课程设计--中波电台发射、接收系统.doc

哈尔滨工业大学课程设计论文Harbin Institute of Technology课程设计论文课程名称： 通信电子线路 设计题目：中波电台发射、接收系统 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2013.10. 24-11.08 哈尔滨工业大学0哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：英才学院 专 业： 班 号： 任务起至日期： 2013 年 10 月 24 日至 2013 年 11 月 08 日 课程设计题目：中波电台发射、接收系统的设计 已知技术参数和设计要求：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。本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。 高频小功率晶体管 3DG6 高频小功率晶体管 3DG12 集成模拟乘法器 XCC，MC1496 高频磁环 NXO-100 运算放大器 A74l 集成振荡电路 E16483AM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。本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。晶体三极管 3DG6晶体二极管 2AP9 集成模拟乘法器 xCC，MCl496中周 10A型单片调幅接收集成电路 TA7641BP摘 要：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；接收机的任务是将接收到的高频已调幅信号进行解调，将其变为低频的信号。通常，发射机包括高频振荡、低频信号、调制和功放四大部分；超外差调幅接收机包括本地振荡、混频器、解调和功放四大部分。关键字：调幅、发射机、解调、接收机1、 中波电台发射系统设计1.1 设计目的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，了解高频振荡器电路、高频放大器电路、调制器电路、音频放大电路的工作原理，学会分析电路、设计电路的方法和步骤。1.2 设计要求技术指标：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。本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。 高频小功率晶体管 3DG6 高频小功率晶体管 3DG12 集成模拟乘法器 XCC，MC1496 高频磁环 NXO-100 运算放大器 A74l集成振荡电路 E164831.3 设计原理 发射机包括高频振荡、低频信号、调制和功放四大部分。载波信号振荡器主要产生一个频率稳定的幅度较大的，波形失真小的高频正弦波信号作为发射载频信号。缓冲级将的作用是前后两部分隔离开，减小后一级对前一级的影响。该级电路通常才用LC谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。缓冲级将的作用是前后两部分隔离开，减小后一级对前一级的影响。音频处理器是提供音频调制信号，通常采用低频电压放大器和功率放大电路把音频调制信号送到受理级去完成调幅功能。振幅调制使用乘法器将高频振荡信号和低频语音信号相乘得到高频载波信号；再经高频功率放大器放大调制信号的功率，以达到发射机对功率的要求，同时该级输出波形不能失真，否则影响发射效果。调幅发缓冲缓冲载波信号 振荡器音频功率放大器振幅调制高频功率放大器音频信号振荡器高频功率放大器发射射机系统原理框图如图1.1所示。 图 1.1 调幅发射机系统原理框图1.4 设计方案1.4.1 载波信号振荡器载波信号振荡电路的输出是发射机的载波信号源，要求它的振荡频率应十分稳定。一般简单的LC振荡器其振荡频率在之间，经过改进的电容三点式反馈振荡器希勒振荡器具有较好的频率稳定度，而且可以在较宽范围内调节频率。因此，本次设计采用希勒振荡器。希勒振荡器的电路图如图1.2所示。图 1.2 希勒振荡器的电路图1.设置静态工作点：振荡器的静态工作点取，三极管的。由可得，为提高电路的稳定性，的值可适当增大，取，则。若取流过的电流，则由得，即。可以用电阻与电位器串联，以便调整静态工作点。2.计算主振回路元器件值:由希勒振荡器的振荡频率计算方法得，若取，则，取，。电容、由反馈系数及电路条件决定，若取，由于，则取，取耦合电容。3.频率稳定度的计算由于电路条件是，C3与C4同数量级。回路总电容为：。Xce为容抗，Xbe为容抗同性质。Xcb可等效为感抗，与Xce、Xbe反性质。满足电容三点式振荡器的相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。总的电容增量为：，其中，p1、p2可以同时减小，C可很小，故频率稳定度比一般电容三点式高，调频时，输出振荡电压幅度基本平稳，可在宽频段工作，作为波段振荡器。 管组成的是缓冲级，主要目的是隔离高频振荡级与调制级，减小调制级对高频振荡级的影响，减小调制级输入阻抗对高频振荡级输出阻抗的影响。用multisim仿真画的原理图如图1.3，波形图如图1.4,测得的频率如图1.5，幅度如图1.6所示：图 1.3 高频振荡器仿真原理图图 1.4 高频振荡仿真波形 图 1.5 高频振荡频率测试 图 1.6 高频振荡幅度测试1.4.2 低频信号放大器本次设计是利用运算放大器A74l对低频信号进行功率放大。