小功率調幅發(fā)射機的設計

1、吉林建筑大學電氣與電子信息工程學院高頻電子線路課程設計報告設計題目： 小功率調幅發(fā)射機 專業(yè)班級： 電子信息工程 111 學生姓名： 夏純 學 號： 10211134 指導教師： 王超 高曉紅 設計時間： 2014.12.082014.12.19 教師評語：成績 評閱教師 日期 15一、 設計題目小功率調幅發(fā)射機的設計二、 設計目的、內容及要求本次課程設計的目的是：1、加深對高頻電子線路理論知識的掌握，使所學的知識系統(tǒng)、深入地貫穿到實踐中。2、提高同學們自學和獨立工作的實際能力，為今后課程的學習和從事相應工作打下堅實基礎。設計內容：小功率調幅發(fā)射機的設計（1）掌握小功率調幅發(fā)射機原理；（2）設

2、計出實現(xiàn)調幅功能的電路圖；（3）應用Multisim軟件對所設計電路進行仿真驗證。技術指標：載波頻率f0=1MHz 10MHz；低頻調制信號1KHz正弦信號；調制系數(shù)Ma=50±5；負載電阻RA=50。三、 工作原理小功率調幅發(fā)射機的工作原理是：由振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的載波信號，載波信號經(jīng)緩沖級送至振幅調制電路，緩沖級將振蕩級與調制級隔離，減小調制級對晶體振蕩級的影響，放大級將低頻信號放大至足夠的電壓后送到振幅調制電路，振幅調制電路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器，高放級將載頻信號的功率放大到所需的發(fā)射功率。調幅發(fā)射機常用于通信系統(tǒng)與其他無線電系統(tǒng)中，在中短波領域應用極為廣泛，由于調幅簡便

3、，占用頻帶窄，設備簡單等優(yōu)點，因此在發(fā)射機系統(tǒng)中應用非常廣泛。 在實際的廣播發(fā)射系統(tǒng)中，中波調幅的頻率范圍為535 1605 千赫，音頻信號中的高音頻率應該被限制在 4.5 千赫以下，發(fā)射功率需要達到300W以上才能使空間覆蓋面達到比較好的狀態(tài)，此次設計需要在實驗室環(huán)境中研究發(fā)射機的工作原理與原件選擇，因此，根據(jù)實驗室條件適當降低技術指標，載波頻率采用實驗室較為常用的6MHz，單音頻調制信號選擇1KHz，發(fā)射機功率初步定為1W。四、 總體方案由于在無線通信系統(tǒng)中，只有饋送到天線上的信號波長與天線的尺寸相比擬時，天線才能有效的輻射和接受電磁波因此需要對信號進行調制，使其以高頻的信號輻射出去。發(fā)射

4、機的主要任務是是有用的低頻信號對高頻載波的調制,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)射機包括三個部分：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、功放推動級與末級功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率放大級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電平，以便對高頻末級功率放大器進行調制。因此，末級低頻功率放大級也叫調制器。調幅發(fā)射機主要包括三個組成部分:高頻部分、音頻部分和電源部分。在此此可以省去省電源這一部分。主振器緩沖器低頻放大高頻功放振幅調

5、制高頻放大話筒調幅發(fā)射機通常由主振級、緩沖級、倍頻級、中間放大級、振幅調制、音頻放大和輸出網(wǎng)絡組成。根據(jù)設計要求，載波頻率f=10MHz ，主振級采用克拉潑振蕩電路，輸出的載波的頻率可以直接滿足要求，不需要倍頻器。系統(tǒng)原理圖如圖所示：圖1 總體方案框圖五、 單元電路設計1. 主振器對于普通信號其頻率穩(wěn)定度一般要求在10-4和10-5之間，而克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體在10-4和10-5之間，滿足設計要求，而且電路比較簡單，容易分析，因此主振器選取克拉潑電路。R1 、 R2 、 R3 、 R4是三極管的直流偏置電阻，使三極管獲得正常的工作點，工作于放大區(qū)， C4是基極旁路電容，目的是使三極管基極獲得

