高頻電子線路課程設(shè)計調(diào)幅發(fā)射機與接收機整機設(shè)計

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1、高頻電子線路設(shè)計報告 提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有 高頻電子線路課程設(shè)計報告 課題：調(diào)幅發(fā)射機與接收機整機設(shè)計 學(xué)院：信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)：通信工程 姓名： 組員： 5 二零一四年十一月 摘要 本次課程設(shè)計，我們利用高頻載波的克拉潑震蕩電路產(chǎn)生正弦波，利用共集電極調(diào)幅電路進行調(diào)幅，產(chǎn)生AM調(diào)幅波。然后將調(diào)幅波通過包絡(luò)檢波器進行包絡(luò)檢波，由于波形失真較嚴重，我們在后面添加了LC式集中選擇性濾波器。借助Multisum12.0仿真軟件進行仿真。得到了較理想的波形。 【關(guān)鍵詞】 Multisum AM波調(diào)制解調(diào)多級RC濾波器 一．設(shè)計目的

2、 1.熟悉使用仿真軟件Multisum12.0，掌握仿真操作； 2.加深對通信電子線路設(shè)計的認識； 3.加深對振蕩器，調(diào)幅電路，解調(diào)的理解； 4.了解電路的工作原理以及參數(shù)變化所帶來的影響； 二.設(shè)計的實現(xiàn) 1．系統(tǒng)概述 調(diào)幅波的設(shè)計可以分成兩個主要的模塊，高頻載波信號采用了克拉潑震蕩電路來產(chǎn)生；調(diào)幅電路由集電極調(diào)幅電路來產(chǎn)生。 克拉潑電路是西勒電路的進一步改進，提高了頻率的穩(wěn)定度，減少了外界的不穩(wěn)定的因素，但是也存在少許誤差。 集電極調(diào)制，調(diào)制信號控制集電極電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。優(yōu)點，集電極 效率高，晶體管獲得充分的利用，缺點是，已調(diào)波的邊頻帶功率P(ω0Ω)由調(diào)制信號供給

3、，因而需要大功率的調(diào)制信號源。 電路實現(xiàn)模塊：如圖 調(diào)幅波 集電極調(diào)制 調(diào)制信號 正弦波振蕩器 圖1 三、單元電路設(shè)計、原理以及仿真分析 1、 振蕩電路 原理分析： 振蕩電路一般分為兩種工作原理，其一為反饋式振蕩器，其二是負阻式振蕩器，本實驗中采用的是反饋式。 反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路。它由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。放大器通常以某種選頻網(wǎng)絡(luò)（如振蕩回路）作負載, 是一種調(diào)諧放大器；反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。 其通過噪聲產(chǎn)生起振，從而形成一個起振、非線性放大、反饋，再放大、最終趨于穩(wěn)定的過程。

4、在該過程中需要滿足三個條件，即起振條件，平衡條件以及穩(wěn)定條件。 起振條件要求ＡＦ>1,且相位相反（）。為使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大，即振蕩開始時應(yīng)為增幅振蕩。 平衡條件要求ＡＦ＝１，且相位相反（）。 穩(wěn)定條件要求且。 振幅穩(wěn)定條件 要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說，就是在平衡點附近，當不穩(wěn)定因素使振幅增大時，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減小。 相位穩(wěn)定條件 同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止相位變化的能力。 其中振蕩器起振條件要求ＡＦ>1，振蕩器平衡條件為ＡＦ＝１，它說明在平衡狀態(tài)時其閉環(huán)

5、增益等于1。在起振時A>1/F，當振幅達到一定程度后，由于晶體管工作狀態(tài)由放大區(qū)進入飽和區(qū)，放大倍數(shù)A迅速下降，直至AF=1，此時開始產(chǎn)生諧振。假設(shè)由于某種因素使AF<1，此時振幅就會自動衰減，使A與1/F逐漸相等。 原理電路圖： 圖 2 實際電路圖： 圖3 上圖為改進型克拉波電路，電路中C1>>C3，C2>>C3，Cb為基極耦合電容，C3為可變電容，他的作用是把L與、分隔開，使反饋系數(shù)僅僅取決于與的比值。而振蕩頻率則基本上由C3和L決定。這樣C3就減弱了晶體管和震蕩回路之間的耦合，從而提高了頻率的穩(wěn)定度。另一方面，不穩(wěn)定電容（如分布電容）與、并聯(lián)，基本上不會影響振蕩

