哈尔滨工业大学高频课程设计中波电台发射系统与接收系统设计及仿真

通信电子线路课程设计中波电台发射系统与接收系统设计学院：电信学院专业：通信工程姓名：学号：日期：2013年11月1引言随着科学技术的不断发展，我们的生活越来越科技化。正是这些科学技术的进步，才使得我们的生活发生了翻天覆地的变化。这学期，我们学习了《通信电子线路》这门课，让我对无线电通信方面的知识有了一定的认识与了解。通过这次的课程设计，可以来检验和考察自己理论知识的掌握情况，同时，在本课设结合Multisim软件来对中波电台发射机与接收机电路的设计与调试方法进行研究。既帮助我将理论变成实践，也使自己加深了对理论知识的理解，提高自己的设计能力。1.1发射机原理概述及框图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。超外差式调幅发射机系统原理框图如图1.1所示。1.2接收机原理概述及框图接收机的主要任务是从已调制AM波中解调出原始有用信号，主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、低频放大器、低频功率放大电路和喇叭或耳机组成。原理框图如图1.2所示。输入电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHZ。中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给低频放大器。低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。再由功率放大器将音频信号放大，放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。2调幅发射机电路设计与工作原理2.1主振荡器的设计与仿真本机震荡电路的输出是发射机的载波信号，要求它的振荡频率应十分稳定。本次设计频率稳定度要求为10-3，可采用西勒振荡器满足其要求。电路原理图如下：静态工作点：由电阻R1，R2，R3，R4为三极管提供直流偏置工作点，考虑到要避免顶部失真和底部失真的出现，所以最终选定电阻阻值为R1=21k，R2=5k，R3=1k，R4=1.8k,从仿真结果也可以看出波形较好。电感L2为高频扼流圈，应该采用较大的电感值，查阅相关资料后初始设定为L2=20mhH。电容C1，C2为旁路电容，C7为耦合电容，应取较大值，这里取0.6uH。电容C3，C4，C5，C6与电感L1组成谐振回路，其中C6为可调电容，并且由C6和L1组成LC谐振回路，并且使其呈感性。此时主要考虑谐振频率是否能够符合要求，以及是否能够满足起振条件。谐振频率计算公式：03456344535CCCfCCCCCCC。起振条件为：AF1，其中F=C3/C4。根据题目中所给的要求，经过反复调试取320,410000CpFCpF6470CpF10.4LmH510CpF此时振荡频率可稳定在f0=1.001MHz比较理想。任务书中给出三极管型号3DG6以及3DG12在软件中无法找到，故采用在与之效果类似的2N2222代替。用Mulitisim仿真结果：波形图频率图2.2缓冲放大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器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。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，如图所示。调节射极电阻2ER，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bbr'的影响，则射极输出器的输入电阻''//LBiRRR输出电阻0210//rRRREE式中，0r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imimVRgRgA1一般情况下，1imRg，所以图示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似于1的特点。晶体管的静态工作点应位于交流负载的中点，一般取CCCEQVV21，mAICQ10~3，对于图示电路，若取VVCEQ6，mAICEQ4，则5.121CQEQEEIVRR取kREQ1电阻，kRE12电位器kIVVVIVRCQBECEQCCBQBQB1010102kRVVVRBBQCCB9.7212.3振幅调制电路的设计与仿真MC1596模拟乘法器是一种能完成两个模拟量的相乘的电子元件。高频电子线路中的振幅调制就是载波和调制信号相乘的过程，MC1596内部电路如下图所示：MC1596内部电路图由于在Multisim软件中没有现成的MC1596乘法器可用，所以只好自己用元件搭接MC1596乘法器，课本上给出的乘法器调幅的电路是双边带调幅，我就据此进行了改装。首先先做出了MC1596的内部电路图，然后搭接其外围电路。