《通信电子线路》课程设计（论文）-小功率调幅发射系统.doc

5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 1 页 共 17 页 摘 要 小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中 特别是在中短波 广播通信的领域里更是得到了广泛应用 原因是调幅发射机实现调幅简便 调 制所占的频带窄 并且与之对应的调幅接收设备简单 所以调幅发射机广泛地 应用于广播发射 本课设结合 Multisim 软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试方法进 行研究 Multisim 软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据 以及这之 间的所有分析 验证 和设计数据管理 使用 Multisim 等计算机软件对产品进 行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势 这类软件的问世也极大地提高 了设计人员在机械 电子等行业的产品设计质量与效率 本课题的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 对各级电路进行详细地探讨 并利用 Multisim 软件仿真设计了一个小功率调幅 发射机 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 2 页 共 17 页 11 15 2019 目 录 摘 要 2 第一章 设计目的 任务和要求 1 1 1 设计目的与任务 1 1 2 设计内容与要求 1 第二章 总体方案介绍及工作原理说明 2 2 1 小功率调幅发射机的系统设计 2 2 2 工作原理及说明 2 第三章 各部分的具体设计及分析 3 3 1 主振级 3 3 2 缓冲级 4 3 3 放大级 4 3 4 AM 调制电路 5 3 5 音频放大 6 第四章 电路仿真与分析 7 4 1 参数选择 7 4 2 仿真结果 9 4 3 仿真调试 12 参考文献 13 致 谢 14 附录 15 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 1 页 共 17 页 第一章 设计目的 任务和要求 1 1 设计目的与任务 学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题 巩固和运用在 通信电子线路 中所学的理论知识和实验技能 掌握通信电子系统的一般设计方法 提高设计能力和实 践动手能力 为以后从事电子电路设计 研发电子产品打下良好的基础 1 2 设计内容与要求 1 2 1 设计内容 1 小功率调幅发射系统 设计一个小功率调幅发射系统 要求为 6MHz 的中心频率 频稳度 输出调 5 10 幅波功率 P0max 200mW 调制系数 50 包络不失真 1 2 2 设计要求 1 选择提供课题 也可以自拟课题 2 打印 通信电子线路 课程设计说明书一份 给出课题的设计和制作 调试过程 3 根据技术指标要求 画出设计电路图 画出印制电路板图 4 设计时间 一周 5 制作 PCB 板 6 人员分组 一人一组一实物 选择同一课题的电路不能相同 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 2 页 共 17 页 11 15 2019 第二章第二章 总体方案介绍及工作原理说明总体方案介绍及工作原理说明 2 1 小功率调幅发射机的系统设计 调幅发射机主要包括三个组成部分 高频部分 音频部分和电源部分 此图省去了电 源这一部分 发射机的主要作用是完成有用的低频信号对高频信号的调制 将其变为在某一个中心 频率上具有一定带宽 适合通过天线发射出去的电磁波 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 主振级采用西勒振荡电路 输出的载 波的频率可以直接满足要求 不需要倍频器 系统原理图如图 2 1 所示 主振级缓冲级放大级AM调制 输出 网络 话筒音频放大 图 2 1 小功率调幅发射机的系统设计框图 2 2 工作原理及说明 图 2 1 中 各组成部分的的作用如下 振荡级 产生频率为 6MHz 的载波信号 缓冲级 将晶体振荡级与调制级隔离 减小调制级对晶体振荡级的影响 音频放大级 将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压 功放以及调幅级 增大载波输出功率 将话音信号调制到载波上 产生已调波 输出网络级 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 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 3 页 共 17 页 11 15 2019 第三章 各部分的具体设计及分析 3 1 主振级 主振级是调幅发射机的核心部件 主要用来产生一个频率稳定 幅度较大 波形失 真小的高频正弦波信号作为载波信号 高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几 百兆赫 