简易振幅调制器的设计--课程设计.doc

高高 频频 电电 子子 线线 路路 课课 程程 设设 计计 简简 易易 振振 幅幅 调调 制制 器器 的的 设设 计计 0 目录目录 1、选题意义、选题意义2 2、总体方案、总体方案3 3.各部分设计及原理分析各部分设计及原理分析.4 3.1 载波放大电路部分 .4 3.2 调幅电路部分.6 4. 电路性能指标的测试电路性能指标的测试.8 4.1、高频功率放大部分测试 8 4.2、调幅电路功能测试 .9 4.2.1 双边带调幅波电路的测试 .9 5.实验结果分析实验结果分析.11 6 体会总结体会总结.13 参考文献参考文献14 附录附录15 附录附录 IIII 仿真电路图仿真电路图.16 1 1、选题意义、选题意义 调幅电路又称幅度调制电路，是指能使高频载波信号的幅度随调制信号 （通常是音频）的规律而变化的调制电路。幅度调制电路有多种电路型式，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。 本课题其理论意义十分广泛且重要，涉及方面广，而且对电路基础、模拟 电子线路、通信电子线路中的一些基础知识要求较高，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。 2 2、总体方案、总体方案 本次设计的原理框图如下（图 1）： 调幅波 图 1 原理框图 载波由高频正弦振荡产生电路直接产生即可，然后经过载波放大电路进行 放大，作为调幅波的载波，与调制信号源产生的调制信号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 若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 正弦振荡产 生电路 载波放大 电路 乘法器 调制信号 源 3 3.各部分设计及原理分析各部分设计及原理分析 3.13.1 载波放大电路部分载波放大电路部分。 3.1.1 根据设计要求，放大部分需要由丙类放大器才能满足其技术指标，原 理框图如下（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较高。 输入输出 图 4 工作原理 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馈电 阻和交流反馈电阻，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。 原理图如下（图 5） 第一级 甲类放大 第二级 丙类放大 4 图 5 3.1.2 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：A=5。RL后级等效负载阻抗， 因此，计算出的放大倍数为估算值。UO=5=2.5V。式中 Ui为输出电压，而 Uo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，无用的干扰比较大，所以采用部分 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， 0 1/LC beb c i o rR R U U Au 5 如图 6，采取电感部分接入法，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。效率而本部分效率 CCC LL D C uI Ru P P 0 2 / 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= =2.5，RL后级等效负载阻抗，而为前 L in R R 级的等效输入阻抗。Uo=2.5=6V,式中，Ui丙类放大器的输入电压，即前级放大 的输出电压，而 Uo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 =70，则 集电极电压利用效率设为 90%，则效率 =79%。 3.23.2 调幅电路部分调幅电路部分。 工作原理如下图（图 5） 图 6 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： 111 00 1 0 ( )11 22( ) ( )1 2( ) OcccmCC C dcCCcmCC PI UiV PI ViV ( )coscos 11 cos()cos() 22 ooC oCoC u tUtt UtUt 6 其中,可变电阻 RP 是用来抑制载波信号的,若要得到双边带调幅波,在调制信 号为 0 的基础上，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 的基础上，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 Uc=6V, ，将 Sa估算成 0.6 时，U=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。标准调幅波波形如下图 (图 7) 。 图 7 / aaC mS UU / aaC mS UU ( )( )cos(cos)cos (1cos)cos() ooCCaC CaCC u tUttUS Utt Umtt 7 4. 电路性能指标的测试电路性能指标的测试 4.14.1、高频功率放大部分测试 4.1.1 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 8 所示，经放大后输出幅值约为 2V，频率为 6MHz 的正弦波。 图 8 4.1.2 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 9。 8 图 9 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。 4.2、调幅电路功能测试 4.2.14.2.1 双边带调幅波电路的测试双边带调幅波电路的测试 仿真电路如图 10 所示 图 10 9 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 11 所示： 图 11 由调制信号的波形与其包络比较后得到以下结论：双边带调幅波的包络已经不 能反映调制信号的变化规律。 4.2.2 普通调幅波电路测试 仿真电路如图 12 图 12 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 13 所示。 10 图 13 由波形可以估算出 其调幅度大约为 50%。 5.实验结果分析实验结果分析 由以上数据可以看出，所设计的电路基本上满足技术指示。但本电路还有 一处不足之处，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，而放大电路部分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，使波形失真达到最小，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 / i u 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； clm u mc I 1 maxminoCCo a CC UUUU m UU 11 Ro 为集电极回路的谐振阻抗。 为集 0 2 1 0 2 111 2 1 2 1 2 1 R u RIIuP mC mCmCmCC 电极输出功率。为电源 Vcc 供给的直流功率； ICO 为集电极电流脉 coccD IuP 冲 ic 的直流分量。最后得到效率： 0 1 0 11 0 11 2 1 2 1 2 1 a a a a U U I I U U P P CC mc c mc CC mc D D 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 电路设计的一个不足之处，有待改进。 12 6 体会总结体会总结 本设计运用了模拟电子、系统与信号分析和高频电电子线路，以及电路原 理等相关知识。通过本次课程设计我学习了课程设计的相关流程，可以为今后 的毕业设计和写论文打基础。以前，总是感到自己所学的知识不知如何运用， 如何综合运用自己所学的知识。设计中同时将所学到的电路分析方法运用到实 践。 总之，在本次课程设计综合运用了我在大学里所学的电学和信号的相关知 识。让我体会到理论与实际的关系，增强了独立思考的能力。 13 参考文献参考文献 1 张肃文. 高频电子线路. 第四版. 北京：高等教育出版社，2004 年。 2 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2001 年。 3 康光华.电子技术基础.模拟部分.高等教育出版社，2006 年 。 4 康光华.电子技术基础.数字部分.高等教育出版社，2006 年。 5 邱关源.罗先觉.电路，高等教育出版社，2006 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。 14 附录附录 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6pF1 个 5C4，C7，C9，C11，C13，C14电容1nF6 个 6C3，C5，C12电容10nF3 个 7C6电容700pF1 个