其电路图如图1.7所示。相关参数计算：、调节运算放大器正端输入的静态工作电压值，为了是同相端的静态（输入电压为零时）工作点，即，分别取。静态时，放大器输出断的电压应等于同相端的直流电压，即。和是耦合电容，由于音频的频率相对较低，所以选择。因此，放大器的电压增益为。图 1.7 低频信号放大器电路图1.4.3 模拟乘法器调幅本设计使用的是集成模拟乘法器MC1496。MC1496是四象限模拟乘法器，其内部电路图和引脚图如图8所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。引脚与接输入电压，与接另一输入电压，输出电压从引脚与输出。引脚与外接电阻，对差分放大器V5、V6产生电流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。引脚为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚外接电阻，用来调节偏置电流及镜像电流的值。 图 1.8 MC1496引脚图 图 1.9 MC1496内部电路图本次设计的乘法器调幅电路图如图1.10所示：图 1.10 调制器电路1.静态工作点设置静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集基间电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。MC1496的最大允许工作电压是V，对于图9所示的内部电路，在应用时，静态偏置电压应满足下列关系：，为了是输出上下调制对称，在设计外部电路时，还应使，而且引脚与引脚所对应的负载电阻应相等，即。2.调幅器的测试将本地载波信号输入引脚，调节的值是输出电压使得输出波形为的调幅波。由三极管组成的是缓冲级，它将功率放大级与调制级隔离开，减小后一级对前一级的影响。用multisim仿真(假设音频信号的输入有效值是1V)画的原理图如图1.11，波形图如图1.12所示：图 1.11 调幅器仿真电路图图 1.12 调幅器仿真波形图1.4.4 功率放大器在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频调谐功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。本设计采用丙类功率放大器。集电极基波电压的振幅，式中，是集电极基波电流的振幅；为集电极负载阻抗。集电极输出交流功率。集电极电源提供的直流功率，式中是集电极电流脉冲的直流分量。电流脉冲经傅里叶级数分解，可得峰值与分解系数，。集电极耗散功率，集电极的效率，其中：为集电极电压利用系数。图1.13表示了功放管特性曲线折线化后的输入电压与集电极电流脉冲的波形关系。由图可得：，式中，为晶体管的导通电压，为输入电压的振幅，为基级直流偏压。图 1.13 功放管特性曲线（1）丙类功率放大器1. 确定放大器的工作状态为获得较高的效率及最大输出功率，将功放的工作状态选为临界状态，取，此时集电极的等效负载电阻，集电极基波电流振幅，得集电极电流脉冲的最大值及其直流分量，即，。得电源提供的直流功率，集电极耗散功率。假设本级功率增益为（即20倍），则输入功率。三极管的，。2. 计算谐振回路及耦合回路的参数丙类功放的输入、输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗，取。若取集电极并联谐振回路的电容，若采用NXO-100，由得。3. 基级偏置电路参数计算基级直流偏置电压，得射级偏置电阻。（2） 宽带功率放大器设计1. 计算电路参数宽带功率放大的输出功率应等于下一级丙类功放的输入功率，其输出负载应该等于丙类功放的输入阻抗，即。设高频变压器的效率。功放集电极的输出功率为，若取功放的静态工作电流，得集电极电压的振幅及等效负载电阻分别为，进而射级直流反馈电阻为。又，取初级匝数为，次级匝数。2. 计算静态工作点由上述计算可得静态时晶体管的射级电位为，。高频功放的电路原理图如图1.14所示。图 1.14 高频功放的电路原理图2、 中波电台接收系统设计2.1 设计目的要求掌握最基本的小功率调幅接收系统的设计与安装调试，了解已调频信号放大器电路、混频器电路、解调器电路、音频放大电路的工作原理，进一步学习分析电路、设计电路的方法和步骤。2.2 设计要求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。本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。晶体三极管 3DG6晶体二极管 2AP9 集成模拟乘法器 xCC，MCl496中周 10A型单片调幅接收集成电路 TA7641BP2.3 设计原理普通直放式接收机的优点是灵敏度高，输出功率较大，适用于固定频率的接收。但也存在缺点：多个电台接收时，调谐比较复杂。且高频放大器的放大倍数在频率高端比频率低端小，对不同的电台的接收效果会不同。而超外差接收机克服了这一缺点，它的特点是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。电压增益可以做大，选择性可以做高。本机振荡频率的调节与混频器输入回路的调谐时同步进行的，必须保持角频率差为固定的中频。多电台接收只需调节本振即可，方便快捷。接收机的主要任务是从已调制AM波中解调出原始有用信号，主要由输入电路、高频放大、混频电路、本地振荡、解调电路、低频功率放大电路和喇叭或耳机组成。