小功率调幅AM发射机设计

电子线路课程设计总结报告学生姓名学号：专业：班级：报告成绩：评阅时间：教师签字：河北工业大学信息学院2023年3月课题名称：小功率调幅AM发射机设计内容摘要：本文以一个小功率调幅发射机为设计对象，并对其主振级、缓冲级、高频电压放大级、低频电压放大级、调制级、高频功率放大级进行了详细的设计、论证、调试及仿真，并进行了整机的调试与仿真。设计内容及要求小功率调幅AM发射机设计技术指标：载波频率输出功率负载电阻输出信号带宽〔双边带〕残波辐射单音调幅系数；平均调幅系数0.3发射效率方案选择及系统框图由于在无线通信系统中，只有馈送到天线上的信号波长与天线的尺寸相比较时，天线才能有效的辐射和接受电磁波因此需要对信号进行调制，使其以高频的信号辐射出去。发射机的主要任务是是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，发射机包括三个局部：高频局部，低频局部，和电源局部。高频局部一般包括主振荡器、缓冲放大、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。低频局部包括话筒、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。调幅发射机主要包括三个组成局部:高频局部、音频局部和电源局部。在此此可以省去省电源这一局部。主振器缓冲器低频放大高频功放振幅调制高频放大话筒调幅发射机通常由主振级、缓冲级、倍频级、中间放大级、振幅调制、音频放大和输出网络组成。根据设计要求，载波频率f=10MHz主振器缓冲器低频放大高频功放振幅调制高频放大话筒三、单元电路设计、参数计算和器件选择主振器对于普通信号其频率稳定度一般要求在10^-4和10^-5之间，而克拉泼电路的频稳度大体在10^-4和10^-5之间，满足设计要求，而且电路比较简单，容易分析，因此主振器选取克拉泼电路。R1、R2、R3、R4是三极管的直流偏置电阻，使三极管获得正常的工作点，工作于放大区，C4是基极旁路电容，目的是使三极管基极获得交流地电位，组成高频共基极放大器。电路的相位条件自然满足“射同它异〞原那么；幅度条件是需保证共基极放大器的闭环功率增益大于OdB，按照这样的依据去计算回路器件值就可以确保电路能够起振。C1、C2、C3、L1的器件值决定了振荡回路的工作频率。根据交流等效原那么，可以知道这是一个电容反应三点式振荡器。C2与C1的容抗比值决定了电路的电压反应系数，调整它们的比例可以改变振荡幅度。在回路中多了一个与电感L1相串联的电容器C3，通过调整C3，可以连续改变振荡频率。晶体管3DG12B，其参数为Icm＝300mA,fT≥200MHz,V(BR)CEO≥45V,Pcm=0.7W,条件：Vcc=12V，fc=10MHz，选择的晶体管型号是3DG12B，其放大倍数β=50，ICQ=3mA，VCEQ=6V,VEQ=0.2VCC.依据电路计算：R3=R4=IBQRR2fosc=1/2πLC取L3=25μH,那么C3=10pF,反应系数kf取0.2，kf=C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400pF，电路图为仿真图形为缓冲器缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响,因为功放级输出信号较大,工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，缓冲放大器需将振荡器输出电压，以提高电平调幅电路所需的载波输入信号，所以要有适宜且可调的增益。如下图。调节射极电阻，可以改变射极跟随器输入阻抗，如果忽略晶体管基极体电阻的影响，那么射极输出器的输入电阻输出电阻式中，很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源，电压放大倍数R5,R6，R7，R8是偏置电阻通过调节R10可以连续改变输出正弦波的幅值输入为下列图时R10接入0%时的仿真图形为R10接入21%时的仿真图形为R10接入100%时的仿真图形为可以看到调节R10可以得到所需幅值的正弦波高频放大器高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。采用集电极调幅电路，就要使用一级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。音频放大器输入如下频率为1kHZ幅值为1v的正弦波时仿真图形为通过调节R17可以改变放大倍数振幅调制集电极调幅电路具有调制线性好，集电极效率高的优点。广泛用于输出功率较大的发射机中。所需调制信号功率大是该调制电路的缺点。仿真图形为.输出波形原理分析载波直接加到放大器的基极。