6、交流地電位，組成高頻共基極放大器。電路的相位條件自然滿足“射同它異”原則；幅度條件是需保證共基極放大器的閉環(huán)功率增益大于 OdB ，按照這樣的依據(jù)去計算回路器件值就可以確保電路能夠起振。 C1、C2 、C3 、L1 的器件值決定了振蕩回路的工作頻率。根據(jù)交流等效原則，可以知道這是一個電容反饋三點式振蕩器。 C2 與C1 的容抗比值決定了電路的電壓反饋系數(shù)，調整它們的比例可以改變振蕩幅度。在回路中多了一個與電感 L1 相串聯(lián)的電容器 C3 ，通過調整 C3 ，可以連續(xù)改變振蕩頻率。晶體管3DG12B，其參數(shù)為Icm300mA, fT200MHz, V(BR)CEO45V,Pcm=0.7W,已知條

7、件：Vcc=12V，fc=10MHz，選擇的晶體管型號是3DG12B，其放大倍數(shù)=50，ICQ=3mA，VCEQ=6V,VEQ=0.2VCC.依據(jù)電路計算：R3=Vcc-(VCEQVEQ)ICQ=12-6+0.2×12V3mA=1.92kR4=VCEQICQ=0.2×12V3mA=800IBQ=ICQ=3mA50=0.066MaR1=(VCC-VBQ)10IBQ=(12-3.1)V0.6×mA=15KR2=VBQ10IBQ=(VEQ+0.7)V10×0.06×mA=5.1Kfosc=1/2LC1/2L1C3=10MHz取L3=25H,則C3=1

8、0pF,反饋系數(shù)kf取0.2，kf=C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400pF，振蕩器電路圖如圖2所示圖2振蕩器電路圖振蕩器電路仿真圖形如圖3所示： 圖3 主振器仿真波形2. 緩沖器緩沖隔離級將振蕩級與功放級隔離,以減小功放級對振蕩級的影響,因為功放級輸出信號較大,工作狀態(tài)的變化會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級經(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，以提高電平調幅電路所需的載波輸入信號，所以要有合適且可調的增益。如圖4所示：圖4 緩沖器電路圖調節(jié)射極電阻，可以改變射極跟隨器輸入阻抗，如果忽略晶體

9、管基極體電阻 的影響，則射極輸出器的輸入電阻輸出電阻 式中，很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個恒壓源，電壓放大倍數(shù) 仿真器仿真電路圖如圖5所示：圖5 緩沖器電路仿真圖R1、R2、R3、R4是偏置電阻，通過調節(jié)R6可以連續(xù)改變輸出正弦波的幅值輸入為圖6所示時圖6 仿真器輸入信號當R6接入0%時的仿真圖形為圖7所示：圖7 緩沖器輸出波形1R6接入21%時的仿真圖形為圖8所示：圖8 緩沖器輸出波形2R6接入100%時的仿真圖形為圖9所示圖9緩沖器輸出波形3可以看到調節(jié)R6可以得到所需幅值的正弦波。3. 高頻放大器高頻電壓放大器的任務是將振蕩電壓放大以后送到振幅調制器，可以選用高頻調諧放大器

10、。采用集電極調幅電路，就要使用一級高頻電壓放大器，以滿足集電極調幅的大信號輸入。 高頻放大器仿真電路圖如圖10所示：圖10 高頻放大器仿真電路圖高頻放大器輸出波形如圖11所示：圖11 高頻放大器輸出波形4. 音頻放大器仿真電路圖如圖12所示：圖12 音頻放大器仿真電路圖輸入如下頻率為1kHZ幅值為1v的正弦波時（圖13所示）圖13 音頻放大器輸入信號音頻放大器仿真波形圖形為圖14所示：圖14 音頻放大器輸出波形通過調節(jié)R3可以改變放大倍數(shù)5. 振幅調制集電極調幅電路具有調制線性好，集電極效率高的優(yōu)點。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機中。所需調制信號功率大是該調制電路的缺點。振幅調制仿真電路圖如圖1

11、5所示：圖15 振幅調制仿真電路圖振幅調制輸出波形圖如圖16所示：圖16 振幅調輸出波形圖輸出波形原理分析載波 直接加到放大器的基極。調制信號 加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。集電極諧振回路LC調諧在載頻 上。由于與 相串聯(lián)，因此，丙類被調放大器集電極等效電源 將隨變化，從而導致被調放大器工作狀態(tài)發(fā)生變化，在過壓狀態(tài)下，集電極電流 的基波分量振幅 隨成正比變化，從而實現(xiàn)調幅。6. 功率放大器功率激勵級為末級功放提供激勵功率。 末級功放將前級送來的信號進行功率放大，使負載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機效率較高，應采用丙類功率放大器，本題要求，故選用丙類功率放大器較好。隔離的作用

