哈工大通信專(zhuān)業(yè)高頻課程設(shè)計(jì)

高頻電子線路課程設(shè)計(jì)學(xué)院：電子與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 姓名：學(xué)號(hào)： 日期： 目錄TOC\o"1-5"\h\z高頻電子線路課程設(shè)計(jì)…………………1一問(wèn)題重述與分析 3調(diào)幅發(fā)射機(jī)分析………………… 3超外差接收機(jī)分析………...……..…3\o"CurrentDocument"中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"2.1模塊電路設(shè)計(jì)與仿真 4\o"CurrentDocument"2.1.1正弦波振蕩器及緩沖電路及仿真 4\o"CurrentDocument"2.1.2高頻小信號(hào)放大電路及仿真 8\o"CurrentDocument"2.1.3.振幅調(diào)制電路及仿真 9\o"CurrentDocument"2.1.4功率放大電路及仿真 11整體電路設(shè)計(jì)及仿真…………..11中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………123.1混頻器電路及仿真……………..12檢波電路及仿.14低頻功率放大器及仿TOC\o"1-5"\h\z真 .15\o"CurrentDocument"心得與體會(huì) 17\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 18一：?jiǎn)栴}重述與分析本次設(shè)計(jì)中的兩個(gè)系統(tǒng)，第一個(gè)是中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)，設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。本設(shè)計(jì)中試用是基本調(diào)幅發(fā)射機(jī)。第二個(gè)是中波電臺(tái)接收系統(tǒng)，設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。1.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如下圖正弦振蕩器緩沖電路2Z頻小信號(hào)放大波信號(hào)振幅調(diào)制電路;頻功率放大天線調(diào)制信號(hào)聲電變換%r前置放大器n低頻放大圖一：調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)將聲電變換部分，及其之后的前置放大器，低頻放大器都省略，用一個(gè)低頻的正弦波交流電源表示，輸出部分的天線模塊也用規(guī)定的輸出負(fù)載代替?，F(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標(biāo)進(jìn)行分析：載波頻率535-1605KHZ,載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3：正弦波振蕩器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)頻率f為535KHz到1605KHZ，當(dāng)震蕩波形不穩(wěn)定時(shí)，最大波動(dòng)頻率圍f與頻率f之比的數(shù)量級(jí)應(yīng)該小于10-3。輸出負(fù)載51Q:輸出部分，即電路最終端的輸出負(fù)載為51。?？偟妮敵龉β?0mW:即輸出負(fù)載上的交流功率，調(diào)幅指數(shù)30%?80%:設(shè)A為調(diào)A_B幅波形的峰峰值，B為谷谷值，則由調(diào)幅指數(shù)計(jì)算公式有m二xlOO%。在振幅調(diào)制aA+B電路中可通過(guò)更改調(diào)制信號(hào)振幅和外加直流電源實(shí)現(xiàn)此指標(biāo)。調(diào)制頻率500Hz?10kHz:調(diào)制信號(hào)頻率，由輸入信號(hào)的頻率來(lái)決定。1.2超外差調(diào)幅接收系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如下圖二天線接收到信號(hào)后輸入到輸入回路進(jìn)行初步處理，此為輸入部分。輸入信號(hào)與正弦波振蕩器產(chǎn)生的等幅振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器產(chǎn)生固定頻率的中頻信號(hào)。經(jīng)過(guò)一系列處理之后由揚(yáng)聲器輸出聲音。實(shí)際計(jì)算中為方便將輸出部分視為功率放大電路?，F(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標(biāo)進(jìn)行分析:載波頻率535-1605KHZ：正弦波振蕩器產(chǎn)生波形的頻率f為535-1605KHZ,通過(guò)有關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)電路即可。中頻頻率465KHZ：混頻器輸出信號(hào)頻率為465KHZ,混頻器實(shí)際上是將兩個(gè)輸入信號(hào)頻率進(jìn)行相減，所以本性能指標(biāo)說(shuō)明良品率相減后得到頻率為465KHZ的信號(hào)。輸出功率0.25W:輸出模塊，即低頻功率放大器輸出功率為0.25W。負(fù)載電阻8Q:輸入模塊的輸出電阻，由電路相關(guān)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算可匹配該指標(biāo)靈敏度1mV:靈敏度用來(lái)表征網(wǎng)絡(luò)特性對(duì)元件參數(shù)變化的敏感程度，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H或網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)R（統(tǒng)一用T來(lái)表示）對(duì)某元件相關(guān)參數(shù)p（p可以是元件參數(shù)或影響元件參數(shù)的溫度、濕度、壓力等）變化率稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)函數(shù)對(duì)該參數(shù)的絕對(duì)靈敏度，記作:H一刃dp在仿真軟件中有靈敏度測(cè)試，可以直接使用對(duì)電路進(jìn)行分析。

