小功率调幅高频发射机的设计

中南林业科技大学涉外学院 课程设计报告 设计课题 小功率调幅高频发射机的设计 专业班级 电子信息工程 二班 学生姓名 指导教师 设计时间 摘要 调频发射机目前处于快速发展之中 在很多领域都有了很广泛的应用 它可以用于演 讲 教学 玩具 防盗监控等诸多领域 这个实验是关于小功率调频发射机工作原理 分析及其安装调试 通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频发射机工 作原理和非线性电子线路的进一步理解 学会基本的实验技能 提高运用理论知识解 决实际问题的能力 目录 一 概 述 1 二 方案设计与论证 2 三 单元电路设计与参与计算 5 四 总原理图及元器件清单 11 五 心得体会 12 六 参考文献 12 一一 概述概述 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 将其变成在某一中心频 率上具有一定带宽 适合通过天线发射的电磁波 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 所谓调幅 就是指 是振幅随调制信号的变化而变化 严格的讲 就是指载波振幅与 调制信号的大小成线性关系 而它的频率和相位不变 振幅调分为四种方式 AM 普通 调幅 DSB 抑制载波双边带调幅 SSB 单边带调幅 VSB 残留边带调幅 通常 发射机包括三个部分 低频部分和电源部分 高频部分一般包括主振荡器 缓冲放大 倍频器 中间放大 功放推动级与末级功放 主振荡器的作用是产生频率稳定的载波 缓冲级主要是削弱后级对主振荡器的影响 低频部分包括话筒 低频电压放大级 低频功率放大级 调制是将要传送的信息装载 到某一高频振荡信号上去的过程 二二 方案设计与论证方案设计与论证 一 设计方案 一 采用传统的频振荡级 缓冲级 调幅级 激励级 功放输出级 这种方法能实现快 速频率变换 具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率 二 设计方案一 采用锁相环式频率合成器 利用锁相环 将压控振荡器 VCO 的输出频率锁定在所需要频率上 这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性 可以很 好地选择所需要频率信号 抑制杂散分量 并且避免了量的滤波器 有利于集成化和 小型化 但由于锁相环本身是一个惰性环节 锁定时间较长 故频率转换时间较长 而且 由模拟方法合成的正弦波的参数 如幅度 频率 相信都很难控制 二 方案论证 根据课程设计的要求 其工作频率为 10MHZ 输出功率为小功率 400mw 由于输出 的功率很小 所以它具有结构简单 体积小和质量很轻的特点 基于上述原理 可选 择最基本的发射原理 该结构由主振级 高频放大器 音频放大器 AM 调幅电路 缓 冲电路 一级功率放大结构组成 1 主振器 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 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 电容三点式振荡器的输出波形 比电感三点式振荡器的输出波形好 这是因为电容三点式振荡器中 反馈是由电容产 生的 高次谐波在电容上产生的反馈压降较小 输出中高频谐波小 而在电感三点式 振荡器中 反馈是由电感产生的 高次谐波在电感上产生的反馈压降较大 另外 电 容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高 主要原因是在电感三点 式振荡器中 晶体管的极间电容与回路电感相并联 在频率高时可能改变电抗的性质 在电容三点式振荡器中 极间电容与电容并联 频率变化不改变电抗的性质 因此振 荡器的电路型式一般采用电容三点式 在频率稳定度要求不高的情况下 可以采用普 通三点式电路 克拉泼电路 西勒电路 频率稳定度要求高的情况下 可以采用晶体 振荡器 也可以采用单片集成振荡电路 本电路采用克拉拨振荡器 频率稳定度是振 荡器的一项十分重要的技术指标 表示一定时间范围内或一定的温度 湿度 电源电 压等变化范围内振荡频率的相对变化程度 振荡频率的相对变化量越小 则表明振荡 频率稳定度越高 改善频率稳定度 从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外 界因素影响的程度 振荡回路是决定振荡频率的主要部件 因此 改善振荡频率稳定 度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力 这就是 通常所谓的提高振荡回路标准性 提高振荡回路标准性 除了采用高 Q 值和高稳定 的回路电容和电感外 还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容 实现温度补偿的作用 主振级 缓冲级 调幅级 高频功放 激励级 音频放大信号 或采 用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响 2 缓冲级 其作用主要是将主振级与后一级电路进行隔离 以减轻后面各级工作状态 变化 如负载变化 对振荡频率稳定度的影响以及减小振荡波形的失真 射随器作为缓 冲级有输入阻抗很大而输出阻抗很小的特点 将它并在主振级之后 因为输入阻抗很 大 所以不影响主振级的负载大小 也就实现了前一级和后一级的隔离 而缓冲级的 增益几乎为一 所以不影响信号大小 起到了很好的缓冲作用 3 调幅电路 振幅调制器的任务是将所需传送的信息 加载 到高频振荡中 以调幅 波的调制形式传送出去 通常采用低电平调制和高电平调制两种方式 采用模拟乘法 