哈工大高頻電子線路課程設(shè)計(jì)樣本2

1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì)中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)與中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1發(fā)射機(jī)摘要：簡(jiǎn)易調(diào)幅發(fā)射機(jī)，主要由調(diào)幅信號(hào)源，高頻功率放大器和調(diào)制器組成。由振蕩器產(chǎn)生載波輸出載波的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度達(dá)到1×10-3 ；振幅調(diào)制采用集成模擬乘法器MC1496，調(diào)制度固定為30，輸出幅度調(diào)節(jié)范圍寬；高頻功率放大級(jí)用丙類(lèi)功率放大器功，在51負(fù)載上輸出功率大于50mw?？驁D如下：主震器穩(wěn)頻高頻電壓放大器調(diào)制器高頻功率放大器調(diào)制信號(hào)主震器（2.1.1）本地振蕩器：用來(lái)產(chǎn)生高頻載波，在本設(shè)計(jì)中采用頻率穩(wěn)定度較高的西勒振蕩器。其中還包含一個(gè)射極跟隨器，他是一個(gè)共集電極放大電路，只能放大電流，不能放大電壓，而且經(jīng)過(guò)

2、特定設(shè)置輸入阻抗很大輸出阻抗很小，這樣就能盡量減小兩極之間的相互影響。（2.1.3）調(diào)制電路本設(shè)計(jì)采用M1496模擬乘法器調(diào)幅，效果好，成本低。（2.1.4）功率放大器：由于模擬乘法器是一個(gè)低電平調(diào)幅，適用于小信號(hào)，出來(lái)的信號(hào)達(dá)不到所要求的功率，因此需要一個(gè)功率放大器使得電路達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的發(fā)射功率。（3.1.1.2）載波，西勒振蕩器就頻率穩(wěn)定度而言，震蕩器選用西勒振蕩器，首先就是晶體三極管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定。因?yàn)槲宜玫能浖蠱ultisim 12.0沒(méi)有所給的3DG6所以我選取選取的晶體管為2N5551型作為待敵，晶體管應(yīng)該工作在放大狀態(tài)所以UC>UB>UE，設(shè)定Rb1=100k

3、，Rb2=10 k，RC=560RE=1K,此時(shí)UC=11.781V,UB=1.058V放大倍數(shù)11倍，因?yàn)檎麄€(gè)電路為震蕩回路，要滿(mǎn)足起振條件AF1，當(dāng)F取0.1到0.2時(shí)電路在相位頻率上的特性更好，因此選取F=0.2，C1/C2=5通過(guò)計(jì)算得出C1,C2，C3，L1.電路具有更高的頻率穩(wěn)定特性但是再調(diào)制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)很小時(shí)頻率計(jì)所顯示的頻率并不是很理想后經(jīng)過(guò)調(diào)制最終選取=200pF，最初定為一個(gè)可變電容后經(jīng)過(guò)調(diào)制使電路滿(mǎn)足振蕩頻率在5351605KHz之間，電容=150pF。得到波形如圖：考慮到輸出電壓已經(jīng)足夠大，不再使用高頻放大器，通過(guò)設(shè)計(jì)射級(jí)跟隨器，當(dāng)三極管處于共集電極放大狀態(tài)時(shí)，只能放大

4、電流不能放大電壓，電壓增益非常接近與1，而且滿(mǎn)足輸入電阻很大為100k，輸出電阻很小為75，由此可見(jiàn)此射極跟隨器的跟隨效果很好。起到了阻隔的作用。在射極跟隨器的輸出端，由于下一級(jí)的調(diào)幅電路在這里采用的是M1496模擬乘法器調(diào)幅，此調(diào)幅電路只適用于小信號(hào)，因此在輸出端串接了一個(gè)電阻=100k，并用變壓器與下一級(jí)耦合，這樣不僅使得模擬乘法器的輸入信號(hào)變得足夠小而且相當(dāng)于增大了模擬乘法器的輸入電阻，使得級(jí)間耦合更理想。對(duì)MC1496分析：MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其內(nèi)部電路和引腳如圖所示。其中VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分放大器，VT5、VT6組成的單差分放大器用以激勵(lì)VT1V

5、T4。VT7、VT8及其偏置電路組成差分放大器VT5、VT6的恒流源。引腳8與10接輸入電壓UX，1與4接另一輸入電壓UY，輸出電壓UO從引腳6與12輸出。引腳2與3 外接電阻RE，對(duì)差分放大器VT5、VT6產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，以擴(kuò)展輸入電壓Uy的線性動(dòng)態(tài)范圍。引腳14為負(fù)電源端（雙電源供電時(shí)）或接地端（單電源供電使），引腳5外接電阻R5 ，用來(lái)調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流I0的值。設(shè)輸入信號(hào)， ，則MC1496乘法器的輸出U0與反饋電阻RE 及輸入信號(hào)、的幅值有關(guān)。 不接負(fù)反饋電阻（腳2和3短接）、和皆為小信號(hào)時(shí)，由于三對(duì)差分放大器（VT1，VT2，VT3，VT4及VT5，VT6）均工作在線性

