哈工大高频课设

1、通信电子线路课程设计课程名称：高频电子线路课程设计院系：电子信息工程班级： XXXXXXX姓名： XXXX学号： XXXXXXXXXXX指导教师：XXXXXXXXX时间： 2014年 11 月一、中波电台发射系统设计1 设计目的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，了解高频振荡器电路、高频放大器电路、调制器电路、音频放大电路的工作原理，学会分析电路、 设计电路的方法和步骤。2 设计要求技术指标：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 30 80。调制频率 500Hz10kHz。本设计可提供的器件如下，参

2、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E164833 设计原理发射机包括高频振荡、音频信号、 调制电路和功率放大器四大部分。正弦振荡器产生一个频率稳定的幅度较大的，波形失真小的高频正弦波信号作为发射载频信号，该级电路通常采用 LC 谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。选用西勒振荡器来产生所需要的正弦波。在振荡器后加一缓冲级，缓冲级将的作用是前后两部分隔离开，减小后一级对前一级的影响而又不影响前级的输出。音频处理器是提供音频调制信号，通常采用低频电压放大器和功率放大电路把音频

3、调制信号送到调幅电路级去完成调幅。振幅调制使用乘法器将高频振荡信号和低频语音信号相乘得到高频调制信号；再经高频功率放大器放大调制信号的功率，以达到发射机对功率的要求，调制电路和功率放大器要保证信号上下对称且不是真，否则影响发射效果。发射机设计框图如下：正弦波振荡集成乘法器高频功率放输出缓冲级大器器调幅电路音频输入音频放大器4 具体电路设计1.正弦振荡器设计要求频率稳定度 10-3 ，采用频率稳定度较高的西勒振荡器， 载波信号振荡电路的输出需要十分稳定的振荡频率，因此采用较电感三点式振荡器振荡频率稳定的电容三点式振荡器。而一般简单的哈特莱LC振荡器的频率稳定度低，且不能调节频率， 并不能满足设计

4、的要求。因此采用西勒振荡器而且可以在较宽范围内调节载波频率。选择振荡频点1MHz，电路如下：VCCXSC212VXFC2R1R44.1k Ext Trig123100 %27kKey=AQ1C1C3600pF99pF+_AB+_+_2N2222C5C11IO1C6R2R5C41nF5.1k R3C2L20.033 F1F1k1500pF200H125pFKey=A75 %39 %10kKey=A器件选择振荡频率选择1MHz, 三极管选用2N2222 三极管，单组电容电感均选用普通的即可。对于西勒振荡器，振荡频率fc 的计算由于西勒振荡器要求C3<<C1,C3<<C2 以

5、减弱三极管的耦合来增进稳定性,C4 也是一个 C3 级别的小电容 ,所以反馈系数 F 的选择F 一般选择 F0.10.5 。为满足西勒振荡器 C3<<C1 ,C3<<C2 的要求， 采用 C1=600pF,C2/C2 =0.25，经计算，C+C =125pF,L=200uH,经微调到稳定输出=1500pF,F=C1MHz 且起振时间在80ms 以内时， C3=99pF，=C3 4C4=125*39%=48.75pF 这也说明了在模拟电路的设计中，理论计算与实际情况是有所不同的，需要进一步调试。频率稳定度由于西勒振荡器满足 C22Cbe , p1,p2 可以很小 ,所以，

6、从而3<<C1,C3<<C2,C =P1Cce+P2C满足所需频率稳定度。仿真得到的正弦波如下，输出频率稳定在1.001MHz，输出振幅 210mV.2.缓冲级的设计使用缓冲级的目的是消除后级对前级的影响并便于进行阻抗匹配， 利用射极跟随器的输出阻抗高，电压放大倍数为的特性，构成缓冲级。设计的电路图如下：VCC12VR26XSC15kQ10INC13Ext Trig0.02 FC14+2N2222_AB+_+_R24R270.02 FC156kR25OUT1.0k 1kKey=A1F25 %为方便对需求电压的调节， 在输出端设置一个变阻器来输出分压以使输出达到所要求的幅

7、值。输入输出都设置了隔绝直流的耦合电容。射级跟随器随输出，输出幅度220mV，前级输出210mV，振幅基本没有改变，达到要求。3.调幅电路设计在几可以完成调幅的电路中，模拟乘法器调幅电路是集成化的调幅电路，具有调幅性能好，杂波频率少的优点， 且方便使用，而且有相应的典型电路可以作参照， 可以极大提高设计进度。因此调幅电路选用模拟乘法器调幅电路， 模拟乘法器采用 MC1596 乘法器， 内部电路如下图所示：IO6IO9IO8Q2Q3Q5Q4IO72N22222N22222N22222N2222IO4Q6Q7IO12N22222N2222IO2IO5Q8Q9IO3D12N22222N22221BH

