小功率調(diào)幅發(fā)射機 大連大學

小功率調(diào)幅發(fā)射機論文大連大學論文學生姓名：學生姓名：指導教師：張玉霞專業(yè)：通信工程課題名稱：小功率調(diào)幅發(fā)射機完成日期：大連大學DalianUniversity大連大學論文總計: 論文頁表格表插圖幅指導教師：評閱人：完成日期：小功率調(diào)幅發(fā)射機的基本原理1.1小功率調(diào)幅發(fā)射機的總體認識發(fā)射機的主要任務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。1.2調(diào)幅發(fā)射機的原理臺小型晶體管調(diào)幅發(fā)射機通常由下面幾部分組成：主振級、被調(diào)級、推動級及功率放大級等。由功率放大級輸出的高頻已調(diào)信號經(jīng)天線以及電磁波的形式向空間發(fā)射，調(diào)幅發(fā)射機的基本組成框圖如圖1.1.1、2所示。圖1.1.1圖1.1.21.3電路各部分工作原理1.3.1主振級工作原理主振級是調(diào)幅發(fā)射機的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小的高頻正弦波信號作為載波信號。該級電路通常采用晶體管LC正弦波振蕩器。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，而課程設計所設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，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準性。提高振蕩回路標準性，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。1.3.2高頻電壓放大器工作原理高頻電壓放大器的任務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。當振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時，可以不加高頻電壓放大器。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，應先設法排除它，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。但由于其頻標較粗，對于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測試。1.3.3高頻功率放大器工作原理高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機的末級，它的任務是要給出發(fā)射機所需要的輸出功率。本設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)。1.3.4音頻功率放大工作原理音頻信號通過放大器后放大相應的倍數(shù)。高頻電壓放大器的任務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。當振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時，可以不加高頻電壓放大器。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。1.3.5振幅調(diào)制工作原理振幅調(diào)制器的任務是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)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。2設計思路2.1設計方案的確定要將無線電信號有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號的波長為同一數(shù)量級。為了有效地進行傳輸，必須將攜帶信息的低頻電信號調(diào)制到幾十kHz～幾百MHz以上的高頻振蕩信號上，再經(jīng)天線發(fā)送出去。低頻小功率調(diào)幅發(fā)射機是將待傳送的音頻信號通過一定的方式調(diào)制到高頻載波信號上，放大到額定的功率，然后利用天線以電磁波的方式發(fā)射出去，覆蓋一定的范圍。由于設計任務所要求的調(diào)幅發(fā)射機輸出功率小，因此可選用最基本的發(fā)射機結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，由主振、推動、放大和被調(diào)級構(gòu)成。由石英晶體構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生載頻，通過隔離放大網(wǎng)絡加載到受調(diào)放大電路上，同時將調(diào)制信號也加載到受調(diào)放大電路中，利用三極管集電極調(diào)幅進行調(diào)制，然后進行功率放大并通過天線輻射出去。由于晶體穩(wěn)定性好、Q值很高，故頻率穩(wěn)定度也很高。因此，主振級采用晶體振蕩器，以滿足所需的頻率穩(wěn)定度。因電路工作在較低的4MHz頻率，一般的晶體振蕩器都能實現(xiàn)，而無須進行倍頻。由于發(fā)射功率小，一級末級功放就能達到要求。本設計的末級功放采用串聯(lián)反饋方式，電源靠近的一端雜散電容小，可減小對諧振回路的影響，使電路穩(wěn)定工作。為了有較高的效率，可采用基極電流的直流分量在基極偏置電阻上產(chǎn)生所需要的負偏壓，使其工作在丙類狀態(tài)。輸出回路采用變壓器耦合式諧振回路，利用電感抽頭實現(xiàn)阻抗匹配，調(diào)整末級功放管的工作狀態(tài)，從而達到有效的集電極調(diào)幅，有最佳的功率輸出。2.2參數(shù)計算2.2.1技術(shù)指標發(fā)射機工作頻率：fc=4MHz發(fā)射功率：P0>=200mW發(fā)射效率：η>=50%調(diào)幅度：Ma>=30%殘波輻射：<40db2.2.2計算晶體管2N2222A參數(shù)：Vceo=40V,Vcbo=75V,Vebo=6V,Ic=600mA已知條件Vcc=12V，fc=4MHz,選擇的晶體管2N2222A，其放大倍數(shù)β=50，ICQ=3mA,VCEQ=6V,VEQ=0.2Vcc.根據(jù)電路計算；取L1=25uH,C3≈67pF,反饋系數(shù)取Kf=0.2，Kf=C1/c2,取C1=480PF，C2=2400PF。4總體電路設計4.1總體電路4.2等效電路5電路仿真5.1調(diào)試步驟及結(jié)果本次設計電路分為六個小模塊，分別為主振級、緩沖級、高頻放大級、音頻放大級、調(diào)幅級、功率放大級。