高頻課程設計

27-高頻電子線路課程設計學院：機械與電子工程學院專業(yè)：電子信息工程班級：姓名：學號：2013年6月12日目錄調幅發(fā)射端設計方案摘要31.1基本知識及性能指標41.2調幅發(fā)射機的工作原理4小功率調幅發(fā)射機的設計2.1設計要求52.2確定電路設計方案52.2.1擬定調幅發(fā)射機的工作原理框圖52.3單元電路設計62.3.1本機振蕩電路和話音放大電路62.3.2調制電路72.3.3功率放大級電路92.3.4整體電路設計10調試3.1晶體振蕩器的調試113.2調制器的測試113.3整機聯調及其常見故障分析11調幅接收機設計方案摘要1設計要求122調幅接收機設計方案123超外差調幅接收機基本任務及組成框圖3.1系統(tǒng)組成框圖134主要單元電路設計134.1輸入調諧回路134.3中頻放大電路144.4檢波電路164.5自動增益控制電路174.6前置放大電路184.7音頻功率放大電路194.8總設計圖215實驗所需元器件、設備清單226心得體會23參考文獻24摘要小功率調幅發(fā)射機常用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在中短波廣播通信的領域里更是得到了廣泛應用。原因是調幅發(fā)射機實現調幅簡便，調制所占的頻帶窄，并且與之對應的調幅接收設備簡單，所以調幅發(fā)射機廣泛地應用于廣播發(fā)射。本課設結合Multisim軟件來對小功率調幅發(fā)射機電路的設計與調試方法進行研究。Multisim軟件能實現從電學概念設計到輸出物理生產數據，以及這之間的所有分析、驗證、和設計數據管理。今天的Multisim軟件已不是單純的設計工具，而是一個系統(tǒng)，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設計。使用Multisim、等計算機軟件對產品進行輔助設計在很早以前就已經成為了一種趨勢，這類軟件的問世也極大地提高了設計人員在機械、電子等行業(yè)的產品設計質量與效率。本課題的設計目的是要求掌握最基本的小功率調幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝對各級電路進行詳細地探討，并利用Multisim軟件仿真設計了一個小功率調幅發(fā)射機。關鍵字：小功率調幅發(fā)射機、MULTISIM仿真、振蕩電路、調制電路、功率放大器。

1.1基本知識及性能指標由于調幅發(fā)射機實現調幅簡便，調制所占的頻帶窄，并且與之對應的調幅接收設備簡單，所以調幅發(fā)射機廣泛地應用于廣播發(fā)射。所謂調幅，就是指使振幅隨調制信號的變化而變化，嚴格的講，就是指載波振幅與調制信號的大小成線性關系，而它的頻率和相位不變。振幅調制分為4中方式：AM（普通調幅）、DSB（抑制載波雙邊帶調幅）、SSB（單邊帶條幅）、VSB（殘余邊帶調幅）。本設計調幅發(fā)射機指的是AM調幅。在設計調幅發(fā)射機時，主要遵循如下性能指標：工作頻率范圍：調幅制一般適用于中、短波廣播通信，其工作頻率范圍為300kHz~30MHz。發(fā)射功率：一般是指發(fā)射機送到天線上的功率。只有當天線的長度與發(fā)射頻率的波長可比擬時，天線才能有效地把載波發(fā)射出去。調幅系數：調幅系數ma是調制信號控制載波電壓振幅變化的系數，ma的取值范圍為0~1，通常以百分數的形式表示，即0%~100%。非線性失真（包絡失真）：調制器的調制特性不能跟調制電壓線性變化而引起已調波的包絡失真為調幅發(fā)射機的非線性失真，一般要求小于10%。線性失真：保持調制電壓振幅不變，改變調制頻率引起的調幅度特性變化稱為線性失真，噪聲電平：噪聲電平是指沒有調制信號時，由噪聲產生的調制度與信號最大時間的調幅度比，廣播發(fā)射機的噪聲電平要求小于0.1%，一般通信機的噪聲電平要求小于1%。