而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制 一般选在 30 兆赫以下 主振器就是高频振荡器 根据载波频率的高低 频率稳定度来确定电路型式 该电 路通常采用晶体管 LC 正弦波振荡器 常用的正弦波振荡器包括电容三点式振荡器即克拉 泼振荡器 西勒振荡器 本级是用来产生 6MHz 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 电路图如图 3 1 所示 如图西勒振荡器电路所示 R1 R2 R3提供偏置电压使三极管工作在放大区 图 3 1 主振级 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 4 页 共 17 页 11 15 2019 3 2 缓冲级 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 主振级与缓冲级联调 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 R8 来提高缓冲输入级输入阻抗 也可通过减小 C6 即减小主振级与缓冲级的耦合来实现 同时负载 R9 也会对缓冲的输出波形也有很大影响 电路图如图 3 2 所示 图 3 2 缓冲级 3 3 放大级 无线通信中信号传输的距离决定于发射机的功率 因此发射机的功率要求尽可能的 大 整体效率要尽可能地高 主要决定于末级功放的效率 故放大级一般采用丙类或丁 类放大器 故电路图如图 3 3 所示 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 5 页 共 17 页 11 15 2019 图 3 3 放大级 3 4 AM 调制电路 AM 调制电路是为了实现调幅 输出网路功放级工作在丙类工作状态 故输出波形不 可避免产生了失真 为了滤除谐波 输出网络应有滤波性能 调幅是使高频载波信号的 振幅随调制信号的瞬时变化而变化 也就是说 通过用调制信号来改变高频信号的幅度 大小 使得调制信号的信息包含入高频信号之中 通过天线把高频信号发射出去 调幅 器可分为高电平调幅和低电平调幅 大功率广播和通信多采用高电平调平 这种调幅机 输出功率大 效率高 载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅 它们对输出功率 和效率要求不高 可以选用调幅特性较好的电路中 常见的调幅方法主要有乘法器调幅 开关型调幅电路 晶体管调幅电路 其中晶体 管调幅又分为基极调幅 集电极调幅 本课程设计采用二极管平衡电路进行调幅 二极管平衡电路也是最简单的调制电路 并且本设计对输出功率要求不高 音频信号和载波信号分别通过变压器 T1 T3 输入到调 制电路 然后经二极管进行调制 最后经 LC 谐振回路输出调制结果 电路图如图 3 4 所 示 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 6 页 共 17 页 11 15 2019 图 3 4 AM 调制电路 3 5 音频放大 本课程设计中 音频信号用如图 3 5 所示的电压源代替 采用 3354BM 运算放大器进 行功率放大 图 3 5 音频放大电路 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 7 页 共 17 页 11 15 2019 第四章 电路仿真与分析 4 1 参数选择 4 1 1 振荡级的计算 已知条件 Vcc 12V fo 6MHz 选择的晶体管型号是 3DG12B 仿真是实选与其相近的 D42C12 其 放大倍数 50 ICQ 3mA VCEQ 6V VEQ 0 2VCC 依据电路计算 R3 VCEQ VEQ ICQ 12 6 0 2 12 V 3 mA 1 2K 3 10 R4 VEQ ICQ 0 2 12V 3 mA 800 3 10 IBQ ICQ 3mA 50 0 06 mA R1 VBQ 10IBQ VEQ 0 7 V 10 0 06 mA 5 1K 3 10 R2 VCC VBQ 10IBQ 12 3 1 V 0 6 mA 15K 3 10 因为 4 143 3 1 2 1 1 1 1 4CC CCC CC 且 4 2 43 2 1 2 1 0 CCLLC f C5 为旁路电容 取 C5 33 nF 又不能太小 Rp 变大 振幅增大 波形受限 会增加 1 2 C C 输出波形的高次谐波 太大 又不能完全补偿振荡电路损耗 而停振 故取 1 2 C C 2 C1 300 pF C2 620 pF 1 2 C C 故有 4 3 2 0 2 1 43 f LCC 16 1003 7 取 L1 8 H C2 50 pF 则可变电容应取 20 360 pF 4 1 2 缓冲级的计算 主振级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 R8 来提高缓冲输入级输入阻抗 也可通过减小 C6 即减小主振级 与缓冲级的耦合来实现 同时负载 R9 也会对缓冲的输出波形也有很大影响 由于射级输出器具有输入阻抗高 输出阻抗低 电压放大倍数近似等于 1 晶体管的 静态工作点应位于交流负载线的中点 取 VCEQ VCC 2 ICQ 3 10mA 