调幅调制电路课程设计

课程设计〔说明书〕简易振幅调制器的设计班级/学号学生姓名指导教师简易振幅调制器的设计摘要：在当今时代，电子科技已经十分兴旺，而通信和播送等领域也随之高速开展。有时为了提高通信质量和处理信号方便，需要在将语音、图象等有用信息经过调幅后再发送出去，这就无疑需要一种振幅调制电路来实现。现介绍一种简易的振幅调制电路，该电路的载波由高频信号发生器产生，经放大后和调制信号经乘法器后，输出抑制载波的双边带调幅波，输出的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后，即可产生普通调幅波，本电路的设计思路十分清晰，原理较为易懂，结构简单明了，使用起来方便、稳定且实用价值较高。关键词：高频；载波；调幅；调制信号；功率放大器。一、概述1、设计任务要求设计一个简易的振幅调制器，其载波由高频信号发生器产生，经高频功率放大器放大后，作为调幅波的载波，低频信号发生器产生的低频信号作为调制信号，载涉及调制信号经乘法器后产生普通调幅波和抑制载波的调幅波。2、技术指标=1\*GB3①振幅调制的载波局部采用高频信号发生器输出幅值为0.5V，频率为6MHz的正弦波。=2\*GB3②设计高频功率放大器，输出信号的幅值U>1V，集电极利用效率大于70%。=3\*GB3③振幅调制器的设计采用乘法器产生普通调幅涉及抑制载波的双边带调幅波，其中普通调幅波的调幅度0.3<ma<1。=4\*GB3④低频信号可以利用已有的信号发生器产生，输出1~5KHz的正弦波信号，幅值根据实际需要自行确定。=5\*GB3⑤根据要求选定高频三极管，以及各个谐振回路的元件参数。3、课题所涉及的范围及理论意义本课题主要涉及模拟电子线路中的放大器工作原理、通信电子线路中高频功率放大器的工作原理，以及对振幅的普通调制和双边带调制原理。除此之外，本课题还涉及到电子领域中一些比拟根底的概念，例如：乘法器、加法器、选频网络等等。本课题其理论意义十分广泛且重要，涉及方面广，而且对电路根底、模拟电子线路、通信电子线路中的一些根底知识要求较高，对以往学过的知识是一次全面的复习。同时也将理论知识应用到设与计与实践中。二、方案分析1、整体方案分析本课题的原理框图〔图1〕如下：图1原理框图载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波，工作原理如图2。图2双边带调幅波产生原理框图假设在输出端添加一个相加器，将双边带调幅波和一个幅度适当的载波相加，便可得到标准调幅波，如图3。图3普通调幅波的产生原理框图2、局部电路方案分析〔1〕放大局部方案分析根据设计要求，放大局部需要由丙类放大器才能满足其技术指标，原理框图如图4。第一级由甲类放大器进行输入信号的第一级放大，第二级采用丙类放大，其最大优点是效率比拟高。如图4。图4功率放大器的原理框图〔2〕调幅电路的方案分析方案一：采用模拟集成运放构成的加法器时，由于输入的是频率高的信号，因此这要就导致输出的波形会严重失真，而且电路极其不稳定，故舍弃此方案。方案二：乘法器、加法器局部直接采用集成乘法器和集成的加法器，其优点是效率较高而且输出稳定，此方案可行，应选择此方案。三、电路工作原理及设计说明1、高频功率放大器局部〔1〕工作原理〔原理图见图5〕第一级甲类放大器先将输入信号放大，然后通过一个LC选频网络选择有用的频率信号，抑制无用的谐波，通过一个耦合电容输出给下一。，其中，静态工作点是由滑变和电阻分压，通过滑变来调节，发射极与地之间接直流反应电阻和交流反应电阻，以保证静态工作点的稳定。第二级为丙类放大器，是典型的基极为无直流偏置电压的丙类放大器。只有载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通，其集电极负载为LC选频谐振回路，谐振回路以选出有用的基波信号，因此可获得较大的功率输出。通过发射极所接滑变可调节丙类放大器的功率增益。