调幅发射机概述

1、摘要高频电子线路课程设计是继通信电子线路理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后,让学生综合运用高频电子线路知识,进行实际高频系统的设计、安装和调测,利用orcad、multisim等相关软件进行电路设计,提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能,让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。此设计思路为将超外差式调频接收机分成摄入调谐贿赂、高频放大、混频、本机振荡、中频放大、鉴频、低频功放等几个个部分,分别讲天线接收到的高频信号进行选频、放大

2、、混频,最后解调出低频调制信号等功能。将设计参数要求分解到各模块的设计中以分别实现。关键词振荡器;高频功率放大器;调幅ABSTRACTHigh-frequency electronic circuits course design is the "electronic communication lines," the study of theory and experiment after another important teaching of practical teaching links. Its mission is the master and studen

3、ts have basic knowledge of electronic technology unit and circuit design capabilities, enable students to make comprehensive use of high-frequency electronic circuit knowledge, the actual high-frequency system design, installation and test for use orcad, multisim, and other relevant Software design,

4、 improve their overall ability to apply knowledge, analysis and problem-solving abilities of electronic technology practical skills to enable students to learn high-frequency electronic communications technology in the field of industrial production application status and development trends. For the

5、 future of electronic technology in the field of engineering design to lay a solid foundation.This design concept for the superheterodyne FM receiver will be divided into intake tuning, bribery, high-frequency amplification, mixing, the local oscillation, If amplification, frequency, low-frequency a

6、mplifier, and several other parts, respectively, said the antenna to receive High-frequency signals selected frequency, amplification, mixing, the final demodulator to low-frequency modulation signals, and other functions. Decomposition will require the design parameters of various modules in the de

7、sign were to achieve.Key words oscillator;Rf power amplifier;attenuation目录1、绪论 (31.1设计的作用和目的 (31.2设计要求 (32、小信号调幅发射机的系统设计 (43、各部分电路的具体设计和分析. 错误!未定义书签。3.1主振级. 错误!未定义书签。3.2缓冲级. 错误!未定义书签。3.3放大级. 错误!未定义书签。3.4音频放大. 错误!未定义书签。3.5 AM调制电路. 错误!未定义书签。4、发射机的整体电路以及调试. 错误!未定义书签。4.1 整体电路. 错误!未定义书签。4.2 调试并仿真. 错误!未定义

8、书签。4.3 整机调试故障分析. 错误!未定义书签。5、心得与体会. 错误!未定义书签。6、感谢. 错误!未定义书签。7、参考文献.1 绪 论1.1设计的作用和目的通过本课题的设计、调试和仿真,加深对高频电子线路理论知识的进一步理解,进一步巩固理论知识,能够建立起无线发射机的整机概念,学会分析电路、设计电路的步骤和方法,了解发射机各单元之间的关系以及相互影响,从而能正确设计、计算调幅发射机的各单元电路:主振级、被调级、推动级、功率放大级、输出匹配网络等。进一步掌握所学单元电路以及在此基础上,培养自己分析、应用其他电路单元的能力。同时经过课程设计,要学会查资料、充分利用互联网等一切可利用的学习资

9、源,增强同学们分析问题解决问题的能力,为将来的毕业设计做铺垫,也为将来走向就业岗位打下一定的基础。1.2设计要求根据要求设计一个小功率调幅发射机。主要技术指标: 中心频率: f=6 MHz 调幅波功率: P0max 200mW 调制系数: Ma=主振级缓冲级放大级AM 调制输出网络话筒音频放大 频率稳定度:f f 510- 小功率调幅发射系统2 小信号调幅发射系统设计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、

10、功放推动级与末级功放。主振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,以削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。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。调幅发射机主要包括三个组成部分:高频部分、音频部分和电源部分。此图省去了电源这一部分。发射机的主要作用是完成有用的低频信号对高频信号的调制,将其变为在某

