗為幾十歐姆一下。選取標稱值，對應容抗?jié)M足要求。2.估計振

7、蕩回路元件值假定所需要的頻率確定值為1.6MHz，頻率計算公式為：；對于西勒振蕩器而言，當滿足，時，可以認為。在實驗嘗試中發(fā)現(xiàn)，當較大時，由電容不穩(wěn)定引起的頻率失真較小，為了得到較好的頻率穩(wěn)定度，假設，則： 選取標稱值。但在實驗嘗試中發(fā)現(xiàn)，由于電路中其他電阻、電容干擾或是設計時粗略等效的原因，使得當時，才能實現(xiàn)中心頻率為1.6MHz的要求。所以，可變電容。為實現(xiàn)載波頻率535-1605KHz的要求，可變電容可調(diào)范圍設置為0400pF。電容，由反饋系數(shù)及電路條件，決定。若取，F(xiàn)取到，則。（2）射極跟隨器的設計為了減弱外加負載對振蕩器振蕩波形、幅度以及頻率的影響，本設計在振蕩器后加上射極跟隨器作為

8、緩沖器。射極跟隨器的特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)為1。1.確定電路形式由于傳輸信號是高頻正弦波，射極跟隨器的主要作用在于使自身輸入阻抗高，且工作穩(wěn)定，以增大頻率穩(wěn)定度。本設計選擇固定分壓偏置，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的偏置電路。如下圖所示：圖四：射極跟隨器2.估算元件參數(shù)假定，則： 由，可知，選取，取隔直電容，。所以，總的電路圖如下所示：圖五：振蕩器和射極跟隨器仿真電路圖運用multisim軟件仿真，得到的波形如下：圖六 震蕩波形圖輸出電壓為220mv，頻率為1.603MHz。經(jīng)過20組數(shù)據(jù)的對比，得到頻率穩(wěn)定度低于，該仿真電路可行。2.1.2高頻小信號放大電路及仿真在振蕩器及射極跟隨

9、器之后，應當接一個高頻小信號放大電路，將所獲得的的正弦波放大。本實驗假定電感，電容，三極管都為理想的元器件，共發(fā)射極輸入電容=0 ，共發(fā)射極輸出電容=0。（1）直流偏置電路的計算：假設，則，所以，。隔直電容，。（2）諧振電路的確定因為放大電路的諧振電路的中心頻率與振蕩器的中心頻率是一致的，所以可以直接采用振蕩器的諧振網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)如下：，可變電容，調(diào)節(jié)范圍：0200pF（3）放大倍數(shù)的確定先確定正向電壓傳導系數(shù)：總電導為。其中，理想三極管輸出電導=0，理想電感的電導值=0，諧振電導假設為 則 電壓放大增益：=21.8dB輸出端的隔直電容。整體電路圖如下所示：圖七：高頻小信號放大器在加上一個有效值為

10、280mV，頻率為1.6MHz的正弦波之后，可以發(fā)現(xiàn)此時電路的電壓增益只有20，與理論值相差很多；當換上一有效值只有28mV的正弦波后，電壓增益變大，變?yōu)?00左右；電壓有效值越小，電壓增益越接近理論值。可以得到結(jié)論，此電路可用，理論上的電壓增益是一個最大值，還要考慮到大信號時電路的失真狀況，需要實際操作來獲得想要的效果。2.1.3 振幅調(diào)制電路的設計與仿真已知條件：輸出負載51，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)3080。調(diào)制頻率500Hz10kHz。常見振幅調(diào)制有集電極調(diào)制，基極調(diào)制，模擬乘法器等方式，本設計采用乘法器仿真。提供的集成乘法器元件有XCC，MC1496.但在multisim軟件仿

11、真中沒有所要求的型號，所以用軟件中所提供的MULTIPLIER元件代替，下面是乘法器的原理圖：圖八；乘法器內(nèi)部結(jié)構原理圖其中為輸入，為輸出，上下接直流電源。令為載波信號輸入（連接高頻小信號電路輸出），為調(diào)制信號輸入（外加輸入）。為調(diào)幅信號輸出。設計的AM振幅調(diào)制電路如下：圖九：乘法器外圍電路假設載波信號幅度，頻率；調(diào)制信號幅度，即電壓有效值為3V，頻率；外加直流電壓為。兩者經(jīng)過上述乘法器后得到的信號為：仿真結(jié)果如下：圖十：乘法器模擬結(jié)果再用仿真結(jié)果進行驗證時，我們發(fā)現(xiàn)：。調(diào)幅指數(shù)與理論值相近，說明仿真電路可行。當電路發(fā)生變化時，只要調(diào)節(jié)與，使兩者之間的商滿足3080即可。同時，我們也發(fā)現(xiàn)，當輸

12、入電壓為振幅時，輸出的電壓，此時，在負載上的功率就已經(jīng)大于50mW。2.1.4功率放大電路及仿真在上述乘法器設計和小信號放大電路設計中，可以看到只要小信號放大器輸出端電壓有效值滿足條件，則負載上總的輸出功率即為50mW。但是在射極跟隨器后末端的輸出電壓，經(jīng)過高頻小信號放大器后，其電壓很輕易的就能超過1.824V，所以本設計不再涉及功率放大，以免不符性能指標。2.2整體電路設計及仿真技術指標：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負載51，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)3080。調(diào)制頻率500Hz10kHz。為了實現(xiàn)輸出功率為50mW的要求，必須將射極跟隨器末端電壓調(diào)