二：中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1模塊電路設(shè)計(jì)2.1.1可調(diào)式正弦波振蕩器及緩沖電路設(shè)計(jì)與仿真已知條件：V取+12V，晶體管2N2222，0二150，導(dǎo)通電壓U二0.6V。cc BZ主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHZ,載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3（1）LC振蕩器的設(shè)計(jì)1?確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)在本設(shè)計(jì)中，由于中心頻率fo不高，而對(duì)頻率穩(wěn)定度要求較高。在我們所學(xué)的多種振蕩器中，在不要求使用晶體振蕩器的情況下，唯有高精度的西勒振蕩器滿足要求。所以所需的LC振蕩器按照西勒振蕩器設(shè)計(jì)。振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取I=1mA。電路圖如下：CQ圖三：西勒振蕩器圖三：西勒振蕩器①估算R:R的取值對(duì)于振蕩電路的直流和交流的工作狀態(tài)都有很大影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得,cc通常V值為（0.6?1）V，所以這里取V二9V，由此:c cc cR_V-V_(12-9)V_1mAR cc c— —3k121mAcIcQ②估算R:R與尺，還有二極管D對(duì)V分壓，其中假設(shè)Uq—7.5V，可得:c cc ceQR+R-VcclUceQ—(12-7?5)V—4.5kQ

ecI 1mAcQ

R=1.5k0e③估算R，b1R2:為了保證在確定靜態(tài)工作點(diǎn)的時(shí)候能實(shí)現(xiàn)直流偏置，可以取1=201 ，b2 b1 bQ因此：V=V+°.6v=2」V，I=I/卩=6.67pAbeQbQcQ所以：(I—I)*R=V，R=16.5k0b1 bQ b2 bb2取標(biāo)稱(chēng)值R二16k0。b2而RV=十*V，R=75k0b R+R cc b2b1 b2雖然數(shù)據(jù)都很明確，但在電路仿真時(shí)為了防止由元件誤差引起的失真，這里使用40k0和70k0變阻器代替R,，變阻器一般接在50%處。b1④旁路電容C的估算：C—般對(duì)電路起旁路交流的作用，所以要求在一定頻率下電容的阻bb抗要遠(yuǎn)小于R。本設(shè)計(jì)的工作頻率假定為1.6MHz,此時(shí)應(yīng)該使電容阻抗為幾十歐姆一下。b2選取標(biāo)稱(chēng)值C二°?°lpF，對(duì)應(yīng)容抗?jié)M足要求。b2.估計(jì)振蕩回路元件值；對(duì)于西勒振假定所需要的頻率確定值為1.6MHz,頻率計(jì)算公式為：f二；對(duì)于西勒振0蕩器而言，當(dāng)滿足C>>C,C>>C時(shí)，可以認(rèn)為C二C+C。1 3 2 3 為3 4在實(shí)驗(yàn)嘗試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C較大時(shí)，由電容不穩(wěn)定引起的頻率失真較小，為了得到較好的頻率穩(wěn)定度，假設(shè)L=20pH，則：11C= = =495pF工(2兀f)2*L(2兀*1.6*106)2*20*10-60選取標(biāo)稱(chēng)值［=500PF。但在實(shí)驗(yàn)嘗試中發(fā)現(xiàn)，由于電路中其他電阻、電容干擾或是設(shè)計(jì)時(shí)粗略等效的原因，使得當(dāng)［=470pF時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)中心頻率為1.6MHz的要求。所以C3=450PF，可變電容C4=20pF。為實(shí)現(xiàn)載波頻率535-1605KHz的要求，可變電容可調(diào)圍設(shè)置為0~400pF。

