高频电子线路课程设计毕业论文.doc

611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 1 - 页 共 15 页 高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计 学学 院：院： 专业班级：专业班级： 姓姓 名：名： 学学 号号: 日日 期：期： 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 1 - 页 共 15 页 一 设计要求 1.1 设计内容设计内容 1.中波电台发射系统设计中波电台发射系统设计 设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试。 技术指标：载波频率 535-1605khz，载波频率稳定度不低于 10-3，输出负载 51，总的输出功率 50mw，调幅指数 3080。调制频率 500hz10khz。 2.中波电台接收系统设计中波电台接收系统设计 本课题的设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。 任务：am 调幅接收系统设计主要技术指标：载波频率 535-1605khz，中频频率 465khz，输出功 率 0.25w，负载电阻 8，灵敏度 1mv。 1.2 设计要求 必做任务（针对每个系统）：必做任务（针对每个系统）： 1.针对每个系统给出系统设计的详细功能框图。 2.按照任务技术指标和要求及系统功能框图，给出详细的参数计算及方案论证、器件选择的计算 过程。 3.给出详细的电路原理图，标出电路模块的输入输出，给出详细的数学模型和计算过程。 选作任务（针对每个系统）：这部分完成有额外的加分选作任务（针对每个系统）：这部分完成有额外的加分 4.对整个电路进行 ads 等计算机软件仿真，给出功能节点及系统的输入输出仿真波形及分析。 二二 中波电台发射系统的设计与仿真中波电台发射系统的设计与仿真 2.12.1 小功率调幅发射机的系统设计小功率调幅发射机的系统设计 系统原理图如图 2.1 所示： 正弦振荡器缓冲电路高频小信号放大振幅调制电路 声电变换前置放大器低频放大 高频功率放大天线 调调制制信信号号 载载波波信信号号 图 2-1 小功率调幅发射机的系统设计框图 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 2 - 页 共 15 页 1/14/2019 2.2 工作原理及说明 图 2-1 中，各组成部分的的作用如下： 正弦震荡器：产生频率为 mhz 的载波信号。 缓冲级：将正弦振荡器与调制电路隔离，减小调制级对正弦振荡器的影响。 低频放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。 调幅级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。 功放及天线：对前级送来的信号进行功率放大，通过天线将已调高频载波电流以电 磁波的形式发射到空间。 现在结合题目所给性能指标进行分析： 载波频率 535-1605khz ，载波频率稳定度不低于 10-3：正弦波振荡器产生的正弦波信号频率 为 535 khz 到 1605khz，当震荡波形不稳定时，最大波动频率与频率之比的数量级小于 10-3 fff 。 输出负载 51 ：输出部分，即高频功率放大器的输出负载为 51。 总的输出功率 50mw ：即高频功率放大器的输出功率，结合计算公式可进行分析， 1cmc m pui 实现指标。 调幅指数 3080 ：设 a 为调幅波形的峰峰值，b 为谷谷值，则由调幅指数计算公式有 。在振幅调制电路中可通过更改调制信号振幅实现此指标。100% a ab m ab 调制频率 500hz10khz ：调制信号频率，由输入信号的频率来决定。 2.3 各部分的具体设计及分析各部分的具体设计及分析 2.3.1 正弦波振荡器及缓冲电路正弦波振荡器及缓冲电路 正弦波振荡器是用来产 0.5351.605mhz 左右的高频振荡载波信号，由于整个发射机的频率稳定度由主 振级决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也要有一定的振荡功率，其输出波形失真较小。 为此，这里我采用西勒振荡电路，可以满足要求，为了减少后级对主振级振荡电路振荡频率的影响， 采用缓冲级。缓冲电路采用射极跟随器，特点为输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号源索取的电流 小而且带负载能力强。用它连接两电路，可以减少电路间直接相连所带来的影响，起到缓冲作用。