高頻電子線路課程設(shè)計(jì)

1、 TONGLING COLLEGE課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目 小型調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計(jì) 課程名稱 高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 姓名/班級(jí) 鐘春林 07電子信息工程 指導(dǎo)教師 王銀花 完成時(shí)間 2009-12-15一、 設(shè)計(jì)目的調(diào)幅接收機(jī)是接收設(shè)備,是從信道上接收有用高頻調(diào)幅信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理后,從中恢復(fù)出與發(fā)送端一致的原音頻信號(hào)。為此,它必須具有從眾多信號(hào)中選擇有用信號(hào)、抑制其它信號(hào)干擾的能力。調(diào)幅接收系統(tǒng)具體包括輸入回路,高頻放大器,混頻器,本地振蕩,中頻放大器,檢波器,低頻放大器。通過本課題設(shè)計(jì)鞏固已學(xué)的理論知識(shí),能夠使學(xué)生建立無線電接收機(jī)的整機(jī)概念,了解接收機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響,

2、從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算接收機(jī)的各個(gè)單元電路:高頻放大級(jí)、主振級(jí)、中放級(jí)、檢波級(jí)及音頻放大器的參數(shù)設(shè)計(jì)、元器件選擇、電路的焊裝與調(diào)試。初步掌握小型調(diào)幅波接收機(jī)的調(diào)整及測(cè)試方法。各部分的功能如下:1、輸入回路:從接收天線上接收到的信號(hào)中提取出有用信號(hào)。2、高頻小信號(hào)放大器:把輸入回路收到的微弱信號(hào)放大。3、混頻器:將高頻信號(hào)調(diào)制成中頻信號(hào)。4、中頻放大器:將中頻信號(hào)的幅度進(jìn)行放大。5、檢波器:將調(diào)幅信號(hào)的載波去掉。6、低頻放大器:將音頻信號(hào)的幅度進(jìn)行放大。二、電路設(shè)計(jì)1 振蕩電路的選擇振蕩電路從低頻率到高頻率可以分類如下表1所示。表1 振蕩電路分類我們主要是根據(jù)給定的頻率范圍以及對(duì)振蕩頻率的要求而確

3、定采用哪種形式的振蕩電振蕩電路LC 反結(jié)合型振蕩電路固態(tài)振動(dòng)子振蕩電路RC 振蕩電路調(diào)諧型哈特萊電路 Wien.Bridgege 型皮爾斯C-B 電路 移相型考畢茲電路皮爾斯B-E 電路射極回授電路路。RC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度一般為210-310-,這里我們的要求是頻率穩(wěn)定度5×104。低頻正弦波振蕩器一般就是采用的RC 振蕩電路。RC 振蕩器又分為移相式RC 振蕩器和串并聯(lián)RC 振蕩器(即文氏電橋振蕩器。后者性能較好所以被廣泛采用。下面我們重點(diǎn)介紹一下LC 振蕩電路,其一般采用的電路形式:電容回授三點(diǎn)式振蕩器;變壓器回授振蕩器;電感回授三點(diǎn)式振蕩器。首先,運(yùn)用較廣的是電容回授三點(diǎn)式

4、振蕩器,其頻率范圍為幾兆赫茲至幾百兆赫茲。工作頻率可以做的很高,這種電路把晶體管的輸入輸出電容,引線分布電容并聯(lián)在回路電路兩端,構(gòu)成反饋電容的一部分。另外由于反饋電容對(duì)高次諧波呈現(xiàn)低阻抗,因此輸出信號(hào)的波形好,頻譜較純。并且在工作頻率升高時(shí),不會(huì)使反饋性質(zhì)發(fā)生變化。其次是變壓器回授振蕩器,在一般接受機(jī)本振電路中常采用這種電路形式。它的工作頻率較低,通常為幾十千赫茲至幾十兆赫茲。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,頻率調(diào)節(jié)方便,頻率范圍寬,易于起振等優(yōu)點(diǎn),不過頻率再高就很難制作高頻性能很好的變壓器。再者是電感回授三點(diǎn)式振蕩器,它屬于一種常用電路,因?yàn)檫@種電路波段較寬,調(diào)節(jié)頻率方便。它的工作頻段為幾兆赫茲至幾十兆赫茲

5、。它不宜用在幾十兆赫茲以上的頻段。另外,還有改進(jìn)型回路回授電路,它主要在頻率穩(wěn)定度要求較高的場(chǎng)合采用,如西勒電路。西勒電路具有調(diào)節(jié)頻率方便,有一定的頻率寬度,波段內(nèi)振蕩電壓較平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn),故用得非常廣泛。但本次課程設(shè)計(jì)因?yàn)檎袷庮l率要求可調(diào),波段覆蓋系數(shù)不太大,頻率穩(wěn)定度要求又較高,故選擇西勒電路,另外為了避免變化引起的頻率不穩(wěn),采用射極輸出電路。西勒電路的基本構(gòu)成如圖1所示?；厥陔娐贩糯舐蔄回授電路回授率閉回路ViVf具有頻率選擇功能輸出 圖1西勒電路2 晶體管的選擇晶體管的選擇,一般要求集電極耗散功率富裕量較大,熱穩(wěn)定性好, T f 要高,輸入輸出電容要小的。一般而言,選擇硅管就可以。在通信系

