高频课程设计中波电台发射系统设计

1、中波电台发射系统设计第一章 设计目的、任务和要求设计目的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。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。设计任务1.针对每个系统给出系统设计的详细功能框图。2.按照任务技术指标和要求及系统功能框图，给出详细的参数计算及方案论证、器件选择的计算过程。3.给出详细的电路原理图，标出电路模块的输入输出，给出详细的数学模型和计算过程。第二章 总体方案介绍及工作原理说

2、明2.1总体方案介绍调幅发射机主要包括三个组成部分:主振级、缓冲级、AM调制。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、振幅调制组成。根据设计要求，载波频率f=1MHz ，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：天线AM调制小信号放大主振级缓冲级音频信号图2-1 小功率调幅发射机的系统设计框图2.2各部分功能介绍图2-1中，各组成部分的的作用如下：振荡级：产生频率为1MHz的载波信号。缓冲级：将晶体振荡级与调制级隔离，减小调

3、制级对晶体振荡级的影响。调幅级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。功率放大级：为了使调幅信号能够发射出去，将其功率放大。第三章 各部分的具体设计及分析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。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

4、真较小。为此，这里我采用西勒振荡电路，可以满足要求，电路图如图3-1所示。如图西勒振荡器电路所示R1R2R3提供偏置电压使三极管工作在放大区。 图3-1 主振级参数计算已知条件：Vcc=12V，fo=1MHz，选择的晶体管型号是3DG12B（仿真是实选与其相近的D42C12），其放大倍数=50，ICQ=3mA，为了使静态点Q位于交流负载线的中心使 VCEQ =0.5 Vcc =6V,VEQ=0.2VCC.依据电路计算：R3= (VCEQ- VEQ- VCEQ)/ ICQ=(12-6-0.2×12)V/3×mA=1.2K, R4=VEQ/ICQ=0.2×12V/3&

5、#215;mA=800.IBQ=ICQ/=3mA/50=0.06 mA,流过 R1 、R2的电流应远远大于IBQR1=VBQ/10IBQ=(VEQ+0.7)V/10×0.06×mA=5.1K,R2=VCC-VBQ/10IBQ=(12-3.1)V/0.6×mA=15K,因为 且 由f=1MHz，并且取L=100uH,得C3+C4约为254pF。由于C3应该尽可能的小，所以取C3=10pF，为了便于调节取C4是一个最大值为350pF的可调电容。由起振条件，F=C1/C2,F一般取0.1到0.5之间。故取=2。又考虑到C1、C2应远大于C3，所以取C1=300 pF ,

6、C2=620 pF。C5为旁路电容，应使1/C远小于R5=5.1k即1/C<<5100取C5=5pF 。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R8来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C6，即减小主振级与缓冲级的耦合来实现，同时负载R9也会对缓冲的输出波形也有很大影响。电路图如图3-2所示。 图3-2 缓冲级参数确定射级输出器具有输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数近似等于1，晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，取VCEQ =VCC/2, ICQ =(3-

7、10mA)，则取VCEQ =6V, ICQ =4mA, 选晶体管D42C12，=60所以有R7+R8=( VCC VCEQ)/ICQ=6V/4×mA=1.5K，取R7=1K 电阻，R8=1K 电位器。IBQ=ICQ/=4mA/50=0.08 mAR6=VBQ/10IBQ=(VEQ+0.7)V/10×0.08×mA=8.375K,R5=VCC-VBQ/10IBQ=(12-6.7)V/0.8×mA=6.625K,设计跟随器的输入电阻Ri=RB/RL其中RL=（R7+Rp8）/Rp9 RB=R5/R6输出电阻Ro=（R7+Rp8）/ro，其中ro很小，所以可将

8、设计跟随器的输出电路等效为一个恒压源。C6是耦合电容，C7是隔直电容对于1MHz的交流来说，C7的容抗相对于各个电阻来说应尽可能地小。3.3高频小信号放大电路在经过缓冲级后，载波的电压和电流值都较小，所以可以通过高频小信号放大电路进行放大。设计高频小信号放大器，需要确定中心频率，品质因数，不妨设谐振电感为理想电感，大小为100，三极管选用理想晶体管，放大倍数=100，共发射极输入电容=0 ，共发射极输出电容=0。电路如下图所示：取10V， =1.07mA。所以则=2.75V。由（2.3）可知，若=5K，则=15 K。为方便调节，将其拆为10 K电阻与50K可调电阻串联。由中心频率=1.0MHz

9、，结合公式（2.5）可知，L=100，=254，为方便调节将拆为两个电容并联，其中固定容值电容C3=50pF，可调电容。现在计算放大倍数： （2.7） (2.8) 其中为三极管输出电导，理想三极管条件下为零。为负载电导，等于，即0.067mS，为电感电导，等于，即0.05mS。故=0.117mS。 （2.9）由（2.12），放大增益=51dB。通过这一级的放大，就基本可以满足最后的输出功率的要求，所以在调制之后就不用再放大了。3.4幅度调制电路的设计所谓振幅调制就是用被传输的低频信号去控制高频振荡器，使其输出信号的幅度随着低频信号的变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带并有效

10、进行远距离传输的目的。完成这种调制过程的装置称为振幅调制器。3.3.1普通调幅信号的数学表达式为了突出基本概念，简化分析，假设调制信号为单频等幅余弦波，即设基带电压为：载波电压为：根据调幅的定义，当载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化时，即为调幅信号，则已调波的波形如下图中（c）所示，图中（a）、（b）所示分别为调制信号和载波的波形。由图可见，已调幅波振幅变化的包络形状与调制信号的变化规律相同，而其包络内的高频振荡频率仍与载波频率相同，表明已调幅波实际上是一个高频信号。可见，调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，即使Ucm变为Ucm+KaUmcost，据此，可以写出已调