1電容C,C由反饋系數(shù)及電路條件C?C,C?C決定。若取C二InF,F取§1 2 1 3 2 3 1 81到_,則C二3nF。22(2)射極跟隨器的設(shè)計(jì)為了減弱外加負(fù)載對(duì)振蕩器振蕩波形、幅度以及頻率的影響，本設(shè)計(jì)在振蕩器后加上射極跟隨器作為緩沖器。射極跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)為1。1?確定電路形式由于傳輸信號(hào)是高頻正弦波，射極跟隨器的主要作用在于使自身輸入阻抗高，且工作穩(wěn)定，以增大頻率穩(wěn)定度。本設(shè)計(jì)選擇固定分壓偏置，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路。如下圖所示:2?估算元件參數(shù)假定%二2mA，R二2曲則：V=I*R=2*2.4=4.8veQ eQ eV=V+U=4.8+0.6=5.4Vb eQ BZ由0二150，可知I=I/（卩+1）=13.3^AI=I*20=266"bQeQ b1bQ二24.75k0b1b1=21.3k0b1b1選取R二25k0，R二22k0，取隔直電容C二O.OlyF，C二O.OlyF。b1 b2 c b所以，總的電路圖如下所示:

vcc廠12VH.1C2^33nF1C1>1GkD-bdOnFR51.5-kn=1(3nFd50pFC5IflriFVCC20uHvcc廠12VH.1C2^33nF1C1>1GkD-bdOnFR51.5-kn=1(3nFd50pFC5IflriFVCC20uHw罵20flpFl-tey-ARG10nF1DnFGMDR9lOkD^GND圖五：振蕩器和射極跟隨器仿真電路圖運(yùn)用multisim軟件仿真，得到的波形如下：圖六震蕩波形圖圖六震蕩波形圖輸出電壓為220mv,頻率為1.603MHz。經(jīng)過(guò)20組數(shù)據(jù)的對(duì)比，得到頻率穩(wěn)定度低于io-3，該仿真電路可行。2.1.2高頻小信號(hào)放大電路及仿真在振蕩器及射極跟隨器之后，應(yīng)當(dāng)接一個(gè)高頻小信號(hào)放大電路，將所獲得的的正弦波放大。本實(shí)驗(yàn)假定電感，電容，三極管都為理想的元器件，共發(fā)射極輸入電容C=0，共發(fā)ie射極輸出電容C=0。oe(1)直流偏置電路的計(jì)算：假設(shè)I=1mA，R=2k0，貝eQ e

UeQ*I=2VUeQ*I=2V，I=I/（卩+1）=1/150mA=6.67屮4eQ bQeQV-U-UR=亠bzeQ=70.5k0bi 20*IbQU+UR=—BZ eQ=20.5k0b2 19*IbQ所以，R=20k0b1Rb1=70k0。隔直電容C=O.OlyF，C=0.01pFocb2）諧振電路的確定因?yàn)榉糯箅娐返闹C振電路的中心頻率與振蕩器的中心頻率是一致的，所以可以直接采用振蕩器的諧振網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)如下：L=2°叩，C3二450pF，可變電容C4二20pF，調(diào)節(jié)圍：0~2°°pF3）放大倍數(shù)的確定先確定正向電壓傳導(dǎo)系數(shù)『子。：y=g=—e^= =0.038Sfem26mV26mV總電導(dǎo)為g二g+g+g。其中，理想三極管輸出電導(dǎo)g=0,理想電感的電導(dǎo)值g=0,〉, oeL0 oe o諧振電導(dǎo)假設(shè)為 1/4k0=°-25mSg廣goe+gL+g0二OE電壓放大增益：|A1u00.038電壓放大增益：|A1u00.0380.25*10-3二152=21.8dB輸出端的隔直電容C二°.01pFoo整體電路圖如下所示：

