高頻電路課程設(shè)計(jì)調(diào)相PM放大器

1、目錄一、設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)組成11.1 設(shè)計(jì)思路11.2 系統(tǒng)組成1二、各電路設(shè)計(jì)及原理32.1 調(diào)制信號(hào)1KHz產(chǎn)生電路32.2 載波信號(hào)10MHz產(chǎn)生電路42.3 調(diào)相電路52.4 前置放大82.5 高頻振諧功率放大及匹配網(wǎng)絡(luò)9三、總結(jié)與體會(huì)11四、附錄12五、參考文獻(xiàn)13窗體頂端一、設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)組成 1.1 設(shè)計(jì)思路 課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)相（PM）放大器，這樣必須有載波發(fā)生器和調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。對(duì)于不同的頻段發(fā)生器的設(shè)計(jì)有所不同。RC振蕩電路適用于低頻振蕩， RC 一般用于產(chǎn) 1Hz1MHz的低頻信號(hào)。這樣可以用 741 放大器與 RC 電路構(gòu)成新的 RC 正弦波振蕩器來產(chǎn)生 1Khz 的調(diào)制

2、信號(hào)。由于石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性，因此選用皮爾斯振蕩器來產(chǎn)生10MHz的載波信號(hào)。當(dāng)這兩種信號(hào)都準(zhǔn)備好了，加在調(diào)相電路上完成調(diào)相功能。調(diào)相電路主要是由多級(jí)變?nèi)荻O管調(diào)相模塊構(gòu)成的。這一部分是這個(gè)電路的核心。輸出的調(diào)相波經(jīng)過前置放大后再經(jīng)過功率放大，最后經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)匹配后可產(chǎn)生用于天線發(fā)送的調(diào)相波。 1.2 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)是由五個(gè)大的模塊構(gòu)成，分別是調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路（1KHz）；低頻放大器；載波信號(hào)產(chǎn)生電路（10MHz）；調(diào)相電路；高頻功率放大器。其中高頻功率放大器又包括前置放大器，功率放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)。調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路和載波信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的分別是 1KHz 和 10MHz 的正

3、弦波。低頻信號(hào)采用RC震蕩電路產(chǎn)生，高頻信號(hào)采用晶體震蕩電路產(chǎn)生，用調(diào)制信號(hào)改變諧振回路參數(shù)，使載波信號(hào)通過回路時(shí)產(chǎn)生相移而形成調(diào)相波，再對(duì)產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)進(jìn)行放大，提高到功率放大級(jí)的輸入范圍，經(jīng)丙類諧振功率放大，T型選頻網(wǎng)絡(luò)選出有用信號(hào)頻率。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。前置放大載波信號(hào)10MHz調(diào)制信號(hào)1KHz低頻信號(hào)放大調(diào)相電路高頻振諧功率放大及匹配網(wǎng)絡(luò)圖一 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖二、各電路設(shè)計(jì)及原理 2.1 調(diào)制信號(hào)1KHz產(chǎn)生電路 文氏電橋振蕩電路又稱RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩電路，它是一種較好的正弦波產(chǎn)生電路，適用于頻率小于1MHz，頻率范圍寬，波形較好的低頻振蕩信號(hào)。因此采用它產(chǎn)生1KHz調(diào)

4、制信號(hào)。 從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號(hào)的，為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋風(fēng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是,這樣兩部分構(gòu)成的振蕩電路通常是得不到正弦波的，這是由于正反饋時(shí)不量是很難控制，幫還需要加入一些其他電路。 下圖即為運(yùn)算器組成的文氏電橋RC正弦波振蕩電路。 圖2 文氏電橋RC正弦波振蕩電路圖 圖2中R5、R7構(gòu)成負(fù)反饋支路，R8、R9、C6、C7的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋支路并兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，二極管構(gòu)成穩(wěn)幅電路。調(diào)節(jié)電位器R6可以改變負(fù)反饋的深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。二極管D1、D2要求溫度穩(wěn)定性好且特性匹配，這樣才能保證輸出小型正負(fù)半

5、周對(duì)稱，同時(shí)接入R7以消除二極管的非線性影響。 2.2 載波信號(hào)10MHz產(chǎn)生電路 晶體振蕩器有并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。將石英諧振器作為等效電感元件用在三點(diǎn)式電路中，且工作在感性區(qū)，稱為并聯(lián)型晶體振蕩器。此時(shí)，石英諧振器接在晶體管、極之間稱為皮爾斯振蕩電路，接在晶體管、極之間稱為密勒振蕩電路。把石英諧振器作為串聯(lián)諧振元件來使用，使之工作在串聯(lián)諧振頻率上，稱為串聯(lián)型晶體振蕩器。 本電路利用皮爾斯振蕩電路原理產(chǎn)生10MHz載波信號(hào)。下圖即為皮爾斯振蕩器電路。 圖3 皮爾斯振蕩電路圖 圖4 交流等效電路圖在圖3中，總電容C=Co+1/(1/C2+1/C3+1/C4+1/Cq) 故皮爾斯振