1.2調幅發(fā)射機的工作原理一條調幅發(fā)射機的組成框圖如下圖圖1所示，其工作原理是：第一本機振蕩產生一個固定頻率的中頻信號，它的輸出送至調制器；話音放大電路放大來自話筒信號，其輸出也送至調制器；調制器輸出是已調幅了的中頻信號，該信號經中頻放大后與第二本振信號混頻；第二本振是一頻率可變的信號源，一般選第二本振頻率fo2是第一本振f1與發(fā)射載頻foc之和，混頻器輸出經帶通或低通濾波器濾波，是輸出載頻fc=fo2-fo1;功放級將載頻信號的功率放大到所需發(fā)射功率。圖1調幅發(fā)射機組成框圖2小功率調幅發(fā)射機的設計2.1設計要求根據以上的原理，要求設計一個小功率調幅發(fā)射機，主要參數：已知+Vcc=+10V、-VEE=-10V；話音放大級輸出電壓為5mV；負載電阻RL=75Ω。主要元器件：主要元件有MC1496、3DG100、3DG130、4MHz晶振、NXO-10磁環(huán)；主要技術指標：工作頻率f=8MHz，發(fā)射功率P0>=300mW，調制度ma=50%，整波效率大于40%。2.2.1擬定調幅發(fā)射機的工作原理框圖根據調幅發(fā)射機的工作原理和給定的技術指標要求畫出組成框圖，如下圖2所示：圖2擬定調幅發(fā)射機組成框圖圖中，各組成部分的的作用如下：本機振蕩：產生平率為4MHz的載波信號。緩沖隔離級：將晶體振蕩級與調制級隔離，減小調制級對晶體振蕩級的影響；將功率激勵級與調制級隔離，減小功率激勵級對調制級的影響。話音放大級：將話筒信號電壓放大到調制級所需的調制電壓。調制級：將話音信號調制到載波上，產生已調波。功率激勵級：為末級功放提供激勵功率。末級功放：對前級送來的信號進行功率放大，在負載上獲得滿足要求的發(fā)射功率。2.3.1本機振蕩電路和話音放大電路晶體振蕩器和話音放大電路的電路圖如圖3所示。其中，晶體、C1、C2、C3與T1構成改進型電容三點式振蕩電路（克拉伯電路），振蕩頻率由晶振的等效電容和電感決定，電路中T1構成靜態(tài)工作點由R1、R2、R3決定。在設置靜態(tài)工作點時，應首先設定晶體管的集電極電流ICQ，一般取0.5mA~4mA，ICQ太大會引起輸出波形失真，產生高次諧波。設晶體管β=60，Icq=2mA，VEQ=（1∕2~1∕3）Vcc，則可算出R1，R2、R3。如圖所示。圖3晶體振蕩器和話音放大電路2.3.2調制電路根據題意及給定的主要元件，選定模擬乘法器MC1496構成的調幅電路如圖4所示。圖4調幅電路圖圖5MC1496模擬乘法器是完成兩個模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件。高頻電子線路中的振幅解調，同步檢波，混頻，倍頻，鑒頻，鑒相等調制和解調的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現上述功能比采用分立器件要簡單得多，而且性能優(yōu)越。課設運用Multisim軟件對電路進行設計，因此MC1496需要自己搭建，其原理電路圖如圖5所示。

2.3.3功率放大級電路通過前面的電路以后，進入功率放大級的是已調信號。但由于信號的功率太小，發(fā)射出去存在很大衰減，影響信號的傳送，所以要進行功率放大。功率放大電路如下圖6所示：圖6功率放大級電路2.3.4整體電路設計將以上各級單元電路一次連接就構成了小功率調幅發(fā)射機整體電路原理圖，如圖7所示：圖7小功率調幅發(fā)射機整體電路調試3.1晶體振蕩器的調試調晶體振蕩器時，應先斷開晶振，使振蕩器不振蕩，再用萬用表測三極管的各極電壓。VEQ應滿足VEQ∕（R2+R3）≈Icq=2mA，若不滿足則可調整R1的值。將三極管的靜態(tài)工作點調試正確以后，再接上晶振，測量振蕩器的振蕩頻率和輸出電壓幅度。3.2調制器的測試測調制器電路靜態(tài)工作點時，應使本振信號V0=0.