圖七：高頻小信號(hào)放大器在加上一個(gè)有效值為280mV,頻率為1.6MHz的正弦波之后，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)電路的電壓增益只有20,與理論值相差很多；當(dāng)換上一有效值只有28mV的正弦波后，電壓增益變大，變?yōu)?00左右；電壓有效值越小，電壓增益越接近理論值。可以得到結(jié)論，此電路可用，理論上的電壓增益是一個(gè)最大值，還要考慮到大信號(hào)時(shí)電路的失真狀況，需要實(shí)際操作來(lái)獲得想要的效果。2.1.3振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真已知條件：輸出負(fù)載51Q,總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)30%?80%。調(diào)制頻率500Hz?10kHz。常見(jiàn)振幅調(diào)制有集電極調(diào)制，基極調(diào)制，模擬乘法器等方式，本設(shè)計(jì)采用乘法器仿真。提供的集成乘法器元件有XCC,MC1496.但在multisim軟件仿真中沒(méi)有所要求的型號(hào)，所以用軟件中所提供的MULTIPLIER元件代替，下面是乘法器的原理圖：其中V，V為輸入，匕為輸出，上下接直流電源。令V為載波信號(hào)輸入（連接高頻小TOC\o"1-5"\h\zxy 0 x信號(hào)電路輸出），V為調(diào)制信號(hào)輸入（外加輸入）。V為調(diào)幅信號(hào)輸出。y 0設(shè)計(jì)的AM振幅調(diào)制電路如下：S1QS1Q圖九：乘法器外圍電路假設(shè)載波信號(hào)幅度U=1?824V，頻率f二1.6MHz;調(diào)制信號(hào)幅度U二4.242V，cm 0 bm即電壓有效值為3V,頻率°=10kHz；外加直流電壓為V二12V。兩者經(jīng)過(guò)上述乘法器后得到的信號(hào)為：u(t)=U(V+Ucos0t)cos①t=UV(1+mcosGt)cos①tcm3bm c cm3 a cm二U/V二4.242/12二35.36%a bm3仿真結(jié)果如下：圖十：乘法器模擬結(jié)果A-B590-282再用仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)：m二二 二35.32%。調(diào)幅指aA+B5.90+2.82數(shù)與理論值相近，說(shuō)明仿真電路可行。當(dāng)電路發(fā)生變化時(shí)，只要調(diào)節(jié)U與V，使兩者之間的商滿足30%?80%即可。同時(shí),bm3我們也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入電壓為振幅U>1.824V時(shí)，輸出的電壓U >1.6V，此時(shí)，在負(fù)cm 0（有效）載R=510上的功率就已經(jīng)大于50mW。2.1.4功率放大電路及仿真在上述乘法器設(shè)計(jì)和小信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)中,可以看到只要小信號(hào)放大器輸出端電壓有效值滿足條件U>1.824V，則負(fù)載上總的輸出功率即為50mW。但是在射極跟隨器后末cm端的輸出電壓U01=222mV，經(jīng)過(guò)高頻小信號(hào)放大器后，其電壓很輕易的就能超過(guò)1.824V，所以本設(shè)計(jì)不再涉及功率放大，以免不符性能指標(biāo)。2.2整體電路設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHZ，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3輸出負(fù)載510，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)30%?80%。調(diào)制頻率500Hz?10kHz。為了實(shí)現(xiàn)輸出功率為50mW的要求，必須將射極跟隨器末端電壓調(diào)小，或?qū)⒏哳l小信號(hào)放大器放大倍數(shù)降低。在仿真實(shí)驗(yàn)嘗試的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)降低射極跟隨器輸出電壓就相當(dāng)于改變LC振蕩器輸出電壓，這相較聞言比較困難；而降低通過(guò)調(diào)節(jié)高頻小信號(hào)放大電路中諧振電阻的數(shù)值，會(huì)使頻率變得不穩(wěn)。所以，本設(shè)計(jì)在射極跟隨器和高頻小信號(hào)放大器之間連接一個(gè)電阻Rl=2?3k0，這樣的連接方式也使得最后總輸出電壓更穩(wěn)定。整體電路設(shè)計(jì)圖如下：圖十一：中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)仿真電路圖仿真輸出波形圖如下:圖十二：中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)仿真波形圖電路輸出到乘法器的載波頻率為1.605MHz。根據(jù)二十組頻率數(shù)據(jù)的出，最大頻率1.606MHz,最小頻率1.604MHz，頻率穩(wěn)定度|Af/f\=1.25*10-3。輸出負(fù)載51Q，總的輸出電壓有效值為1.60V,波動(dòng)圍為(1.58士0.04)V，由此得到的輸出功率為（48.5士2）mW。調(diào)幅指數(shù)m= =5.78-2.52二39.27%。調(diào)制頻率10kHz。aA+B5.78+2.52三:中波電臺(tái)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1混頻器電路3.1?1混頻器電路設(shè)計(jì)混頻器的作用是能將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為另一種頻率的信號(hào)輸出,其原理在于能將接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，相關(guān)公式為：[cos(a+B)+cos(a—卩)]cosacosp二—2兩個(gè)不同頻率的信號(hào)相稱(chēng)，a為調(diào)幅信號(hào)頻率量，p為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。這種產(chǎn)生頻率的方式就和乘法器是一樣的。若將混合后的頻率進(jìn)過(guò)低通濾波器，兩者之間和頻被濾過(guò)，兩者差頻即為輸出的頻率。本設(shè)計(jì)中混頻器采用三極管變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，混頻原理圖如下：