11、幅波表达式为 3.3.2模拟乘法器原理模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的有源非线性器件，主要功能是实现两个互不相关信号的相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即X 和Y 输入端口。MC1496的内部结构如下所示在做仿真时由于Multisim中没有封装好的MC1496，所以要自己连接电路，并进行封装。由MC1496构成的 调幅电路如下图所示：其中、和等组成多路电流源电路，、为电流源的基准电路，、分别供给、管恒值电流，为外接电阻，可用以调节的大小。由、两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻，利用的负反馈作用，以扩大输入电压的动态范围。为外接负载电阻。根据差

12、分电路的基本工作原理，可以得到 （2-1） (2-2) (2-3) 式中、 、分别是三极管、的集电集电流。为温度的电压当量，在常温T=300K时，。由图2-1可知，相乘器的输出差值电流 (2-4)将(2-1)、(2-2)、(2-3)代入(2-4)，可得 (2-5)由于、两管发射极之间跨接负反馈电阻，当远大于、管的发射结电阻时 (2-6)将式(2-6)代入(2-5)可得 (2-7)可见，输出电流中包含两个输入信号的乘积。在本次模拟调幅中令载波的幅度为100mv，基带信号（由函数发生器就代替）的幅度为200mv，调节W1可以使ma处于30%-80%之间。中波电台接收系统设计第一章 设计目的、任务和

13、要求1.1设计目的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。1.2中波电台接收系统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。1.3设计任务1.针对每个系统给出系统设计的详细功能框图。2.按照任务技术指标和要求及系统功能框图，给出详细的参数计算及方案论证、器件选择的计算过程。3给出详细的电路原理图，标出电路模块的输入输出，给出详细的数学模型和计算过程。第二章 总体方案介绍及工作原理说明2.1总体方案介绍超外差式接收

14、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、功率放大电路和扬声器或耳机组成。本次设计就不再涉及扬声器或耳机部分。其工作原理如图所示：输入回路高频放大混频中放放大本振从天线接收到的微弱高频信号先经过一级或几级高频小信号放大器放大，然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡电压相混合，所得到的输出电压，包络线形状不变，仍与原来的信号波形相似，但载波频率则转换为接收到的高频信号的频率与本地振荡所产生的等幅振荡电压的频率相减。频率变为465KHz中频电压再经中频放大器放大，送入检波器，得到检波输出电压，最后再经低频放大器放大，送至扬声器中转变为声音信号。2.2各部分功能介绍高频放大：

15、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，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。第三章 各部分的具体设计及分析3.1输入电路设计超外差式的输入电路很简单，通过天线接

16、受各种能接收到的各种频率信号经过谐振回路筛选出和输入回路一致的频率信号。便从所接收到的波段中完成了筛选广播电台的目的。本设计的超外差式接收机的输入电路图如下图所示：因为本回路接受的频率应该和发射机的相匹配，根据LC并联谐振回路：这样可求出C1=20pF，可变电容C2=0-300pF,电感L1=100uH。3.2混频电路设计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。超外差

17、式接收机本机振荡电路图如下图所示：电路中，R1、R2提供一定的工作点，使三极管Q1工作在放大状态。放大后的信号由L3输出，经过L3、L4间的耦合又将输出的信号由L4的下端经C4和C3又回送到Q1的输入端而形成正反馈。L3、C5和C6组成振荡回路，决定振荡器的频率。改变C5便可以改变振荡频率。本设计的本地振荡频率范围为在三极管Q1的基极和集电极间同时加有两个信号：经L2的耦合将输入回路接收到的信号加到Q1的输入端。作为本级振荡器是产生的一个比外来接受信号高465kHz的振荡信号由C4耦合也加到Q1输入端。因此，在混频信号中再选出中频信号。接收到的信号和混频后，在Q1输出端产生包括有中频信号的许多

18、新频率信号。C7和T1组成谐振回路，谐振在465kHz。当465kHz的信号通过时，C7、T1谐振，且T1这时的信号最强，并耦合到下一级去。对于其他的频率信号，C7、T1不发生谐振，且T1上的信号很小，可以忽略。就这样，从众多的频率信号中筛选出了需要的465kHz中频信号。3.3中频放大器电路设计超外差接收机中的中频放大器是一种频带较宽的谐振放大器。中放采用谐振回路作负载，这是与高放共同之处；但中放的谐振曲线接近理想曲线矩形，这是与高放不同之处。后者对超外差接收机的中放来说是完全必要的，因中放任务之一是削弱邻近干扰，而邻近干扰频率离信号很近，变频之后，离中频就很近，若中放的谐振曲线不好，便难以

19、削弱。此外，中放还具有工作频率固定与级数多两个特点。 中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率高，通频带 故高放回路的Q值越高越好，这时不必顾虑B太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路Q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。实际谐振曲线很难做到理想矩形，为了衡量实际谐振曲线接近矩形的程度，引入矩形系数，式中为通频带。3.4检波电路设计检波即调幅波的解调，从输入的调幅波中还原调制信号。可见，检波器是调幅接收机的核心电路，衡量它性能的指标主要有检波效率、检波失真、等效输入电阻等。解调时可以用同步检波的方法。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很方便的，其工作原理如下： 输入信号为有载波振幅调制信号，同步