8、62R8R7R6500500500IO10由于输出会有其它频率分量，所以在输出端应设置谐振回路。回路要选出 1MHz 的频率，根据前面的计算，得到LC=2.5e-14选择 L=1mH,C=25pF。为方便重复使用， 对 MC1596 模拟乘法器进行了封装， 下面就是使用封装的 MC1596 电路块设计的调幅电路，如下图所示：XWM2VIVCCR1112VR14C71.0k R10R9调幅输出3.9k 3.9k 1.0k 0.1 FC10R13载波输入 C8510.033 FR21R229 6IO8L1IO7I IC1230k0.033 FO OR235kIO41mH25pFR15IO10.1

9、F500IO5IO2R12调制输入IO33.0k R17R166.8k IO10C9R18R19 5151SC31k1kMC1596XSC4R20VEE4.7k Ext TrigKey=A75 %-8V+_AB_+本次设计的元件参数采用了MC1596 模拟乘法器典型设计，其中图上两个输入端口是音频输入和载波输入，输出则是未经放大的调幅信号。调节变阻器Rp 可以调节载波信号的电位对称，通过调节振荡器的输入和音频输入，应使调制输出信号应该满足调制深度为30%80%的要求。载波信号采用射级跟随器的输出信号， 频率 1MHz，幅度内置的函数发生器进行模拟，设置模拟的音频输入信号频率220mV 。音频信

10、号使用1KHz。Multisim得到的调制信号输出：可以测试输出波形的包络频率为1KHz，调制度68%，满足对输出调制深度要求。4.高频功率放大器设计高频功率放大器采用简单的高频小信号放大器来得到功率放大。由于选频回路设计较为简单，所以在后面加以选频以保证输出波形的稳定。 并采用电容耦合阻抗变换来得到较大的放大倍数。高频功率放大器电路图如下VCC12VL3C27R28200pF1mH8.3k C20IO2R371.2k C290.033 FIO1C16Q1130pF66 %Key=A0.033 F2N2222R293.7k R32C186001F使用函数发生器产生信号来计算放大器的电压放大倍数

11、大致评估放大器放大效果的好坏。由于放大器放大对象是经过调幅的信号，因此选频输出1MHz 的信号， 所以应使用函数产生器产生频率 1MHz 幅度 100mV 的信号，测试信号的选取和仿真结果如下所示，结果输出幅度为 1.447V，可知放大倍数在 15 倍左右，另外放大器产生了一点底部失真，这是在误差允许范围内的， 由于放大倍数较小， 一级放大并不能满足要求， 可以采用多级放大的方式来满足输出功率的要求。5.发射机联调将各级电路封装并连接后如图所示如上所说，采用了两级放大来保证功率输出，若需要再放大则须注意失真的问题。联调输出如下：二、中波电台接收系统设计1 设计目的要求掌握最基本的小功率调幅接收

12、系统的设计与安装调试， 了解已调频信号放大器电路、混频器电路、解调器电路、音频放大电路的工作原理，进一步学习分析电路、设计电路的方法和步骤。2 设计要求主要技术指标：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，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TA7641BP3 设计原理普通直放式接收机的优点是灵敏度高，输出功率较大， 适用于固定频率的接收。但也存在缺点， 多个电台接收时， 调谐比较复杂。 且高频放大器的放大倍数在频率

13、高端比频率低端小，对不同的电台的接收效果会不同。而超外差接收机克服了这一缺点，它的特点是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。电压增益可以做大，选择性可以做高。本机振荡频率的调节与混频器输入回路的调谐时同步进行的，必须保持角频率差为固定的中频。多电台接收只需调节本振即可，方便快捷。接收机的主要任务是从已调制AM 波中解调出原始有用信号， 主要由输入电路、 高频放大、混频电路、本地振荡、解调电路、低频功率放大电路和喇叭或耳机组成。输入电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，经过高频放大电路送给混频电路。 混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。 不管输入的

14、高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，本次设计为465KHz。中频放大器将中频调幅信号放大到解调器所要求的大小。 由解调器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给低频放大器。低频放大器将解调出来的音频信号进行放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。调幅接收机系统原理框图如下图所示调幅信号高频小信号混频器解调器音频放大器放大器本地振荡器本地振荡器1465KHz465KHz4 具体电路设计本地振荡电路(1) 1465KHz 本地载频中频频率要求为465KHz，发射机设计的作为载波的本地振荡频率为1MHz，根据fL = fS + fI可以得到混频器本地载频