则取 VCEQ 6V ICQ 4mA 选晶体管 D42C12 60 所以有 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 8 页 共 17 页 11 15 2019 R7 R8 VCEQ ICQ 6V 5 mA 1 5K 取 R7 1K 电阻 R8 1K 电位器 3 10 R5 VBQ 10IBQ VEQ 0 7 V 10 0 06 mA 10K 3 10 R6 VCC VBQ 10IBQ 12 3 1 V 0 6 mA 7 9K 取 R6 R5 10K 3 10 4 1 3 放大级电路的计算 已知条件 12V fo 6MHz 输出调幅波功率0 2W CC V O P 0 60 0 0 50 a m 0 089W maxC P 2 1 a O m P 2 5 01 2 0 选晶体管 3DG12 仿真是选用 MJW16012 VUCES6 0 mWPCM700 mAICM300 为了获得较高的输出效率 选丙类功率放大器在载波点于临界状态 30 MHzfT150 可知 0 60 谐振回路最佳负载电阻为 P R 743 P R max 2 2 c CC P V 089 0 2 122 得集电极基波电流振幅为 Imc1 15 48mA Imc1 P c R P max 2 743 089 0 2 得集电极电流脉冲最大值及其支流分量为 IcmIco 38 696mA Icm 1 1 Imc 4 0 01548 0 0 21 38 696 8 126mA Ico 0 Icm 得电源供给的直流功率为 0 008126 97 5mW PDIco CC V12 得集电极耗散功率为 0 828 0 714 8mW PCPDPO 设放大级增益 13dB 20 倍 输入功率为 P A 4 45mW P i A P P 0 得放大级的输入阻抗 25 bbi rR 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 9 页 共 17 页 11 15 2019 得本级输入电压的振幅VPRV iii 47 0 2 计算谐振回路及耦合回路的参数 输出变压器线圈匝数比为 设负载 取 2 5 若取集电极并联谐振回路的电容25 0 2 3 P L R R N N L R 3 N 2 N C 60pF 得回路电感为 L 12H Cf 2 0 2 1 取 0 01F 47H 0 01F 0 01F 0 01F 2 2H 11 C 2 L 12 C 13 C 10 C 3 L C 60pF 取 30 pF 30 360pF 8 C 9 C 8 C 9 C 4 1 4 AM 调制电路的计算 滤波回路的计算 有 4 4 LC f 2 1 故 LC 2 0 2 1 f 15 1042 1 所以取 C1 30 360pF L1 10 30H 4 1 5 音频级电路的计算 本级电路计算参照谢自美 电子线路设计 实验 测试 第三版 第 5 7 节设计举例 4 2 仿真结果 仿真图如图 4 1 所示 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 10 页 共 17 页 11 15 2019 图 4 1 仿真图如图 4 2 所示 图 4 2 仿真图如图 4 3 所示 图 4 3 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 11 页 共 17 页 11 15 2019 仿真图如图 4 4 所示 图 4 4 仿真图如图 4 5 所示 图 4 5 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 12 页 共 17 页 11 15 2019 4 3 仿真调试 从主振级出发 一步一步进行调试 知道每一部基本符合要求的情况下再进行下 一步级联 调试的后最终没有得到调幅波 可能是由于音频信号干扰太 并且在仿真软 件中所用的元件与计算所要求的不满足 只是接近 变压器匝数也不可变 整机调试故障分析 主振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况 产生的主要原 因是缓冲级的输入阻抗不够大 使主振级负载加重 这可通过增大缓冲级的射极电阻 R8 来提高缓冲输入级输入阻抗 也可通过减小 C6 即减小主振级与缓冲级的耦合来实现 本机振荡级 缓冲级 话语放大级以及调制级联调时 往往会出现过调幅现象 产 生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压 V0偏小或者是话音放大级输出的调制电压 V 过大 调整话音放大级增益 以满足调幅度ma 50 的技术指标要求 要耐心的调试 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF 第 13 页 共 17 页 11 15 2019 参考文献 1 曹才开 高频电子线路原理与实践 湖南 中南大学出版社 2010 2 康光华 电子技术基础 模拟部分 第五版 北京 高等教育出版社 2006 3 谢自美 电子线路设计 实验 测试 第三版 武汉 华中科技大学出版社 2000 5684DB48CA214EF4FF26FD317FE2DAFF PDF5684DB48CA214