6、頻率。C3越小，則頻率的穩(wěn)定性越好，但起振也越困難。所以不能無限制的減小。 回路的總電容：1cΣ=1c1+1c2+1c3≈1c3 電路的振蕩頻率：f0=12πLC3 選頻回路由C1,C2,C3,和L構(gòu)成。 參數(shù)設(shè)置 Cb=300PF，Rb1=10KΩ，Rb2=15KΩ，Re=15KΩ，Rc=15KΩ，Ce=1nF，Cc=100PF，C1=100PF，C2=400PF，C3=100PF,L=30uH，Vcc=10V； 理想波形： 圖4 仿真波形： 圖5 頻譜圖： 圖6 仿真分析： 理論計算所得的f0=5MHZ 幅值為2V 實際振

7、蕩產(chǎn)生的f=4.505MHZ左右，幅值約等于2V，結(jié)果有一定誤差，但與理論波形接近。 2.集電極調(diào)幅模塊；用集電極調(diào)幅電路實現(xiàn)的調(diào)幅波電路 電路原理分析： 集電極調(diào)幅就是用調(diào)制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。低頻調(diào)制信號與直流電源VCC相串聯(lián)，放大器的有效集電極電源電壓等于上述兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號波形而變化。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號的波形而變化。于是得到調(diào)幅波輸出。 在過壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量Icm1隨集電極電源電壓成正比變化，因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號的波形變化而變化，于是得到調(diào)幅波。 在集電

8、極調(diào)幅中，需要低頻調(diào)制信號提供邊頻功率，所以需要較大的低頻信號，且調(diào)制效率較高。 在設(shè)計調(diào)幅電路的過程中需要注意的有如下幾點： （1） 工作于(甲乙類)過壓狀態(tài)。 （2） 注意VBB1與VCC1的取值，VBB1較小，VCC1較大。 （3） Vbe=VBB1+Vc 由于集電極調(diào)幅效率較高，其中Vc比較小。 （4） Vce=VCC1+V由于集電極調(diào)幅需要較大功率的V。 （5） 調(diào)制系數(shù)ma不能太大，不然容易產(chǎn)生過調(diào)制。 圖7 實際電路： 圖8 仿真波形 圖10 頻譜圖 圖11 3．包絡(luò)檢波器 電路如圖所示： 圖

9、12 原理分析 因UAM經(jīng)由非線性器件后輸出電流中含有能線性反映輸入信號包絡(luò)變化規(guī)律的音頻信號分量（即反映調(diào)制信號變化規(guī)律）。所以包絡(luò)檢波僅適用于標準調(diào)制波的解調(diào)。 1.1串聯(lián)型二極管峰值包絡(luò)檢波器 ①電路與原理 圖13 電路由二極管D和 RLC 低通濾波器相串接構(gòu)成。輸入US 時,通過D的電流i在 RLC 電路產(chǎn)生平均電壓UAV ,該電壓又反作用于D上（稱平均電壓負反饋效應(yīng)），影響通過二極管的電流。 若Us=Vcm(1+MacosΩt)cosωCt 則UAV=ηdVcm+ηdMaVcmcosΩt=VAV+Uav 其中Uav∝UΩ 所以實現(xiàn)了線性檢波。 電容兩

10、端存在鋸齒脈沖電壓 U0 稱未濾凈的殘余高頻電壓，UAV 輸出平均電壓反映了包絡(luò)變化規(guī)律。 ②檢波指標 檢波效率ηd=UAV/Vm（t）=cosφ≈1 輸入電阻從能量觀點來看： Pi=Vm2/2RiPL=VAV2/RL Pi≈PL , Vm≈VAV ∴Ri=RL/2 非線性失真 a) 惰性失真 o 當輸入為調(diào)幅波時，過分增大RL 和 C 值，致使二極管截止期間C 通過 RL 的放電速度過慢，在某t1 時刻跟不上輸入調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度。輸出平均電壓就會產(chǎn)生失真，稱惰性失真。 圖14 o 為避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個高頻周期內(nèi),使C 通過RL 的放

