調(diào)幅發(fā)射機(jī)(單電源改進(jìn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高頻課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)班 級(jí)：姓 名：張俊卿學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：侯長波日 期：2014.4.30摘要 高頻調(diào)幅發(fā)射機(jī)常用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在中短波廣播通信的領(lǐng)域里更是得到了廣泛應(yīng)用。原因是調(diào)幅發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅簡便，調(diào)制所占的頻帶窄，并且與之對(duì)應(yīng)的調(diào)幅接收設(shè)備簡單，所以調(diào)幅發(fā)射機(jī)廣泛地應(yīng)用于廣播發(fā)射。 文中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)了振蕩器、振幅調(diào)制器和諧振功率放大器，匹配網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)單元電路組成。振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級(jí)往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響。在經(jīng)過乘法器MC149

2、6進(jìn)行振幅調(diào)制輸出調(diào)幅波，輸入到甲類功放級(jí)進(jìn)行推動(dòng)，最后進(jìn)過匹配網(wǎng)絡(luò)是發(fā)射功率達(dá)到最理想。再結(jié)合Multisim軟件來對(duì)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法進(jìn)行研究。 關(guān)鍵詞：調(diào)幅，震蕩，調(diào)制，功率放大調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解一個(gè)典型調(diào)幅發(fā)射機(jī)的構(gòu)成和工作原理；2、掌握幅度調(diào)制、功率放大器的原理及設(shè)計(jì)與調(diào)試；3、掌握調(diào)幅發(fā)射機(jī)技術(shù)指標(biāo)的定義及測試方法；4、掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試技能，培養(yǎng)綜合工程能力。二、實(shí)驗(yàn)原理與電路1、調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖1-1為調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的基本組成框圖，表示的是直接調(diào)幅發(fā)射機(jī)。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要研究直接調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，電路總體原理圖如附錄1所示，總體PCB圖如

3、附錄2所示。圖1-1 直接調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)組成框圖調(diào)幅發(fā)射機(jī)是利用振幅調(diào)制器將音頻信號(hào)加入到主振器產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)中，去控制高頻載波的幅度，再經(jīng)過高頻功放將已調(diào)信號(hào)進(jìn)行功率放大，最后由天線輻射到空間進(jìn)行傳播。2、單元電路設(shè)計(jì)2.1 主振器及緩沖器電路設(shè)計(jì)主振器有多種電路實(shí)現(xiàn)形式，如LC三點(diǎn)式正弦波振蕩器、石英晶體振蕩器等，由于系統(tǒng)要求有較高的頻率穩(wěn)定度，因此選用石英晶體振蕩器來實(shí)現(xiàn)，緩沖器采用射極跟隨器，振幅調(diào)制部分的工作狀態(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，通常在中間插入緩沖隔離級(jí)。主振器及緩沖器電路如圖1-2所示。圖1-2 主振器及緩沖器電路圖1-2

4、中，Q1為振蕩級(jí)，電路形式為共集極組態(tài)考畢茲型石英振蕩電路，Q2為緩沖級(jí)，緩沖器的負(fù)載為50歐電阻。振蕩級(jí)中，Q1的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻R3、R7、R10決定。振蕩器的靜態(tài)工作電流通常選在0.54mA。越大，可使輸出電壓幅度增加，但波形失真會(huì)增大；偏小，會(huì)使振蕩器停振。C6、C10、C13、C14為晶體的負(fù)載電容，為使晶體能夠起振，負(fù)載電容范圍一般在1030pF。緩沖級(jí)中，Q2的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻R7、R8、R11決定。緩沖器靜態(tài)的設(shè)計(jì)需要考慮輸出電壓的大小。為利于起振反饋系數(shù)應(yīng)該盡可能的大，于是取C6=20p，C10=820p，實(shí)際中C13與C14對(duì)電路影響可以忽略，故可以不焊接，為控制輸出幅度在

5、1到2個(gè)Vpp，靜態(tài)選取值為=0.5mA，R3=6.2k，R7=2.7k，R10=6.2k。 射隨的設(shè)計(jì)，作為隔離緩沖級(jí)，其作用為盡量減少前后級(jí)的影響，此時(shí)為使輸入信號(hào)無失真，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置應(yīng)該合理，此時(shí)不妨設(shè)，此時(shí)的=10mA。不妨取，于是可得，。2.2 振幅調(diào)制電路設(shè)計(jì)振幅調(diào)制有多種電路實(shí)現(xiàn)形式，如二極管平衡調(diào)幅、二極管環(huán)形調(diào)幅、模擬乘法器調(diào)幅、集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅等，本系統(tǒng)選用模擬乘法器來實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制，模擬乘法器芯片選用MC1496，采取優(yōu)化了的單電源方案。振幅調(diào)制電路如圖1-3所示。圖2-1 振幅調(diào)制電路圖2-1中V4為載波輸入接口，V3為音頻信號(hào)輸入接口。模擬乘法器的輸出采用變壓器T