图5高频功率放大器原理图〔2〕电路的主要器件选择与参数计算直流供电电压Vcc选择12V，由于输入信号的频率较高，考虑到稳定性和频率特性，以及上、下限截止频率，第一级放大器的三极管选择2SC2655，而第二级放大器的三极管选择2N2222A。调整第一级放大器静态工作点由滑变R1完成，因此基极偏压采用固定偏压形式，静态工作点ICQ=7mA。而LC选频网络应满足频率为6MHz，由公式，并考虑到选频的效果和放大的倍数，电感L就选14mH,而电容C选择6pF。其增益由R3的调节来控制。C3为旁路电容，而C4为耦合电容，因此，选择C3=0.01uF，C4=1nF。其中增益由公式得出：AQUOTE=5。RL后级等效负载阻抗，因此，计算出的放大倍数为估算值。QUOTE=5=2.5V。式中QUOTE为输出电压，而则为输入电压丙类放大器为第二级放大，目的是为了提供大功率，因此LC选频回路是必不可少的，其谐振频率同样为6MHz左右，这样才能选出有用的基波分量，抑制无用的谐波。但考虑到由于是第二级放大，无用的干扰比拟大，所以采用局部接入法，来增加电路的Q值，提高选频回路的选择性，由于丙类只有载波的正半周且幅度足够才能使功率管导通，因此应选大电容来使波形的恢复失真最小，如图6，采取电感局部接入法，计算得出L6=L7=0.5mH，C6=700pF。其中R5来控制放大器的增益，从而控制输出的功率。效率而本局部效率计算值与实际值误差较大，因此估算后主要用通过调节来实现效率大于70%。L8为高频扼流圈，C9、C10和C12为旁路电容，由于失真较大，因此需要较大的耦合电容C8=10uF。A=QUOTE=2.5，RL后级等效负载阻抗，而QUOTE为前级的等效输入阻抗。QUOTE=2.5=6V,式中，QUOTE丙类放大器的输入电压，即前级放大的输出电压，而QUOTE为高频功率放大器放大后最后输出电压,经放大后的载波电压幅值。效率：设导通角为θ=QUOTE，则集电极电压利用效率设为90%，则效率η=79%。2、调幅电路局部〔1〕工作原理〔原理图见图6〕图6调幅电路工作原理图经放大后的载波与调制信号经过乘法器MC1596后，可观察到双边带的调幅波。其表达式为：其中,可变电阻RP是用来抑制载波信号的,假设要得到双边带调幅波,在调制信号为0的根底上，调节RP，使输出端的载波信号电压值为0V，然后再加上调制信号，此时输出的则是抑制载波的双边带调幅。而标准调幅波的工作原理：调节RP，使其不抑制载波信号，在调制信号为0的根底上，调节RP，使输出端有载波信号电压输出，其幅值可根据需要而自行调节，而本电路中，将输出端的载波信号幅度调成为6V。然后再加上调制信号，经乘法器后，输出有载波的标准调幅波。其表达式为：式中的称为调幅系数，亦称做调幅度。〔2〕电路的主要器件选择与参数计算设调幅度为0.5，载波的幅值为QUOTE=6V,，将QUOTE估算成0.6时，QUOTE=5V。低频调制信号取幅值为5V，频率为3KHz。为了方便的观察波形，将其衰减系数设置为0.1V/V。标准调幅波波形如图9。图9标准调幅波波形图四、电路性能指标的测试1、高频功率放大局部测试〔1〕甲类放大器功能测试可在LC谐振回路串连一个可调电容，用以调谐，滤除无用谐波，调整R1来改变三级管的静态工作点，因此可改变电路的增益，而改变R3来稳定静态工作点，因而来控制输出波形的稳定，如图10所示，经放大后输出幅值约为2V，频率为6MHz的正弦波。图10第一级甲类放大器的测试电路图〔2〕丙类放大器的功能测试同样在谐振回路上加一个可调电容，用以调谐，使波形失真最小。如图11。图11丙类放大器的功能测试电路图经过丙类放大后，幅值约为5V，频率仍为6MHz的正弦波，此信号即作为下一级调幅电路的载波信号。2、调幅电路功能测试〔1〕双边带调幅波电路的测试仿真电路如图12所示图12双边带调幅电路的仿真电路图双边带调幅：将调幅波中的载频分量抑制掉，仅将上、下边带向外发送。又称为抑制载波的双边带调幅。