高頻電子線路小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計

1、吉林建筑大學(xué)電氣與計算機學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計 專業(yè)班級： 信科121 學(xué)生姓名： 許守巖 學(xué) 號： 14 指導(dǎo)教師： 高曉紅 王超 設(shè)計時間： 2015.9.212015.10.9 教師評語：成績 評閱教師 日期 高頻電子線路設(shè)計報告1、 設(shè)計目的目的:課程設(shè)計是理論學(xué)習(xí)的延伸，是掌握所學(xué)知識的一種重要手段。本次課程設(shè)計在于通過實踐環(huán)節(jié)來強化我們對高頻電子線路理論知識的掌握，使我們加深對理論知識的理解，提高我們自學(xué)和獨立工作的實際能力，將所學(xué)的知識系統(tǒng)、深入地貫穿到實踐中，為今后課程的學(xué)習(xí)和從事相應(yīng)工作打下堅實基礎(chǔ)。 要求:高頻電子線路主要研究通信設(shè)備

2、，即廣播、電視、無線電發(fā)送和接收設(shè)備的基本電路的線路組成、工作原理和分析方法。本次課程設(shè)計側(cè)重考察學(xué)生進(jìn)行微型計算機系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，學(xué)生在設(shè)計期間需要完成題目分析，資料收集、整理，方案設(shè)計，系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)仿真與實現(xiàn)、設(shè)計報告撰寫等環(huán)節(jié)，并基于Multisim軟件，對于所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行原理圖繪制，進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)仿真或系統(tǒng)實現(xiàn)。2、 設(shè)計題目及內(nèi)容 設(shè)計題目:小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容:（1）掌握小功率調(diào)幅發(fā)射機原理； （2）設(shè)計出實現(xiàn)調(diào)幅功能的電路圖； （3）應(yīng)用Multisim軟件對所設(shè)計電路進(jìn)行仿真驗證。 技術(shù)指標(biāo):載波頻率f0=1MHz-10MHz；低頻調(diào)制信號1KHz正弦信

3、號；調(diào)制系數(shù)Ma=505；負(fù)載電阻RA=50。3、 系統(tǒng)分析3.1小功率調(diào)幅發(fā)射機的工作原理調(diào)幅發(fā)射機的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。本設(shè)計的發(fā)射機包括高頻部分、低頻部分、電源部分三個模塊。低頻信號采用音頻放大器對調(diào)制信號進(jìn)行放大，以便對高頻末級功率放大器進(jìn)行調(diào)制；高頻部分包括主振蕩器、緩沖放大、末級功放三部分，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，以削弱后級對主振器的影響，經(jīng)過音頻放大后的信號在高頻部分的末級功放實現(xiàn)對載波信號的調(diào)幅。 原理：尤振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的載波信號，載波信號經(jīng)緩沖

4、級送至振幅調(diào)制電路，緩沖級將振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對晶體振蕩級的影響，放大級將低頻信號放大至足夠的電壓后送到振幅調(diào)制電路，振幅調(diào)制電路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器，高頻級將載頻信號的功率放大到所需的發(fā)射功率。3.2方案的選擇發(fā)射機的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制,將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。通常，發(fā)射機包括三個部分：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、功放推動級與末級功放。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，主振級往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級，以削弱后級對

5、主振器的影響。低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率放大級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電平，以便對高頻末級功率放大器進(jìn)行調(diào)制。因此，末級低頻功率放大級也叫調(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)信號上去的過程。所以末級高頻功率放大級則成為受調(diào)放大器。調(diào)幅發(fā)射機通常尤主振級、緩沖級、中間放大級、振幅調(diào)制、音頻放大和輸出網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)設(shè)計要求，載波頻率f=10MHZ，主振級采用克拉潑振蕩電路，輸出的載波頻率可以滿足要求，不需倍頻器，原理框圖如下3.2所示：低頻放大 話筒高頻功效振幅調(diào)制高頻放大緩沖器 主振器 圖3.2系統(tǒng)總體框圖3.3功率

