高頻電子課設(shè).

1、 高頻電子線路課程設(shè)計 專業(yè)年級： 電子信息工程13-4班 學 號： 1330160414 學生姓名： 劉本坤 指導(dǎo)教師： 段瑞珍 電氣工程系1目錄目錄0研究背景1一設(shè)計任務(wù)要求與主要內(nèi)容11、設(shè)計任務(wù)要求12、 設(shè)計主要內(nèi)容1二設(shè)計模塊21. 并聯(lián)型晶體振蕩器21、符號和等效電路22、工作電路33、諧振頻率34、實際波形42. 模擬乘法器MC1496原理及介紹41、模擬乘法器原理42、混頻原理53、同步檢波63. Multisim中模擬乘法器MC149671、乘法器調(diào)幅DSB82、同步檢波設(shè)計94. PCB板的制作111、調(diào)制解調(diào)原理圖112、調(diào)制解調(diào)PCB圖133、調(diào)制解調(diào)3D預(yù)覽圖13小

2、 結(jié)14研究背景1 人耳能聽到的聲音的頻率范圍大約在300Hz-3000Hz間，通常把這一頻率范圍叫作音頻。聲波在空氣中傳播很慢，約為340m/s,衰減很快，不會傳播很遠。2 我們知道，交變的電磁場可以利用天線向天空輻射。但要做到有效的輻射，天線的尺寸應(yīng)和電磁波的波長相比擬。音頻的波長在1k10km，要制造尺寸相當?shù)奶炀€顯然是不可能的。因此不能直接將音頻信號輻射到空中。3 將音頻信號“裝載”到更高的頻率上，然后由天線輻射出去，是一個可以實現(xiàn)的設(shè)想。因為高頻的波長在10m到100m間，天線尺寸可以做得比較小。同時，不同的電臺可以使用不同的頻率，這樣就可以容納很多電臺工作。4 把調(diào)制信號控制高頻信

3、號的過程叫做調(diào)制。被調(diào)制的高頻信號稱為載波。經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號稱為已調(diào)信號。5 在接收端從已調(diào)信號中檢取出原始信號的過程稱為解調(diào)或者檢波。一設(shè)計任務(wù)要求與主要內(nèi)容1、設(shè)計任務(wù)要求1 設(shè)計晶體振蕩器、MC1496乘法混頻調(diào)制、MC1496乘法混頻解調(diào)電路； 2 利用multisim進行仿真設(shè)計，利用實驗室設(shè)備進行驗證；3 畫出電路原理圖、PCB圖。2、設(shè)計主要內(nèi)容信源放大調(diào)制功率放大器信道 小信號 放大器混頻本地振蕩器中頻放大解調(diào)放大 振蕩器圖1 無線通信系統(tǒng)的組成及工作原理無線傳輸是利用電磁波。分發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻信號的振蕩器，將音頻信號加到電磁波上的調(diào)制器和高頻功率放大

4、器，最后由天線發(fā)射到空間去。接收部分由接收天線，高頻放大，變頻器，中頻放大器，檢波器和音頻功率放大器等組成，最后由喇叭還原出聲音。 本次高頻課設(shè)由于主要包含三個模塊，本地晶體振蕩器、MC1496乘法混頻、MC1496乘法解調(diào)。二設(shè)計模塊1. 并聯(lián)型晶體振蕩器石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產(chǎn)生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點

5、，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。1、符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖2所示。當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個PF到幾十PF。當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達100010000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。 圖2石英晶體諧振器的

6、符號和等效電路2、工作電路石英晶體振蕩器原理的示意如圖3所示。這里石英晶體相當于電感。振蕩系統(tǒng)的元件參數(shù)確定了振頻率。 圖3-1 b-e型并聯(lián)晶體振蕩器實際電路 圖3-2 b-e型并聯(lián)晶體振蕩器等效電路 3、諧振頻率根據(jù)石英晶體的等效電路，可定性畫出它的電抗頻率特性曲線如圖3所示?？梢姰旑l率低于串聯(lián)諧振頻率fs或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率fd時，石英晶體呈容性。僅在fsffd極窄的范圍內(nèi)，石英晶體呈感性。晶體作電感元件使用。對于振蕩器，當電路接為并聯(lián)型振蕩器時，晶體起到等效電感的作用，輸出頻率應(yīng)為10MHZ，則由f0=1/2知負載電容CL=33.3pF，即C2，C3，C4串聯(lián)后的總電容為33.3

7、pF，則取C2=100pF，C3=100pF，C4=100pF。為了提高振蕩器的工作性能和穩(wěn)定度，在電路中還應(yīng)有高頻扼流圈，一般取扼流圈L1=10uH。 實驗數(shù)據(jù)：(1) U4min=0.36V,U4max=6.10V; (2) 開關(guān)閉合時：fo=10.00173MHz,Uo=61.6mV; 開關(guān)斷開時：fo=10.00174MHz,Uo=63.5mV;實驗結(jié)論：(1) 由于石英晶體的等效電感非常大，故品質(zhì)因數(shù)Q很大，所以石英晶體振蕩電路有很高的穩(wěn)定性。 (2) 對比發(fā)現(xiàn)，負載變化對振蕩頻率影響很小，影響振蕩頻率的主要因素為溫度。4、實際波形圖4 石英晶體諧振器產(chǎn)生的正弦波2. 模擬乘法器MC

