AM接收机高频振荡器设计

1 目目录录 第 1 章 AM 调幅系统设计 2 1 1 调幅发射机简介 2 1 2 调幅接收机简介 2 1 3 系统设计 3 1 4 系统仿真 3 第 2 章 高频振荡电路设计 7 2 1 电路形式选择 7 2 2 晶体管的选择 8 2 3 起始工作点和工作状态的选择 9 2 4 晶体管负载 RE的选择 10 2 5 直流偏置的计算 10 2 6 高频电路的计算 11 2 7 反馈电路的计算 12 2 8 元件的选取 13 第 3 章 附录 14 2 第 4 章 总结 15 第 5 章 参考文献 16 第 1 章 AM 调幅系统设计 1 1 调幅发射机简介调幅发射机简介 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 通常 发射机包括三个部分 高频部分 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能 主振荡器的作用是产生频率稳定的载波 为了提高频率稳定性 主振级往往采用石英晶体振荡器 并在它 后面加上缓冲级 以消弱后级对主振器的影响 低频部分包括话筒 低频电压放大级 低频功率放大级与末级 低频功率放大级 低频信号通过逐渐放大 在末级功放处获得所 需的功率电平 以便对高频末级功率放大器进行调制 因此 末 级低频功率放大级也叫调制器 3 调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡 载频 信号上的 过程 所以末级高频功率放大级则成为受调放大器 1 2 调幅接收机简介调幅接收机简介 调幅接收机是接收设备 是从信道上接收有用高频调幅信号并 对其进行相关处理后 从中恢复出与发送端一致的原音频信号 为此 它必须具有从众多信号中选择有用信号 抑制其它信号干 扰的能力 调幅接收系统具体包括输入回路 高频放大器 混频 器 本地振荡 中频放大器 检波器 低频放大器 各部分的功能如下 1 输入回路 从接收天线上接收到的信号中提取出有用信 号 2 高频小信号放大器 把输入回路收到的微弱信号放大 3 混频器 将高频信号调制成中频信号 4 中频放大器 将中频信号的幅度进行放大 5 检波器 将调幅信号的载波去掉 6 低频放大器 将音频信号的幅度进行放大 1 3 系统设计系统设计 系统设计总体思路如图 1 4 图 1 系统设计原理框图 1 4 系统仿真系统仿真 1 利用 SystemView 软件对系统进行仿真 步骤如下 将频率相同的音频信号用三路频率不同的载波进行调 制 并加上相应载波包络 成为调幅波 将三路调幅波用一个带通滤波器滤波 得到所需调幅波 将得到的调幅波与本地振荡混频 并进行滤波 得到中频 信号 然后进行中频放大 经过包络检波 去掉载波 得到与音 频同频信号 经过低通滤波 滤除噪音 然后低频功放得到原始音频 信号 2 系统仿真结果如图 2 所示 5 图 2 系统仿真图 3 参数说明 利用带通滤波器选取频段为 300HZ 3KHZ 的模拟信号 模拟信号的三个载波的频率分别为 55KHZ 65KHZ 75KHZ 幅度都是 1V 本地振荡频率 100KHZ 选取模拟信号的带通滤波器均是上限频率 3KHZ 下限频 率 300HZ 作用是选取一段符合要求的模拟信号 选择中频信 号的带通滤波器上限频率为 35KHZ 下限频率为 25KHZ 作用 是对中频信号的滤波 作为相干解调的低通滤波器中心频率 为 5KHZ 用于解调的载波的频率为 30KHZ 放大器模块分别为 34 35 36 37 作用是对信号幅度的 放大 4 仿真波形 1 模拟信号波形 t28 6 2 AM 信号 t29 3 中频信号 t21 4 滤波后的中频信号 t20 7 5 检波后波形 t10 第 2 章 高频振荡电路设计 2 1 电路形式选择电路形式选择 我们主要是根据给定的频率范围以及对振荡频率的要求而确 定采用哪种形式的振荡电路 RC 振荡器的频率稳定度一般为 低频正弦波振荡器 2 10 3 10 一般就是采用的 RC 振荡电路 RC 振荡器又分为移相式 RC 振荡器 和串并联 RC 振荡器 即文氏电桥振荡器 后者性能较好所以被 广泛采用 8 下面我们重点介绍一下 LC 振荡电路 其一般采用的电路形式 电容回授三点式振荡器 变压器回授振荡器 电感回授三点式振 荡器 首先 运用较广的是电容回授三点式振荡器 其频率范围为几 兆赫兹至几百兆赫兹 工作频率可以做的很高 这种电路把晶体 管的输入输出电容 引线分布电容并联在回路电路两端 构成反 馈电容的一部分 另外由于反馈电容对高次谐波呈现低阻抗 