13、小，或?qū)⒏哳l小信號放大器放大倍數(shù)降低。在仿真實驗嘗試的過程中，發(fā)現(xiàn)降低射極跟隨器輸出電壓就相當于改變LC振蕩器輸出電壓，這相較聞言比較困難；而降低通過調(diào)節(jié)高頻小信號放大電路中諧振電阻的數(shù)值，會使頻率變得不穩(wěn)。所以，本設計在射極跟隨器和高頻小信號放大器之間連接一個電阻，這樣的連接方式也使得最后總輸出電壓更穩(wěn)定。整體電路設計圖如下：圖十一：中波電臺發(fā)射系統(tǒng)仿真電路圖仿真輸出波形圖如下：圖十二：中波電臺發(fā)射系統(tǒng)仿真波形圖電路輸出到乘法器的載波頻率為1.605MHz。根據(jù)二十組頻率數(shù)據(jù)的出，最大頻率1.606MHz，最小頻率1.604MHz，頻率穩(wěn)定度。輸出負載51，總的輸出電壓有效值為1.60V，波

14、動范圍為，由此得到的輸出功率為。調(diào)幅指數(shù)。調(diào)制頻率10kHz。三:中波電臺接收系統(tǒng)的設計3.1混頻器電路3.1.1混頻器電路設計混頻器的作用是能將接收到的信號轉(zhuǎn)化為另一種頻率的信號輸出，其原理在于能將接收到的信號與本振產(chǎn)生的信號混頻，相關公式為：兩個不同頻率的信號相稱，為調(diào)幅信號頻率量，為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。這種產(chǎn)生頻率的方式就和乘法器是一樣的。若將混合后的頻率進過低通濾波器，兩者之間和頻被濾過，兩者差頻即為輸出的頻率。本設計中混頻器采用三極管變頻器來實現(xiàn)，混頻原理圖如下：圖十三：三極管變頻器輸入部分有兩塊，第一部分是AM信號，假設信號在傳輸中中衰減，又經(jīng)過小信號放大器等，使得載波幅度變?yōu)?/p>

15、20mV，載波頻率不變，為1.605MHz，調(diào)制信號頻率為10KHz，調(diào)制指數(shù)為39.27%。本機振蕩信號的振蕩機原理與發(fā)射機相近，故不再設計，直接加一個交流信號來模擬，頻率定為2.07MHz。（1）靜態(tài)工作點的設置靜態(tài)工作點的工作位置可以與上述中高頻小信號電路中的靜態(tài)工作點一致，即，。隔直電容，。（2）其他元件參數(shù)的計算為防止交流信號進入直流電源，在集電極處接一電感。輸出端需要一個諧振選頻網(wǎng)絡，已知所需頻率為465KHz，則令電感L=20，電容C=5.86。整體電路圖如下所示：圖十三：混頻器電路圖3.1.1混頻器電路仿真按照上述電路連接，在輸出端用示波器觀察波形，可見波形如下：圖十三：混頻器

16、波形圖用頻率計測量，測得輸出頻率為465.4KHz，滿足要求。3.2檢波電路 3.2.1 檢波電路設計本設計省略混頻器與檢波器間的中頻放大部分，將輸出信號直接加在檢波器兩端，直接觀察檢波電路效果。在設計檢波電路時，需要考慮如下要求：所以本設計取，。同時，在實驗嘗試中我可以發(fā)現(xiàn)，三極管的導通電壓對實驗得到的波形幅度有影響，若將導通電壓抵消后，能夠得到更符合輸入AM波振幅振動的波形，所以本設計在電路中接入一個0.6V的直流電阻。整個電路圖如下：圖十三：檢波器電路圖3.2.1 檢波電路仿真 將示波器接在輸出負載和輸入電源的兩端，波形圖如下：圖十三：檢波器仿真結(jié)果有仿真結(jié)果可知：輸出波形與輸入AM波振

17、幅波形相似，電路可用。3.3低頻電壓放大電路 3.3.1 低頻電壓放大電路設計從檢波器出來的波形波形已經(jīng)是一個頻率為10KHz的正弦波信號，而設計要求中要求輸出功率0.25W，負載電阻8，通過二者可以算出輸出的電壓值和電流值應為U=1.4V，I=177mA。本設計采用的仿真集成運算放大器型號為TDA2030，查閱網(wǎng)上的技術手冊，可知其典型電路如下：圖十四：集成運算放大器原理圖 按照上圖搭建運算電路，根據(jù)參考資料更改部分參數(shù)得如下電路：圖十五：集成運算放大器仿真電路圖為了使輸出電壓電流可調(diào)節(jié)在輸出端加入一個可調(diào)電阻，變化范圍在0到100之間。輸出用正弦信號代替，頻率為10KHz。 3.3.2 低

18、頻電壓放大電路仿真在輸出端連接示波器觀察波形。波形如下：圖十六：輸出電壓有效值為1.333V，輸出電流有效值為166.6mA滿足題設技術指標，通過頻率計測量，頻率為10KHz，靈敏度1mV，滿足題目要求。四：心得體會在本次課程設計中，我真正認識到了自己設計一個具有可行性系統(tǒng)的困難。就算是最為簡單的發(fā)射機和接收機都花費了很多時間才能真正做得出來。同時，我也很開心的認識到自己確實學到了很多知識，比如LC振蕩器，射極跟隨器，高頻小信號放大器，AM調(diào)制電路組成的發(fā)射機；又如混頻電路，檢波器，低壓小信號放大器等為核心的接收機。在設計每個電路時，都需要翻閱很多資料，需要和自身平時上課的知識，以及實驗嘗試中的經(jīng)驗相結(jié)合，才能做到真正的設計。學以致用，最大的收獲就是認識了這一