高频电子线路-小功率调幅发射机的设计

吉林建筑大学电气与计算机学院高频电子线路课程设计报告设计题目：小功率调幅发射机的设计专业班级：信科121学生姓名：许守岩学号：14指导教师：高晓红王超设计时间：2015.9.21－2015.10.9教师评语：成绩评阅教师日期11《高频电子线路》设计报告一、设计目的目的:课程设计是理论学习的延伸，是掌握所学知识的一种重要手段。本次课程设计在于通过实践环节来强化我们对高频电子线路理论知识的掌握，使我们加深对理论知识的理解，提高我们自学和独立工作的实际能力，将所学的知识系统、深入地贯穿到实践中，为今后课程的学习和从事相应工作打下坚实基础。要求:高频电子线路主要研究通信设备，即广播、电视、无线电发送和接收设备的基本电路的线路组成、工作原理和分析方法。本次课程设计侧重考察学生进行微型计算机系统设计的基本方法，学生在设计期间需要完成题目分析，资料收集、整理，方案设计，系统硬件设计、系统仿真与实现、设计报告撰写等环节，并基于Multisim软件，对于所设计的系统进行原理图绘制，进行相应的系统仿真或系统实现。二、设计题目及内容设计题目:小功率调幅发射机的设计设计内容:（1）掌握小功率调幅发射机原理；（2）设计出实现调幅功能的电路图；（3）应用Multisim软件对所设计电路进行仿真验证。技术指标:载波频率f0=1MHz-10MHz；低频调制信号1KHz正弦信号；调制系数Ma=50％±5％；负载电阻RA=50Ω。三、系统分析3.1小功率调幅发射机的工作原理调幅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。本设计的发射机包括高频部分、低频部分、电源部分三个模块。低频信号采用音频放大器对调制信号进行放大，以便对高频末级功率放大器进行调制；高频部分包括主振荡器、缓冲放大、末级功放三部分，主振器采用频率稳定度高的石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响，经过音频放大后的信号在高频部分的末级功放实现对载波信号的调幅。原理：尤振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲级送至振幅调制电路，缓冲级将振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响，放大级将低频信号放大至足够的电压后送到振幅调制电路，振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器，高频级将载频信号的功率放大到所需的发射功率。123.2方案的选择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、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。调幅发射机通常尤主振级、缓冲级、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=10MHZ，主振级采用克拉泼振荡电路，输出的载波频率可以满足要求，不需倍频器，原理框图如下3.2所示：图3.2系统总体框图3.3功率分配及电源电压的确定本机输出的最大功率(Po)max=(1+ma)2×Po=4×Po＝4×0.5W=2W。设输出变压器的效率，则末级功率放大器管最大输出功率为(Po)max=2W/0.8=2.5W,取功率放大器管功率增益为Ap＝13dB(20倍)，则末级的最大激励功率应为125mW,而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。对于小型发射机，电源电压一般为9～15V，所以取标准电源12V。3.4各级晶体管的选择一般选取晶体管的原则是BVceo、Pcm、Icm必须满足要求。末级功率放大器管：工作频率为7MHz,最大输出功率为2.5W，且集电极瞬时电压为其最大值为：，错误!未找到引用源。＝4×Vcc＝4×12＝48V，可选用主振器低频放大话筒高频功效振幅调制高频放大缓冲器133DA1B，其参数为：BVceo≥50V,Pcm=7.5W,Icm=0.75A,f=70MHz≥10f0,Ap=13dB。四、单元电路的设计4.1主振器的设计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。高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。提高振荡回路标准性，除了采用高Q值和高稳定的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容，实现温度补偿的作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响。图4.1.1主振器14电路仿真波形图如下所示:图4.1.2仿真波形4.2缓冲器的设计缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响，因为功放级输出信号较大工作状态的变化会影响振荡级稳定度或波形失真或电压减小，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级，缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，缓冲放大器需将振荡器输出电压，以提高电平调幅电路所需的载波输入信号，所以要有合适且可调的增益。如图4.2.1所示:图4.2.1缓冲器电路图15仿真器仿真电路图如图所示：图4.2.2缓冲器通过调节R7的阻值可连续改变输出正弦波的波形。调节R7可以得到所需幅值的正弦波。4.3高频放大器的设计高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通常采用丙类功率放大器，如果一级不能满足指标要求，可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。16仿真器仿真电路图如图所示：图4.3.1高频放大器仿真电路图电路仿真波形图如下所示：图4.3.2仿真波形174.4音频放大器的设计音频放大器仿真电路如图4.4.1所示：4.4.1音频电路仿真电路图输入频率为1KHZ幅值为1V的正弦波时，音频放大器仿真输出波形图如图4.4.2所示：图4.4.2音频放大器输出波形184.5振幅调制电路设计振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就可以在调制级将信号直接发射出去。仿真器仿真电路图如图所示：图4.5振幅调制仿真电路图4.6功率放大器设计高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通常采用丙类功率放大器，如果一级不能满足指标要求，可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。功率激励级为末级功放提供激励功率。末级功放将前级送来的信号进行功率放大使负载（天线）上满足要求的发射功率，如果要求整机效率较高应采用丙类功率放大器，根据本题要求，顾选用丙类功率放大器较好。隔离的作用是为了防止发射的部分高频信号对载波信号产生干扰，放大的作用是为下一级提供足够的功率，采用自给负压丙类谐振功率放大器，通过改变电位器改变负偏压大小，回路谐振在工作频率，可以改变变压器的耦合输出。19仿真器仿真电路图如图所:图4.6.1功率放大器仿真电路图功率放大器输出波形如下所示:图4.6.2功率放大器输出波形110五、系统总体电路图设计5.1整体电路原理整体电路共分为六个模块，分别为主振器，缓冲器，高频电压放大器，音频放大器，集电极振幅调制器，高频功率放大器，首先尤克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让振荡器与振幅调制器隔离开来，不影响载波频率的稳定，经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行普通调幅，然后进行丙类功率放大，经天线输出普通调幅波。111六、总结该课程设计使我建立无线电发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，能正确设计、计算发射机的各个单元电路：主振级、激励级、输出级、调制级、输出匹配网络及音频放大器。初步掌握小型调幅波发射机的调整及测试方法。在设计电路时，要首先将总体电路分成若干个不子模块，使每个模块有各自的不同的任务；再对各相对简单的子模块进行单独设计；最后将各个子电路组合在一起完成整个电路。这样做法分工明确，层次清晰，使设计者能更宏观的把握设计的总体步骤。而且设计单独的子电路降低了工作难度，使设计工作更有条理性。在检查电路时，也可根据各种情况分析是哪个子系统出了问题，再单独检查该出问题系统，可以提高检查的效率。增强了用Multisim绘制仿真原理图的能力，对画图的步骤和方法进行了复习巩固。在设计过程中，深刻明白了只动脑和动手做之间的天壤之别。原本设想的很完美的东西一动手做起来就困难重重，各种想象不到的困难都出现在眼前。认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题不能只空想要动手实践，从实际中发现问题。回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必将面对更多更加复杂的设计工作，此次设计过程对我的各个方面都有了许多积极的影响，使我做事情更加细心有耐心。这次设计过程啊让我认识到了只有付出才能有收获，看着做完的电路图，让我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就会有收获。我收获的不仅仅是完成了一次任务，更重要的是让我更清楚的认识了自己的不足，锻炼了自己的能力。回顾这一次的课程设计，真是收益匪浅。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和用Multisim连接图，以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的却保持是懂非懂的状态。对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程学习的兴趣。112参考文献：[1]《电子线路设计·实验·测试》第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社[2]《高频电子线路实验与课程