6、1將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱味溯敵?，可提高調(diào)幅信號(hào)的平衡性。C8、C9、T1初級(jí)調(diào)諧于載波中心頻率。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。、與電位器組成的平衡調(diào)節(jié)電路，改變的值可以改變調(diào)幅系數(shù)。為使模擬乘法器的非線性失真較小，要求載波信號(hào)600mVP-P，音頻信號(hào)1VP-P。減小下級(jí)負(fù)載對(duì)調(diào)幅電路的影響，通過電感耦合來實(shí)現(xiàn)。，由于，則，雖然輸出電壓降了10倍，但輸出負(fù)載卻變?yōu)樵瓉淼?00倍，大大減小了負(fù)載對(duì)前級(jí)的影響。在電感耦合前端LC回路來實(shí)現(xiàn)選頻。在此取C5= 50pF，L1= 14

7、uH。圖2-2 乘法器仿真原理圖2.3 高頻功放電路設(shè)計(jì)高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能

8、量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，分為甲類（導(dǎo)通角=360度）、乙類（導(dǎo)通角=180度）、甲乙類（導(dǎo)通角=180度360度）、丙類（導(dǎo)通角小于180度）。本系統(tǒng)選用甲類功率放大器作為末級(jí)高頻功放，其電路如圖1-4所示。圖2-3 高頻功放電路設(shè)計(jì)圖1-4中，Q3為高頻功放的功率管，其靜態(tài)由R19、R20、R24決定，靜態(tài)設(shè)置需綜合考慮負(fù)載要求輸出的功率大小。L2、L3、C25、C26為匹配網(wǎng)絡(luò)，其作用是實(shí)現(xiàn)濾波和阻抗匹配。L6為扼流電感，C21、C22在實(shí)際使用可不焊接。對(duì)甲類功放而言，由于導(dǎo)通角為360度，可是輸出不失真，而三極管處于放大極限狀態(tài)，可忽略的影響，那么，那么

9、負(fù)載功率 ， 又電源的總功率為， 故效率，即理想情況下效率可達(dá)到50%。取最大輸出電壓幅度為5V，解得，此時(shí)，而，其中，而且由于反饋電阻的存在，所以調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。 為了是功放輸出沒有失真，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意靜態(tài)電流要大于動(dòng)態(tài)電流，故可以通過調(diào)節(jié)R1可以調(diào)節(jié)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)有倒L型、T型、型等幾種不同組成形式，其中倒L型是基本形式?，F(xiàn)以倒L型為例，說明其選頻匹配原理。倒L型網(wǎng)絡(luò)是由兩個(gè)異性電抗元件、組成，常用的兩種電路如圖所示，其中是負(fù)載電阻，是二端網(wǎng)絡(luò)在工作頻率處的等效輸入電阻。圖2-4 阻抗匹配原理對(duì)于圖(a)所示電路，將其中與的串聯(lián)形式等效變換為與的并聯(lián)形式，如圖(

10、c)所示。在與并聯(lián)諧振時(shí)，有+=0，=根據(jù) =(1+)所以 =由下式可以求得選頻匹配網(wǎng)絡(luò)電抗值=由上述計(jì)算可知，采用這種電路可以在諧振頻率處增大負(fù)載電阻的等效值。對(duì)于圖(b)所示電路，將其中與的并聯(lián)形式等效變換為與的串聯(lián)形式，如圖(d)所示。在與串聯(lián)諧振時(shí)，可求得以下關(guān)系式：=三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1、設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求：（1）載波頻率：6MHz，頻率穩(wěn)定度：。（2）功率放大器：發(fā)射功率PO30mW（在50歐負(fù)載上測量）。（3）系統(tǒng)整機(jī)效率。（4）在50歐假負(fù)載電阻上測量，輸出無失真調(diào)幅信號(hào)。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)主振器及緩沖器電路、幅度調(diào)制電路和高頻功放電路參數(shù)，并采用電路仿真軟件（推薦M

11、ultisim 12.0）仿真、優(yōu)化電路參數(shù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，驗(yàn)證結(jié)果如下。圖3-1 乘法器輸出級(jí)在10K負(fù)載上測量所得的振幅調(diào)制電路輸出仿真結(jié)果圖3-2功放級(jí)輸出仿真圖3-3匹配網(wǎng)絡(luò)輸出仿真調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、焊接及調(diào)試晶體振蕩電路，用示波器測量輸出波形，記錄輸出電壓大小，用頻率計(jì)測量輸出頻率穩(wěn)定度。測量頻率穩(wěn)定度表格如表1-1所示，每間隔1分鐘測量一次。表1-1 晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度測量表格（單位：MHz）測量值5.999795.999795.999775.999755.999755.999775.999755.999755.999755.99975平均值5.0.