调制信号加到集电极电路且与直流电源相串联。集电极谐振回路LC调谐在载频上。由于与相串联，因此，丙类被调放大器集电极等效电源将随变化，从而导致被调放大器工作状态发生变化，在过压状态下，集电极电流的基波分量振幅随成正比变化，从而实现调幅。6功率放大器功率鼓励级—为末级功放提供鼓励功率。末级功放—将前级送来的信号进行功率放大，使负载〔天线〕上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，此题要求，应选用丙类功率放大器较好。隔离的作用是为了防止发射的局部高频信号对载波信号产生干扰；放大的作用是为下一级提供足够的功率，采用自给负偏压丙类谐振功率放大器，通过改变电位器改变负偏压大小。回路谐振在工作频率，可以改变变压器耦合输出。整体电路设计及工作原理1.整体电路原理首先由克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让振荡器与振幅调制器隔离开来，不影响载波频率的稳定，然后经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行普通调幅，再进行功率放大，经天线输出普通调幅波。2.整体电路图系统元器件清单元件编号元件编号15KΩR11KΩR215.1KΩR270ΩR251.92KΩR350ΩRL800ΩR480pFC110KΩ电位器R50.01uFC4~~C17,C20~~c23560ΩR6400PFC256KΩR710pFC32KΩR851pFC11400ΩR9225pFC18510KΩR101uFC191KΩ电位器R11100pFC22100KΩ电位器R1225uHL130KΩR1322uHL2,L4,L618KΩR14,R27100uHL31.5KΩR151uHL516KΩR16,R18二极管1N4148D1,D250KΩ电位器R17三极管Q1,Q2,Q3,Q4,Q510KΩR19,R24,R26LM358PU2600ΩR20变压器T1,U1电路设计总结整体电路共分为六个模块，分别为主振器，缓冲器，高频电压放大器，音频放大器，集电极振幅调制器，高频功率放大器。首先由克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让振荡器与振幅调制器隔离开来，不影响载波频率的稳定，然后经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行普通调幅，然后进行丙类功率放大，经天线输出普通调幅波。由于选用的仿真软件为multisim,有些元件在元件库里没有，仿真时就选用了理想的虚拟元件，比方型号为BJT_NPN_VIRTUAL的三极管就是理想的三极管，由于改变了三极管的型号，所以在实际仿真调试时改变了好多偏置电阻的阻值以便是电路输出所需的波形参考文献全国大学生电子设计竞赛培训系列教程高频电子线路设计高桔祥电子工业出版社。2007高频电路原理与分析〔第五版〕曹兴雯刘乃安西安电子科技大学出版社高频电子线路〔第五版〕张肃文高等教育出版社20234.谢嘉奎．电子线路非线性局部〔第四版〕．北京：高等教育出版社，20075.宋树祥，周冬梅.高频电子线路(第2版).北京：北京大学出版社，20236.王尧.电子线路实验.南京：东南大学出版社，2000八、收获、体会这次课程设计对于自己来说是一次很大的挑战，做起来我感觉比较吃力，虽然刚刚学完了高频电子线路，但是一直有种云里雾里的感觉，虽然知道应该由哪几局部构成，每一局部的原理也知道，但是实际做起来就很吃力了，要根据实际元件的特性去设计元件的参数，感觉无从下手，，但是有困难不能够放弃，于是我查阅了一些资料，和同学们一起讨论计算，并且去请教学长，慢慢的我有了一点眉目，接着我便开始设计各个单元模块，对于各个模块的比较选择还是比较容易，就是参数设计比较困难，主要原因是因为对于电路的分析不清楚，我只有接着查找资料，结合老师所将知识，慢慢的一点点的明白计算，最终才算是有些明白。然而在使用软件进行仿真时有些三极管找不到，就是用了理想化的模型进行了代替，致使在仿真的过程中修改了一些电阻的阻值，使电路正常工作。当然这次课程设计也教会了我许多，首先它将我平时的所学结合在一起，有了一个系统的框架，然后再去补充这个框架的内容，使我有了一个课程设计的根本方向和目的，不至于太过盲目；其次也锻炼了我查阅资料的能力，以及对有用资料的筛选能力；再者通过跟同学们的讨论研究，我懂得了合作的重要性。课程设计是一项很能锻炼人的实践，虽然它看起来充满着困难，但是不管怎么样我们都得敢于去挑战，以后还有毕业设计，这将是一次更大的考验，不管是从设计原那么，设计思路以及报告格式还有心理上来说都是一次很好的锻炼。