高頻電子線路,小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì).doc

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1、 吉林建筑大學(xué) 電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院 高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 信科121 學(xué)生姓名： 許守巖 學(xué) 號(hào)： 14 指導(dǎo)教師： 高曉紅 王超 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.9.21－2015.10.9 教師評(píng)語： 成績 評(píng)閱教師 日期

2、 《高頻電子線路》設(shè)計(jì)報(bào)告 1、 設(shè)計(jì)目的 目的:課程設(shè)計(jì)是理論學(xué)習(xí)的延伸，是掌握所學(xué)知識(shí)的一種重要手段。本次課程設(shè)計(jì)在于通過實(shí)踐環(huán)節(jié)來強(qiáng)化我們對(duì)高頻電子線路理論知識(shí)的掌握，使我們加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高我們自學(xué)和獨(dú)立工作的實(shí)際能力，將所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)、深入地貫穿到實(shí)踐中，為今后課程的學(xué)習(xí)和從事相應(yīng)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 要求:高頻電子線路主要研究通信設(shè)備，即廣播、電視、無線電發(fā)送和接收設(shè)備的基本電路的線路組成、工作原理和分析方法。本次課程設(shè)計(jì)側(cè)重考察學(xué)生進(jìn)行微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，學(xué)生在設(shè)計(jì)期間需要完成題目分析，資料收集、整理，方案設(shè)計(jì)，

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫等環(huán)節(jié)，并基于Multisim軟件，對(duì)于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行原理圖繪制，進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)仿真或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 2、 設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容 設(shè)計(jì)題目:小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容:（1）掌握小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理； （2）設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能的電路圖； （3）應(yīng)用Multisim軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 技術(shù)指標(biāo):載波頻率f0=1MHz-10MHz；低頻調(diào)制信號(hào)1KHz正弦信號(hào)；調(diào)制系數(shù)Ma=50％5％；負(fù)載電阻RA=50Ω。 3、 系統(tǒng)分析 3.1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作原理 調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完

4、成有用的低頻信號(hào)對(duì)高頻載波的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。本設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)包括高頻部分、低頻部分、電源部分三個(gè)模塊。低頻信號(hào)采用音頻放大器對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大，以便對(duì)高頻末級(jí)功率放大器進(jìn)行調(diào)制；高頻部分包括主振蕩器、緩沖放大、末級(jí)功放三部分，主振器采用頻率穩(wěn)定度高的石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響，經(jīng)過音頻放大后的信號(hào)在高頻部分的末級(jí)功放實(shí)現(xiàn)對(duì)載波信號(hào)的調(diào)幅。 原理：尤振蕩產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的載波信號(hào)，載波信號(hào)經(jīng)緩沖級(jí)送至振幅調(diào)制電路，緩沖級(jí)將振蕩級(jí)與調(diào)制級(jí)隔離，減小調(diào)制級(jí)對(duì)晶體振蕩級(jí)的影響，放大級(jí)將低頻信號(hào)放大至足夠的

5、電壓后送到振幅調(diào)制電路，振幅調(diào)制電路的輸出信號(hào)經(jīng)高頻功率放大器，高頻級(jí)將載頻信號(hào)的功率放大到所需的發(fā)射功率。 12 1 3.2方案的選擇 發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號(hào)對(duì)高頻載波的調(diào)制,將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。 通常，發(fā)射機(jī)包括三個(gè)部分：高頻部分，低頻部分，和電源部分。 高頻部分一般包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動(dòng)級(jí)與末級(jí)功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級(jí)往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響。 低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級(jí)、低頻功率放大級(jí)與末級(jí)

