高頻課程設(shè)計(jì)調(diào)幅發(fā)射機(jī)

1、一.總體設(shè)計(jì)思路及原理圖1.總體設(shè)計(jì)思路調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻聲音信號(hào)對(duì)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，調(diào)幅發(fā)射機(jī)包括三個(gè)部分：高頻部分，低頻部分，和電源部分。高頻部分一般包括本振電路、緩沖放大電路、倍頻電路、中間放大電路、功放推動(dòng)與末級(jí)功放電路。本振電路的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的高頻載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，本振級(jí)往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱本振電路對(duì)后級(jí)的影響。低頻部分一般包括話筒、低頻電壓放大級(jí)、低頻功率放大級(jí)與末級(jí)低頻功率放大級(jí)。一般是用基帶信號(hào)去改變某個(gè)高頻正弦電壓（載波）的參數(shù)，使載波的振幅、頻

2、率或相位隨基帶信號(hào)而變化，這一過程稱為調(diào)制。在通信系統(tǒng)中，調(diào)制有三個(gè)主要作用：1調(diào)制的過程就是一個(gè)頻譜搬移的過程，將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘?hào)頻譜搬移到適宜傳輸?shù)哪骋粋€(gè)頻段上，然后傳輸至信道；2調(diào)制的另一個(gè)重要作用是實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，即把多個(gè)信號(hào)分別安排在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)行傳輸，提高信道容量，有利于節(jié)省成本；3調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾的能力，例如將信號(hào)頻率搬移，從而離開某一特定干擾頻率。振幅調(diào)制就是由調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，使之按調(diào)制信號(hào)幅度的規(guī)律變化，嚴(yán)格地講，是使高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號(hào)呈線性關(guān)系，其他參數(shù)（頻率和相位）不變。通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備若采用調(diào)幅調(diào)制方式則稱為調(diào)幅發(fā)射機(jī)，一

3、般調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖如圖所示，工作原理是：本機(jī)振蕩產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的載波信號(hào)，載波信號(hào)經(jīng)緩沖電路送至振幅調(diào)制電路；音頻放大電路將低頻語(yǔ)音信號(hào)放大至足夠高的電壓送到振幅調(diào)制電路；振幅調(diào)制電路的輸出信號(hào)經(jīng)高頻功率放大器放大到所需的發(fā)射功率，然后經(jīng)天線發(fā)射出去。一般小功率點(diǎn)頻調(diào)幅發(fā)射機(jī)可以分為四個(gè)部分：本振級(jí)，音頻處理及振幅調(diào)制級(jí)，以及高頻功率放大級(jí)。2.原理框圖本機(jī)振蕩：產(chǎn)生頻率為的載波頻率緩沖級(jí)：將振蕩級(jí)與調(diào)制級(jí)隔離，減小調(diào)制級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響；受調(diào)級(jí)：將要傳送的音頻信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號(hào)上去。高頻功放級(jí)：將信號(hào)放大到發(fā)射機(jī)所需要的輸出功率。匹配網(wǎng)絡(luò)：對(duì)前后級(jí)進(jìn)行阻抗匹配并高效率輸出

4、所需功率。二.本振級(jí)的設(shè)計(jì)本機(jī)振蕩電路的輸出是發(fā)射機(jī)的載波信號(hào)，它要求的振蕩頻率應(yīng)十分穩(wěn)定，一般的振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度約為，晶體振蕩電路的值可高達(dá)數(shù)萬，其頻率穩(wěn)定度可達(dá)。因此，本機(jī)振蕩電路采用晶體振蕩器。由于晶體穩(wěn)定性好，Q值高，故頻率穩(wěn)定度也高。因此，主振級(jí)(高頻振蕩器)采用晶體振蕩器，以滿足所需的頻率穩(wěn)定度。此電路中其工作在較低的8MHZ頻率，一般晶體振蕩器都能實(shí)現(xiàn)，且具有一定的輸出電壓。本振級(jí)電路圖：三.緩沖電路的設(shè)計(jì)緩沖隔離級(jí)將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離,以減小功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響,因?yàn)楣Ψ偶?jí)輸出信號(hào)較大,工作狀態(tài)的變化會(huì)影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。為減小級(jí)間相互影響，通