8、1496原理及介紹1、模擬乘法器原理模擬乘法器是對兩個模擬信號（電壓或電流）實現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件，主要功能是實現(xiàn)兩個互不相關(guān)信號的相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。它有兩個輸入端口，即X 和Y 輸入端口。根據(jù)雙差分對模擬相乘器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限的乘法器。其內(nèi)部電路如圖2-1所示，其中、和等組成多路電流源電路，、為電流源的基準電路，、分別供給、管恒值電流，為外接電阻，可用以調(diào)節(jié)的大小。由、兩管的發(fā)射極引出接線端2和3，外接電阻，利用的負反饋作用，以擴大輸入電壓的動態(tài)范圍。為外接負載電阻。根據(jù)差分電路的基本工作原理，可以得到可見，輸出電流中包含兩個

9、輸入信號的乘積。MC1496的管腳排列如圖5所示。圖5 MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、混頻原理混頻電路的作用是在本地振蕩電壓, 作用下將載頻為（高頻）的已調(diào)信號不失真地變換為載頻為（中頻）的己調(diào)信號，頻率關(guān)系為： 其中，為上混頻， 或為下混頻。 由于乘法器可以產(chǎn)生只包含兩個輸入信號之和頻及差頻分量的輸出信號，所以用模擬乘法器和帶通濾波器可以方便地實現(xiàn)混頻功能。其原理如圖6所示：圖6 混頻器的原理框圖由圖6可知：若 當乘法器為非理想線性相乘狀態(tài)時（即中含有、分量及其它非線性雜散分量。）需經(jīng)帶通濾波器以獲得所需混頻信號。若采用下邊頻，則帶通濾波器的中心頻率為。3、同步檢波振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波

10、。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，所以無法用包絡(luò)檢波進行解調(diào)，必須采用同步檢波方法。同步檢波又分為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很方便的，其系統(tǒng)框圖如下： 圖7 同步檢波系統(tǒng)框圖其工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號如抑制波的雙邊帶信號,另一輸入端輸入同步信號（即載波信號）,經(jīng)乘法器相乘，由此可得輸出信號為上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，即,則乘法器的輸出為

11、 上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號，利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調(diào)。設(shè) , ,則輸出電壓為上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的解調(diào)。3. Multisim中模擬乘法器MC1496啟動multisim13程序，Ctrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，MC1496子電路替代模塊如圖8所示,MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)multisim電路圖如圖9所示。圖8 M

12、C1496子電路替代模塊圖9 MC1496電路圖MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。1、乘法器調(diào)幅DSB Multisim電路圖如圖10所示。 圖10 MC1496雙邊帶調(diào)幅電路觀察示波器，適當調(diào)節(jié)，當為50%時，使示波器出現(xiàn)如圖11所示的波形，即產(chǎn)生DSB波。 圖11-1 MC1496雙邊帶調(diào)幅波 圖11-2 實驗室測試雙邊帶調(diào)幅波2、同步檢波設(shè)計啟動Multisim13程序其Multisim電路圖如圖12所示。圖12 MC1496同步檢波電路圖圖中同步信號，加到相乘器的8、10腳，其值一般比較大，使相乘器工作在雙向開關(guān)狀態(tài)。為高頻調(diào)幅信號，

13、即單邊帶或雙邊帶信號，加到相乘器的1、4腳，其幅度可以很小，即使在幾毫伏以下，也能獲得不失真的解調(diào)。解調(diào)信號由12腳單端輸出，為輸出耦合隔直電容，用以耦合低頻、隔除直流。MC1496采用單電源供電，5腳通過過接到正電源，以便為器件內(nèi)部管子提供合適的靜態(tài)偏置電流。設(shè)輸入信號為雙邊帶信號同步信號與載波信號同頻同相關(guān)信號，當大信號時用付利葉級數(shù)展開成則輸出信號為由上式可見，只要用低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號輸出。若輸入信號為單邊帶信號，同理也獲得低頻信號輸出。波形如圖13所示。圖13 同步檢波波形圖4. PCB板的制作1、調(diào)制解調(diào)原理圖圖14 總體系統(tǒng)原理圖 圖15 并聯(lián)型晶體振蕩器圖1

14、6 MC1496內(nèi)部原理圖2、調(diào)制解調(diào)PCB圖圖17 調(diào)制解調(diào)PCB圖3、調(diào)制解調(diào)3D預(yù)覽圖圖16 總體設(shè)計3D預(yù)覽圖小 結(jié)通過本次課程設(shè)計使自己進一步熟悉、掌握高頻課程設(shè)計原理與基本知識；綜合訓(xùn)練自己掌握高頻課程設(shè)計所需電子元件的原理和選擇，從而初步學會從分析到調(diào)試的基本過程、方法和思路，為今后的設(shè)計積累經(jīng)驗。在課程設(shè)計過程中，我基本能按照規(guī)定的程序進行，調(diào)查有關(guān)資料，然后進入草案階段，期間與同學進行幾次設(shè)計的分析、討論、再分析，最后進行正式電路調(diào)試階段。調(diào)試結(jié)束后，又在老師指導(dǎo)下進行詳細的參數(shù)計算，并開始寫報告。在調(diào)試中我也遇到了很多疑惑的地方。例如,在測量輸出電壓的時候,我疏忽了這是高頻電路這一環(huán)節(jié),后來的調(diào)試可以說因為這個而錯誤連連,后來在老師的幫助下,我改成用毫伏表進行測量,整個過程周密有序，有利于自己按時高質(zhì)完成全部課程設(shè)計。通過這一階段的學習和實踐，我得到了很多收獲，有很多感想。學歷與能力并重“學問未必全在書本上” ，學好書本上的東西是