11、電速度大于或等于包絡(luò)的下降速度。 單音調(diào)制時不產(chǎn)生惰性失真的條件，為兼顧檢波性能，工程上取 o 結(jié)論： Ma 和Ω越大，包絡(luò)下降速度越大，不產(chǎn)生惰性失真所要求的RLC 值也須越小。在多音調(diào)制時，作為工程估算，Ma 和Ω均應(yīng)取最大值(即) b)負峰切割失真 o 原因：檢波器與下級電路連接時，一般采用阻容耦合電路。 Cc為隔直電容，對Ω呈交流短路，Cc 兩.端電壓為VAV 。Ri2為下級電路輸入電阻，VAV在RL、Ri2分壓后在RL兩端得VA電壓反作用到二極管兩端，若VA>Vsmmin ，D截止，使輸出調(diào)制信號電壓在其負峰值附近將被削平，出現(xiàn)負峰切割失真。 o 現(xiàn)象 圖1

12、5 o 克服失真條件：為了克服負峰切割失真，要求VA≤Vsmmin可得到克服失真的條件 (RΩ為交流負載) 可見，交直流負載電阻越接近，不產(chǎn)生負峰切割失真所允許的Ma值越接近于1。Ma一定時，交直流負載電阻值的差別受到不產(chǎn)生負峰切割失真的限制。 圖17 o 克服辦法： I) 若Ri2很大，可將RL分為RL1+RL2 取， RΩ=RL1+RL2∥Ri2≈RL1+RL2=RL II) 若Ri2很小，則在RL與Ri2之間接一射隨器 （高輸入阻抗低輸出阻抗）起到阻抗匹配的作用。 仿真波形 圖18 頻譜圖 圖19 4、LC濾波器電路

13、 由于級間電路的相互影響，波形失真較嚴重，在上次的基礎(chǔ)上，我們添加了LC式集中選擇性濾波器，框圖如下。 圖20 5、總電路原理圖 圖21 三、問題討論： 1、集電極調(diào)幅電路為什么要工作在過壓狀態(tài)？ 答：集電極調(diào)幅就是用調(diào)制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。低頻調(diào)制信號與直流電源Vcc相串聯(lián)，因此放大器的有效集電極電源電壓等于上述兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號波形而變化。在過壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量Icm1隨集電極電源電壓成正比變化。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號的波形變化而變化，于是得到

14、調(diào)幅波輸出。集電極調(diào)幅電路必須總是工作在過壓狀態(tài)。 2、為什么采用電容三端式振蕩電路？ 答：電感反饋震蕩電路容易起振，改變回路電容來調(diào)整頻率時，基本上不影響電路的反饋系數(shù)，但其振蕩波形不夠好。而電容三端振蕩器的優(yōu)點是輸出波形較好，更接近于正弦波。調(diào)節(jié)電容三端振蕩電路的C1或者C2來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也會改變。而克拉波振蕩電路實質(zhì)是電容三端振蕩電路的改進型，在L兩端并上一個可變電容器，并令C1與C2為固定電容，則在調(diào)整頻率時，基本不會影響反饋系數(shù)。 3、產(chǎn)生惰性失真的原因以及如何避免失真？ 答：當輸入為調(diào)幅波時，過分增大RL 和 C 值，致使二極管截止期間C 通過 RL

15、 的放電速度過慢，在某t1 時刻跟不上輸入調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度。輸出平均電壓就會產(chǎn)生失真，稱惰性失真。 為避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個高頻周期內(nèi),使C 通過RL 的放電速度大于或等于包絡(luò)的下降速度。 四、心得體會 在實際的電路仿真過程中，我們遇到了許多的問題，理論知識不足，所以我們需要大量的查閱資料，這給我們工作帶來了挑戰(zhàn)。我先做的是電容三端式震蕩電路，但遇到了許多的問題，經(jīng)過不斷的調(diào)整參數(shù)和修改電路，終于得到了較理想的結(jié)果。 在接下來的部分里，我們也遇到了許多的問題。雖然每個模塊都能獨立工作并出結(jié)果，但當將它們進行組合時又變的很糟糕，所以還要進行修正。 本次設(shè)計讓我感受到了從無到有，從迷糊到清楚的一個變化過程。其中的成長和對理論知識的熟練掌握程度有著十分大的提高。我感到了自己理論知識方面的不足，所以在接下來的學(xué)習(xí)里，要學(xué)好基礎(chǔ)知識，提高自己的動手能力，還有分析問題解決問題的能力?？傊?，這次的課程設(shè)計我學(xué)會了很多。 16