5、常在中間插入緩沖隔離級(jí)。緩沖隔離級(jí)經(jīng)常采用射極跟隨器電路，如圖所示。射極跟隨器調(diào)節(jié)射極電阻，可以改變射極跟隨器輸入阻抗，如果忽略晶體管基極體電阻的影響，則射極輸出器的輸入電阻輸出電阻式中，很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個(gè)恒壓源，電壓放大倍數(shù)一般情況下，所以圖示射極輸出器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、電壓放大倍數(shù)近似于1的特點(diǎn)。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載的中點(diǎn)，一般取，對(duì)于圖示電路，若取，則取電阻，電位器根據(jù)寬帶功率放大器中已計(jì)算出功率激勵(lì)級(jí)的輸出阻抗為325，即射極跟隨器的負(fù)載電阻，則射極跟隨器的輸入電阻為輸入電壓四.音頻處理電路的設(shè)計(jì)1.語(yǔ)音采集電路1.1 駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)

6、構(gòu)及使用方法駐極體話筒內(nèi)部電氣原理圖駐極體話筒的一般接法1.2 MIC驅(qū)動(dòng)電路語(yǔ)音輸入信號(hào)有駐極體話筒負(fù)責(zé)采集，一般取Rr=2K,常見的MIC工作電壓有1.5V,3V,4.5V三種，工作電流IA在0.1mA至1mA,輸出電阻Ro<2K。這里采用工作電壓為3V的MIC。 MIC驅(qū)動(dòng)電路2. 音頻放大電路 由我們?nèi)粘Ｉ钪惺謾C(jī)使用雙MIC降噪技術(shù)的啟發(fā)，故在此也采用雙MIC設(shè)計(jì)。放大電路采用差分式放大電路。差分式放大電路具有抑制共模，放大差模的特點(diǎn)。兩個(gè)MIC分別接差分放大的兩個(gè)輸入端，其中一個(gè)MIC采集語(yǔ)音信號(hào)，另一個(gè)則采集外部環(huán)境的噪聲。雙MIC設(shè)計(jì)可以達(dá)到降低周圍環(huán)境噪聲的干擾，提高語(yǔ)

7、音清晰度的目的。音頻放大級(jí)電路圖：3. 參數(shù)計(jì)算駐極體話筒輸出電阻取Ro=2K，得輸出電壓Vo約為0.35V。取三極管=200，rbb=200，Io=1mA； Ic=0.5Io=0.5mA rbe=rbb+26mV(1+)/Ic； =200+60*81.25 =5K差模電壓增益Avd=Vod/Vid=Rc/(2rbe)； =(60*4.7K)/5K =56.4所以差分放大電路的輸出電壓為：56.4*0.35V=19.74V<30V，滿足MC1496對(duì)調(diào)制信號(hào)的輸入幅值要求。五.混頻調(diào)制電路的設(shè)計(jì)MC1496屬于模擬乘法器。以MC1496為核心，構(gòu)成調(diào)幅電路，通常調(diào)節(jié)RP3數(shù)值可準(zhǔn)確地將調(diào)

8、幅系數(shù)ma調(diào)在50%以上。乘法器的靜態(tài)偏置電流主要由內(nèi)部恒流源IO的值來確定，IO是第5腳上的鏡像電流，改變電阻R25可調(diào)節(jié)IO的大小，在設(shè)置模擬乘法器各點(diǎn)的靜態(tài)偏置電壓時(shí)，應(yīng)使模擬乘法器內(nèi)部的三極管均工作在放大狀態(tài)，并盡量使靜態(tài)工作點(diǎn)處于直流負(fù)載線的中點(diǎn)。 MC1496需要外加直流偏置電壓。建立這三種等級(jí)的方案是三極管的集電極和基極電壓不小于2.0V，并且不能超出以下范圍前述所有的前提是基本滿足：進(jìn)入引腳1，4，8，10的偏置電流是三極管的基極電流在外部偏置被設(shè)計(jì)為不小于1.0mA時(shí)可以忽略。混頻調(diào)制級(jí)電路圖：其中，載波信號(hào)經(jīng)高頻耦合電容從腳端輸入，為高頻旁路電容，使腳交流接地；調(diào)制信號(hào)經(jīng)低