因 此输出信号的波形好 频谱较纯 并且在工作频率升高时 不会 使反馈性质发生变化 其次是变压器回授振荡器 在一般接受机本振电路中常采用这 种电路形式 它的工作频率较低 通常为几十千赫兹至几十兆赫 兹 它具有结构简单 频率调节方便 频率范围宽 易于起振等 优点 不过频率再高就很难制作高频性能很好的变压器 再者是电感回授三点式振荡器 它属于一种常用电路 因为这 种电路波段较宽 调节频率方便 它的工作频段为几兆赫兹至几 十兆赫兹 它不宜用在几十兆赫兹以上的频段 另外 还有改进型回路回授电路 它主要在频率稳定度要求较 高的场合采用 如西勒电路 西勒电路具有调节频率方便 有一 定的频率宽度 波段内振荡电压较平稳等优点 故用得非常广泛 但本次课程设计因为振荡频率要求可调 波段覆盖系数不太大 频率稳定度要求又较高 故选择西勒电路 另外为了避免变化引 起的频率不稳 采用射极输出电路 西勒电路的基本构成如图 3 所示 9 图 3 西勒电路 2 2 晶体管的选择晶体管的选择 晶体管的选择 一般要求集电极耗散功率富裕量较大 热稳定 性好 要高 输入输出电容要小的 一般而言 选择硅管就可 T f 以 在通信系统中 一般要求设计高稳定度 小功率的振荡 因此 选用高的晶体管成为选管的主要原则 虽然晶体管的最大振荡 T f 频率一般大于特征频率 但当振荡器振荡在晶体管的附 R f T f T f 近时 晶体管本身的相移成为不可忽略的因素 这样势必造成频 率稳定度大大下降 因此通常要求大于三至十的最高振荡频率 T f 即 max 10 3 ffT 因此 本次设计晶体管我们选用 3DG4 这种晶体管的参数如 下 200 T fMHZ 30 ceo BVV 42 ie h 10 5 ob CPf 20 180 fe h K100 hoe 1 显然 10MHz 能符合振荡的要求 另外选择硅管 maxT ff 是因为硅管的热稳定性比较好 2 3 起始工作点和工作状态的选择起始工作点和工作状态的选择 因为振荡器是工作在大信号状态 必然要进入晶体管的非线性 区域 因此起始工作点和最后的工作状态是不同的 为了提高振 幅稳定度 一般均采用分压式偏置电路和发射极自给偏压电路 1 起始工作点的选择原则 起始工作点是由静态偏置确定的 应该考虑 下列几点 1 为了保证起振条件 即在起始工作点上晶体管有足够 的放大倍数 使回归比 TO KOKfu 1 因此 Ico不应选的太小 2 起始工作点的选择又应保证稳定状态时晶体管不工作 到饱和区 因为工作在饱和区的晶体管输出阻抗将大大减小 它 并联在振荡回路两端会大大降低回路的 Q 值 从而使输出波形变 坏 频率稳定度下降 所以我们不希望振荡器由进入饱和区来使 振荡稳定 基于这种考虑 Ico不应选的太大 考虑到这两个因素 在小功率振荡器中总是使起始静态工作点 远离饱和区 而接近截止区 一般选 Ico 0 5 2 mA 2 稳定工作状态的选择 1 为提高频率稳定度 一般不希望在稳定状态时晶体管 进入饱和区 2 由于振荡器的效率不是主要要求 也不希望晶体管工 作到通角很小的丙类状态 11 一般设计在乙类或甲乙类的欠压状态 稳定状态的确定决定 于 起始工作点 Ico 的选择和起振时回归比 To 的选择 一般根 据经验选起振时的回归比 To KoKfu 2 5 To选的大起振容易 振荡强 输出功率也较大 但容易进入饱 和区 波形较差 为了减小晶体管输入电阻 hie 和输入电容 Ci 等不稳定因素的 影响 晶体管与回路的耦合因比较松 也就是 Kfu比较小 一般 选 Kfu 0 2 0 5 2 4 晶体管负载晶体管负载 Re 的选择的选择 晶体管的选择我们可根据振荡器的振幅条件来确定 因为负载 电阻的大小 会影响工作状态 输出功率和振荡器的起振 e R 是根据回归比和反馈系数的经验选择来决定的 e R 0fu TK K fu K 因此 当要求振荡器输出一定功率时 则的选择应满足晶体管 e R 输出功率的要求 并应按高频功率放大器进行计算 但稳定状态 又是未 知的 因此要经过多次设计 反复的实验才能达到设计要求 2 5 直流偏置的计算直流偏置的计算 偏置电路的计算原则与放大器的分压式偏置电路的计算是一样 的 其基本估算的方法如下 发射极对地电压 集电极对地电压 0 2 ec UE Ec 12V 上偏置电阻中的电流 1 0 6 c UE 1 5 10 b II 1 现选定 Ico 1 5mA V0 22 4 ec UE Re Ue Ieo Ue Ico 2 4V 1 5 mA 1 6 K 12 2 选 0 70 7 128 4 cc UEVV Rc Ec Uc