6、分配及電源電壓的確定本機輸出的最大功率(Po)max=(1+ma)2Po=4Po40.5W=2W。設(shè)輸出變壓器的效率，則末級功率放大器管最大輸出功率為(Po)max=2W/0.8=2.5 W,取功率放大器管功率增益為Ap13 dB(20倍)，則末級的最大激勵功率應(yīng)為125mW,而振蕩器輸出功率較小，一般為幾十毫瓦即可。對于小型發(fā)射機，電源電壓一般為915 V，所以取標(biāo)準(zhǔn)電源12 V。3.4各級晶體管的選擇一般選取晶體管的原則是BVceo、Pcm 、Icm必須滿足要求。末級功率放大器管：工作頻率為7 MHz ,最大輸出功率為2.5W，且集電極瞬時電壓為其最大值為：，4Vcc 41248 V，可選

7、用3DA1B，其參數(shù)為：BVceo50V,Pcm=7.5W,Icm=0.75A,f=70MHz10f0,Ap=13dB。4、 單元電路的設(shè)計 4.1主振器的設(shè)計 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)計所設(shè)計的最高頻率受到實驗條件的限制，一般選在30兆赫以下。 頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項十分重要的技術(shù)指標(biāo)，表示一定時間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對變化程度，振蕩頻率的相對變化量越小，則表明振蕩頻率穩(wěn)定度越高。 改善頻率穩(wěn)定度，從根本上來說就是力求減少振蕩頻率受溫度等外界因素影響的

8、程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。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，實現(xiàn)溫度補償?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振蕩頻率的影響。 圖4.1.1主振器電路仿真波形圖如下所示: 圖4.1.2仿真波形4.2緩沖器的設(shè)計 緩沖隔離級將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響，因為功放級輸出信號較大工作狀態(tài)的變化會影響振蕩級穩(wěn)定度或波形失真或電壓減小，

9、為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級，緩沖隔離級經(jīng)常采用射極跟隨器電路，緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓，以提高電平調(diào)幅電路所需的載波輸入信號，所以要有合適且可調(diào)的增益。如圖4.2.1所示: 圖4.2.1緩沖器電路圖仿真器仿真電路圖如圖所示： 圖4.2.2緩沖器通過調(diào)節(jié)R7的阻值可連續(xù)改變輸出正弦波的波形。調(diào)節(jié)R7可以得到所需幅值的正弦波。4.3高頻放大器的設(shè)計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，輸入信號是小信號。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時，可以不加高頻

10、電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號輸入。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)整每一級所需的直流工作點，但要注意一點：在多級諧振放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測試其直流工作點時，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，然后再測試其直流工作點。否則，所測數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。對于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動態(tài)范圍的調(diào)整及測試，一般有兩種方法，一種是逐點法；一種是掃頻法。后者比較簡單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測試。 高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機的

11、末級，它的任務(wù)是要給出發(fā)射機所需要的輸出功率。本設(shè)計研究的是小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類功率放大器，如果一級不能滿足指標(biāo)要求，可以選用兩級。一般末級功率放大器工作在臨界狀態(tài)，中間級可以工作在弱過壓狀態(tài)。仿真器仿真電路圖如圖所示： 圖4.3.1高頻放大器仿真電路圖電路仿真波形圖如下所示： 圖4.3.2仿真波形4.4音頻放大器的設(shè)計音頻放大器仿真電路如圖4.4.1所示： 4.4.1音頻電路仿真電路圖輸入頻率為1KHZ幅值為1V的正弦波時，音頻放大器仿真輸出波形圖如圖4.4.2所示： 圖4.4.2音頻放大器輸出波形4.5振幅調(diào)制電路設(shè)計振幅調(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)

12、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)制級將信號直接發(fā)射出去。 仿真器仿真電路圖如圖所示： 圖4.5振幅調(diào)制仿真電路圖4.6功率放大器設(shè)計高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機的末級，它的任務(wù)是要給出發(fā)射機所需要的輸出功率。本設(shè)計研究的是小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類功率放大器，如果一級不能滿足指標(biāo)要求，可以選用兩級。一般末級功率放大器工作在臨界狀態(tài)，中間級可以工作在