9、頻耦合電容從腳端輸入，為低頻旁路電容，使腳接地。調(diào)制信號(hào)從腳單端輸出。采用雙電源供電，所以腳的偏置電阻接地，靜態(tài)偏置電流或?yàn)槟_與間接入負(fù)反饋電阻，以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)的線性動(dòng)態(tài)范圍，增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。電阻、及、提供靜態(tài)偏置電壓。、與電位器組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變的值可以改變調(diào)幅系數(shù)。6. 高頻功率放大電路的設(shè)計(jì)1.高頻諧振功率放大器的工作原理 諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的功率放大器，它是在無線電發(fā)送中最為重要、最為難調(diào)的單元電路之一。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類等類型。丙類功率放大器導(dǎo)通角900，集電極效率可達(dá)80%，一般用作末級(jí)放大，以獲得較大的功

10、率和較高的效率。圖6-1丙類放大器原理圖 圖6-2 ic與ub關(guān)系圖圖6-1中，Vbb為基極偏壓，Vcc為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài)，Vbb應(yīng)為負(fù)值，即基極處于反向偏置。ub 為基極激勵(lì)電壓。圖6-2示出了晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，以便用折線法分析集電極電流與基極激勵(lì)電壓的關(guān)系。Vbz是晶體管發(fā)射結(jié)的起始電壓（或稱轉(zhuǎn)折電壓）。由圖可知，只有在ub 的正半周，并且大于Vbb和Vbz絕對(duì)值之和時(shí)，才有集電極電流流通。即在一個(gè)周期內(nèi)，集電極電流ic只在-+時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。由圖可見，集電極電流是尖頂余弦脈沖，對(duì)其進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解可得到它的直流、基波和其它各次諧波分量的值，即：ic=IC0+ I

11、C1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 通過濾波，選出所需要的基波分量。求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率，一般取=700800左右。2.基本關(guān)系式丙類功率放大器的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（ICO）在射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，集電極的輸出電流iC為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1,電流ic1。圖3畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式：圖6-3 丙類功放的基極/集電極電流和電壓波形 式中，為集電極

12、輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；為集電極回路的諧振阻抗。 式中，PC為集電極輸出功率 式中，PD為電源VCC供給的直流功率；ICO為集電極電流脈沖iC的直流分量。放大器的效率為3.負(fù)載特性當(dāng)放大器的電源電壓VCC，基極偏壓vb，輸入電壓(或稱激勵(lì)電壓)vsm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻Rq。諧振功率放大器的交流負(fù)載特性如圖2-4所示。由圖可見，當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移點(diǎn)A時(shí)，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降VCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。此時(shí)，集電極輸出的功率PC和效率都較高，此時(shí)放大器處于臨界工作

13、狀態(tài)。Rq所對(duì)應(yīng)的值稱為最佳負(fù)載電阻，用R0表示，即 當(dāng)RqR0時(shí)，放大器處于欠壓狀態(tài)，如C點(diǎn)所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當(dāng)RqR0時(shí)，放大器處于過壓狀態(tài)，如B點(diǎn)所示，集電極電壓雖然比較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是：圖6-4 諧振功放的負(fù)載特性高頻功率放大級(jí)電路圖：4.高頻功放電路的調(diào)諧與調(diào)整原則 理論分析表明，當(dāng)諧振功率放大器集電極回路對(duì)于信號(hào)頻率處于諧振狀態(tài)時(shí)（此時(shí)集電極負(fù)載為純電阻狀態(tài)），集電極直流電流IC0為