先測MC1496五角的電壓Vs，調整R5的值，是V5∕R5=I0；然后測量各點靜態(tài)工作電壓，其值應與設計值大致相同。加本振電壓v0=100mV，使調制電壓vΩ=0，調節(jié)RP3使mc1496輸出信號為最小值，再使vΩ=100mV，這時測得的輸出波形應為載波被抑制的雙邊帶信號波形，在調節(jié)RP3使輸出波形為ma=50%的調幅波。3.3整機聯調及其常見故障分析晶振級與緩沖級聯調時緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況。產生的主要原因是緩沖級的輸入阻抗不夠大，使晶振級負載加重。這可通過增大緩沖級的射極電阻RP1來提高緩沖輸入級輸入阻抗，也可通過減小C4，即減小晶振級與緩沖級的耦合來實現。本機振蕩級、緩沖級、話語放大級以及調制級聯調時，往往會出現過調幅現象。產生的原因可能是經射級跟隨器輸出的本振電壓v0偏小或者是話音放大級輸出的調制電壓vΩ過大?？梢哉{節(jié)RP2使v0=100~150mV，并測量調制器輸出的波形。調整話音放大級增益，以滿足調幅度ma=50%的技術指標要求。功率激勵級與功率放大級聯調時，往往會出現低頻調試、高頻自激、輸出功率小、波形失真大等現象。產生的原因可能是級間通過電源產生串擾或是甲類功放與丙類功放的阻抗不匹配，級間相互影響。這可在每一級單元電路的電源上加低、高頻去耦電路，以消除來自電源的串擾，也可以重新調整諧振回路，使回路諧振。

調幅接收機設計方案摘要調幅接收機是接收設備，是從信道上接收有用高頻調幅信號并對其進行相關處理后，從中恢復出與發(fā)送端一致的原音頻信號。為此，它必須具有從眾多信號中選擇有用信號、抑制其它信號干擾的能力。本課程設計是設計一個超外差式調幅接收機，所謂超外差，既在解調之前，先由變頻電路將接收信號的載波頻率變換為頻率固定且低于載波頻率的中頻（465kHz）信號，然后再對中頻信號進行放大、解調。該課程設計是針對本次課程設計的要求，對我們進行綜合性實踐訓練的實踐學習環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)我們運用課程中所學的理論知識與實踐緊密結合、獨立地解決問題的能力。1.2設計要求接收機的基本任務是將空間傳來的無線電波接收下來，并把它還原成原來的聲音信號。先用接收天線將接收到的電磁波轉變?yōu)橐颜{波電流，然后從已調波電流中檢出原始的信號，最后再用揚聲器將檢波取出的音頻電流轉變?yōu)槁暷?。因此，收音機必須具備以下基本功能：接收并選擇電臺信號，對電臺信號進行解調，將音頻信號加以放大，把音頻信號還原成聲音.電源電壓3v，頻率范圍535——1605kHz，中頻頻率F1=465kHz，畫出條幅接收機組成框圖，方案的確定（電路選型），中頻放大器設計計算。2調幅接收機設計方案該超外差式調幅接收機主要由輸入調諧回路，變頻回路，中頻放大回路，檢波電路，自動增益控制電路，前置放大電路，音頻功率放大電路，電源退耦電路組成。在超外差式收音機中，能將接收到的高頻信號變成中頻信號，然后再進行中頻放大，使每個電臺信號都能得到相等的放大。同時，由于中頻頻率固定且較低，所以中頻放大電路可以設置為多級選頻放大電路，從而使整機的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性大幅度的提高。3超外差調幅接收機基本任務及組成框圖3.1系統(tǒng)組成框圖調幅接收機電路的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，它是由輸入回路，本機振蕩電路，混頻電路，中頻放大電路，檢波電路，前置放大電路，自動控制增益電路（AGC），音頻功率放大電路等部分組成。輸入回路輸入回路混頻器中頻放大器檢波器低頻放大器本地振蕩器AGC圖3-1調幅接收機電路的總體框圖4主要單元電路設計4.1輸入調諧回路4.1.1輸入調諧回路的作用從天線上接受下來的多個電臺信號中選擇出要接收的電臺信號，并抑制掉其他不需要的電臺信號及各種干擾和噪聲信號。4.1.2輸入調諧回路的工作原理輸入調諧回路,如圖2所示,通過調節(jié)C1-A,使L1C1-A并聯諧振回路的諧振頻率f0與欲接電臺的信號頻率f1