6、放大狀態(tài)，則輸出電壓U0可近似表示為 （4.2.5）式中，乘法器的乘積系數(shù)，與器件外接元件參數(shù)有關(guān)，即 （4.2.6）式中， 溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)T=300K時(shí)，輸出負(fù)載電阻。式（4.2.5）表明，輸入均為小信號(hào)時(shí)，MC1496可近似為一理想乘法器。輸出信號(hào)中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差頻分量。、為小信號(hào)，為大信號(hào)（大于100mV）時(shí)，由于雙差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，其電流波形將是對(duì)稱(chēng)的方波，乘法器的輸出電壓可近似表示為 （n為奇數(shù)） （4.2.7）輸出信號(hào)中包含、等頻率分量。 接入負(fù)反饋電阻由于的接入，擴(kuò)展了的線性動(dòng)態(tài)范圍，所以器件的工作狀態(tài)主要由決定，分析

7、表明：、當(dāng)為小信號(hào)時(shí)，輸出電壓可表示為 （4.2.8）式中 （4.2.9）式（3-4）表明，接入負(fù)反饋電阻后，為小信號(hào)時(shí)，MC1496近似為一理想的乘法器，輸出信號(hào)中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差頻。、當(dāng)為大信號(hào)時(shí)，輸出電壓可近似表示為 (4.2.10)上式表明，為大信號(hào)時(shí)，輸出電壓與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。MC1496構(gòu)成的振幅調(diào)制器電路如圖所示。其中載波信號(hào)經(jīng)高頻耦合電容C1從10腳輸入，C3為高頻旁路電容，使8腳接地。調(diào)制信號(hào)經(jīng)低頻耦合電容C2，從1腳輸入。調(diào)幅信號(hào)從12腳單端輸出。R12可以調(diào)節(jié)ma的值，也可以是電路對(duì)稱(chēng)，減小載波信號(hào)輸出。器件采用雙電源供電方式，所以5腳的偏置電阻R5接地。通過(guò)模

8、擬乘法器調(diào)幅，輸出為AM調(diào)幅波，其波形如下： AM 調(diào)幅波的輸出端電壓為4.18mV，條幅指數(shù)的計(jì)算：輸出功率為0.34 mW，未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的50mW，考慮在調(diào)幅電路后用功率放大器對(duì)功率進(jìn)行放大，然后用天線發(fā)射。功率放大器如圖此時(shí)發(fā)射功率達(dá)到要求。接收機(jī)調(diào)幅接收機(jī)是一種常用的廣播通信工具，在這里我們采用的是超外差接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)與調(diào)試方法.此種調(diào)幅接收機(jī)主要有五部分組成, 本機(jī)振蕩,混頻器 ,中頻放大，檢波電路，功率放大. 本機(jī)振蕩是產(chǎn)生混頻用的高頻振蕩波,需要調(diào)諧于中頻工作頻率465KHz;中頻放大是將混頻后的中頻信號(hào)進(jìn)行放大,同樣需要調(diào)諧于中頻工作頻率465KHz;檢波電路是將已調(diào)信號(hào)

9、還原成低頻信號(hào); 功率放大是將解調(diào)出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大，達(dá)到所需要求。其工作原理原理圖如下：中頻放大混頻解調(diào)震蕩器震蕩器震蕩器我們使用和調(diào)制時(shí)一樣的振蕩器，這里不再贅述?；祛l器：混頻之后，接入了一個(gè)465KHz選頻網(wǎng)絡(luò)，這是因?yàn)閷⒏哳l搬移至中頻后會(huì)產(chǎn)生雜波，用中頻濾波器濾波之后才能選出所需頻率，對(duì)于中頻濾波器在這里采用了多級(jí)中頻濾波，主要是為了改進(jìn)矩形系數(shù)，其濾波特性如圖所示：混頻之后波形如下圖所示：未經(jīng)濾波器之前波形經(jīng)過(guò)中頻濾波器之后的波形兩個(gè)波形對(duì)比可知：在濾波之前波形毛刺較多，波形不夠平滑，振幅在80mV左右，后經(jīng)過(guò)濾波，波形變得平滑但是振幅下降為15mV左右，說(shuō)明在濾波過(guò)程中有很大一部分