13、弱過壓狀態(tài)。功率激勵級為末級功放提供激勵功率。末級功放將前級送來的信號進(jìn)行功率放大使負(fù)載（天線）上滿足要求的發(fā)射功率，如果要求整機效率較高應(yīng)采用丙類功率放大器，根據(jù)本題要求，顧選用丙類功率放大器較好。隔離的作用是為了防止發(fā)射的部分高頻信號對載波信號產(chǎn)生干擾，放大的作用是為下一級提供足夠的功率，采用自給負(fù)壓丙類諧振功率放大器，通過改變電位器改變負(fù)偏壓大小，回路諧振在工作頻率，可以改變變壓器的耦合輸出。仿真器仿真電路圖如圖所: 圖4.6.1功率放大器仿真電路圖功率放大器輸出波形如下所示: 圖4.6.2功率放大器輸出波形5、 系統(tǒng)總體電路圖設(shè)計5.1整體電路原理 整體電路共分為六個模塊，分別為主振器

14、，緩沖器，高頻電壓放大器，音頻放大器，集電極振幅調(diào)制器，高頻功率放大器，首先尤克拉波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號，再經(jīng)過緩沖級，讓振蕩器與振幅調(diào)制器隔離開來，不影響載波頻率的穩(wěn)定，經(jīng)過高頻電壓放大器，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)制信號經(jīng)過音頻放大器放大，最后將載波信號與調(diào)制信號輸入到集電極調(diào)制電路進(jìn)行普通調(diào)幅，然后進(jìn)行丙類功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。6、 總結(jié)該課程設(shè)計使我建立無線電發(fā)射機的整機概念，了解發(fā)射機整機各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，能正確設(shè)計、計算發(fā)射機的各個單元電路：主振級、激勵級、輸出級、調(diào)制級、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)及音頻放大器。初步掌

15、握小型調(diào)幅波發(fā)射機的調(diào)整及測試方法。在設(shè)計電路時，要首先將總體電路分成若干個不子模塊，使每個模塊有各自的不同的任務(wù)；再對各相對簡單的子模塊進(jìn)行單獨設(shè)計；最后將各個子電路組合在一起完成整個電路。這樣做法分工明確，層次清晰，使設(shè)計者能更宏觀的把握設(shè)計的總體步驟 。而且設(shè)計單獨的子電路降低了工作難度，使設(shè)計工作更有條理性。在檢查電路時，也可根據(jù)各種情況分析是哪個子系統(tǒng)出了問題，再單獨檢查該出問題系統(tǒng)，可以提高檢查的效率。增強了用Multisim繪制仿真原理圖的能力，對畫圖的步驟和方法進(jìn)行了復(fù)習(xí)鞏固。在設(shè)計過程中，深刻明白了只動腦和動手做之間的天壤之別。原本設(shè)想的很完美的東西一動手做起來就困難重重，各

16、種想象不到的困難都出現(xiàn)在眼前。認(rèn)識到只有動手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題不能只空想要動手實踐，從實際中發(fā)現(xiàn)問題?；仡櫿麄€漫長復(fù)雜的設(shè)計過程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必將面對更多更加復(fù)雜的設(shè)計工作，此次設(shè)計過程對我的各個方面都有了許多積極的影響，使我做事情更加細(xì)心有耐心。這次設(shè)計過程啊讓我認(rèn)識到了只有付出才能有收獲，看著做完的電路圖，讓我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就會有收獲。我收獲的不僅僅是完成了一次任務(wù)，更重要的是讓我更清楚的認(rèn)識了自己的不足，鍛煉了自己的能力?；仡欉@一次的課程設(shè)計，真是收益匪淺。通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們通過這個方案包括設(shè)計了一套電路原理和用Multisim連接圖，以前對知識的了解僅限于理論知識，而且是有的能夠理會，有的卻保持是懂非