小功率调幅AM发射机课程设计报告

高频电子线路课程设计内容摘要：小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用，原因是小功率调幅发射机具有实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单的优点。小功率调幅发射机这一课题的设计，旨在进行对所学电子线路知识的综合性训练，以及对理论紧密联系实际的训练。采用PROTEl99SE软件对小功率条幅发射机电路进行设计与绘制，从理论上对电路进行分析，选择适合的元器件，设计出满足技术指标的小功率调幅发射机。一、设计内容及要求㈠设计题目：小功率调幅AM发射机设计㈡技术指标：载波频率ZMH10cf输出功率mW2000P负载电阻50AR输出信号带宽ZkH9BW（双边带）残波辐射dB40单音调幅系数8.0am；平均调幅系数m0.3发射效率%50二、方案选择及系统框图㈠电路形式选择1主振器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。电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。另外，电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用普通三点式电路、克拉泼电路、西勒电路。频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器，也可以采用单片集成振荡电路。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。式中f0为标称频率，f1为实际工作频率。LC振荡器的频率稳定度只能达到（5-3-10~10）数量级，如果要求频率稳定度超过5-10数量级，就必须采用晶体振荡器。0010fffff为了能有更高的频率稳定度，所以本次设计中选择了晶体振荡器作为主振器，产生载波信号。2振幅调制器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。为了能尽可能的减少所用器件，使所设计的电路结构更为简单且更能体现出具体单元电路的实现方法，所以选用集电极条幅电路实现所需的条幅功能，而没有使用具有模拟乘法器功能的集成芯片实现调制功能。3语音处理级由于运算放大器具有很高的阻抗，能够与高阻抗的话筒配接，同时其输出阻抗很低，近似为零，带负载能力强。所以选用运算放大器实现音频信号的放大。4缓冲级缓冲级用于将振荡级与调制级隔离，以减小调制级对振荡级的影响。调制级工作状态的变化会影响到振荡器频率的稳定度或波形失真或者输出电压下降。缓冲级通常采用电压跟随器，有分立元件和集成块两种方法构成。分立元件采用三极管构成射极跟随器，集成块采用运算放大器构成。这里采用分立元件构成.射级跟随器为共集电极放大电路。5功放级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。调幅发射机的各单元电路可以用分立元件组成的电路完成，也可以用集成电路来完成。如果在调制级使用集电极调幅电路的情况下输出的功率大小足以满足发射要求，便可不使用功放级，而是将调制后的信后直接发射出去。㈡系统框图调幅发射机的组成框图：三、单元电路设计、参数计算和器件选择㈠振荡级需要满足的主要技术指标：晶振为10MHz，频率稳定度超过数量级，电源电压Vcc=12V选高频管型号为9018：主振级缓冲级功放末级调制级音频放大级9018结构：NPN集电极-发射极电压15V集电极-基电压30V射极-基极电压5V集电极电流0.05A耗散功率0.4W结温150℃特怔频率平均620MHZ放大倍数：D28-45E39-60F54-80G72-108H97-146I132-198取其放大倍数为100。原理电路：静态工作点的确定：高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。实际中取之间，若取,,则有：;为提高电路的稳定性，值可适当增大，取,则；，;若取通过的电流为，则，则取：;,。交流参数的确定：电容C10，C11由反馈系数F及C12所决定，其中C12可远远小于C10或C11，而F=1/2~1/8,据经验，取F=C10/C11=1/2，这样选取后的值电路以震荡，波型好。若取C10=150Pf，则C11=300PF，取C12=20pF，C13为3~30pF可调电容，可对振荡频率进行微调，耦合电容Cb=0.01uF。，㈡缓冲级原理电路：参数计算：不论是在低频电路还是高频电路的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路，如上图所示。调节射极电阻Re2，可以改变射极跟随器输入阻抗。如果忽略晶体管基极体电阻rb'b的影响，则射极输出器的输入电阻Ri为Ri=Rb'//βRL'，式中，RL'=(Re1+Re2)//RL,Rb'=Rb3//Rb4，输出电阻Ro为Ro=(Re1+Re2)//r0。式中，r0很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源。电压放大倍数AV为式中，gm——晶体管的跨导，一般情况下。所以，上图所示射极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的特点。晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取ICQ=3～10mA.