报告成绩：报告成绩：评阅时间：教师签字：实验报告班级：电子112姓名：李大龙学号：112129同组人：胡进君李明课程名称：电子线路课程设计实验室：第一实验室实验时间：20014年3月2—6日实验工程名称：小功率调幅发射机的安装与调试实验目的：电子线路课程设计是电子类专业的学生第一次较为全面的设计能力的训练。通过课程设计，掌握各单元电路的工作原理和实际电路的分析计算，掌握整机电的分析设计方法。其根本目的是：通过电子线路课程设计，初步掌握非线性电子线路的设计思路和方法。通过具体电路的设计，掌握非线性电子线路的特点、性能参数及二者之间的内在联系；学会在具体电路中如何合理地选择电子器件。通过电子线路的设计培养学生电子线路的设计、仿真、装配、调整和测试能力，从而培养学生独立分析、综合解决问题的能力。学会电子线路的相关仿真软件。受到电子线路设计工程师的根本训练。实验内容与原理：本次实验内容是焊接小功率调幅发射机，然后对各个单元电路包括晶体振荡电路、音频放大电路、振幅调制电路、两级功率放大电路的调试，以实现小功率调幅发射机的整体功能测试，并记录相应实验结果数据，分析得结论。小功率调幅发射机的框图如下晶体晶体振荡器语音信号振幅调制器〔乘法器〕音频放大器缓冲级高频功率放大器缓冲级1.晶体振荡器与缓冲级左图为晶体振荡器电路，它的震荡频稳度很高，与用于产生6MHz的载波。电位器RP0，电阻R1，R2，R3用来控制三极管的静态工作点和保证晶体振荡器起振。电容C4为两级间的耦合电容。B点用于测试晶体振荡器是否能起振。电位器RP0用来调整T1的静态工作点，对晶体的起振有重要的作用。2.缓冲级左图为缓冲级，起到隔离的作用调节RP2，可以改变震荡的幅度，3．音频放大器左图为音频放大器，LM358的第一个局部产生1KHz的音频信号，调节电位器R11和RP4可调节音频信号的幅值，LM358的第二个局部对音频信号幅值进行放大，也可以从话筒处直接输入1KHz的音频信号，为了保证后面对语音信号进行调制，在调节电位器RP4时要注意输出的信号的幅度。电容C8为耦合电容。4.振幅调制器上图为振幅调制电路，晶体振荡器产生的载波信号由MC1496的10端子参加，音频放大器的音频信号有MC1496的1端子参加，调节电位器RP3可以使已调波上下对称，并且改变调幅度ma。在管脚2和3之间的电阻RE扩展了两个信号的动态范围。为了不出现过调失真并保证准确稳定实现对载波信号和调制信号的调制作用，它们的幅值必须小于275mv。已调波的从5端子输出。5.高频功率放大器高频功率放大器采用两级放大，即分别工作于甲类和丙类的放大器，实现对已调波功率的放大。晶体三极管T3组成的电路为射级跟随器，作为缓冲级，三极管T4工作于甲类状态，三极管T5工作于丙类状态。最后观察末级输出的时候可以相应的调节双联变容。6.整体电路图如下：三、实验器材〔设备、元器件、软件工具、平台〕：1．双踪示波器，实验箱，数字万用表各一台。2．电烙铁，镊子，钳子，螺丝刀等工具一套。3．调幅发射机实验板，焊锡，元器件一套。四、实验步骤：1.了解小功率调幅发射机总电路，分清各局部电路的功能，针对各局部电路的功能，理解整体电路。2.检查元器件的好坏，测量各元器件的大小，整理好备用，准备好所需要的工具，进行焊接。3.焊接完成后断开所有的短路环4.直流电源，将测试B点接入示波器，通过调节滑动变阻器RP0，使输出信号频率保持在6MHz附近，然后将示波器接JP3，通过调节滑动变阻器RP2，调节信号幅度，使得该载波到达最大和最小不失真状态，记下幅值和频率；5.将测试点JP2接上示波器，通过调节滑动变阻器R11使得该局部的输出信号的频率大概为1KHz左右，调节滑动变阻器RP4，记录音频信号到达最大和最小不失真状态时的幅值和频率；6.连接JP1，JP2，测试JP3点接上示波器，调节RP2，RP4，RP3，得到上下对称的普通条幅信号，调RP3使Ma=0.8。7.将两个磁环线圈绕上铜线，将磁环局部焊接到电路板上，进行调节，观察末级输出，并适当调节两个磁环线圈的比例以及输出电压的幅值，使得末级无失真的输出，并通过调节使得末级功放输出功率和效率到达最正确状态。五、实验数据及结果分析：1.晶体震荡电路结果分析：调节RP0使得振荡级输出信号为6MHz，晶体振荡电路的频稳度很高，频率根本稳定在6MHz；调节RP2可以改变载波信号的幅度。2.音频放大器结果分析：LM358的第一个局部用于产生频率为1KHz的音频信号，LM358的后一个局部用于放大音频信号的幅度，调节R11与RP4，测得音频信号的频率约为1029Hz调节R11与RP4可以调节音频信号幅度。3.振幅调制电路Ma=(Vmax-Vmin)/(Vmin+Vmax)*100%=(16-2)/(16+2)=77.8%4.功率放大图像时虚的，说明功率放大器没有工作，电路板最后一级没有调好六、实验结论：焊接的的电路板，产生了频率为10MHz的稳定正弦波和频率