6、低頻功率放大級(jí)。低頻信號(hào)通過逐漸放大，在末級(jí)功放處獲得所需的功率電平，以便對(duì)高頻末級(jí)功率放大器進(jìn)行調(diào)制。因此，末級(jí)低頻功率放大級(jí)也叫調(diào)制器。 調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號(hào)上去的過程。所以末級(jí)高頻功率放大級(jí)則成為受調(diào)放大器。 調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常尤主振級(jí)、緩沖級(jí)、中間放大級(jí)、振幅調(diào)制、音頻放大和輸出網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，載波頻率f=10MHZ，主振級(jí)采用克拉潑振蕩電路，輸出的載波頻率可以滿足要求，不需倍頻器，原理框圖如下3.2所示： 低頻放大 話筒 高頻功效 振幅調(diào)制 高頻放大 緩沖器 主振器

7、 圖3.2系統(tǒng)總體框圖 3.3功率分配及電源電壓的確定 本機(jī)輸出的最大功率(Po)max=(1+ma)2Po=4Po＝40.5W=2W。設(shè)輸出變壓器的效率，則末級(jí)功率放大器管最大輸出功率為(Po)max=2W/0.8=2.5 W,取功率放大器管功率增益為Ap＝13 dB(20倍)，則末級(jí)的最大激勵(lì)功率應(yīng)為125mW,而振蕩器輸出功率較小，一般為幾十毫瓦即可。 對(duì)于小型發(fā)射機(jī)

8、，電源電壓一般為9～15 V，所以取標(biāo)準(zhǔn)電源12 V。 3.4各級(jí)晶體管的選擇 一般選取晶體管的原則是BVceo、Pcm 、Icm必須滿足要求。 末級(jí)功率放大器管：工作頻率為7 MHz ,最大輸出功率為2.5W，且集電極瞬時(shí)電壓為其最大值為：，＝4Vcc ＝412＝48 V，可選用3DA1B，其參數(shù)為：BVceo≥50V,Pcm=7.5W,Icm=0.75A,f=70MHz≥10f0,Ap=13dB。 4、 單元電路的設(shè)計(jì) 4.1主振器的設(shè)計(jì) 主振器就是高頻振蕩器，根據(jù)載波頻率的高低，頻率穩(wěn)定度來確定電路型式。高頻電子線路所討論的工作頻率是幾百千赫到幾百兆赫，而課程設(shè)計(jì)所設(shè)

9、計(jì)的最高頻率受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，一般選在30兆赫以下。 頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，表示一定時(shí)間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程度，振蕩頻率的相對(duì)變化量越小，則表明振蕩頻率穩(wěn)定度越高。 改善頻率穩(wěn)定度，從根本上來說就是力求減少振蕩頻率受溫度等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此，改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措施是提高振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持諧振頻率不變的能力。這就是通常所謂的提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性。 提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性，除了采用高Q值和高穩(wěn)定的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數(shù)電感作相反變化的負(fù)溫度

10、系數(shù)電容，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，或采用部分接入的方法以減小不穩(wěn)定的晶體管極間電容和分布電容對(duì)振蕩頻率的影響。 圖4.1.1主振器 電路仿真波形圖如下所示: 圖4.1.2仿真波形 4.2緩沖器的設(shè)計(jì) 緩沖隔離級(jí)將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離，以減小功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響，因?yàn)楣Ψ偶?jí)輸出信號(hào)較大工作狀態(tài)的變化會(huì)影響振蕩級(jí)穩(wěn)定度或波形失真或電壓減小，為減小級(jí)間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級(jí)，緩沖隔離級(jí)經(jīng)常采用射極跟隨器電路，緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓，以提高電平調(diào)幅電路所

11、需的載波輸入信號(hào)，所以要有合適且可調(diào)的增益。如圖4.2.1所示: 圖4.2.1緩沖器電路圖 仿真器仿真電路圖如圖所示： 圖4.2.2緩沖器 通過調(diào)節(jié)R7的阻值可連續(xù)改變輸出正弦波的波形。調(diào)節(jié)R7可以得到所需幅值的正弦波。 4.3高頻放大器的設(shè)計(jì) 高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。需要使用幾級(jí)放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠

12、滿足要求時(shí)，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級(jí)高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。諧振放大器的調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同，首先應(yīng)調(diào)整每一級(jí)所需的直流工作點(diǎn)，但要注意一點(diǎn)：在多級(jí)諧振放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測(cè)試其直流工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先用示波器觀察放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振蕩，應(yīng)先設(shè)法排除它，然后再測(cè)試其直流工作點(diǎn)。否則，所測(cè)數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。對(duì)于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動(dòng)態(tài)范圍的調(diào)整及測(cè)試，一般有兩種方法，一種是逐點(diǎn)法；一種是掃頻法。后者比較簡單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對(duì)于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測(cè)試。

13、高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的末級(jí)，它的任務(wù)是要給出發(fā)射機(jī)所需要的輸出功率。本設(shè)計(jì)研究的是小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類功率放大器，如果一級(jí)不能滿足指標(biāo)要求，可以選用兩級(jí)。一般末級(jí)功率放大器工作在臨界狀態(tài)，中間級(jí)可以工作在弱過壓狀態(tài)。 仿真器仿真電路圖如圖所示： 圖4.3.1高頻放大器仿真電路圖 電路仿真波形圖如下所示： 圖4.3.2仿真波形 4.4音頻放大器的設(shè)計(jì) 音頻放大器仿真電路如圖4.4.1所示：

14、 4.4.1音頻電路仿真電路圖 輸入頻率為1KHZ幅值為1V的正弦波時(shí)，音頻放大器仿真輸出波形圖如圖4.4.2所示： 圖4.4.2音頻放大器輸出波形 4.5振幅調(diào)制電路設(shè)計(jì) 振幅調(diào)制器的任務(wù)是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)幅波的調(diào)制形式傳送出去。通常采用低電平調(diào)制和高電平調(diào)制兩種方式。采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法是屬于低電平調(diào)制，輸出功率小，必須使用高頻功率放大器才能達(dá)到發(fā)射功率的要求。采用集電極調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方式屬于高電平調(diào)制。如果集電極調(diào)幅電路的輸出功率能夠滿足發(fā)射功率的要求，就可以在調(diào)制級(jí)將信號(hào)直接發(fā)射出去。

15、 仿真器仿真電路圖如圖所示： 圖4.5振幅調(diào)制仿真電路圖 4.6功率放大器設(shè)計(jì) 高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的末級(jí)，它的任務(wù)是要給出發(fā)射機(jī)所需要的輸出功率。本設(shè)計(jì)研究的是小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類功率放大器，如果一級(jí)不能滿足指標(biāo)要求，可以選用兩級(jí)。一般末級(jí)功率放大器工作在臨界狀態(tài)，中間級(jí)可以工作在弱過壓狀態(tài)。 功率激勵(lì)級(jí)為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率。 末級(jí)功放將前級(jí)送來的信號(hào)進(jìn)行功率放大使負(fù)載（天線）上滿足要求的發(fā)射功率，如果要求整機(jī)效率較高應(yīng)采用丙類功率放大器，根據(jù)本題要求，顧選用丙類功率放大器較好。隔離的作用是為了防止發(fā)射的

16、部分高頻信號(hào)對(duì)載波信號(hào)產(chǎn)生干擾，放大的作用是為下一級(jí)提供足夠的功率，采用自給負(fù)壓丙類諧振功率放大器，通過改變電位器改變負(fù)偏壓大小，回路諧振在工作頻率，可以改變變壓器的耦合輸出。 仿真器仿真電路圖如圖所: 圖4.6.1功率放大器仿真電路圖 功率放大器輸出波形如下所示: 圖4.6.2功率放大器輸出波形 5、 系統(tǒng)總體電路圖設(shè)計(jì) 5.1整體電路原理 整體電路共分為六個(gè)模塊，分別為主振器，緩沖器，高頻電壓放大器，音頻放大器，集電極振幅調(diào)制器，高頻功率放大器，首先尤克拉

