差分编码器设计和高频小信号放大器的设计

1专业课程设计任务书第一周课题（四选一）1．1M调幅接收机设计要求：中心频率f0=1MHz，低频信号频率fm=10kHz。2．锁相频率合成器设计要求：锁相环使用C4046芯片，频率范围为10k~100k，步进10k。3．LC低通滤波器设计要求：设计一五阶Butterworth低通滤波器，截止频率为1.6MHz，输入、输出阻抗为50Ω4．差分编码器（码发生器和编码器）设计要求：码发生器输出一n=4的m序列伪码，码元传输速率10kB第二周课题（三选一）5．FSK调制解调系统设计要求：码元传输速率1kB，载波频率分别为300kHz和600kHz6．高频小信号放大器设计要求：中心频率f0=1MHz，通频带30kHz2Δf0.750kHz，电压增益不低于15dB7．高频LC振荡电路设计制作要求：（1）设计一个LC正弦波振荡电路（2）电路采用单电源12V（3）可采用考毕兹，克拉波或西勒振荡器电路稳定输出频率（4）振荡频率在1-2MHz连续可调（5）在频率范围内输出峰峰值大于4V且无明显失真2课题一课程设计报告内容索引内容页码1、课程设计题目……………………………………………52、主要技术指标（电路功能及其精度等）………………53、方案论证及选择……………………………………………54、系统组成框图……………………………………………85、单元电路设计及说明……………………………………96、总体电路图……………………………………………107、元器件列表………………………………………………108、总结……………………………………………………109、参考文献………………………………………………113一、课程设计题目差分编码器设计要求：码发生器输出N=4的序列伪码，码元传输速率10KB二、主要技术指标1、码发生器输出n=4的序列伪码2、码元传输速率为10KB三、方案论证及选择方案一1基本原理：DQPSK（DifferentialQuadriPhase-ShiftKeying，差分四相正交相移健控）是在QPSK（四相正交绝对调相）的基础上作的改进，它克服了QPSK信号载波的相位模糊问题，用相邻码元之间载波相位的相对变化来表示两位二进制数字信息。常用的DQPSK系统的方框图如图1所示，信息源来的信码先通过串/并变换电路分成两路并行二进制信号，再送入差分编码器实现两路二进制（即四进制）的差分编码。由于格雷码有其自身的优点，即判决接收到一个信号码元时，如发生错误，最容易判为它相邻的信号码元，即最多错一比特，所以送入QPSK四相绝对调制器要用格雷码。由于差分编码器是对自然二进制作差分编码，所以要在差分编码器和QPSK调制器之间做一个二－格变换电路，把双比特自然二进制码变换为双比特格雷码，再输入QPSK调制器。42、原理图：方案二555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI28.86kΩR157.72kΩR2100ΩRl10nFC10nFCf5VVs5VVsU1A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U2A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U3A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U4A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U5A74S86D=1U6A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U7A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U8A74S86D=1U10A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U11A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR45VVsU13A74S86D=1XFG1U12A74S08D&U9A74S86D=1XSC1ABCDGT5基本原理：用555定时器组成多谐振荡器作为脉冲信号源，经过移位寄存器（又４个Ｄ触发器组成）与异或门连接产生的ｍ序列，再加到ＪＫ触发器上，从而形成编码器。由此输出差分码，由于ＪＫ触发器的原理可知当差分码为０时保持，差分码为１时翻转，恰好符合差分编码，而差分编码就是利用了ＪＫ触发器的这一特性。１、原理图：U174175N1D4CLK91Q22D53D124D13~1Q3~2Q63Q10~3Q112Q74Q15~4Q14~CLR1555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI901.9ΩR172.15kΩR210nFC10nFCfVCC5VU2A7486N=1XSC1ABCDGTU3A74S112D1Q5~1Q6~1PR41K2~1CLR151J31CLK16因为方案二原理简单易懂，焊接相对较简便，所以采用方案二。四、系统组成框图7五、单元电路设计及说明我们选择了JK触发器的原理，将555输出的码同时连接到74LS112的2、3管脚上，形成了异或原理。即输出码a与Q的异或。R11k¦¸R22k¦¸VCCOUTU1555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIVCC5VC2100nFC110nFR31k¦¸Key=A50%4D11N1202CQ12N221915VCC320555电路构成多谐振荡器8六、总体电路图七、主要元件清单元器件名称数目电阻８２０Ω１电阻６.８Ｋ１电容１０ｎＦ２５５５芯片１７４ＬＳ１７５Ｎ芯片１７４ＬＳ８６Ｎ芯片１７４ＬＳ１１２Ｄ芯片１八、总结通过本次设计,我们熟悉了课本中NE555基本原理和扩展用途.以及计数，译码显示等功能的实现，加深了对课本知识的理解，打下555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI28.86kΩR157.72kΩR2100ΩRl10nFC10nFCf5VVs5VVsU1A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U2A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U3A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U4A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U5A74S86D=1U6A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U7A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U8A74S86D=1U10A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U11A74S74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR45VVsU13A74S86D=1XFG1U12A74S08D&U9A74S86D=1XSC1ABCDGT9了坚实的理论基础。