振 荡器与缓冲级联调时会出现缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况，可通过增大缓冲级的射极电 阻来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小，即减小主振级与缓冲级的耦合来 实现，同时负载也会对缓冲的输出波形也有很大影响。电路图如图 2-2 所示。如图西勒振荡器 电路三极管工作在放大区。 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 3 - 页 共 15 页 1/14/2019 图 2-2 点击运行即可得到输出的波形和电压电流值。结果如下： 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 4 - 页 共 15 页 1/14/2019 灵敏度为 1mv，频率为 1.166mhz，频率计数器不浮动，十分稳定，频率稳定度稳定。满足技术指标。 参数计算： 先选择合适的三极管，参数如图 本次试验为仿真时调节方便快捷，采用理想晶体管 2sc945，相关参数近似 9013。（因为没在仿真 软件中找到 9013，而百度元器件又只有 9013，所以在仿真中找个差不多的）。 直流偏置电路参数：假设电源为 12v，为了防止电源直接接入电路，因为突变对电路安全及 cc u 稳定性产生影响，并联 100uf 的电解电容。 振荡器的工作状态与静态工作点的选择和正负反馈强弱相关，偏置电路采用分压式电流反馈偏置 电路，使得静态工作点更稳定。令7.5v， =3ma。 ceq u cq i 由公式（2.1）可计算得=1.5k。 12cee rrr （2.1） 12 ccceq cq cee uu i rrr （2.2） 12 () bqcqeebeq uirru （2.3） 1 12 b bqcc bb r uu rr 为获得较大反馈，发射极电阻应尽量大，取=560，=47，=1 k。由（2.2）计 c r 1e r 2e r 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 5 - 页 共 15 页 1/14/2019 算得=3.76v。 bq u 由公式（2.3）可知=0.31。为方便调节，用一个 22 k串联一个 100 k的可调电阻。 1 12 b bb r rr 为了稳定度，用一些其他的电容电感，在这里不再赘述。 西勒电路振荡参数：令频率为 1.166mhz，l=56，则总电容 =300。不妨设hpf =470，=1000，=270，=150（为方便调节参数，将之拆为 100固定 1 cpf 2 cpf 3 cpf 4 cpfpf 电容与 100可调电容并联） 。pf （2.4） 123 4 121323 c c c cc c cc cc c （2.5） 0 1 2 f lc 缓冲电路参数：取 uceq=8.7v，取=3.1ma。 。不妨取为 1 k变阻器，re 为 560电阻。 cq i 2x r 结合（2.2）与（2.3） ，令 rb22=11k，rb21 =4.7 k。 2.3.22.3.2 高频小信号放大电路高频小信号放大电路 三极管选用理想晶体管，放大倍数=100。 取9v， =1.2ma。所以 r5=2.5k 。 ceq u cq i 则=3.7v。由（2.3）可知，令=5k，r2 为 100 k可调电阻。 5bqcqbeq uriu 1 r 由中心频率=1.166mhz，结合公式（2.5）可知，l=80，=300，两电容并联便于调 0 fhcpf 节。 放大倍数：yfe=0.046s （2.6） (2.7 ) 0oel gggg 其中为三极管输出电导，理想三极管条件下为零。为负载电导，等于，即 oe g l g 1 15k 0.067ms，为电感电导，等于，即 0.05ms。故=0.117ms。 0 g 1 20k g 0 fe u y a g （2.8） 由（2.12） ，放大增益=51.89db。 0u a 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 6 - 页 共 15 页 1/14/2019 整体电路如图所示 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 7 - 页 共 15 页 1/14/2019 可以看到本电路可以实现在 1.166mhz 附近时最大放大，增益为 53.454db，与计算结果相近。 2.3.32.3.3 振幅调制电路振幅调制电路 采用双平衡四象限式乘法器 经过上述乘法器后得到的信号为：。