圖十三：三極管變頻器輸入部分有兩塊，第一部分是AM信號(hào)，假設(shè)信號(hào)在傳輸中中衰減，又經(jīng)過(guò)小信號(hào)放大器等，使得載波幅度變?yōu)?0mV,載波頻率不變，為1.605MHz,調(diào)制信號(hào)頻率為10KHz,調(diào)制指數(shù)為39.27%。本機(jī)振蕩信號(hào)的振蕩機(jī)原理與發(fā)射機(jī)相近，故不再設(shè)計(jì)，直接加一個(gè)交流信號(hào)來(lái)模擬，頻率定為2.07MHz。靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的工作位置可以與上述中高頻小信號(hào)電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)一致，即R=2k0，R=20k0，R=70k0。隔直電容C=O.OlpF，C=O.OlpF。e bl bl c b其他元件參數(shù)的計(jì)算為防止交流信號(hào)進(jìn)入直流電源，在集電極處接一電感L=1mH。輸出端需要一個(gè)諧振選頻網(wǎng)絡(luò)，已知所需頻率為465KHZ,則令電感L=20卩H，電容C=5.86nF。整體電路圖如下所示：VCCL5TI1flOmVpk?嚴(yán)L5TI1flOmVpk?嚴(yán)圖十三：混頻器電路圖3.1?1混頻器電路仿真按照上述電路連接，在輸出端用示波器觀察波形，可見(jiàn)波形如下:圖十三：混頻器波形圖圖十三：混頻器波形圖用頻率計(jì)測(cè)量，測(cè)得輸出頻率為465.4KHZ,滿足要求。3.2檢波電路3.2.1檢波電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)省略混頻器與檢波器間的中頻放大部分，將輸出信號(hào)直接加在檢波器兩端，直接觀察檢波電路效果。RC》RC》T=2.15*10-6s 1—m2RC a=2.432*10-4um*0aRvm《 l—aR+RL1RC《——=10-40max1RC》——=2*10-3Ld0J min所以本設(shè)計(jì)取R=10k0，C=10nF，C=100nF，R二10k0。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)嘗d L試中我可以發(fā)現(xiàn)，三極管的導(dǎo)通電壓對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的波形幅度有影響，若將導(dǎo)通電壓抵消后，能夠得到更符合輸入AM波振幅振動(dòng)的波形，所以本設(shè)計(jì)在電路中接入一個(gè)0.6V的直流電阻。整個(gè)電路圖如下:

DIO[>E_VIRTU嗆gy<_/465kHz1DkHzC2HI—DIO[>E_VIRTU嗆gy<_/465kHz1DkHzC2HI—1MuF,R21dkn圖十三：檢波器電路圖3.2?1檢波電路仿真將示波器接在輸出負(fù)載和輸入電源的兩端，波形圖如下:將示波器接在輸出負(fù)載和輸入電源的兩端，波形圖如下:圖十三：檢波器仿真結(jié)果有仿真結(jié)果可知：輸出波形與輸入AM波振幅波形相似，電路可用。3.3低頻電壓放大電路3.3.1低頻電壓放大電路設(shè)計(jì)從檢波器出來(lái)的波形波形已經(jīng)是一個(gè)頻率為lOKHz的正弦波信