哈工大高频课程设计

课课程程设设计计 报报告告 (结结题题) 题目：中波电台发射和接收系统设计题目：中波电台发射和接收系统设计 专专 业业 电子信息工程 学学 生生 XXX 学学 号号 XX 授课教师授课教师 赵雅琴 日日 期期 2015-05-24 哈尔滨工业大学教务处制哈尔滨工业大学教务处制 目录目录 一、仿真软件介绍一、仿真软件介绍.1 二、中波电台发射系统设计二、中波电台发射系统设计 2.1 设计要求.1 2.2 系统框图.1 2.3 各模块设计与仿真.2 2.3.1 主振荡器设计与仿真.2 2.3.2 缓冲级的设计与仿真.3 2.3.3 高频小信号放大电路的设计与仿真.5 2.3.4 振幅调制电路的设计与仿真.6 2.3.5 高频功率放大器与仿真.8 2.3.6 联合仿真 .9 3 3、中波电台接收系统设计中波电台接收系统设计 3.1 设计要求.10 3.2 系统框图.11 3.3 各模块设计与仿真.11 3.3.1 混频电路设计与仿真.11 3.3.2 中频放大电路设计与仿真.13 3.3.3 二极管包络检波的设计与仿真.14 3.3.4 低频小信号电压放大器.16 4 4、总结与心得体会总结与心得体会.17 5 5、参考资料参考资料.17 一、仿真软件介绍 Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工 具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路 硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用 Multisim 交互式 地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成 从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 二、中波电台发射系统设计 2.1 设计要求 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调试。 技术指标：载波频率 535-1605KHz，载波频率稳定度不低于 10-3，输出负载 51，总 的输出功率 50mW，调幅指数 3080。调制频率 500Hz10kHz。 本设计可提供的器件如下（也可以选择其他元器件来替代），参数请查询芯片数据手 册。 高频小功率晶体管 3DG6 高频小功率晶体管 3DG12 集成模拟乘法器 XCC，MC1496 高频磁环 NXO-100 运算放大器 A74l 集成振荡电路 E16483 2.2 系统框图 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器、缓冲器、高频小信号放大器、振幅调制电路、高频功率放 大器。主振器的作用是产生频率稳定的载波。主振器里比较稳定的是西勒振荡器，再在 后面接一个射极跟随器来减小级间影响。 图 1：发射机设计框图 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 2.3 各模块设计与仿真 2.3.1 主振荡器设计与仿真 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。 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 1MHz 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。电路图如下： 各参数计算： 直流电路分析：设直流电源为。主振电路应具有合适的静态工作点，若静态工Vcc12V 作点较低，正反馈较强则管子容易进入乙类，丙类放大状态。静态工作点较高，则容易 在振荡部分周期内进入饱和区，产生失真。为此，我们将静态工作点设置在远离饱和区， 靠近截止区的位置。 设 R4=3k，R3=6k，由公式 ，UBQ=4V。因为 1 12 b BQ bb R UVcc RR =0.7 BE UV ，UEQ=3.3V。设 R2=2.5k，=1.32mA。由公式，设 UCEQ=0.7V，则 EQ I= BQBE e EQ UU R I R1=8V/1.32mA=6.06k。 西勒电路中，L、C需要谐振于 f0，现设振荡频率为 1.2MHZ，设 L=50F，则由 可得。其中。我们将 C5 设成可调 0 1 2 f LC pFC254 234 5 342324 C C C CC C CC CC C 电容方便调节。由于稳定性的要求，C4 要比 C2 和 C3 小许多，那么设 C2=2000pF，C3=1000pF，C4=300pF，由公式可得 C5=144.913pF。 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 仿真结果如下： 高频载波波形图 插入探针后的数据如下，基本稳定在 1.2MHZ，稳定度大于千分之一，满足频率稳定 度要求。 