器实现调制的方法是属于低电平调制 输出功率小 必须使用高频功率放大器才能达 到发射功率的要求 采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制 如果集电 极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求 就可以在调制级将信号直接发射出 去 4 功率激励级 由于在本电路中 经模拟乘法器调制电路输出的调制信号较小 不能 满足末级功放的输入要求 因此 本电路中采用功率激励级来放大调制信号功率 5 高频功率放大器 高频功率放大器是调幅发射机的末级 它的任务是要给出发射机 所需要的输出功率 本设计研究的是小功率调幅发射系统 通常采用丙类功率放大器 如果一级不能满足指标要求 可以选用两级 一般末级功率放大器工作在临界状态 中间级可以工作在弱过压状态 调幅发射机的各单元电路可以用分立元件组成的电路 完成 也可以用集成电路来完成 三三 单元电路设计与参与计算单元电路设计与参与计算 调幅发射机各个单元电路包括主振级 缓冲级 音频信号放大级 调制级 输出信号 放大级 该设计中主振级使用克拉泼电路产生 10MHZ 的正弦波 音频放大级使用放大 器来实现对低频的放大 调制级使用 1496 芯片是实现信号的相乘 输出信号的功率放 大则是用了两级的丙类放大来实现输出信号的放大及滤波 在最后一级的丙类功率放 大级使用了 型匹配网络以实现负载的匹配 一 载波振荡器 本级用来产生 10MHz 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 或电压 其输出波形失真较小 为此 这里我采用克拉泼振荡电路 可以满足要求 二 音频放大器 音频电路参数 如上图所示 音频放大器采用了 UA741 电源由 7 管脚接入 2 管脚接地 1 管脚与地之间接退耦电容 C20 6 管脚和地之间接有源滤波退耦 电容 C23 信号由 3 管脚输入 经过放大后由 6 管脚输出 C22 送到受调放大 级 4 管脚到地之间接入 C21 和 R31 组成的负反馈电路 决定放大倍数的大小 R31 越小 电路增益越高 反之 增益越小 该放大器的倍数大约为 40 倍 三 调幅放大器 MC1496 的工作原理及电路图 1 MC1496 的内部结构 MC1496 是四象限模拟乘法器 其内部电路图和引脚图如图 10 1 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 调幅电路参数 调幅电路如上图所示 应课程要求 本调幅电路采用 1496 相 乘器 电路图采用硬件实验原理图 用 1496 集成电路构成的调幅器电路图如 图所示 图中 RP9 用来调节引脚 之间的直流平衡 R13 用来调节 之间的直流平衡 上通道 IN1 为载波信号 uC t 输入端 下通道 IN2 为调制信 号 u t 输入端 脚输出信号后接三极管 Q3 构成的驱动电路 射极跟随器 以提高调幅器的带负载能力 OUT 为已调信号 AM 输出端 幅度调制就是载 波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化 变化的周期与调制信号周期相同 即振幅变化与调制信号的振幅成正比 通常称高频信号为载波信号 低频信号 为调制信号 调幅器即为产生调幅信号的装置 四 功率放大级 该放大级电路是由一个缓冲级 激励级和一个一级丙类功放组成 缓冲级的参 数和第一级主振级所接缓冲参数相同 激励级用串馈方式 用一个高频扼流 圈来提供基级偏置电压 电路中耦合线圈起到谐振电感线圈和与下一级负载匹 配的作用 电路中的 Tr1 的电感量为 2 4uH 与主振级的电感电容值相同 起到 选频作用 一级丙类功放由三极管 高频扼流圈和匹配网络组成 由设计指 标中所要求的输出功率选取 400mW Vcc 为 12V 则该管的阻抗为 160 而设 计指标中的负载为 50 在三极管与负载之间加一个 型匹配网络以实现负载 的匹配 四 总原理图与元件清单四 总原理图与元件清单 三 元件清单 电容 50pf 1 个 1000pf 1 个 4000pf 1 个 0 022uf 1 个 0 01uf 8 个 0 047uf 1 个 0 1uf 1 个 0 022uf 2 个 0 02uf 1 个 46pf 1 个 26pf 1 个 电解电容 10uf 6 个 电阻 56K 1 个 36K 1 个 4K 1 个 10K 6 个 1K 6 个 1 2K 1 个 51 3 个 2 4K 1 个 3 9K 2 个 6 8K 1 个 510 2 个 79K 1 个 13K 1 个 3K 1 个 490 1 个 50 1 个 1K 电位器 2 个 10K 电位器 2 个 电感 56uh 1 个 11 9uh 1 个 56uh 1 个 0 05uh 可变电容 1 个 高频扼流圈 4 7uh 2 个 集成运算放大器 1 个 三极管 5 个 1496 芯片 1 个 五 心得体会五 心得体会 通过这次的高频课程设计 把自己所学的一些知识重新巩固了一次 同时 也学到 了不少课程以外的知识 这个高频课设使我建立起调幅发射机的整机概念 了解发射 机整机各单元电路之间的关系及相互影响 能正确设计 计算发射机的各个单元电路 主振级 激励级 输出级 调制级 输出匹配网络及音频放大器 初步掌握小型调幅 波发射机的调整及测试方法 动手和动脑是完全不同的 有了思路还不行 要付诸到实践 同时需要了解元器件 的用途 设计应该一小块一小块的来 将总体电路分成若干个子模块 使每个模块有 各自的不同的任务 再对各相对简单的子模块进行单独设计 最后将各个子电路组合 在一起完成整个电路 通过这次课设 加强了我的动手 思考和解决问题的能力 为 以后步入社会锻炼和培