调幅发射系统整机电路设计

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信院2016年季学期《通信电子线》课程设计报告设计题目：同组成员：

调幅发射系统整机电设计14级通信（）班

学号姓名：设计质量：（30分）说明书质量：（）指导教师：

工课程计报摘要调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。本次课程设计主要设计了调幅发射系统计中我们结合了Multisim件来对调幅发射机电路的设计与调试方法进行了验证中Multisim件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。调幅发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、混频与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波，振器采用采用频率稳定度高的含变容二极管的西勒振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响，经过音频放大后的信号在高频部分的末级功放实现对载波信号的调幅。频部分包括低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。关键词调幅；高频倍频；大

工课程计报目录.1.32.1整体原理框图.....................................................................................................................................................2.2工作原理..............................................................................................................................................................3.1西勒（含变容二极管）振荡电路63.2三倍频器电路.....................................................................................................................................................3.3单差分对构成的乘法器调制电路63.4上混频电路........................................................................................................................................................3.5集电极调谐型变压器反馈式振荡器63.6丙类谐振功率放大电路......................................................................................................................................4.1西勒（含变容二极管）振荡电路74.2三倍频器电路.....................................................................................................................................................4.3单差分对构成的乘法器调制电路84.4二极管双平衡混频电路...................................................................................................................................04.5集电极调谐型振荡电路图..............................................................................................................................114.6丙类高频功率放大电路...................................................................................................................................213.156.1xxx个总结.....................................................................................................................................................56.2xxx个人总.......................................................................................................................................................166.3xxx个人总.......................................................................................................................................................76.4xxx个人总.......................................................................................................................................................18参考文19

工课程计报一、前言通信电子线路课程设计的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，通过课程设计，使学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索﹑设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节，利用等相关软件进行电路设计，进一步提高分析解决实际问题的能力，提高解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化，让学生了解通信电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。在通信系统中，调制有三个主要作用：1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；调制的另一个重要作用是实现信道复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，以提高信道容量；3制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。对不同的信道，根据经济技术等因素，可以采用不同的调制方式。以模拟信号为调制信号，对连续的正（余）弦载波进行调制，亦即载波的参数随着调制信号的作用而变化，这种调制方式称为模拟调制。而所谓振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。通信系统中的发送设备若采用调幅方式则称为调幅发射机，一般调幅发射机的组成框图如图所示，工作原理是：本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲倍频送至振幅调制电路；话音放大电路将低频信号（例如语音信号）放大至足够的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器，高放级将载频信号的功率放大到所需的发射功率，然后经天线输出。1

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=====WORD完整---可编----业料享====二、整机系总述图2.1为基本的调幅发射系统框图主要由振荡器缓冲器高频小信号放大器，调制器高频功率放大器低频电压放大器等电路组成在组成电路中除了主振器，调制器，调制信号是基本的组成单元，不能缺少外，其他单元电路的选择，主要根据设计指标来确定。本振