12、0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.結(jié)果證明頻率穩(wěn)定度滿足要求。2、焊接緩沖器電路，注意一定要焊接R9，R9是緩沖器負(fù)載電阻，用示波器測量輸出波形，記錄輸出電壓大小，緩沖器輸出600mVP-P。輸出電壓為 440mVP-P，滿足要求。3、焊接振幅調(diào)制電路，先調(diào)試靜態(tài)，在靜態(tài)工作點(diǎn)正確的基礎(chǔ)上，加入射頻和音頻信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試。（1）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP1，使1、4引腳電位差為0V，然后用萬用表測量MC1496各管腳直流電位，MC1496各引腳靜態(tài)電壓如表1-2所示。表1-1 MC1496各引腳靜態(tài)電壓（單位：V）引腳1234567參考值（V）4.53.83.44.01.19.5測量值（V）4.

13、43.83.34.01.09.4引腳891011121314參考值（V）7.57.51.10測量值（V）7.47.41.00實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，電路靜態(tài)沒有問題。（2）用高頻信號(hào)源加入音頻信號(hào)，音頻信號(hào)頻率為1kHz，電壓峰峰值為1V，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP1，使輸出調(diào)幅波調(diào)幅指數(shù)為30%，記錄波形。4、焊接調(diào)試高頻功放，并測量高頻功放在50歐假負(fù)載上的輸出功率。（備注：可用高頻信號(hào)源加入射頻信號(hào)，改變信號(hào)源的輸出頻率，來檢驗(yàn)高頻功放的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。）輸出電壓峰峰值為7.1V，故輸出功率為。5、測量系統(tǒng)的整機(jī)效率。功放電流=7.0mA， ，故，滿足實(shí)驗(yàn)要求。二、實(shí)驗(yàn)儀器高頻信號(hào)產(chǎn)生器QF-1-561臺(tái)雙

14、蹤示波器DOS-645B1臺(tái)頻率特性測試儀BT-31臺(tái)直流穩(wěn)壓電源WYK-302B 1臺(tái)頻率計(jì)NFC-1000C-11臺(tái)萬用表（自備）1塊三、思考題1、調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)高頻功放電路可以選用丙類功率放大器電路嗎，為什么？答：調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)高頻功放電路一般不用丙類功率放大器，而用甲類或甲乙類。因?yàn)榭紤]到要滿足線性，即波形沒有失真，但這是以犧牲效率為代價(jià)的，前面一證明甲類功放最大效率為50%，丙類功放雖然理想效率可達(dá)78.5%，可是輸出波形已經(jīng)嚴(yán)重失真了。2、調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)中，調(diào)幅指數(shù)如何選?。看穑赫{(diào)幅指數(shù)不可取的過大，若，會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制現(xiàn)象。取0.3左右即可，這樣既不會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制現(xiàn)象，且利于解調(diào)。四、實(shí)驗(yàn)中

15、遇到的問題1、在實(shí)驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了實(shí)際與仿真結(jié)果不一致的情況，在初級(jí)振蕩器中，輸出只能控制到1Vpp，達(dá)不到要求，這就需要對(duì)輸出進(jìn)行電阻分壓，但要注意不要忘記加電容隔直。2、在乘法器經(jīng)過耦合器輸出時(shí)，回路的調(diào)諧是關(guān)鍵，由于用鎳芯磁環(huán)繞制的電感從在一定的誤差，再者還應(yīng)該考慮漏電感的影響，使電路諧振頻率偏離6MHz。我有嘗試著饒了幾個(gè)電感，并且跟換了幾個(gè)電容。3、實(shí)驗(yàn)中要注意在功放一級(jí)要注意設(shè)計(jì)的合理性，既要保證波形不失真，又要保證可以將功率推動(dòng)起來。五、心得體會(huì) 在這次的高頻電子線路設(shè)計(jì)的過程中，自己感到雖然課本上的理論知識(shí)掌握的可以，但是一到實(shí)際應(yīng)用上、具體的課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，自己不能夠很好的應(yīng)

16、用自己所學(xué)的知識(shí)去解決一系列的問題。此次課程設(shè)計(jì)收獲很大，對(duì)相關(guān)知識(shí)有了更深刻的理解，掌握了振蕩器、調(diào)制器、功率放大器等的原理，而且還熟悉了仿真軟件的使用方法。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中充分體現(xiàn)了基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，基礎(chǔ)知識(shí)的掌握是課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，沒有理論知識(shí)的后盾就不能將電路設(shè)計(jì)得當(dāng)，或者說就根本設(shè)計(jì)不出來。比如說在仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果有問題就回頭對(duì)照電路以及芯片資料進(jìn)行更改調(diào)試，這時(shí)若沒有牢固的基礎(chǔ)知識(shí)我們就不會(huì)知道哪出了問題，更不要說去解決它了。當(dāng)然，仿真成功并不代表著相同的實(shí)物會(huì)一定能正常工作，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到有些影響結(jié)果的因素，設(shè)計(jì)的時(shí)候組員應(yīng)該積極的討論，參與設(shè)計(jì)和電路的焊接，這不僅能讓大家充分的動(dòng)手實(shí)踐，還提高組員的積極性。 此次課程設(shè)計(jì)還讓我明白一個(gè)道理，做什么事前都應(yīng)該有個(gè)計(jì)劃，并且要準(zhǔn)備