Ico 12V 8 4V 1 6mA 2 25 K 3 选 I1 6Ib Ib Ico hfe 1 6mA 80 20uA I1 6Ib 6 20uA 120uA R1 Ec Ub I1 Ec Ue 0 7 120mA 74 17 K R2 Ub I1 Ib Ue 0 7 I1 Ib 31 03 K 2 6 高频电路的计算高频电路的计算 谐振回路由和 C 串联 并联再与 L 并联组成 如图 0 C 123 C C C 4 所示 图 4 等效并联谐振回路 在选择 L C 时有较大的灵活性 L 选得较大 回路阻抗 0 C 就高 就大 反过来选得越大 晶体管输出输入电容以 0 K 0 CC 及杂散电容的影响就小 频率稳定度就高 这个电路中我选 L 8uH 为了调节复盖系数 L 制成带磁芯的 线圈 电感量可以通过调节磁芯的位置来进行微调 f fmin 6MHZ C0 C 1 2 fmin 2L 1 2 6M 2 8uH 126 7pF 13 f fmax 12MHZ C0 C 1 2 fmax 2L 1 2 12M 2 8uH 22 01pF C0 与 C 的分配也有较大的灵活性 C 选得大些频率稳定度高 而选的大些频率复盖就比较宽 0 C 这里选为 4 110pF 的单连可变电容 因此选 C 20pF 0 C 2 7 反馈电路的计算反馈电路的计算 T0 KoKfu 4 Kfu C1 C2 0 4 Ko hfe hie Re 为了保证很小的晶体管也可以起振 所以取 50 fe h fe h 由上面的公式得三极管输出端等效电阻 Re TOie kfuhfe 4 420 0 4 50 84 从三极管输出端右侧看过去的等效电路如图 5 所示 图 5 三极管右侧等效电路 电感线圈的 Q 值采用 80 并代入 得 min f RT 80 2 6MHZ 8uH 24 12K T RQ L 40 L RK 30 i RK 14 把每个电阻折合到 c e 两端 折合到 c e 两端 hie 420 C2 C1 2420 ie h Rc 2 25K 折合到 c e 两端 Rc 2 25K C2 C1 C2 2 折合到 c e 两端 RL 9 25 K C C1 29 25 L RK 带入 Re 84 以及 kfu C1 C2 0 4 得 2 1 2 9250 1 1124 1 2625 1 84 1 C C 得 C1 9 8C 9 8 20pF 196pF C2 2C1 392pF pFpFCC196208 98 9 1 pFCC3922 12 由公式带入数据得 321 1111 CCCC 解得 pFC25 23 3 1 20 1 196 1 392 1 C3 解得 C3 23 25pF 由公式 1 C 1 C1 1 C2 1 C3 带入数据得 1 20 1 196 1 392 1 C3 解得 C3 23 25pF 2 8 元件的选取元件的选取 计算出的各个元件参数在实际中难以找到 所以需要进行适当 2 C1 C 9250 2 C 2 C 1 2 C 2250 1 2 C1 C2 420 1 Re 1 2 1 C C 9250 1 1134 1 2625 1 84 1 15 调整 实际采用值如下 C0 4 110pF 74K 31K Re 84 0 2 7CPf 1 R 2 R Rc 2 25K RT 24K 196p40 L RK 30 i RK 1 C F 392pF 23pF L 8uH 2 C 3 C 第 3 章 附录 整机电路图如图 6 所示 图 6 整机电路图 16 第 4 章 总结与体会 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只有理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结 合起来 从理论中得出结论 才能真正为社会服务 从而提高自 己的实际动手能力和独立思考的能力 在设计的过程中遇到问题 可以说得是困难重重 这毕竟第一次做的 难免会遇到过各种各 样的问题 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处 对以前 所学过的知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 在设计中遇到 了很多专业知识问题 最后在熊老师的辛勤指导下 终于游逆而 解 此次课程设计 学到了很多课内学不到的东西 比如独立思 考解决问题 出现差错的随机应变 和与人合作共同提高 都受 益非浅 同时 在熊老师的身上我们学也到很多实用的