倍频器

单差分调制

混频器

功率放大器低频信号

低频放大图调幅发射整体原理框图缓冲级将主振器与其后一级隔离减小后级对振荡器频率稳定度及振荡波形的影响所以是否选择该单元电路主要根据电路对稳定性的要求高低一般情况下，需要选择该电路。高频放大器的任务是将振荡电压放大后送到振幅调制驱动调制级提供足够的增益。是否选择该单元电路主要根据所选择的振幅调制电路决定。即：如果选择低电平调幅电路，由于这种调幅器为小信号输入，振荡器输出电压一般能够满足要求，就不需要放大电路；而如果采用高电平调幅电路，由于它要求大信号输入，振荡器输出电压不能满足时，就要使用一至二级高频放大器。功率放大器是调幅发射系统的末级，它的任务是提供发射系统所需要的输出功率。是否选择该电路，主要根据系统对发射功率的要求。如果由调幅电路输出的功率能满足性能要求的话，就可以不加其后的功率放大电路，否则，就不能省略，一般为了使发射出的信号覆盖范围更广，通常在发射前需要进行功率放大。无线电通信的主要特点是利用电磁波的空间的传播来传递消息例如将一个地方的语言消息传送到另一个地方这个任务是由无线电发射设备、无线电接收设备和发射天线和接收天线等来完成的这些设备和传播的空间，就构成了通常所说的无线电通信系统。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分高频部分低频部分和电源部分高频部分一般包括主振荡器缓冲放大、完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。低频部分包括调制信号、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程末级高频功率放大级则成为受调放大器。一般调幅发射机的组成框图如图2.1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，然后经过缓冲器缓冲，送至倍频器进行倍频产生高频信号，它的输出送至调制器话音放大电路放大来自调制信号的小信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调制中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源一般选第二本振频率是第一本振与发射载频之和，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，是输出载频-;功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲倍频送至振幅调制电路话音放大电路将低频信例如语音信号放大至足够的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器放级将载频信号的功率放大到所需的发射功率，然后经天线输出。下面简述每一部分的原理。本机振荡：本设计采用含变容二极管的西勒振荡器产生频率为1MHz的载波频率；正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅值不变的正弦波输出。本设计采用的是改进型电容三点式振荡器，即西勒振荡器。其具有输出波形好、工作频率高、改C调节频率时不影响反馈系数等优点，适用于波段宽、频率可调的场合。西勒振荡器由起能量控制作用的放大器输出信号送回到输入端的正反馈网络以及决定振荡频率的选频回路组成。没有输入信号，而是由本身的正反馈信号代替。当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生，经不断的对它进行放大、选频、反馈、再放大等多次循环，最终形成自激振荡，把输入信号的一部分送回输入端做输入信号，从而就产生了一定频率输出的正弦波信号输出。倍频器将振荡级与调制级隔离小调制级对振荡级的影响它的基本原理是：三极管的基极不设置或设置很低的静态工作点，三极管工作于非线性状态，于是输入信号经管子放大其集电极电流会产生截止切割失真，输出信号信号丰富的谐波分量，利用选频网络选通所需的倍频信号，而滤除基波和其他谐波分量后，这就实现了对输入信号的倍频功能。调制器：将低频信号调制到载波上产生调幅信号。实现两个信号相乘的方案有很完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====多种，其中以可变跨导相乘器最易集成，而且他的频带宽、线性好、价格低、使用方便。可变跨导相乘器的核心单元是一个带有恒流源的差分电路。混频器：将调制波的频谱搬移到一个更高的频段，有利于在信道中传输。混频器是一种典型的线性时变参数电路要完成频谱的线性搬移，关键是获得两个输入信号的乘积，能找到这个乘积项，就可完成所需的线性搬移功能。其中，混频电路输入的是载频为的高频已调波信号

(t)频率为的本地震荡信号

(t),经过非线性器件变频后输出端有两个信号的差频-和频+及其他频率分量再经滤波器滤掉不需要的频率分量，取和频+作为已调波信号，从而实现变频作用。基极调谐型变压器反馈式振荡器压器反馈式正弦波振荡器又称为互感耦合振荡器，在回路的调谐频率上，馈电压

与相反，又根据反馈线圈的同名端可知，反又与输出电压

相反，因此该振荡器电路实际上是一个含有正反馈的谐振放大器，也就是说，吃电路满足振荡的相位条件。电路要能振荡，还必须满足起振的振幅条件，即

AF>1

。由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了不至于过多的影响回路的值收音机中采用的是变压器反馈式基极调谐型正弦波振荡器体管与谐振回路都采用部分耦合。功率放大器：高效率输出所需功率率放大器用于高效率地供给负载足够大的信号功率，其依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。它的特点是放大器工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形负载为谐振回路。谐振回路要确保从电流脉冲中取出基波分量，获得正弦电压，还要实现放大器的阻抗匹配。电路输出功率为导通角为40，后级采用变压器耦合，通过天线将信号发射出去。本课题的设计，调试和仿真，加深对课本理论知识的进一步理解，进一步巩固理论知识能够建立起无线发射机的整机概念会分析电路设计电路的步骤与方法，了解发射机各单元电路：主振级，被调级，推动级，功率放大级，输出匹配网络等。进一步掌握所学单元电路以及在其他单元电路的在此基础上培养自己分析，应用其他单元电路的能力。同时经过课程设计，学会查资料，充分利用互联网等一切可的学习资源，增强同学们分析问题解决问题的能力，为将来打下一定的基础。完版学习资料分享

完版可编专资分享====三、设计务及指标要本课程设计所设计的振荡电路的输出载波频率为率较稳定，波形适当；另外调制信号为2KHZ的正弦波，可与载波作乘法运算生成调幅波。本课程设计所设计的中频信号生成高频载波信号电路为基于丙类的三倍频电路，可对载波频率放大3倍，使载波频率提高，输出为的正弦波。本课程设计所设计的振幅调制电路为差分对乘法器调制电路用的调制信号对1MKZ的载波信号进行DSB调制。本课程设计所设计的混频电路为二极管双平衡混频器将调幅波的频谱搬移到更高的频段使之更适合在信道中传播设计电路中将的信号与的本振信号进行上混频，从而生成6MHz的调制信号。本课程设计所设计的集电极调谐型变压器反馈式振荡器输出载波频率为3MHz,频率较稳定，波形适当，作为本振频率与载波信号进行混频。本课程设计所设计的丙类功率放大电路可将的信号放大至放大倍数接近100倍。版学习资料分----