11、一个中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射出去的电磁波。调幅发射机通常由主振级、缓冲级、倍频级、中间放大级、振幅调制、音频放大和输出网络组成。根据设计要求,载波频率f=6MHz ,主振级采用西勒振荡电路,输出的载波的频率可以直接满足要求,不需要倍频器。系统原理图如图2.1所示:主振级缓冲级放大级AM调制输出网络话筒音频放大图2-1 小功率调幅发射机的系统设计框图图中,各组成部分的的作用如下:振荡级:产生平率为6MHz的载波信号。缓冲级:将晶体振荡级与调制级隔离,减小调制级对晶体振荡级的影响。音频放大级:将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。功放以及调幅级:增大载波输出功率,将话音信号调制

12、到载波上,产生已调波。输出网络级:对前级送来的信号进行功率放大,通过天线将已调高频载波电流以电磁波的形式发射到空间。3 各部分电路的具体设计和分析3.1主振级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。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考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。本级用来产生4MHz 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,这里我采用西勒振荡电路,可以满足要求

13、。为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾,常采用部分接入方式。由前述可知,为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振,当静态工作点确定后,晶体管内部参数f Y 的值就一定,对于小功率晶体管可以近似认为26f m CQ Y g I mV =,反馈系数大小应在0.150.5范围内选择。如图3-1-1西勒振荡器电路所示1R 、2R 、4R 提供偏置电压使三极管工作在放大区,1C 起到滤波作用。输出电路的总电容:234545233424C C C C C C C C C C C C C =+ 3-1-1 振荡频率为:1451122(osc LC L C C f =+ 3-1-2 在此西勒振荡器电路中,由于5

14、C 和L 并联,所以5C 变化不会影响回路的接入系数,如果使4C 固定,可以通过改变5C 来改变振荡频率,因此,西勒振荡器可用作波段振荡器,适用于较宽波段工作。 图3-1-1 西勒振荡器西勒振荡电路仿真如下: 图3-1-2 载波频率 图3-1-3 西勒振荡器的输出波形3.2 缓冲级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。主振级与缓冲级联调时会出现缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况,可通过增大缓冲级的射极电阻R4来提高缓冲输入级输入阻抗,也可通过减小C2,即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现,同时负载R5也会对缓冲的输出波形也有很大影响。 图3-2-1 缓冲级电路 图3-2-2

15、缓冲级的输出波形3.3 放大级这里选用高频小信号放大器最典型的单元电路如下图3-3-1所示,这里由L、1C构成LC单调谐回路,由LC单调谐回路作为负载构成晶体管调谐放大器。晶2f上,能够对体管基极为正偏,工作在甲类状态,负载回路调谐在输入信号频率输入的高频小信号进行反相放大。由LC调谐回路的作用主要有两个:一是选频f工作信号频率,抑制其他频率的信号;二是提供晶体管集滤波,选择放大f=电极所需的负载电阻,同时进行匹配交换。设计的推动级采用高频小信号谐振放大器电路。由于推动级还起到隔离缓冲的作用,故它的电路一般用谐振放大器加一级射随器组成。高频小信号谐振放大器的主要性能指标有:(1中心频率o f指

16、放大器的工作频率。它是设计放大电路时,选择有源器件、计算谐振回路元器件参数的依据。(2增益指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和功率增益。电压增益 =i o vo V V A 3-3-1功率增益 i o PO P P A = 3-3-2式中,o V 、i V 分别为放大器中心频率上的输出、输入电压;o P 、i P 分别为放大器中心频率上的输出、输入功率。(3 通频带 指放大电路增益由最大值下降3dB 时所对应的频带宽度,用7.0BW 表示。它相当于输入不变时,输出电压由最大值下降到0.707倍或功率下降到一半时对应的频带宽度(4选择性 指放大器对通频带之外干扰信号的