相同,這時,該電臺的信號將在L1C1-A并聯的諧振回路中發(fā)生諧振，使L1兩端產生的感生電動勢最強,經L1與L2的耦合,將選出的電臺信號送入第一級(變頻級)電路.由于其他的電臺的信號及干擾信號的頻率不等于L1C1-A并聯諧振賄賂的諧振頻率，因而在L1兩端產生的感生電動勢極弱,被抑制掉.圖4-1輸入調諧回路4.2變頻電路4.2.1變頻電路的作用變頻電路是超外差式接收機的重要組成部分，它的作用是將輸入調諧回路選出的電臺信號的載波頻率變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l頻率（465kHz）,同時保持中頻信號的包絡與高頻載波信號的包絡完全一致，使傳送的低頻信號不致產生失真。4.2.2變頻電路的變頻原理變頻電路由本機振蕩器,混頻器及中頻選頻賄賂三部分組成。變頻電路的結構框圖及圖中各點的波形如圖3所示.在變頻電路中，混頻器的輸入信號由高頻調幅信號u1與本機振蕩器產生的高頻等幅振蕩信號（簡稱為本振信號）u2兩部分組成,u1與u2在混頻器中進行混頻.混頻器的輸出信號送入中頻選頻回路,經中頻選頻賄賂選出465kHz底中頻信號u3,再被送入中頻放大電路進行放大.圖4-2變頻電路4.3中頻放大電路4.3.1中頻放大電路的作用中頻放大電路對中頻信號進行選頻和放大，然后將放大了的中頻信號送入檢波器去檢波。中頻放大電路的品質直接影響著整機的靈敏度，選擇性和自動增益等性能。4.3.2中頻放大電路工作原理中頻放大電路如圖4所示。中頻放大電路一般是由兩級中頻放大器組成，每級中頻放大器的前面及后面均設有465KHz的中頻選頻回路，以對中頻信號進行放大和選頻。第一級中頻放大器的輸入信號是來自變頻級的中頻信號，第二級中頻放大器的輸出信號經第三中頻變壓器的耦合送入檢波器進行調解。圖4-3中頻放大電路4.4檢波電路4.4.1檢波電路的作用從中頻放大電路送來的調幅信號中解調出音頻信號，并將解調出的音頻信號送入音頻放大電路。4.4.2檢波電路的組成與工作原理中頻放大器輸出的中頻信號經中頻變壓器B5二次繞組送入載波管V4，利用PN結的單向導電性，把中頻信號變成中頻脈動信號。，利用C8、C9、R9構成PI型慮波電路，濾除殘余的中頻信號。檢波后，音頻信號電壓降落在音量電位器Rp上，經電容器C10耦合送入低頻放大電路。同時放大后的中頻信號作為自動增益控制的AGC電壓，被送入受控的第一級中頻放大管的基極。檢波電路如圖4-5所示。檢波器件檢波器件負載低通濾波中放電路低放電路圖4-4檢波電路的組成框圖圖4-5檢波電路4.5自動增益控制電路4.5.1自動增益控制電路的作用能根據接收到的廣播電臺信號的強弱，自動調節(jié)收音機的高頻增益：當接收到的信號較弱時，使接收機具有較高的高頻增益；而當接收到的信號較強時，又能使接收機的高頻增益自動降低，從而保證中頻放大電路高頻增益的穩(wěn)定。這樣既可避免接收弱信號電臺時音量過?。ɑ蚪邮詹坏剑?，也可避免接收強信號電臺時音量過大（或由于輸入信號過大而使低頻放大電路產生阻塞失真）。4.5.2自動增益控制電路工作原理自動增益控制電路如圖4-6所示，由AGC電壓產生電路、AGC電壓濾波電路及AGC受控電路三部分組成，結構如圖6所示。AGC電壓取自檢波電路輸出的直流電壓。AGC電壓濾波電路由R5、C4組成，AGC電壓由B5的次極送至第二級中放管V2的基極，去控制第一級中放管V2的增益。圖4-6自動增益控制電路4.6前置放大電路4.6.1前置放大電路的作用前置放大電路的作用是對檢波器送來的音頻信號進行電壓放大，然后再將音頻信號送入低頻功率放大電路去進行功率放大。