2.3.2 缓冲级的设计与仿真 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。它的输入阻抗高，对 前级电路影响小，可以作为多级放大器的第一级；输出阻抗低，带负载能力强，可以作 为多级放大器的输出级；由于它的前面两个特点，可以在多级放大器里做缓冲级。 电路图如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 缓冲级电路 参数计算过程如下： 这里的静态工作点的射极与本振器相同，电阻和电压的设置使工作在放大状态不失真 即可。现选择 R6=1k，R7=8k，R8=2k。 与主振器相连后，仿真结果如下： 缓冲级波形图 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 由仿真结果可得，波形无明显失真，满足技术指标。Vrms 变成了 443mV，略减小了。 2.3.3 高频小信号放大器的设计与仿真 在经过缓冲级后，载波的电压和电流值都较小，所以需要通过高频小信号放大电路进 行放大。 电路图如下： 高频小信号放大电路 参数计算过程如下： 静态工作点应在放大区，且要使整个过程在放大区内。设 R5=2k，R3=1k，所以 ，=3.3V，设 R2=10k，得=0.33mA.由选频电路中心频率为，VUb4 EQ U BQ IMHzf2 . 1 0 设 L1=50F，由得，同样为了调节方便，将电容改为可变电 0 1 2 f LC pFC 8 . 351 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 容。取一个负载电阻=20k。 F R 仿真过程如下： 高频小信号放大电路波形图与载波波形图 从示波器示数可知，波形无失真，且起到了电压放大作用。由探针数据可知，输入信 号 f1=458mV，输出信号 f2=4.02V，Au0= f2/f1=8.78=9.44db。 2.3.4 振幅调制电路的设计与仿真 振幅调制我们用比较简单的乘法器调制。电路图如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 振幅调制电路图 参数计算过程如下： 设直流电源为 2V，调制信号设为有效值 1V，频率为，载波是上一级的输出KHz10 （Vrms=4V，f=1.2MKZ）。取负载电阻 R1=51（去满足发射器输出阻抗的调节，若输出 功率满足，就可以直接输出）。 仿真过程如下： 乘法器仿真结果 用 agilent 示波器的光标，可得 Vmmax=2.28，Vmmin=0.41，其调制指数为 ，在要求范围内。%73 minmax minmax VmVm VmVm ma 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 由探针示数得， L rms rms L R mA V I V R05.51 1 . 17 873 ，功率比要求，所以需要高频功率放大电路。mWmAmVIVP rmsrms 9283.141 .17873 2.3.5 高频功率放大器的设计与仿真 高频功率放大电路结构比较简单，可按教科书上的设计。 电路图如下： 参数计算过程如下： 谐振选频部分，取 C3=50F，由，可得 L1=351.8pH。电源是调制电源， 0 1 2 f LC 参数为振幅调制器的输出信号参数。 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 仿真结果如下： 高频功率放大电路波形图 波形无失真，P=Vrms*Irms=49.767mW ，满足要求。 2.3.6 联合仿真 总电路图如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 仿真过程如下： 联合仿真波形图 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 P=VrmsIrms=52.644mW 波形满足要求，且功率基本满足要求。 3、中波电台接收系统设计 3.1 设计要求 本课题的设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。 任务：AM 调幅接收系统设计主要技术指标：载波频率 535-1605KHz，中频频率 465KHz，输出功率 0.25W，负载电阻 8，灵敏度 1mV。 本设计可提供的器件如下（也可以选择其他元器件来替代），参数请查询芯片数据手 册。 晶体三极管 3DG6 晶体二极管 2AP9 集成模拟乘法器 xCC，MCl496 中周 10A 型 单片调幅接收集成电路 TA7641BP 3.2 系统框图 接收机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、低频放大电路、功率放大 电路等组成。