17、衰减能力。通常有两种表征方法:1用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏。矩形系数0.1r K 定义为0.10.10.722r K f f = 3-3-3 理想矩形系数应为1,实际矩形系数均大于1。2用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率n f 信号抑制能力的大小,其定义为中心频率上功率增益(o P f A 与特定干扰频率n f 上的功率增益(n P f A 之比。(n P oP f A f A d = 3-3-4 用分贝表示,则为: (lg10n P o P f A f A d = 3-3-5 图3-3-1 放大级 图3-3-2 音频信号与放大3.4 音频放大本课程设计中,音频信号用如图3-4-1所

18、示的电压源代替,采用3354BM运算放大器进行功率放大。 图3-4-1 音频放大电路音频放大器的输出波形如下图所示: 图3-4-2 音频放大输出波形3.5 AM调制电路调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说,通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小,使得调制信号的信息包含入高频信号之中,通过天线把高频信号发射出去。调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅:大功率广播和通信多采用高电平调平,这种调幅机输出功率大、效率高;载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅,它们对输出功率和效率要求不高,可以选用调幅特性较好的电路中。常见的调幅方法主要有乘法器调幅、开关型调幅电路、晶体管调幅电

19、路,其中晶体管调幅又分为基极调幅、集电极调幅。本课程设计采用二极管平衡电路进行调幅,二极管平衡电路也是最简单的调制电路。音频信号和载波信号分别通过变压器T1、T3输入到调制电路,然后经二极管进行调制,最后经LC谐振回路输出调制结果。 调制电路仿真调试结果如下图所示: 图3-5-2 音频信号 图3-5-3 高频载波信号 图3-5-4 调制信号4 发射机的整体电路以及调试4.1 整体电路 图4-1-1调幅发射机的整体电路4.2 调试并仿真从主振级出发,一步一步进行调试,知道每一部基本符合要求的情况下再进行下一步级联,调试的最终结果如下所示: 图4-2-1 调试与仿真结果4.3 整机调试故障分析晶振

20、级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。产生的主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大,使晶振级负载加重。这可通过增大缓冲级的射极电阻RP1来提高缓冲输入级输入阻抗,也可通过减小C4,即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。本机振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时,往往会出现过调幅现象。产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压v0偏小或者是话音放大级输出的调制电压v过大。调整话音放大级增益,以满足调幅度ma=50%的技术指标要求。5 心得与体会连续几天奋斗至深夜,确实辛苦,但还是完成了基本要求,确实庆幸。感谢老师。通过对高频知识的掌握,初次利用Multisim软件设计了一个小功率调幅

21、发射机。我根据先局部后整体的设计方案,先将小信号调幅发射机的各部分电路设计出来,并且单独进行仿真和调试,然后再进行调试并且仿真。在设计各个环节中都遇到了很多问题:首先,参数的选定很难,课堂上基本上是分析电路的原理功能和计算电路的性能指标,很少亲自选定器件的参数,从资料或网上得到的数据很多都有问题;必须经过修正和调试才能确定出器件的参数,只有正确的参数,才能够设计出我们所想要的输出结果,参数的正确性可以说决定着设计成功的50%;其次,有些时候理论上符合要求的电路,仿真后却得不到相应的结果,尤其是整机联接的时候出现了更多问题,也花费了很多时间(其实差不多一半的时间都在进行整机调试和修正,比如主振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小并且波形失真严重,开始的时候,主振级甚至起振不起来,还有就是调幅失真,问题更加复杂。当然也正是由于问题的出现,我才学到了更多的知识,以及设计的技巧,对Multisim软件的应用也更加熟练了。出现问题的时候,首先思考出现问题的环节,然后借助于从图书馆借的几本书,有时候直接上网查询,也请教其他同学,在这个过程中对以前学的知识有了更深刻的了解,也明白了所学知识的应用范围,收获颇丰。通过这次课程设计,我再次感受到理论应用于实际中的难度,认识到理论联系实际的重要性。我做的小功率调幅发射机所应用到的理论知识都是书中经典的知识点,因此对课本知识