12、是為了防止發(fā)射的部分高頻信號對載波信號產(chǎn)生干擾；放大的作用是為下一級提供足夠的功率，采用自給負偏壓丙類諧振功率放大器，通過改變電位器改變負偏壓大小?；芈分C振在工作頻率，可以改變變壓器耦合輸出。 功率放大器電路如圖17所示：圖17 功率放大器電路圖公路放大器輸出波形如圖18所示：圖18 功率放大器輸出波形7. 整體電路原理首先由克拉波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號，再經(jīng)過緩沖級，讓振蕩器與振幅調制器隔離開來，不影響載波頻率的穩(wěn)定，然后經(jīng)過高頻電壓放大器，將輸入電壓進行放大，使輸出電壓滿足高電平的集電極調制器，接著將調制信號經(jīng)過音頻放大器放大，最后將載波信號與調制信號輸入到集電極調制電路進行

13、普通調幅，再進行功率放大，經(jīng)天線輸出普通調幅波。系統(tǒng)總原理圖見附錄一。六、電路設計總結整體電路共分為六個模塊，分別為主振器，緩沖器，高頻電壓放大器，音頻放大器，集電極振幅調制器，高頻功率放大器。首先由克拉波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號，再經(jīng)過緩沖級，讓振蕩器與振幅調制器隔離開來，不影響載波頻率的穩(wěn)定，然后經(jīng)過高頻電壓放大器，將輸入電壓進行放大，使輸出電壓滿足高電平的集電極調制器，接著將調制信號經(jīng)過音頻放大器放大，最后將載波信號與調制信號輸入到集電極調制電路進行普通調幅，然后進行丙類功率放大，經(jīng)天線輸出普通調幅波。由于選用的仿真軟件為multisim,有些元件在元件庫里沒有，仿真時就選用

14、了理想的虛擬元件，比如型號為BJT_NPN_VIRTUAL的三極管就是理想的三極管，由于改變了三極管的型號，所以在實際仿真調試時改變了好多偏置電阻的阻值以便是電路輸出所需的波形七、收獲、體會這次課程設計對于自己來說是一次很大的挑戰(zhàn)，做起來我感覺比較吃力，雖然剛剛學完了高頻電子線路，但是一直有種云里霧里的感覺，雖然知道應該由哪幾部分構成，每一部分的原理也知道，但是實際做起來就很吃力了，要根據(jù)實際元件的特性去設計元件的參數(shù)，感覺無從下手，但是有困難不能夠放棄，于是我查閱了一些資料，和同學們一起討論計算，并且去請教學長，慢慢的我有了一點眉目，接著我便開始設計各個單元模塊，對于各個模塊的比較選擇還是比

15、較容易，就是參數(shù)設計比較困難，主要原因是因為對于電路的分析不清楚，我只有接著查找資料，結合老師所將知識，慢慢的一點點的明白計算，最終才算是有些明白。然而在使用軟件進行仿真時有些三極管找不到，就是用了理想化的模型進行了代替，致使在仿真的過程中修改了一些電阻的阻值，使電路正常工作。當然這次課程設計也教會了我許多，首先它將我平時的所學結合在一起，有了一個系統(tǒng)的框架，然后再去補充這個框架的內容，使我有了一個課程設計的基本方向和目的，不至于太過盲目；其次也鍛煉了我查閱資料的能力，以及對有用資料的篩選能力；再者通過跟同學們的討論研究，我懂得了合作的重要性。課程設計是一項很能鍛煉人的實踐，雖然它看起來充滿著

16、困難，但是不管怎么樣我們都得敢于去挑戰(zhàn)，以后還有畢業(yè)設計，這將是一次更大的考驗，不管是從設計原則，設計思路以及報告格式還有心理上來說都是一次很好的鍛煉。八、參考文獻1曹才開.高頻電子線路原理與實踐.湖南：中南大學出版社.20102康光華.電子技術基礎.模擬部分(第五版).北京：高等教育出版社.20063謝自美.電子線路設計.實驗.測試(第三版).武漢：華中科技大學出版社.20004王堯.電子線路實驗. 南京：東南大學出版社.2000.5曾興雯.高頻電路原理與分析.西安：西安電子科技大學出版社.2002.6李新平.實用電子仿真技術.北京：機械工業(yè)出版社.2003附錄一：系統(tǒng)總電路圖附錄二：系統(tǒng)元件清單元件編號元件編號15 KR11KR215.1KR270R251.92KR350RL800R480p