其系统框图见下： 接收机系统框图 AM 信号输入系统后，经过混频器和本地载波混频后产生 465kHz 的中频调幅信号，中 频信号进入中频滤波器取出中频波段信号，信号进入中频电压放大器，经中频放大电压 到 0.5V 以上进入检波器进行检波 ，输出调制信号，调制信号经过低频功放最好输出。 各部分功能： 高频放大：高频放大器是用来放大高频信号的器件（在接收机中，高放所放大的对象 是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况， 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频将从天 线上接受到的微弱高频信号进行放大。 混频：将放大后的高频信号与本地振荡的信号进行混频，是原高频信号包络不变但是 频率变为 465kHz。 中放：将变频后的信号进行放大便于以后的检波。 检波：利用 MC1496 进行检波，将原基带信号还原出来。 前置低放：将还原出来的音频信号进行电压、功率放大，使其能推动扬声器工作。 3.3 分模块设计 3.3.1 混频电路设计与仿真 混频器的作用是将调幅的高频信号变成调幅的中频信号。完成这个任务它需要三个部 分：第一，一个能够产生比外来信号频率高或低 465kHz 的本机振荡；第二，能够将外来 信号和本级振荡信号混合在一起而产生中频信号的混频电路；第三，能够将 465kHz 的中 频信号从混频电路中选出来的选频电路。 电路图如下： 混频电路图 参数计算过程如下： 中频频率，设。由于输入信号为，所以本地震荡频率为。设本465kHzMHz2 . 1KHz735 地振荡的频率为 1V，接收的信号要由实际传输遥远损耗大电压很小，设为 5mA。FI 为 465kHz，所以 L1 与 C2 谐振与 465kHz。取 L=50VH，可计算的 C2=2342.96pF。选通 频带为 200kHz，由于，可得 R=10。 L R B 仿真波形如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 混频电路波形图 3.3.2 中频放大电路设计与仿真 中频放大器的主要作用是将混频器中输出的的中频信号进行选频放大，使其幅465kHz 度达到二极管包络检波的要求。这里采用三极管调谐放大器，混频后的中频信号从基极 输入，在集电极加选频网路进行选频放大。 电路图如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 中频放大电路图 参数计算过程如下： 选频网路采用电感部分接入的LC并联谐振回路，其谐振频率为465KHz，设 ，由，pFC200 LC f 2 1 0 KHZff465 0 H Cf L 480 1021046514 . 3 4 1 4 1 10 2 3 2 2 0 2 设，为保证品质因数取，。由此可求得：uHLuHL80,400 32 1 500 c Rk 2 2 c Rk ， ，可知选频网路的 6 1 32 3 LL L pk p R R c c 72 2 2 2 kR63449 L R Q o 选频效果较好符合要求。设，保证三极管工作在放大状态，防 1 15 b Rk kRb5 21 L 止交流流入直流电源，其余电容为隔直电容。 仿真过程如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 示波器前后波形对比 波形合理，由探针数据得，Au=Vrms/Vrms=226.44=23.55db。 3.3.3 二极管包络检波的设计与仿真 本设计的检波电路采用二极管包络检波。对于二极管包络检波电路，因为二极管只 是在输入信号正半周的峰值附近一部分时间导电，二极管一直处于充放电状态，形成锯 齿状波形。电路图如下： 二极管包络检波电路图 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 参数计算过程如下： 这个过程容易产生失真，在课本上提到的失真由两种：惰性失真和负峰切割失真。 不产生惰性失真的条件为： ， 由，故，设 f RC a 2 a m m-1 707 . 0 a m 6 1019 . 2 RC ，。nFC1 1 kR19 . 2 1 负峰切割失真条件为：，由，得 。 RR R m L L a 707 . 0 a mkRL28 . 5 仿真过程如下： 检波成功。 3.3.4.低频小信号电压放大器 电路图如下： 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 数据： A=Vrms/Vrms=28.8=14.6db 哈尔滨工业大学课程设计结题报告 4、总结与心得体会 总结： 设计电路仿真时遇到很多困难，由其是失真问题，穿插在整个设计过程中。我只有 不断分析和经人指导，才能找到一