通信电子电路课程设计.doc

河南理工大学万方科技学院通信电子电路课程设计振幅调制电路设计指导老师：李 亚专业班级：09通信工程1班姓 名：杜俊甫学 号：0916303014AM调制电路设计摘要：在当今时代，电子科技已经十分发达，而通信和广播等领域也随之高速发展。有时为了提高通信质量和处理信号方便，需要在将语音、图象等有用信息经过调幅后再发送出去，这就无疑需要一种振幅调制电路来实现。振幅调制电路的载波由高频信号发生器产生，经高频功率放大器放大后，作为调幅波的载波，低频信号发生器产生的低频信号作为调制信号，载波及调制信号经乘法器后产生普通调幅波和抑制载波的调幅波。关键词：高频、载波、调幅、调制信号、功率放大器正文：一、方案设计与分析原理框图（图1）： 图1 原理框图 载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者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 双边带调幅波产生原理框图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 普通调幅波的产生原理框图2、部分电路方案分析（1）放大部分方案分析原理框图如图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。如图4。图4 功率放大器的原理框图（2）调幅电路的方案分析方案一：采用模拟集成运放构成的加法器时，由于输入的是频率高的信号，因此这要就导致输出的波形会严重失真，而且电路极其不稳定，故舍弃此方案。方案二：乘法器、加法器部分直接采用集成乘法器和集成的加法器，其优点是效率较高而且输出稳定，此方案可行，故选择此方案。二、电路工作原理及设计说明1、高频功率放大器部分（1）工作原理（原理图见图5）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。图5 高频功率放大器原理图（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。=5=2.5V。式中为输出电压，而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，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，而为前级的等效输入阻抗。=2.5=6V,式中，丙类放大器的输入电压，即前级放大的输出电压，而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=，则集电极电压利用效率设为90%，则效率=79%。2、调幅电路部分 （1）工作原理（原理图见图6） 图6 调幅电路工作原理图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：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=6V, ，将估算成0.6时，=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。标准调幅波波形如图9。图9 标准调幅波波形图三、电路性能指标的测试1、高频功率放大部分测试（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10所示，经放大后输出幅值约为2V，频率为6MHz的正弦波。图10 第一级甲类放大器的测试电路图 （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11。图11 丙类放大器的功能测试电路图 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。2、调幅电路功能测试 （1）双边带调幅波电路的测试 仿真电路如图12所示图12 双边带调幅电路的仿真电路图 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13所示：图13 双边带调幅的理想波形图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。（2）普通调幅波电路测试 仿真电路如图14图14 普通调幅电路的测试电路图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15所示。图15 普通调幅波的理想波形图由波形可以估算出 其调幅度大约为50%。（3）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；Ro为集电极回路的谐振阻抗。 为集电极输出功率。为电源Vcc供给的直流功率； ICO为集电极电流脉冲ic的直流分量。最后得到效率：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。四、心得体会 一份付出，一分收获，通过这次课程设计，深深地体会到自己所学知识的薄弱和残缺，看到了自己和一流学校学生的巨大差距。完成一个简单的完整的调幅调制电路，需要涉及的知识就有模电，电子设计，通信基本电路等。而且在实践过程中，很多问题都是超脱课本的。但正是通过这次课程设计，让自己明白了，通信工程是偏硬件的，需要紧密地将课本知识与动手实践紧密地结合起来。通信并不只是课本上理论分析，它可以做出来，并检测其性能的优劣，这激发了自己对通信的强烈兴趣，要把以往落下的知识补起来，并实实在在地把课本上所涉及的电路一个个地做出来，相信只要努力，就有机会。在此，深深地感谢李老师的负责和耐心。参考文献1.谢沅清,邓钢.通信电子线路. M北京:电子工业出版社,2007年。 2.李秀人.电子技术实训指导. M北京:国防工业出版社,2006年。 3.R.F.格拉夫.电子电路百科全书（第二卷）. M北京:科学出版社,1989年。 4.王卫东,傅佑麟.高频电子线路. M北京:电子工业出版社,2004年。 5.铃木雅臣.晶体管电路设计. M北京:科学出版社,2004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。 附录I 元器件清单序 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