其理想波形如图13所示：图13双边带调幅的理想波形图由调制信号的波形与其包络比拟后得到以下结论：双边带调幅波的包络已经不能反映调制信号的变化规律。〔2〕普通调幅波电路测试仿真电路如图14图14普通调幅电路的测试电路图标准调幅波也称普通调幅波或正常调幅波，即高频信号的振幅按照低频信号的瞬时值变化。其理想波形如图15所示。图15普通调幅波的理想波形图由波形可以估算出其调幅度大约为50%。〔3〕分析由以上数据可以看出，所设计的电路根本上满足技术指示。但本电路还有一处缺乏之处，即当丙类放大器提供大功率输出时〔效率较高时〕，输出的波形不稳定，且失真较为严重，而放大电路局部的主要目的是为下一级的调幅电路提供放大后的高频载波即可，为了使整体电路功能更加完善，输出稳定，因此，有时需以牺牲效率为代价，使波形失真到达最小，输出较为稳定，这样才能使调制信号的有用信息能够更准确更高效的发送出去。对效率问题的详细分析：丙类功率放大器的基极偏置电压uBE是利用发射极电流的直流分量IEO〔≈ICO〕在射极电阻RE2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，则集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压uc1,电流ic1。其中为集电极输出的谐振电压即基波电压的振幅；为集电极基波电流振幅；Ro为集电极回路的谐振阻抗。为集电极输出功率。为电源Vcc供应的直流功率；ICO为集电极电流脉冲ic的直流分量。最后得到效率：在测试中发现，由于电路设计所致，效率79%时，波失真较为严重，因此考虑到电路整体输出，调整电路时发现，不得不将效率降低到70%左右，这也是本电路设计的一个缺乏之处，有待改良。五、课设体会及合理化建议通一个星期左右的课程设计，深深的体会出将平时所学的本领知识，应用到实际中是一件十分困难的事情，但经过努力拼搏和勤奋思考后，成功的喜悦更是令人兴奋得难以忘怀。在以往的学习和实验、实践中，大局部电路都是已给定的，而本次课题是通过自己所学，自行设计一个电路，给我的感触颇深。而通信电子线路与模拟电子线路有着很大的差异与区别，在设计之初，通过计算得到的参数与最终确定的参数相差很大，而起决定性因素的并不是计算，而是通过定性分析，估算后，对电路的调整，这也让我深深的明白了通电子电路的这个特点，这同时也是通信电子线路与模拟电子线路之间所存在最大的差异与区别。这次课程设计对我来说，不仅仅是一次考验，也是一次挑战，同时还是对以往学过的知识一次全面的回忆与总结。使我全面复习了本学期所学的有关通信电子线路的知识的同时，还锻炼了我的意志品质，当调整电路无数次失败时，并没有使我灰心，让我放弃，而是通过自己不懈的努力，弄懂了这局部知识。因此，本次课设对我以后无论是学习还是工作，都有着较大的帮助。建议：迫切的建议应增加类似本次课设的实践活动，同时应将实践活动，贯穿到整个学期之中，即增实验的学时，使得学到的理论知识都能更好、更多的应用到实践当中去。在现如今的高速开展的电子领域中，大局部工作都不是一个人所能完成的，因此可以看出团队合作尤其重要，因此希望在以后的实践中能够增加些团队合作的工程与课题，在增加自己个人的动手实践能力的同时，也应该注重团队的配合。参考文献1.谢沅清,邓钢.通信电子线路.[M]北京:电子工业出版社,2007年。2.李秀人.电子技术实训指导.[M]北京:国防工业出版社,2006年。3.R.F.格拉夫.电子电路百科全书〔第二卷〕.[M]北京:科学出版社,1989年。4.王卫东,傅佑麟.高频电子线路.[M]北京:电子工业出版社,2004年。5.铃木雅臣.晶体管电路设计.[M]北京:科学出版社,2004年。6.何希才.新型电子电路应用实例.[M]北京:科学出版社,2005年。附录=1\*ROMANI元器件清单序号编号名称型号数量1Q1高频三极管2SC26551个2Q2高频三极管2N2222A1个3C1电容120pF1个4C2电容