对于图所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA，若晶体管的电流放大倍数β=60，则,取Re1=1KΩ的电阻,Re2=1kΩ的电位器。,,为减小射随器对前级振荡器的影响，耦合电容C8不能太大，一般为数十皮法，取30pF。C2为0.022μF左右。㈢语音放大级原理电路：参数计算：如图所示，R2和R3为运放同相端提供静态直流工作点，电压的放大倍数计算Uo=Ui(1+R1/R4)，C7,C6为耦合电容，因为音频为低频，所以用大容量的电解电容耦合。取R2=R3=10，为运放同相端提供6V的静态直流电压；取R1=90，R4=10，使得电压放大倍数为10倍；取两个大容量的电解电容为C7=C6=10uF。㈣调制级已知条件：，，，，，，，，系数，。三极管选型号3DA1B。原理电路：末级采用串联馈电的方式。由于电源靠近地的一端，杂散电容小，从而对回路的影响也小，使电路稳定工作。为了提高效率，本级利用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感轴头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。参数计算：;取,则；;设功率放大器在载波频率上工作于临界状态，则;三极管输出电容；折合到回路上为,则谐振回路所需的电容为：,故，取,5~20pF。;;；;;;。所以，激励功率；;;;;;,故可取,可变电阻。取耦合电容,旁路电容,高频扼流圈。集电极调幅电路实现振幅调制产生的调幅信号功率足以满足要求，可不必经过放大过程而直接发射出去。四、整体电路设计及工作原理㈠整体设计思路一台小功率调幅发射机通常有主振级、缓冲级、调制级、音频处理级、功放级组成。由功放经输出的高频已调信号经天线以电磁波的形式向空间发射出去。主振级是发射机的核心部件，主要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。该级电路通常才用LC谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。受调级主要是产生调制信号，可以是单独一级也可以与功放级共同完成，一般在功放级实现调制转移。音频处理级是提供音频调制信号。通常才用低频电压放大器和功率放大电路把音频调制信号送到受理级去完成调幅功能。缓冲级通常在振荡级后面，起隔离缓冲作用。一般采用射级跟随器组成。功放末级是发射机的重要组成部分，它以较高的频率输出最大的功率来满足发射机输出功率的要求，同时该级输出波形不能失真，否则影响发射效。㈡整体原理电路工作原理：晶体振荡器可以产生10MHz的高频信号作为载波，音频放大电路产生足够大功率的音频信号，将晶体振荡器的输出经射极跟随器构成的缓冲级连入集电极调幅电路构成的调制级，将音频放大电路的输出也连入调制级，经调制级完成调幅后即可产生满足发射要求的调幅信号，实现小功率调幅AM发射机的功能。五、系统元器件清单元件名称元件符号元件参数元件数目电阻R50Ω1电阻R90KΩ1电阻R10KΩ4电阻R1KΩ2电阻R7.9KΩ1电阻R1.5KΩ1电阻R7.5KΩ2电阻R12.5KΩ1可变电阻R50KΩ1可变电阻R500Ω1可变电阻R1KΩ1可变电阻R390Ω1瓷片电容C0.033uF2滑动电容C20PF1瓷片电容C8PF1瓷片电容C0.01uF1瓷片电容C30pF1瓷片电容C0.022uF1瓷片电容C20pF1瓷片电容C150pF1瓷片电容C300pF1电解电容C10uF2可变电容C3~30pF1可变电容C5~20pF1高频扼流圈Z100uH2晶体管Q3DA1B1晶体管Q90182集成运放UUA7411晶振Y10MHz1六、电路设计总结电子线路课程设计是电子线路课程教学的一个重要实践环节，对学生进行综合训练，培养学生运用课堂中所学到的理论与实践紧密结合，独立解决问题。本次小功率调幅发射机的设计需要通过查阅手册和文献资料，去独立分析和解决实际问题；在进一步熟悉常用电子器件的类型和特性的过程中，可以掌握合理选用电子器件的原则和方法；在反复设计调试的过程中，能够培养严格认真的工作作风和严谨的科学态度。七、参考文献1．谢嘉奎等编.电子线路——非线性部分（第四版）.北京：高等教育出版社，20002．李银华等编.电子线路设计指导.北京：北京航空航天大学出版社，20053．朱昌平、高远主编.高频电子线路实践教程.北京：机械工业出版社，20094．杨翠娥编.高频电子线路实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20015．高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，20026．谢自美主编.电子线路设计·实验·测试（第二版）：华中科技大学出版社，2009八、收获、体会本次历时一周的高频电子线路课程设计的理论设计，巩固了我们对高频电子线路谐振功率放大器、正弦波振荡器和振幅调制等章节知识的理解；在设计电路选择合适参数元器件的过程中，加强了我们对各种电子元器件工作特性和适用条件的认识；在实现小功率调幅发射机整体电路功能的过程中，加深了对各单元电路工作原理的认识，掌握了各单元电路耦合的正确电路。通过这次设计完整电路的历练，我们认识到将所学到的理论知识应用到具体实践中并不简单，需要我们对理论知识有透彻的理解作为前提，需要我们有足够多的实践经验作为依托。理论与实践相结合是我们正式融入社会、投入工作所必需的能力，我们应该注重和加强在校期间对这种能力的培养，为将来更好地工作打下夯实的基础。