6、統(tǒng)中,一般要求設(shè)計(jì)高穩(wěn)定度,小功率的振蕩。因此選用T f 高的晶體管成為選管的主要原則。雖然晶體管的最大振蕩頻率R f 一般大于特征頻率T f ,但當(dāng)振蕩器振蕩在晶體管的T f 附近時(shí),晶體管本身的相移成為不可忽略的因素,這樣勢(shì)必造成頻率穩(wěn)定度大大下降。因此通常要求T f 大于三至十的最高振蕩頻率,即:max 103(f f T >因此,本次設(shè)計(jì)晶體管我們選用3DG4,這種晶體管的參數(shù)如下:200T f MHZ ,30ceo BV V ,42ie h = 5ob C Pf ,20180fe h =,1100oeK h =顯然max T f f >>(10MHz ,能符合振蕩的

7、要求(本次載波頻率f 0=10.7MHz 。另外選擇硅管是因?yàn)楣韫艿臒岱€(wěn)定性比較好。 3、 晶體管負(fù)載e R 的選擇晶體管的選擇我們可根據(jù)振蕩器的振幅條件來確定。因?yàn)樨?fù)載電阻e R 的大小,會(huì)影響工作狀態(tài)、輸出功率和振蕩器的起振。e R 是根據(jù)回歸比0fuT K K=和反饋系數(shù)fuK的經(jīng)驗(yàn)選擇來決定的。因此,當(dāng)要求振蕩器輸出一定功率時(shí),則e R 的選擇應(yīng)滿足晶體管輸出功率的要求,并應(yīng)按高頻功率放大器進(jìn)行計(jì)算。但穩(wěn)定狀態(tài)又是未知的,因此要經(jīng)過多次設(shè)計(jì),反復(fù)的實(shí)驗(yàn)才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4、直流偏置的計(jì)算偏置電路的計(jì)算原則與放大器的分壓式偏置電路的計(jì)算是一樣的。其基本估算的方法如下:發(fā)射極對(duì)地電壓:0.

8、2e c U E 集電極對(duì)地電壓:(10.6c U E 上偏置電阻中的電流 1(510b I I =我們只要選定co I 的值就可以估算各元件的數(shù)值。 現(xiàn)選定 1.8co I mA =;0.2 2.4e c U E =2.4 1.331.8e e e cocoU U V R K I I m A= 選 0.70.7128.4c c U E V V =128.421.8c cc coE U V V R K I m V-= 選18b I I =11112111.810180881080(0.712(2.40.7111.25800.7 2.40.744.288010co b feb c bc e b

9、e bI m A I Ah I I A AE U E U V V V R K I I A U U VV V R K I I I A A=-+-+=+=-5、高頻電路的計(jì)算諧振回路由0C 和C(123,C C C 串聯(lián)并聯(lián)再與L 并聯(lián)組成。如圖2所示, 圖2在選擇L ,C ,0C 時(shí)有較大的靈活性。L 選得較大,回路阻抗就高,0K 就大,反過來0C C +選得越大,晶體管輸出輸入電容以及雜散電容的影響就小,頻率穩(wěn)定度就高。這個(gè)電路中我選8L F =,為了調(diào)節(jié)復(fù)蓋系數(shù),L 制成帶磁芯的線圈,電感量可以通過調(diào)節(jié)磁芯的位置來進(jìn)行微調(diào)。m in 022626511126.8(24(510810f f M

10、 H z C C pFf L-=+=m ax 022626101131.7(24(1010810f f M H z C C pFf L-=+=0C 與C 的分配也有較大的靈活性:C 選得大些頻率穩(wěn)定度高,而0C 選的大些頻率復(fù)蓋就比較寬。這里選0C 為一般標(biāo)準(zhǔn)的7127Pf 的單連可變電容,因此選25C Pf =。6、反饋電路的計(jì)算選002fu T K k = ,120.2fu C k C = ,0fe fe e e ieh K y R R h =為了保證fe h 很小的晶體管也可以起振,所以fe h 取60。 由上面的公式得:02420700.260ie e fu feT h R k h =

11、現(xiàn)在可以根據(jù)e R的值就可以計(jì)算回路電容。 圖3 交流等效電路電感線圈的Q 值采用100,并代入min f ,得:T R Q L = 8025820.1T R MHz H K =R L =8 30i R K =把每個(gè)電阻折合到c e 兩端, 420ie h = 折合到c e 兩端: 221420ie C h C = 2c R k = 折合到c e 兩端:221212211222c C C C CC R K K C C C + = + 9.25LR K '= 折合到c e 兩端219.25L C R K C '= 222221121111142020009250eR C C C