接收高频小信号放大器混频器解调器音频放大器本地振荡器本地振荡器输入电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，经过高频放大电路送给混频电路。混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，本次设计为465KHz。中频放大器将中频调幅信号放大到解调器所要求的大小。由解调器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给低频放大器。低频放大器将解调出来的音频信号进行放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。调幅接收机系统原理框图如图2.1所示。图 2.1 调幅接收机系统原理框图2.4 设计方案2.4.1 输入回路输入回路应使在天线上感应到的有用信号在接收机输入端呈最大值。设输入回路初级电感为，次级电感为，选择和使初级回路和次级回路均调谐于接收机工作频率。在设定回路的LC参数是，应使L值较大。因为(为回路电阻，由回路中电感绕线电阻的电容引线电阻组成)，值越大，回路的选择性越好。但电感值也不能太大，电感值打则电容值就应减小，电容值太小则分布电容就会影响回路的稳定性，一般取，为高频放大电路中的晶体管的输入电容。2.4.2 高频放大电路小信号放大器的工作稳定性是一项重要的质量指标。单管共发射极放大电路用作高频放大器时，由于晶体管反向传输导纳对放大器输入导纳的作用，会引起放大器工作不稳定。当放大器采用如图2.2所示的共射-共基级联放大时，由于共基电路的特点是输入阻抗很低和输出阻抗很高，当它和共射电路连接时相当于放大器的负载导纳很大，此时放大器的输入导纳。晶体管内部的反馈影响相应的减弱，甚至可以不考虑内部反馈的影响，稳定性大大提高。图 2.2 共射-共基级联放大在对电路进行定量分析时，可把两个级联晶体管看成一个复合管，这个复合管的导纳参数（y参数）由两个晶体管的电压、电流和导纳参数决定。一般选用同型号的晶体管作为复合管，那么他们的导纳参数可认为是相同的，只要知道这个复合管的等效导纳参数，就可以把这类放大器看成是一般的共射级放大器。用、分别代表复合管的输入导纳、反向传输导纳、正向传输导纳和输出导纳，在一般的工作频率范围内，是晶体管输入导纳，是晶体管输出导纳，晶体管正向传输导纳，放大器负载导纳。其电路图分析如图2.3、图2.4所示。 图 2.3 共射-共基级联电流电压示意图 图 2.4 共射电流电压示意图其电流电压关系如下： 则复合管的等效y参数为由以上几式可见和与单管情况大致相等，这说明级联放大器的增益计算方法和单管共射电路的增益计算方法相同；远小于单管情况的（约为的），这说明级联放大器工作稳定性大大提高。在图2.2中，、为和的偏置电阻，、为去耦电路，用于防止高频信号电流通过公共电源引起不必要的反馈。变压器和电容组成单调谐回路。在设置该电路的静态工作点时，应使两个管子的集射电压大致相等，这样能充分发挥两个管子的作用，使放大器达到最佳直流工作状态。设，则。设，则；取，则，。设回路电感量，则.2.4.3 本地振荡电路（1） 混频器本地载波混频器本地载波仍然是高频振荡器，经过计算得，晶体管组成的是隔离级，将高频振荡和混频器隔离开。其原理和参数计算方法和发射机系统中的高频载波振荡一样，只是振荡频率和静态工作点稍有不同，计算出的结果和连接的电路图如图2.5所示。图 2.5 混频器本地载波电路原理图用multisim仿真画的原理图如图2.6，波形图如图2.7，频率测试值如图2.8，幅度测试如图2.9所示：图 2.6 混频器本地载波仿真电路图图 2.7 混频器本地载波波形图 图 2.8 混频器本地载波频率 图 2.9 混频器本地载波幅度（2） 解调器本地载波解调器本地载波的振荡频率，晶体管组成的是隔离级，将高频振荡和混频器隔离开。计算出的结果和连接的电路图如图2.10所示。图 2.10 解调器本地载波电路图用multisim仿真画的原理图如图2.11，波形图如图2.12，频率测试值如图2.13，幅值测试如图2.14所示：图 2.11 解调器本地载波仿真电路图图 2.12 解调器本地载波仿真图 图 2.13 解调器本地载波频率 图 2.14 解调器本地载波幅值 2.4.4 混频电路混频的作用是不失真地将输入已调信号的频谱从某一频率搬移到另一频率位置上，混频电路也就是一种频谱搬移电路。模拟乘法器混频电路的工作原理和模拟乘法器调幅电路的工作原理相似，分析后所得的电路图如图2.15所示：图 2.15 混频电路用multisim仿真画的原理图如图2.16，波形图如图2.17，频率测试值如图2.18，如图2.19所示：图 2.16 混频器仿真原理图图 2.17 混频器仿真波形图图 2.18 混频器输出频率 2.4.5 解调电路解调信号常用的解调方法有两种，即包络检波法和同步检波法，本设计使用同步检波法，其工作原理和计算方法在发射系统中已经介绍，由于解调出波含有一部分高频信号和相要的低频信号，所以应设置低通滤波器，由、构成低通滤波器，最后得到其电路图如图2.19所示：图 2.19 解调电路用multisim仿真画的原理图如图2.20，波形图如图2.21所示：图 2.20 解调仿真电路图图 2.21 解调输出信号波形图2.4.6 功率放大电路功率放大本次设计采用小信号调谐放大器，谐振频率等于输入低频信号的频率，与发射机中功率放大的分析方法一样，最后得出的电路如图2.22所示。图 2.20 功率放大电路图三、结束语模拟调制系统是电子信息工程通信方向最主要的模块之一，通过在课堂上对理论知识的