6、蕩器工作頻率： 石英晶體振蕩器采用適應(yīng)近體諧振器作為選聘回路的振蕩器，其振蕩頻率主要有石英晶體決定。于LC回路相比，適應(yīng)近體振蕩器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和品質(zhì)因數(shù)，使石英晶體振蕩器可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度。 石英晶振的符號(hào)及其等效電路圖如下圖所示 圖5 石英晶振的符號(hào)及其等效電路圖 由等效電路可知，晶體振蕩器是一個(gè)串并聯(lián)諧振回路，串并聯(lián)諧振頻率fq、fp分別為： 2.3 調(diào)相電路調(diào)相電路采用并聯(lián)諧振回路的相頻特來實(shí)現(xiàn)，其具體電路如圖所示。 圖6 單級(jí)變?nèi)荻O管調(diào)相電路（1）工作原理：1、當(dāng)時(shí)，變?nèi)荻O管反向電壓，諧振回路諧振頻率為。 輸出電壓與輸入電壓同相。2、當(dāng)時(shí)，變?nèi)荻O管反向電壓加大，減小，諧

7、振回路諧振頻率為 輸出電壓的相位為。 3、當(dāng)時(shí)，變?nèi)荻O管反向電壓減小，增大，諧振回路諧振頻率為 輸出電壓的相位為。 附加相移在調(diào)制信號(hào)控制下變化，導(dǎo)致輸出電壓的相位也隨調(diào)制信號(hào)變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)相。（2）調(diào)相分析: 設(shè)輸入載波信號(hào) 調(diào)制信號(hào) 變?nèi)荻O管作為回路總電容，當(dāng)m很小時(shí)，回路的諧振頻率為： 輸出電壓： 分別是諧振回路在上呈現(xiàn)的阻抗幅值和相移。 在失諧不大的條件下, 實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相的條件： 由于本設(shè)計(jì)要求最大相偏為，由于單級(jí)變?nèi)荻O管調(diào)相電路最大相偏為，所以得采用三級(jí)單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路，擴(kuò)大相偏，最大相偏。電路如下圖所示。 圖7 三級(jí)單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路圖 2.4 前置放大 由于

8、信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生信號(hào)幅度一般較小，所以需對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)首先進(jìn)行前置放大后使其滿足下一級(jí)的輸入信號(hào)范圍，再輸入到下級(jí)電路中，可以用三極管放大電路實(shí)現(xiàn)。本電路采用共發(fā)射極放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。使發(fā)射極正偏：Vb>Ve，且Vbe>0.6V，集電極反偏Vb < Vc，同時(shí)Vce>1V，使三極管工作在甲類放大狀態(tài)。放大電路如圖所示: 圖8 前置放大電路圖 2.5 高頻振諧功率放大及匹配網(wǎng)絡(luò) 為了滿足發(fā)射輸出的高功率，所以得對(duì)產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)進(jìn)行功率放大后才能發(fā)射出去。本電路中采用自給基極偏置電路，使功率管 Q 點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)，使其工作在丙類狀態(tài)。 選頻網(wǎng)絡(luò)（濾波器）的功能：從眾多頻率

9、中選出有用信號(hào)，濾除或抑制無用信號(hào)，以保證放大器工作在要求的狀態(tài)，即起到阻抗變換的作用，又可以抑制工作頻率范圍以外的頻率。本設(shè)計(jì)中采用LC并聯(lián)諧振回路使回路諧振在輸入信號(hào)頻率上。 諧振功率放大器原理電路如圖所示: 圖9 諧振功率放大器電路圖 本設(shè)計(jì)電路中由于晶體管輸入阻抗與前級(jí)輸出阻抗不匹配，所以在放大器之間加入T型選頻匹配網(wǎng)絡(luò)（C16、C17、L5），在放大器輸出的與負(fù)載之間也加入L型選頻匹配網(wǎng)絡(luò)（C19、C20、L8）。由于晶體管參數(shù)的分散性和分布參數(shù)的影響, C16、C17、C19、C20均采用可變電容器, 其最大容量應(yīng)為計(jì)算值的23倍。通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整，最后確定匹配網(wǎng)絡(luò)元件的精確值。 電路

10、中兩個(gè)高頻扼流圈的電感量為0.10.2H，T1為基極直流偏置組成元件，T2在集電極并饋電路中對(duì)Uc中的高次諧波分量起阻抗作用，并在集電極為直流電源提供通路。三、總結(jié)與體會(huì) 通過此次為期兩周的高頻電子線路課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)高頻電子線路方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。 在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。 在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可！ 其中，感觸最深的還是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的過程。因?yàn)槲业母哳l知識(shí)不夠扎實(shí)，做起課程設(shè)計(jì)來比較吃力，但是同