=====WORD完整---可编----业料享====四、单元电设计与仿真西勒振荡器电路图如图2所示：图西振荡器电路其输出波形为:图4.2西（变容二极管）振荡电路输出波形电路特点是振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡频率为：f

L(

(1)优点：1.振荡幅度比较稳定；振荡频率可以比较高，如可达千兆赫；频率覆盖率比较大，可达1.6-1.8。输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试，信号波形如图所示，调整观测震荡信号的波形和频率变化。完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====已知丙类放大器集电极电流为尖顶余弦脉冲如果集电极回路不是调谐于基波，而是调谐于n谐波（为正整数那么输出回路对基波和其他谐波的阻抗很小，近对n谐波的阻抗达到最大值，且呈电阻性。于是输出谐振回路仅有的n谐波分量产生的高频电压，而其他频率分量产生的电压均可忽略。因而，在谐振阻抗Rp上可得到频率为输入信号频率n倍的输出信号功率种将输入信号频率倍增n倍的电路成为倍频器，它广泛应用于无线电发射机等电子设备中。据上述原理，可设计丙类功放三倍频电路，其原理图如下：图4.3丙功放三倍频器电路其输出的波形如下图所示：图丙功放三倍频器电路输出波形本课程设计的振幅调制电路为单差分乘法器调制电路载波和调制信号作为输入，得到的输出信号为以调波这种电路称为调制器。平衡调制器产生抑制载波的双边带（）信号或单边带（）信号，在通信系统中得到了广泛应用。乘法器完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====电路及仿真如下：图单分对构成的乘法器调制电路其输出波形和频率为：完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====图4.6单分构成的乘法器调制电路输出波形混频器：因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频们具有接近理想矩形的选择性曲线而有较高的领道选择性，如果器件仅实现变频，振荡信号有其他器件产生则称之为混频器。二极管双平衡混频器实现相乘特性，其无用组合分量比晶体二极管混频器少得多，而且二极管上限工作频率高，可达到而模拟乘法器的工作频率收到晶体管上截止频率的限制，工作频率相对要低一些。二极D1在本振信号的正半周导通，二极管D3，在U1的负半周导通。设计电路图图4.7所示：图二管双平衡混频电路完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====图4.8二管双平衡混频电路输出结果图集极调谐型振荡电路图完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享=====图4.10集电极调谐型振荡电路图输出波形振荡器是一个不需要外加输入信号控制就能自动将直流能量转换为特定频率和振幅的交流信号的电路。采用振荡回路作为选频网络的反馈振荡器称为正波振荡器馈型LC正弦波振荡器有三种基本类型：互感耦合振荡器，三点式振荡器，差分对管振荡器。它们的频率范围从几百千赫兹到几百兆赫兹。互感耦合振荡器又称为调谐型振荡器，根据选频网络回路与三极管不同电机的连接点分为集电极调谐型，发射极调谐型和基极调谐型。高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路