15、应为1465KHz。1465KHz 本地载频是作为混频器的载频输入的信号，与发射机类似可以同样采用西勒振荡电路，可以通过修改发射机振荡器来获得所需要的载频信号，根据前面的计算可以得到L(C3+C4)=1.18e-14即 L=50uH 时， C3+C4=236pF，经仿真调整后得到所需要的频率。由于混频的载频输入对输入电压有要求，大约100mV，所以在振荡器的输出加一分压电阻来控制输出波形的幅度。下面是电路图。VCCXSC312VXFC2R32R334.1k 27k100 %Key=AQ17C19C18700pF180pFExt Trig123+_AB_+2N2222C23C24IO1C22R3

16、0R34C211nF5.1k R31C20L60.033 F1F200pF1k2000pF50HKey=A47 %10kKey=A97 %输出波形及输出频率如下图选择 50mV/DIV ，则输出幅度100mV，符合混频器输入要求。(2) 465KHz 本地载频465KHz 载频是同步检波器的本地载频输入与1465KHz 本地载频相同，同样使用发射机振荡电路进行修改来得到所需要的465KHz，由于频率降低，所需要的L、 C3、 C4 都会相应变大，则需要调整 C1 和 C2 的大小来满足 C3<<C1,C3<<C2 的要求。即增大C1 和 C2 的大小。根据前面的计算可以

17、得到L(C3+C4)=1.17e-13即 L=350uH 时， C3+C4=334pF，经仿真调整后得到所需要的频率。要控制检波器的本地载波幅度大约100mV，所以在振荡器的输出加一分压电阻来控制输出波形的幅度。下面是电路图。VCCXFC312VXSC6123R41R424.1k 27kExt Trig100 %Key=A+_ABQ19_+C29C281500pF300pF2N2222C33C34IO1C32R39R43C311nF5.1k R40C30L7250pF 0.033 F1F1k3000pF430HKey=A36 %10kKey=A56 %缓冲级缓冲级包括 1465KHz 本地载频

18、的输出缓冲级和 465KHz 本地载频的输出缓冲级，均直接采用发射机争先振荡器的缓冲级。1465KHz 缓冲级输出波如下，选择标度 100mV/DIV,可见输出波形的幅度是 100mV 符合输入要求。465KHz 缓冲级输出波形如下，选择标度100mV/DIV, 可见输出波形的幅度是100mV 符合输入要求。混频器混频器的作用是将已调信号不失真的从原有频率搬移到另一频率称之为中频上，也就是混频器就是一种频谱搬移电路，选用较为稳定的模拟乘法器混频电路，其工作原理与模拟乘法器调幅电路相似，可以复用之前封装好的MC1596 电路块， 而且模拟乘法器混频电路有成熟的电路可循，得到电路图如下VCC12V

19、R19R181.0k 1.0k C120.001FC110.001F R20uI51L1L2100H100HSC4C13L3uLC1023IO7 OOIO6II117HuSIO80.001F0.001FIO1 0C14C1552nF2nF1IO9OOIO4 IIR22R23R21MC159610kR2410k10 %51 51R2551kR266.8k Key=AVEE-8VuL 为本地载频输入端，uS 为调幅信号输入端，uI 为中频信号输出端。得到波形如下图：用频率计数器测量可以得到当前 200us/DIV 的情况下，波形包络将在5 个格子时走过一个周期，也就是调制信号的频率 1KHz。解调

20、电路常用的检波方法包括包络检波法和同步检波法， 这里采用同步检波法。 同步检波法需要一个 465KHz 的本地载频，得到电路图如下：VCCR10R9R512V1.0k 820C31.3k R11R12R130.1 FC210k 3k3k0.1 FR1100SC1C4音频R40.005FC8235载频IO7IO651OO OIO8IIIC7载波C9R140.1 F0IO9IO11O1kIO4IC6 1FR280.1 FR3R2MC1596C5C16L4C10.005 F0.005 F1k1.0k 1.0k 1mH0.1 F25F载频端输入465KHz，载波端输入混频后的中频信号，的到输出如下选取了半个周期，此时的时基调节在200us/DIV ，图中信号一个周期走了5 个格，也就是 1ms 一个周期，即信号频率 1KHz。功率放大器仍采用前面发射机使用的高频小信号放大器。接收机联调音频输入采用Multisim 内置的 AM 信号源将前面的电路都封装成电路块并连接得到输出，电路图如下