5.1.1主振級（1）仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析觀察仿真輸出波形知，參考LC正弦波振蕩器設計標準產(chǎn)生標準的正弦波。5.1.2緩沖級仿真圖形仿真結(jié)果當R10取0%時當R10取10%時當R10取100%時(3)仿真結(jié)果分析本級的輸入信號為前面主振級的輸出信號，由圖可看出本實驗波形仍為標準的正弦波。觀察萬用表數(shù)值知負載兩端電壓大于0.7V。比較三個輸出波形可知，改變R10的值可以改變輸出信號的幅度。R10的值越大，輸出信號幅度越大。5.1.3高頻放大級仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析該級的輸入信號為緩沖級的輸出波形，即A通道的波形，輸出為B通道波形，觀察比較兩波形可知，高頻放大級放大了輸入的信號，而其他的并未改變。該級將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，使用一級高頻電壓放大器，滿足了集電極調(diào)幅的大信號輸入。5.1.4音頻放大級：仿真電路圖仿真結(jié)果當R17取20%當R17取55%當R17取70%時仿真結(jié)果分析觀察兩波形，該級的輸入信號為為正弦波，即通道A，輸出也為正弦波，為通道B,B相較于A有放大。觀察分析當R17取20%時，放大倍數(shù)=1.996，當R17取55%時，放大倍數(shù)=2.002，當R17取70%時，放大倍數(shù)=2.108，所以改變R17的值可以改變放大倍數(shù)。5.1.5調(diào)幅級仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析該級以音頻放大后的信號作為輸入信號。設置了調(diào)幅度Ma>=0.3.5.1.6功率放大級仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析高頻信號源的信號送到功率放大輸入端作為輸入。本級采用的是丙類功率放大，放大的作用是為下一級提供足夠的功率，采用自給負偏壓丙類諧振功率放大器，通過改變電位器改變負偏壓大小。5.2整體電路仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析整體電路聯(lián)合了以上六個分模塊，將他們整合在一起每一級的輸出均輸入到下一級。首先由克拉波振蕩器產(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，然后經(jīng)過高頻電壓放大器，將輸入電壓進行放大，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)制電路進行普通調(diào)幅，再進行功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。雖然最后的結(jié)果并不理想，沒有出現(xiàn)理論上的波形?？赡苁怯捎诟麟娐烽g的阻抗匹配不符合要求。5.3調(diào)試過程中遇到的問題剛開始調(diào)試時，有了幾次仿真實驗的經(jīng)驗，各個分模塊都進行的很順利，能很快的出現(xiàn)波形。當進行到調(diào)幅模塊時，參考上次實驗，晶體管選擇了2N2222A型號的，但是出來的調(diào)幅波出現(xiàn)嚴重的失真，能觀察到明顯的毛刺，最后用TRANSISTORS_VIRTUAL中的BJT_NPN型號的三極管替換后，觀察到理想的調(diào)幅波。在整體電路調(diào)試中先是觀察最后輸出波形出現(xiàn)明顯的錯誤結(jié)果，后來依次檢查每個電路，并用示波器觀察，發(fā)現(xiàn)高頻放大的波形不對，經(jīng)查閱資料，在電路上的電源旁分別加入了0.10uF的電容后，出現(xiàn)放大倍數(shù)為1:1的電壓比。檢查音頻放大級時發(fā)現(xiàn)在分機模塊中正常，而在整機電路中不能正常運行，而且在新建設計中也會出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，經(jīng)查閱多種資料仍未發(fā)現(xiàn)問題所在。在整機電路調(diào)試時，出現(xiàn)了正弦波，但把波形加密時觀察總體波形趨勢仍不是所需要的結(jié)果，經(jīng)多次反復檢查及查閱資料還是沒有找出具體問題所在，不知如何修改。6心得體會通過一個多星期的實驗和課程設計，我們小組收獲頗大。高頻電子電路與實際生活緊密聯(lián)系，但它的知識點對于我們而言復雜難懂，不易理解。但這次實驗加深了我們對這門課程的了解，學會了基本的電路連接，提高了我對高頻電子元器件及電路的應用能力，提高了對高頻電路的設計與調(diào)試能力，提高了綜合應用高頻知識的能力和分析問題的能力。本次的課題實驗是小功率調(diào)幅實驗，該課程設計要求我們要有扎實的理論知識和很強的動手能力，因此我們根據(jù)個人的情況進行了明確的分工，小組合作比較順利，而且增強了同學之間的友情，也提高了自己對這門課程的了解，這對我們今后的發(fā)展有很大的幫助。

在我們的實驗過程中，課程設計和平時的理論學習有很大的不同，需要密切的和實際相聯(lián)系，因為課本上我們接觸的很多的理論知識是在各種理想條件下的，所以理解接受起來容易，但應用到實際當中的時候，會出現(xiàn)很大的誤差，甚至得不到結(jié)果，這就要求我們要靈活的運用理論知識，并且要善于學習沒有接觸過的知識，多查資料，多思考。在遇到困難，我們會翻閱書籍以及上網(wǎng)搜查，解決自己的問題。經(jīng)過這次課程設計，我們回顧了部分學習過的內(nèi)容，這一周過的非常充實，也很有意義。嘗試了很多次，終于各個部分的小電路得到理想波形，但在總電路設計時，電路出現(xiàn)失真現(xiàn)象。作為在校學生，這不僅是一項課程設計，更要求我們要有嚴謹求實的態(tài)度，鍛煉我們的動手能力。因此感謝老師為我們提供這么珍貴的機會，我也期待著能有更多的機會能夠參與到更多的設計活動中。7原件清單名稱規(guī)格數(shù)量晶體管2N2222A3電容0.01uF7電容480pF1電容24oopF1電容67pF1電容1uF1電容225pF1電容100pF1電感100uH1電感25uH1電感22uH4電感1uH1電阻15K1電阻5.1k1電阻1.92k1電阻8001電阻4001電阻56k1電阻560k1電阻510k1電阻1k1電阻701電阻10k1電阻501電阻18k1滑動電阻1k2電源VCC3電源GND3示波器XFSC14名稱規(guī)格數(shù)量示波器XFC11輸入信號XFG12耦合線圈T11電壓源12V1萬用表XMM11運算放大器LM358P2參考文獻[1]《電子線路設計·實驗·測試》第三版，謝自美主編，華中科技大學出版社[2]《高頻電子線路實驗與課程設計》，楊翠娥主編，哈爾濱工程大學出版社[3]《高頻電路設計與制作》，何中庸譯，科學出版社[4]《模擬電子線路》Ⅱ