这一周我们分工合作，经过找资料、确定方案、电路焊机、验收调试，最后总算完成了任务。这次的动手操作时我们坚强了对理论知识的运用九、参考文献【1】《通信原理教程》主编：樊昌信【2】《现代通信原理》主编：沈保锁，侯春萍【3】《电子技术基础·数字部分》第五版主编：康华光10课题二课程设计报告内容索引内容页码1、课程设计题目…………………………………………132、主要技术指标（电路功能及其精度等）………………133、单元电路设计及说明……………………………………144、总体电路图………………………………………………165、元器件列表………………………………………………196、总结……………………………………………………207、参考文献………………………………………………2111一、课程设计题目高频小信号放大器设计要求：中心频率f。=1KHz，载波频率分别为300KHz和600KHz。二、主要技术指标（1）电压增益与功率增益电压增益（uA）=放大器输出电压/输入电压功率增益（pA）=放大器输出给负载的功率/输入功率（2）通频带通频带是放大器的电压增益下降到最大值的1/2倍时所对应的频带宽度，常用7.02f来表示（3）矩形系数矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。而选择性是表示选取有用信号、抑制无用信号的能力。理想的频带放大器应该对通频带内的频谱分量有同样的放大能力，而对通频带以外的频谱分量要完全抑制，不予放大。所以，理想的频带放大器的频率响应曲线应是矩形。但是，实际的放大器的频率响应曲线与矩形有较大的差异，矩形系数用来表示世纪曲线形状接近理想矩形的程度，通常用1.0rK来表示，其定义为：7.01.01.0r22ffK，式中7.02f为放大器的通频带；1.02f为放大器的电压增益下降至最大值的0.1倍时所对应的频带宽度。（4）噪声系数噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。12对于放大器来说，总是希望放大器本身产生的噪声越小越好，即要求噪声系数接近于1。三、单元电路设计根据电路设计的以下要求（1）增益要高，即放大倍数要大。（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1=2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.图3.1频率特性曲线（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。图3.2反馈导纳对放大器谐振曲线的影响13（4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。然后确定谐振频率高频放大器制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值，使电路谐振。谐振时有ωC=1/ωL，通过计算可以确定LC的值，但实际电路与理论计算往往相差很大，甚至能相差十几倍到几十倍，这就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器为例，经计算得电感为4.7uH时选用5—25pF的可调电容完全可以达到谐振频率，但接好电路后很少能够调到30MHz。多次实验表明，实际振荡频率一般小于计算的频率，这就要用其它办法来确定放大器的谐振频率。一个比较好的办法就是借助LC振荡电路来实现谐振。如图3.3所示，此电路为共基组态的“考毕兹”振荡器，原理不再赘述，下面说明如何利用本电路:可调电容Cx选用和放大器电路中同一规格的，电感Lx是放大器中变压器接入谐振回路的电感值，由于本电路仅由Lx和Cx决定，但在实际电路中电容对电路的振荡频率的影响远远没有电感明显，因而先选定电容（5—20pF可调），则频率为33MHz时，电感需要4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否则高频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频Q表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使Lx基本达到要求（4uH左右），然后把绕制好的电感作为Lx接入图2.4所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节Cx,看振荡频率是否为33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感）的圈数，直到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用3：1）来绕变压器的次级线圈。14图3.3共基组态的“考毕兹”振荡器四、总体电路图1、根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路：图4.1高频小信号放大器152、电路原理小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。其主要特点是晶体管的输入输出回路（即负载）不是纯电阻，而是由L、C元件组成的并联谐振回路。小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分：有单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。按晶体管连接方法区分：有共基极、共发射极和共集电极放大器。高频小信号调谐放大器与低频放大器的电路基本相同（如图3.1所示）。其中变压器T2的初级线圈为接收机前端选频网络的一部分，经次级线圈耦合后作为放大器的输入信号，输出端也采用变压器耦合方式来实现选频和输出阻抗匹配。Cb与Ce为高频旁路电容，使交流为通路。本放大器的高频等效电路（不含天线下断的选频网络）如图4.3所示：图4.3调谐放大器的高频等效电路电路中并联振荡回路两端间的阻抗为：…………4