为载波信号幅度，( )(1cos)cos cmac u tumtt cm u 为载波信号频率，为调制信号频率，有题设可知，在 500hz 到 1khz 之间。 c (2.9) a ab m ab 其中 a 为调幅信号的峰峰值，b 为调幅信号的谷谷值。在本电路中 ma30% 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 8 - 页 共 15 页 1/14/2019 2.42.4 联合仿真联合仿真 三三 中波电台接收系统的设计中波电台接收系统的设计 3.13.1 超外差调幅接收系统超外差调幅接收系统 系统框图如下 天线混频器中频放大器检波器 低频电压放 大器 低频功率放 大器 正弦振荡 器 输入回路 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 9 - 页 共 15 页 1/14/2019 现在结合题目所给性能指标进行分析： 载波频率 535-1605khz：正弦波振荡器产生波形的频率为 535-1605khz，通过有关知识设计电f 路即可。 中频频率 465khz：混频器输出信号频率为 465khz，混频器实际上是将两个输入信号频率进行相 减，所以本性能指标说明两频率相减后得到频率为 465khz 的信号。 输出功率 0.25w：输出模块，即低频功率放大器输出功率为 0.25w。 负载电阻 8：输入模块的输出电阻，由电路相关知识进行计算可匹配该指标 灵敏度 1mv：灵敏度用来表征网络特性对元件参数变化的敏感程度，网络函数 h 或网络响应 r(统 一用 t 来表示) 对某元件相关参数(p 可以是元件参数或影响元件参数的温度、湿度、压力等)变化率p 称为网络函数对该参数的绝对灵敏度，记作： 。 t h p 在仿真软件中有灵敏度测试，可以直接使用对电路进行分析。 3.2.1 本地振荡器 本地振荡器同理可运用发射系统的西勒电路来产生振荡。 3.2.2 混频器电路设计混频器电路设计 根据要求中心频率为 465khz,所以本地振荡器的频率为 fl=fs+465khz=1.631mhz.在此 不再调试，后续的电路中直接用频率为 1.631mhz 的正弦波代替。 混频器相关公式为： （3.1） cos()cos() coscos 2 可以这样理解，为调幅信号频率量，为本振频率量，产生和差频。 混频原理图如下： 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 10 - 页 共 15 页 1/14/2019 示波器波形如下，左图为调幅信号波形，频率为 465khz。右图为将时间轴拉开以后的波形，可 以看到波形并无失真，并与前期理论分析所要求的波形一致。 3.3 检波电路检波电路 3.3.1 检波电路设计检波电路设计 小信号检波是高频输入信号的振幅小于 0.2v，利用二极管伏安特性弯曲部分进行频率变换，然后 通过低通滤波器实现检波。 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 11 - 页 共 15 页 1/14/2019 对于二极管包络检波的一个重要问题就是防止失真，产生失真的来源主要有三种：（1）二极管伏 安特性非线性引起的失真；（2）检波负载时间常数过大引起的惰性失真；（3）检波负载交、直流值 不同造成的平底切削失真。 对于二极管伏安特性非线性引起的失真，可以给二极管加一个微小的正向偏压，使它的静态工作 点处于导通点附近，从而减少二极管导通电压不为零造成的失真。任何瞬间都不产生惰性失真的条件 为： a 2 a m m-1 rc （3.2） 而， 调制频率。所以0.33 a m 3 0 22 3.14 10006.28 10frad s （3.3）不妨取 2 3 3 1 0.33 0.456 10 0.33 6.28 10 rc ，。 1 5rk 1 25cnf 任何瞬间都不产生削底失真的条件为：，其中 a m ac dc r r (3.4) 12 / / ac rrr （3.5） 1dc rr 又=5，因此取=10。取隔直电容=10。 1 rk 2 rk 2 cf 得输出波形如下，白色为调制信号，红色为包络检波输出。可以看到保真性良好 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf 第 - 12 - 页 共 15 页 1/14/2019 。 3.4 低频电压放大电路低频电压放大电路 3.4.1 低频电压放大电路设计低频电压放大电路设计 在输出端连接示波器观察波形是否失真，利用波特仪观察幅频特性等值，并测量频率，电压电流， 电路图如下： 611c15d85ff15d0ea12d94eaed7e89df.pdf611c15d85ff