故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器

宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路

因此又称为非调谐功率放大器高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。电路设计如图4.11所示：完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====图丙高频功率放大电路图4.12丙类高频功率放大电路输出波形五、整机电设计图完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享=====图调发射系统整机电路调幅发射系统通过西勒振荡电路产生波频率后通过丙类三倍频将其载波频率放大三倍即输出3MHZ载波频率单差分对乘法器调幅电路现调制信号与载波信号相乘电极调谐振荡电路产生的本地振荡信号与二极管双平衡混频器输出频率为6MHZ信号，最后通过丙类高频功率放大器放大经天线发出。调幅发射系统通过振荡电路产生载波信号，后经过倍频器增大载波频率，音频等有用信号通过低频放大产生调制信号调制信号与载波经过调幅器输出，后经过混频器，高频功放送到天线进行发射。完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====六、设计总个人通信电子线路是这学期我们学习的课程中最接近实际的部分但也是最难的，通过这两周的课程设计我更深有体会其是因为之前的基础电路几门学科觉得甚是马虎，这次实践下来更觉得太多知识近乎一片空白。因此，这个课程设计也就变得手忙脚乱了过还好给我们留的时间并非不多很多时间可以复习之前未熟悉的电路，虽然还是感觉困难重重，但一一克服也是一件非常有意义的事情。任务下达后，我承担了西勒振荡器、倍频器等电路设计，这些电路我曾经都只是学过理论知识，还算比较熟悉，但在仿真过程中发现很难，深深体会到理论和实际联系起来的困难，尤其是振荡部分，调试过很多次都不能给出很好的波形，最后在老师的指导下现由于三极管静态工作点没有设置振幅很小且不稳定体做法是把1K的电阻换成，完成了设计。开始任务时，我打算查找相关资料做准备，并在图书馆和上网采集了一些有用的资料。因为基础的问题，查阅资料的效率很低，很多电路都只限于知其然而不知其所以然，而且收集到资料并非很丰富，毕竟术业有专攻，不是每个人每本书都对自己有用这就导致前期准备工作进度很慢，但经过这次忙碌以后，自己在这方面确实弥补了许多以前的不足，使自己更进了一步。这次课程设计我们完成了任务我想对于我还是其他的同学都会有很多体验和收获。对于我而言，以前对书上的知识的记忆，有些纯粹是为了应付期末考试没有深入太多。而现在经过了这次课程设计之后，让我明白了一些东西，感觉在高频这一块儿清晰了很多。我想这次实践的意义是重大的，不只为了任务，更懂得了设计产品的流程与方法。我觉得很多同学在这一方面和我一样都很薄弱。老师也有讲过高频是一门很难的学科，是我们通信专业学科的基础。也会有一些同学在这方面很有天赋。有的时候会很羡慕他们作设计犹如如鱼得水般的顺利后悔曾经没有好好去学，本来注定自己的节奏就要比别人慢半拍，只有通过不断努力，来提高自己，弥补不足，让自己进步。完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====6.2xxx个总结经过这两周的努力，终于完成了这次课程设计，虽然也存在一些瑕疵，但是总的来说还是不错的，基本上符合课程设计的要求。本次设计通过《通信电子线路的学习使用Multisim软件设计了一个完整调幅发射系统。在设计过程中遇到问题，我先思考找出问题所在，然后去图书馆或去上网查资料，或者是请教同学，在这个过程中对以前学的知识有了更深刻的了解，也明白了所学知识的应用范围，收获不少。在这次课设中，我主要完成了丙类功率放大器（6MHZ和集电极耦合振荡器（3MHZ）的设计。在设计过程中，我首先通过查阅各种资料，产生基本设计思路，通过计算得出原件参数然后在软件中进行仿真在设计丙类功率放大器时使得谐振率为6M，算出大概值，将电容改为可变电容，使它无限的接近，是它对其他频率的信号衰减。使通过不断的完善，才得到令人满意的答案。通过这次课程设计，我学会了把书本的知识和实际电路联系起来。这就是理论结合实践，虽然在设计电路时磕磕碰碰，但用到的知识反映了书本中的核心知识点，我想这对我们以后的学习有很大的促进作用计过程中我也提高了对于软件的实验技巧，在下阶段的学习中我一定会更加努力学习。完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====6.3xxx个总结混频器电路是超外差式接收机的重要组成部分，其作用是将载频f的已调信号不失真地变换为载频为的已调信号Vi（t）通常将的Fi称为中频频率，简称中频。

(t)称为中频信号，相应二极管双平衡混频器的电路由4个二极管组成一个环路二极管的极性沿环路一致，故又可称为环形混频器，构成的二极管环形混频器中，各二极管均工作在受参者的信号控制的开关状态。二极管双平衡混频器电路具有以下特点结构上个二极管按同极性成环型，作为混频时，环形的两个对脚端分别通过变压器接入本振信号和有用信号；参考信号Vi为大信号，个二极管工作在受

Vi控制的开关状态，导出的输出电流

（）K2（果电路平衡，则各端口是相互隔离的，即L端的本振信号不会通过R端R端的有用信号不会窜入L端有用信号和本振信号均不会流入I端；没有增益，存在损耗，理论值。双平衡混频器主要电参数（1）变频损耗和噪声系数。变频就是频率变换的效率，它等于单边带中频输出与射频输入的功率之比，用表示，噪声系数是混频器输入端的信噪比与输出端的信噪比之比，用表示。（2）变频压缩。混频器线性运用状态下最大射频输入偏离线性某一压缩量来说明的，通常规定为，称为“1dB压缩点（3）动态范围。是指混频器在规定本振电平下，射频输入电平的可用范围。一般认为动态范围的上限收压缩点限制。（4）隔离度。通常，隔离度以每信频程约5dB速度下降。（5）交调性能。在混频器中，有两种主要形式的失真产物：单音交调和双音交调产物前者是本振信号和它的谐波对射频信号和它的谐波组合的结果。后者是射频端同时有两个信号加入的结果。完版学习资料分享

=====WORD完整---可编----业料享====6.4xxx个总结紧张而又繁忙的通信电子线路课程设计过去了，虽然这次