由于前置放大電路只有單純的音頻電壓放大任務，所以它的增益設置的很高。4.6.2前置放大電路的工作原理從音量電位器的滑動端與地之間取出的音頻電壓信號，經V5放大后從集電極輸出，經C13耦合送入V6的基極，經V6放大后從集電極輸出。通過B6一次繞組與二次繞組的電感耦合，即可將音頻信號電壓送入功率放大器。前置放大電路如圖7所示。圖4-7前置放大電路4.7音頻功率放大電路4.7.1功率放大電路的作用功率放大電路是接收機的最后一級放大電路，它的作用是把前置放大電路送來的音頻信號進行功率放大，以輸出足夠的功率推動揚聲器放出聲音。4.7.2功率放大電路的工作原理功率放大電路有多種結構形式，常用的有變壓器推挽功率放大電路與無變壓器功率放大電路兩種。在超外差式接收機的設計中，采用的是結構比較簡單的變壓器推挽功率放大電路。圖4-8功率放大電路

4.8接收機電路總設計圖5實驗儀器設備：序號名稱型號數量序號名稱型號數量1外殼、刻度板、調諧撥盤、調諧指示片、電位器撥盤、磁棒支架、螺釘5只、喇叭壓板2塊111磁棒：R4h-B、5x13x10線圈：12三極管、9018Gx2、9018Hx4、9012x2(3CX201)812輸入變壓器、輸出變壓器13二極管、2AP9、IN4148113耳機插座：GJ、147、2.514電容器：8200p、0.022ux8、1-4.7ux24.7-10ux1、100ux31514中周：XF403、TF10-921、TF10-922、TF10-9234510Ω、15Ω、51Ω150x2Ω、220Ω、470Ω、680Ω、820Ω、1Kx2、3K、15K、20Kx2、62Kx21715印刷線路板16雙連GBM223p116揚聲器YD66-0.25-8Ω17電位器：WH15、K2、4.7K117電池接觸片、電池彈簧18函數信號發(fā)生器∕計數器EE164B118超高頻毫伏表DA-36A19調制度測量儀器HP8901A或BD5119雙蹤示波器（COS5020）110高頻信號發(fā)生器120數字萬用表16心得體會課程設計不是第一次做，但每次的感覺都截然一新，不是沒有辛苦，但更多的是收獲成果的喜悅，看著一頁一頁的材料被自己整出來，覺得以前學的東西被重新委以重任。那種感覺特別棒。設計前，我去圖書館去查找資料，在網上找相似的內容，這無疑給我提供了很大的幫助，但只是參考。我們要設計的調幅接收機的頻率范圍為：535-1605KHz。最難做的的是變頻電路的設計了，它的品質直接影響到接收機的接收效果。

高頻電子線路作為我們的主要專業(yè)課之一，在這次課程設計后我們發(fā)現自己在一點一滴的努力中對高頻的興趣也在逐漸增加。作為一名電信工程專業(yè)的大三學生，我們覺得做高頻課程設計是十分有意義的，而且是十分必要的。雖然過去從未獨立應用過它們去做電子產品，但在學習的過程中帶著問題去學我們發(fā)現效率很高，這是我們做這次課程設計的又一收獲。然后，要做好一個課程設計，就必須做到：在設計程序之前，對所用的調幅收音機內部結構有一個系統(tǒng)的了解，知道該收音機內需要哪些元器件；要有一個清晰的思路；在設計程序時，不能妄想一次就將整個電路設計好，要認真仔細，養(yǎng)成做事有耐心的好習慣，一個設計成品的完美與否不僅僅是白紙黑字，更重要的是達到受益匪淺的目的。我們在設計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。在設計過程中正好培養(yǎng)了我們解決實際問題的能力。我覺得這次設計對我各方面的作用都很大。參考文獻《高頻電子線路實驗與課程設計》楊翠娥主編,出版社：哈爾濱工程大學出版社《高頻電路設計與制作》何中庸譯，出版社：科學出版社《模擬電子線路》Ⅱ主編：謝沅清出版社：成都電子科大《高頻電子線路》第三版主編：張肅文出版社：高教出版社《高頻電子線路輔導》主編：曾興雯陳健劉乃安出版社：西安電子科大

李銀華電子線路設計指導北京航空航天大學出版20