17、波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號(hào)，再經(jīng)過緩沖級(jí)，讓振蕩器與振幅調(diào)制器隔離開來，不影響載波頻率的穩(wěn)定，經(jīng)過高頻電壓放大器，將輸入電壓進(jìn)行放大，使輸出電壓滿足高電平的集電極調(diào)制器，接著將調(diào)制信號(hào)經(jīng)過音頻放大器放大，最后將載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)輸入到集電極調(diào)制電路進(jìn)行普通調(diào)幅，然后進(jìn)行丙類功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。 6、 總結(jié) 該課程設(shè)計(jì)使我建立無線電發(fā)射機(jī)的整機(jī)概念，了解發(fā)射機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算發(fā)射機(jī)的各個(gè)單元電路：主振級(jí)、激勵(lì)級(jí)、輸出級(jí)、調(diào)制級(jí)、輸

18、出匹配網(wǎng)絡(luò)及音頻放大器。初步掌握小型調(diào)幅波發(fā)射機(jī)的調(diào)整及測(cè)試方法。 在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要首先將總體電路分成若干個(gè)不子模塊，使每個(gè)模塊有各自的不同的任務(wù)；再對(duì)各相對(duì)簡單的子模塊進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)；最后將各個(gè)子電路組合在一起完成整個(gè)電路。這樣做法分工明確，層次清晰，使設(shè)計(jì)者能更宏觀的把握設(shè)計(jì)的總體步驟 。而且設(shè)計(jì)單獨(dú)的子電路降低了工作難度，使設(shè)計(jì)工作更有條理性。在檢查電路時(shí)，也可根據(jù)各種情況分析是哪個(gè)子系統(tǒng)出了問題，再單獨(dú)檢查該出問題系統(tǒng)，可以提高檢查的效率。增強(qiáng)了用Multisim繪制仿真原理圖的能力，對(duì)畫圖的步驟和方法進(jìn)行了復(fù)習(xí)鞏固。 在設(shè)計(jì)過程中，深刻明白了只動(dòng)腦和動(dòng)手做之間的天壤之別。原本設(shè)想的

19、很完美的東西一動(dòng)手做起來就困難重重，各種想象不到的困難都出現(xiàn)在眼前。認(rèn)識(shí)到只有動(dòng)手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題不能只空想要?jiǎng)邮謱?shí)踐，從實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題?；仡櫿麄€(gè)漫長復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必將面對(duì)更多更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作，此次設(shè)計(jì)過程對(duì)我的各個(gè)方面都有了許多積極的影響，使我做事情更加細(xì)心有耐心。這次設(shè)計(jì)過程啊讓我認(rèn)識(shí)到了只有付出才能有收獲，看著做完的電路圖，讓我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就會(huì)有收獲。我收獲的不僅僅是完成了一次任務(wù)，更重要的是讓我更清楚的認(rèn)識(shí)了自己的不足，鍛煉了自己的能力。 回顧這一次的課程設(shè)計(jì)，真是收益匪淺。通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解

20、決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們通過這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和用Multisim連接圖，以前對(duì)知識(shí)的了解僅限于理論知識(shí)，而且是有的能夠理會(huì)，有的卻保持是懂非懂的狀態(tài)。對(duì)于器件就不知道有什么用途，也就更加難以理解。但這一周之后，我對(duì)電子技術(shù)有了更深的理解，知道了自己的不足，同時(shí)也明白了所學(xué)知識(shí)的重要性，培養(yǎng)了自己對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。 參考文獻(xiàn)： [1] 《電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試》 第三版，謝自美主編，華中科技大學(xué)出版社 [2] 《高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》，楊翠娥主編，哈爾濱工程大學(xué)出版社 [3] 《高頻電路設(shè)計(jì)與制作》，何中庸譯，科學(xué)出版社 [4] 《模擬電子線路》Ⅱ，謝沅清主編，成都電子科大 [5] 《高頻電子線路》第三版，張肅文主編，高教出版社 [6] 《高頻電子線路輔導(dǎo)》，曾興雯 陳健 劉乃安主編，西安電子科大出版社