12、C C C C =+ +代入70e R =,以及120.2fu C k C = 得:2111117026251020.59250C C =+ 10.0083640.0914C C = 得:125273.510.09140.0914C Pf C Pf =212547.02C C Pf =由公式1231111C C C C =+帶入數(shù)據(jù)得:3111125273.5547C =+得: 329C Pf =7、計(jì)算出的各個(gè)元件參數(shù)在實(shí)際中難以找到,所以需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,實(shí)際采用值如下:'07127CPf =,''027CP f =,1R =50K ,2R =44K ,70e R

13、=,2c R k =,R L =8,30i R K =,20T R K =,1C =274pF ,2C =547pF , 3C =30Pf ,8L F =8、 振蕩器的調(diào)試根據(jù)設(shè)計(jì)和估算結(jié)果安裝出來的振蕩器,還不一定能正常工作,往往需要通過調(diào)試才能完全滿足設(shè)計(jì)要求,在調(diào)試中通常遇到以下幾個(gè)問題: 在可調(diào)頻率范圍內(nèi)全部不起振。這時(shí)應(yīng)首先檢查反饋極性,使?jié)M足相位平衡條件。如仍不起振則一般有下列幾種可能原因:a.直流工作點(diǎn)太低,管子的fe h 太小。b.諧振回路的Q 值太低。C.反饋系數(shù)太小,不滿足起振的振幅條件。 高頻端起振,低頻端不振。這是因?yàn)榈皖l端回路Q 值過低,應(yīng)適當(dāng)提高回路Q 值。 低頻端

14、起振,高頻端不振。這主要因?yàn)榫w管的高頻特性變壞所致,應(yīng)更換T f 更高的晶體管。 振蕩幅度太小增加反饋系數(shù)fuK,提高工作點(diǎn)電流co I ,減輕負(fù)載,換用fe h 大的管子均可提高振蕩器的輸出電壓。但這些措施常會(huì)使振蕩波形變壞。比較有效的方法是提高電源電壓,這時(shí)應(yīng)注意管子的耐壓,如耐壓不夠,則在提高電源電壓以前應(yīng)更換ceo BV 大的管子。 振蕩波形不好:改善波形的方法有:降低工作點(diǎn),使振蕩穩(wěn)定時(shí)不進(jìn)入晶體管的飽和區(qū),另外也可提高回路Q 值,減小反饋系數(shù)fuK,減輕負(fù)載,以提高回路的選擇性。 輸出電壓上疊加有寄生振蕩:消除寄生振蕩的方法是,a.合理布線,盡量減小引線長度,合理接地,這個(gè)問題對(duì)

15、高頻振蕩器尤應(yīng)重視。b.增加電源去耦電路,防止由于電源內(nèi)阻引入的正反饋。c.采用高頻性能好的電容,因?yàn)橛行╇娙莸募纳姼刑?容易使電路產(chǎn)生寄生振蕩。d.基極串接一個(gè)小電阻,也可抑制寄生振蕩。 出現(xiàn)間歇振蕩:電路b R ,b C ,E R ,e C 時(shí)間常數(shù)太大時(shí),便會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象,適當(dāng)減小b C ,e C ,b R ,E R 均有助于克服間歇振蕩的產(chǎn)生。三 、仿真過程及波形 利用SystemView 軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,步驟如下: 將頻率相同的音頻信號(hào)用三路頻率不同的載波進(jìn)行調(diào)制,并加上相應(yīng)載波包絡(luò),成為調(diào)幅波。將三路調(diào)幅波用一個(gè)帶通濾波器(中心頻率5MHZ濾波,得到所需調(diào)幅波。將得到的調(diào)幅

16、波與本地振蕩混頻,并進(jìn)行濾波,得到中頻信號(hào)。然后進(jìn)行中頻放大,經(jīng)過包絡(luò)檢波,去掉載波,得到與音頻同頻信號(hào)。經(jīng)過低通濾波,濾除噪音,然后低頻功放得到原始音頻信號(hào)。 參數(shù)說明:音頻信號(hào)頻率1k音頻信號(hào)載波頻率,模塊1:3.6MHZ,模塊3:10.7MHZ,模塊6:7.8MHZ,幅度都是0.05V。本地振蕩 10MHZ第一個(gè)帶通濾波器中心頻率 10MHZ,帶寬8k,上限頻率10004k ,下限頻率9996k。第二個(gè)帶通濾波器中心頻率:365k,上限頻率為370K,下限頻率為360K。低通濾波器中心頻率為:1K。放大器模塊12 ,13,14,放大倍數(shù)為0.1,放大器模塊21放大倍數(shù)為:40000,放大

17、器模塊23放大倍數(shù)為100。二極管包絡(luò)檢波的門限電壓0.05V。(7d=81.3%仿真后各波形如下:音頻波形S yste m V i ew S i nk 2 5 0 1 e-3 2e -3 3 e-3 6e -3 4e -3 2e -3 A lt e mid p u 0 -2 e3 -4 e3 -6 e3 0 1 e-3 T i me i n Sec on ds 2e -3 3 e-3 濾波后的中頻信號(hào)： 檢波后波形 接收機(jī)輸出波形： S yste m V i ew S i nk 2 4 0 1e -3 2e -3 3 e-3 15 10 Al u m id pte 5 0 0 1e -3 T i me i n Sec on ds 2e -3