10、噪聲被濾掉。（3.2.3）中頻放大在下一級(jí)檢波電路中，由于檢波電路采用的是包絡(luò)檢波需要載波為大信號(hào)，因此需要在濾波之后串接一個(gè)中頻放大器，如圖所示：其輸出波形如圖：經(jīng)過(guò)中頻放大后，輸出電壓達(dá)到包絡(luò)檢波要求，可以接入檢波電路進(jìn)行檢波。檢波器檢波電路采用單二極管包絡(luò)檢波：檢波過(guò)程是一個(gè)解調(diào)過(guò)程，它與調(diào)制過(guò)程正好相反。檢波器的作用是從振幅受調(diào)制的高頻信號(hào)中還原出原調(diào)制的信號(hào)。還原所得的信號(hào)，與高頻調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)變化規(guī)律一致故又稱(chēng)為包絡(luò)檢波器。假如輸入信號(hào)是高頻等幅信號(hào)，則輸出就是直流電壓。若輸入信號(hào)是調(diào)幅波，則輸出就是原調(diào)制信號(hào)。從頻譜來(lái)看，檢波就是將調(diào)幅度信號(hào)頻譜由高頻搬移到低頻，如圖12-1所示

11、（此圖為單音頻調(diào)制的情況）。檢波過(guò)程也是應(yīng)用非線性器件進(jìn)行頻率變換，首先產(chǎn)生許多新頻率，然后通過(guò)濾波器，濾除無(wú)用頻率分量，取出所需要的原調(diào)制信號(hào)。常用的檢波方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。有載波振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)。圖示是檢波器檢波前后的頻譜二極管包絡(luò)檢波的工作原理當(dāng)輸入信號(hào)較大(大于0.5伏)時(shí)，利用二極管單向?qū)щ娞匦詫?duì)振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，稱(chēng)為大信號(hào)檢波。大信號(hào)檢波原理電路如圖12-2（a）所示。檢波的物理過(guò)程如下：在高頻信號(hào)電壓的正半周時(shí)，二極管正向?qū)ú?duì)電容器C充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流iD很大，使電容器

12、上的電壓VC很快就接近高頻電壓的峰值。充電電流的方向如圖中所示。這個(gè)電壓建立后通過(guò)信號(hào)源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時(shí)二極管導(dǎo)通與否，由電容器C上的電壓VC和輸入信號(hào)電壓Vi共同決定.當(dāng)高頻信號(hào)的瞬時(shí)值小于VC時(shí)，二極管處于反向偏置，管子截止，電容器就會(huì)通過(guò)負(fù)載電阻R放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓的周期，故放電很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時(shí)，調(diào)頻信號(hào)第二個(gè)正半周的電壓又超過(guò)二極管上的負(fù)壓，使二極管又導(dǎo)通。如圖12-2（b）中的tl至t2的時(shí)間為二極管導(dǎo)通的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)又對(duì)電容器充電，電容器的電壓又迅速接近第二個(gè)高頻電壓的最大值。在圖12-2（b）中的t2至t3時(shí)間為二極

13、管截止的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)電容器又通過(guò)負(fù)載電阻R放電。這樣不斷地循環(huán)反復(fù)，就得到圖12-2（b）中電壓 的波形。因此只要充電很快，即充電時(shí)間常數(shù)Rd·C很小(Rd為二極管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻)：而放電時(shí)間常數(shù)足夠慢，即放電時(shí)問(wèn)常數(shù)R·C很大，滿(mǎn)足Rd·C<<RC，就可使輸出電壓 的幅度接近于輸入電壓 的幅度，即傳輸系數(shù)接近l。另外，由于正向?qū)щ姇r(shí)間很短，放電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓周期(放電時(shí) 的基本不變)，所以輸出電壓 的起伏是很小的，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號(hào)的形狀相同，故輸出電壓 就是原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，達(dá)到了解調(diào)的目的。

14、本實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示，主要由二極管D及RC低通濾波器組成，利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢波，所以RC時(shí)間常數(shù)的選擇很重要。RC時(shí)間常數(shù)過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真又稱(chēng)惰性失真。RC常數(shù)太小，高頻分量會(huì)濾不干凈。在檢波之后由于使用的是非線性器件會(huì)產(chǎn)生新的頻率，因此在檢波后要進(jìn)行低通濾波，濾除檢波產(chǎn)生的噪聲。檢波器電路如下：對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)u來(lái)說(shuō)，電容的容抗，電容相當(dāng)于開(kāi)路，電阻R就作為檢波器的負(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)，電容的容抗，電容相當(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)。（1）避免頻率失真的討論調(diào)幅波的頻率范圍在4651kHz，若C1=1pF，可得： R2=1kR1=2k（2）避免惰性失真的討論：為了提高檢波效率和濾波效果，（C越大，高頻波紋越?。傁Ｍx取較大的R、C值，但如果R、C 取值過(guò)大，使R、C的放電時(shí)間常數(shù)= RC 所對(duì)應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)(AM)包絡(luò)下降速度時(shí)，會(huì)造成輸出波形不隨輸入信號(hào)包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱(chēng)為惰性失真。 產(chǎn)生惰性失真的原因輸入AM信號(hào)包絡(luò)的變化率>RC放電的速率在任何時(shí)刻，電容C上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號(hào)的變化率，即：即：可得：所以：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