14、最小，回路電壓UL最大，且同時(shí)發(fā)生。然而，由于晶體管在高頻工作狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部電容Cbc的反饋?zhàn)饔妹黠@，上述IC0最小、回路電壓UL最大的現(xiàn)象不會(huì)同時(shí)發(fā)生。因此，本實(shí)驗(yàn)電路，不單純采用監(jiān)視IC0的方法，而采用同時(shí)監(jiān)視脈沖電流iC的方法調(diào)諧電路。由理論分析可知，當(dāng)諧振放大器工作在欠壓狀態(tài)時(shí)，iC是尖頂脈沖，工作在過壓狀態(tài)時(shí)，iC是凹頂脈沖，而當(dāng)處于臨界狀態(tài)下工作時(shí)，iC是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)原則，即在最佳負(fù)載條件下，使功率放大器工作于臨界狀態(tài)或微過壓狀態(tài)，以獲取最大的輸出功率和較大工作效率。七.總結(jié)與心得體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)使我建立無線電發(fā)射機(jī)的整機(jī)概念，了解發(fā)射機(jī)整機(jī)

15、各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，初步掌握了調(diào)幅波發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要首先將總體電路分成若干個(gè)子模塊，使每個(gè)模塊有各自的不同的任務(wù)；再對(duì)各相對(duì)簡(jiǎn)單的子模塊進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)；最后將各個(gè)子電路組合在一起完成整個(gè)電路。這樣做法分工明確，層次清晰，使我們能更宏觀的把握設(shè)計(jì)的總體步驟 。而且設(shè)計(jì)單獨(dú)的子電路降低了工作難度，使設(shè)計(jì)工作更有條理性。在檢查電路時(shí)，也可根據(jù)各種情況分析是哪個(gè)子系統(tǒng)出了問題，再單獨(dú)檢查該出問題系統(tǒng)，可以提高檢查的效率。增強(qiáng)了用protel繪制原理圖的能力，對(duì)畫圖的步驟和方法進(jìn)行了復(fù)習(xí)鞏固。在設(shè)計(jì)過程中，深刻明白了只動(dòng)腦和動(dòng)手做之間的天壤之別。原本設(shè)想的很完美的東西一動(dòng)手做

16、起來就困難重重，各種想象不到的困難都出現(xiàn)在眼前。認(rèn)識(shí)到只有動(dòng)手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題不能只空想要?jiǎng)邮謱?shí)踐，從實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題。回顧整個(gè)漫長(zhǎng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我們必將面對(duì)更多更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作，此次設(shè)計(jì)過程對(duì)我的各個(gè)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(jì)過程讓我認(rèn)識(shí)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。只要有耕耘就會(huì)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(shí)了自己的不足，鍛煉了自己的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的只有把所學(xué)的理論知識(shí)與

17、實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。比如：在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫氖謾C(jī)中，為降低周圍噪聲的干擾，提高通話語(yǔ)音的清晰度而采用了雙MIC降噪技術(shù)；而我們正好在模擬電子技術(shù)中學(xué)過的差分放大電路就有抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)的特點(diǎn)，可以將其運(yùn)用到本次設(shè)計(jì)的音頻處理電路中去。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，也發(fā)現(xiàn)了自己許多不足之處：對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們通過這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和用protel連接圖，以前對(duì)知識(shí)的了解僅限于理論知識(shí)，而且是有的能夠理會(huì)，有的卻保持是懂非懂的狀態(tài)。對(duì)于器件就不知道有什么用途，也就更加難以理解。但這一周之后，我對(duì)電子技術(shù)有了更深的理解，知道了自己的不足，同時(shí)也明白了所學(xué)知識(shí)的重要性，培養(yǎng)了自己對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。八.附錄器件 個(gè)數(shù) 電阻 32個(gè) 滑動(dòng)變阻器 3個(gè) 電容 19個(gè) 電感 2個(gè) 變壓器 2個(gè) NPN型三極管 9個(gè) PNP型三極管 2個(gè) 駐極體話筒