MC1596构成的振幅调制电路静态工作点的设定：静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。在MC1596内部电路中，同样采用2N2222三级管，画出如上差分对管电路。在外围电路中，两个10k电阻R4与R5构成的电路，通过调节50k的电位器，使1管脚电位比4管脚高Vy，调制信号V与直流电压Vy叠加后输入Y通道，调节电位器可改变Vy的大小，可以调节Q6、Q8两端电位差，即改变调制指数Ma。输入载波频率为1MHZ，调制信号频率1KHZ，输出端LC回路数值分别选用L=200uH，C=115pF,使谐振输出回路中心频率在1MHz左右。用Mulitisim仿真结果：2.4低频放大器的设计与仿真本设计是将音频信号放大后输入调制电路，本次采用Ua741运算放大器完成本设计，放大倍数大约100倍。电路原理图如下：用Mulitisim仿真结果：波形图频率图2.5高频功率放大器的设计与仿真高频功率放大电路由宽带功放和丙类功放两级组成。丙类谐振功率放大器是利用选频网络作为负载回路的功率放大器。电路原理图如下：功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。集电极瞬时电压为Vc＝Vcm)cos(wt＋Vcc其最大值为Vcmax=VCM+VCC=Vcc（ma＋1）当ma＝0.8时Vcmax＝21V高频一周的品均输出功率Po=pcmRU/*2/12=pcmRI**2/12=50mW,当导通角为70时436.0)70(1，)70(*max1cmcII，所以)70(**220maxpcRPI=0.1A用Mulitisim仿真结果：波形图可知其满足功率要求。3调幅接收机电路设计与工作原理3.1本机震荡电路的设计为混频器产生fi，而且要求其必须是可调的，且能够跟踪fc，以实现变频功能。本地振荡器原理图如下：3.2混频电路的设计两个输入信号：fc为高频已调信号，fi为本振信号。将fc不失真的变换为f=|fi-fc|混频电路的目的就是将调幅波的载波频率调至固定值465KHz。参考课本电路图，并结合前面用到的由MC1596构成的调幅电路，这里选择MC1596构成的混频器。故要改变输出端的谐振回路的参数，选取L=6mH，C=10pF，以使其调谐到465KHz，其他参数无需改变。电路原理图如下：用Mulitisim仿真结果：用ma为0.5，载波频率为1MHz，调制信号频率为1KHz的调幅波测试，仿真结果中波形不太规则，效果不甚理想。3.3中频放大电路的设计用Mulitisim仿真结果：输入电台信号与本振信号差出的中频信号fI恒为某一固定值465kHz，它可以在中频“通道”中畅通无阻，并被逐级放大，即将这个频率固定的中频信号用固定调谐的中频放大器进行放大。而不需要的邻近电台信号和一些干扰信号与本振信号所产生的差频不是预定的中频，便被“拒之门外”，因此，接收机的选择性也大为提高。中频放大器的设计指标为：中心频率f0=465KHZ，带宽为2Δf0.7=8KHZ。负载ZL为下级一个完全相同的晶体管的输入阻抗。3.4检波电路的设计但本处采用二极管包络检波器，利用二极管包络检波时应注意防止惰性失真和负峰切割失真,电路原理图如下：如果不产生惰性失真，则需满足:ma=0.46,Ωmax=1KHz；如果不产生负峰切割失真，则需满足：R1=0.2R2，C1=C2，RC=(R1+R2)C1+R2C2，取C=0.010uF，所以R30.7KΩ，取R2=15KΩ，则R1=3KΩ，所以C1=C2=8nF,取C3=10uF，RL=45KΩ。最后接谐振回路进行选频可得C4=200nF，L1=127mH。检波后得到的波形也很好:用Mulitisim仿真结果：3.5低频功率放大电路的设计功率放大器的功能：将直流功率转化为交流功率，工作在非线性状态，即丙类。功率放大器的特点：输入为大信号；要求输出功率尽可能大；管子工作在接近极限状态；效率要高；非线性失真要小；BJT的散热问题低频放大器原理图及仿真4.心得体会：本次课程设计可以说是对我自己的一个很大的挑战，不过经过多日忙碌以及数日的熬夜苦战，虽然还有很多不足和问题，但我终于在期限之前完成了，看着自己的劳动成果，心里感觉特别充实，此次课程设计，我学到了很多东西，并对以后的毕业设计有了一个初步的了解。做好一个课程设计或毕业设计不仅需要具备扎实的书本知识并会善于应用，还要学会查阅资料，对以前学过的知识不清楚的地方还要进行复习，实在搞不懂的地方要向老师和同学请教，这样才能做出一个比较不错的课程设计。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，而且之前很少有过这样的经历，也通过这次课程设计，基本上把所学过的高频知识又重温了一遍，还预习了没有讲到的第九章变频电路的知识，通过课程设计，我理解到做任何事情都必须要具备耐心跟恒心，不能够半途而废，当遇到难题无法解决时要学会不耻下问，向身边的同学询问和请求帮助。本次课程设计中还有很多小问题，我这几天还会继续努力，争取在答辩之前得到更好地结果。