調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機電路設(shè)計

1、蘭州理工大學課程設(shè)計報告目錄一、前言- 1 -二、設(shè)計指標- 2 -2.1單元電路設(shè)計及仿真- 2 -2.2調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機電路設(shè)計- 2 -2.3高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)- 2 -三、 系統(tǒng)總述- 3 -3.1總體設(shè)計框圖- 3 -3.2總體設(shè)計方案- 3 -3.3整機電路工作原理- 4 -四、單元電路設(shè)計與仿真- 5 -4.1差分式振蕩器- 5 -4.2三極管倍頻電路- 6 -4.3二極管單平衡調(diào)制器- 8 -4.4混頻器- 9 -4.5丙類諧振功率放大器- 11 -五、整機電路設(shè)計圖- 13 -六、高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)- 14 -七、設(shè)計總結(jié)- 15 -八、參考文獻- 15 -附件一：整機電

2、路設(shè)計圖- 16 -附件二：元器件明細表- 17 -一、前言通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備是將信息發(fā)送者送來的非電量原始信息（信源）如語音、文字和圖像等轉(zhuǎn)變成電信號，再把信號處理成適合于信道傳輸?shù)男盘栃问剿椭列诺?。信源信號在通信系統(tǒng)中稱為基帶信號。基帶信號是頻譜在零頻附近的寬帶信號，這種信號一般具有從零頻開始的較寬的頻譜，而且在頻譜的低端分布較大的能量，所以稱為基帶信號，這種信號不宜直接在信道中傳輸。如果將消息信號對頻率較高的載波進行調(diào)制，就能使信號的頻譜搬移到適合信道的頻率范圍內(nèi)進行傳輸。例如聲音基帶信號的頻率范圍是20Hz20kHz，這樣的基帶信號是不能在無線信道上傳輸?shù)?。即使在某些可以傳輸直流的?/p>

3、限信道上，為了提高信道的通信容量，基帶信號的傳輸方式也很少采用。一般是用基帶信號去改變某個高頻正弦電壓（載波）的參數(shù)，使載波的振幅、頻率或相位隨基帶信號而變化，這一過程稱為調(diào)制。在通信系統(tǒng)中，調(diào)制有三個主要作用：1調(diào)制的過程就是一個頻譜搬移的過程，將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘栴l譜搬移到適宜傳輸?shù)哪骋粋€頻段上，然后傳輸至信道；2調(diào)制的另一個重要作用是實現(xiàn)信道復用，即把多個信號分別安排在不同的頻段上同時進行傳輸，以提高信道容量；3調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾的能力，例如將信號頻率搬移，從而離開某一特定干擾頻率。對不同的信道，根據(jù)經(jīng)濟技術(shù)等因素，可以采用不同的調(diào)制方式。以模擬信號為調(diào)制信號，對連續(xù)的正（

4、余）弦載波進行調(diào)制，亦即載波的參數(shù)隨著調(diào)制信號的作用而變化，這種調(diào)制方式稱為模擬調(diào)制。而所謂振幅調(diào)制就是由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按調(diào)制信號的規(guī)律變化，嚴格地講，是使高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，其他參數(shù)（頻率和相位）不變，這是使高頻振蕩的振幅載有消息的調(diào)制方式。調(diào)幅發(fā)射機目前正廣泛應(yīng)用于無線電廣播系統(tǒng)中，本次課程設(shè)計完成了小信號調(diào)幅發(fā)射機從設(shè)計到仿真調(diào)試的完整設(shè)計工作。二、設(shè)計指標完成調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)各單元電路的設(shè)計及仿真，并利用multisim開發(fā)軟件完成整機電路的調(diào)試。設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標和要求如下：工作頻率范圍：調(diào)幅制一般適用于中、短波廣播通信，其工作頻率范圍為300kHz3

5、0MHz。發(fā)射功率：一般是指發(fā)射機送到天線上的功率。只有當天線的長度與發(fā)射頻率的波長可比擬時，天線才能有效地把載波發(fā)射出去。調(diào)幅系數(shù)：調(diào)幅系數(shù)ma是調(diào)制信號控制載波電壓振幅變化的系數(shù)，ma的取值范圍為01，通常以百分數(shù)的形式表示，即0%100%。非線性失真（包絡(luò)失真）：調(diào)制器的調(diào)制特性不能跟調(diào)制電壓線性變化而引起已調(diào)波的包絡(luò)失真為調(diào)幅發(fā)射機的非線性失真，一般要求小于10%。線性失真：保持調(diào)制電壓振幅不變，改變調(diào)制頻率引起的調(diào)幅度特性變化稱為線性失真，噪聲電平：噪聲電平是指沒有調(diào)制信號時，由噪聲產(chǎn)生的調(diào)制度與信號最大時間的調(diào)幅度比，廣播發(fā)射機的噪聲電平要求小于0.1%，一般通信機的噪聲電平要求小

6、于1%。2.1單元電路設(shè)計及仿真 1）設(shè)計晶體振蕩器產(chǎn)生5MHz高頻信號 2）設(shè)計三極管倍頻電路，完成信號的三倍頻，產(chǎn)生15MHz的高頻信號 3）設(shè)計二極管雙平衡調(diào)制器 4）設(shè)計混頻電路 5）設(shè)計丙類諧振功率放大電路2.2調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機電路設(shè)計 工作頻率f=15MHz，發(fā)射功率P0=100mW，調(diào)幅度ma=90%，整機效率大于40%2.3高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)三、 系統(tǒng)總述3.1總體設(shè)計框圖 低頻輸入 低頻放大 本振1 倍頻器 高頻放大器 振幅調(diào)制器 放大器 功率 帶通 混 放大器 濾波器 頻 本振2 圖3.1 總體設(shè)計框圖 各部分的作用： 本振1：產(chǎn)生頻率為5MHz的載波信號 倍頻器：產(chǎn)生頻

7、率為15MHz的載波 高頻放大器：將高頻信號放大到調(diào)制器所需電壓 低頻輸入：輸入低頻信號用于調(diào)制 低頻放大器：將低頻信號放大到調(diào)制器所需電壓 幅度調(diào)制器：將低頻信號調(diào)制到載波上產(chǎn)生調(diào)幅信號 混頻器和帶通濾波器：將高頻信號頻率搬移到更高的頻率 功率放大器：對載頻信號的功率放大到所需發(fā)射功率3.2總體設(shè)計方案 根據(jù)設(shè)計要求，選用最基本的發(fā)射機結(jié)構(gòu)，由主振、倍頻、調(diào)制、混頻及功放五部分構(gòu)成。由于晶體穩(wěn)定性好，Q值很高，頻率穩(wěn)定度也很高。因此，主振級采用晶體振蕩器，滿足所需的頻率穩(wěn)定度。利用丙類功率放大器的原理設(shè)計三倍頻電路，用于產(chǎn)生所需頻率載波。為了有效抑制載波，選用二極管雙平衡調(diào)制方式完成調(diào)幅過程

8、。為了有效地發(fā)射信號，運用混頻器、帶通濾波器和丙類功率放大器產(chǎn)生具有所需發(fā)射功率的信號。3.3整機電路工作原理 發(fā)射機的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(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。調(diào)幅發(fā)射機的基本工作原理為：第一本機振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的中頻信號，它的輸出送至調(diào)制器；話音放大電路將低頻信號（例如語音信號）放大至足夠的電壓送到振幅調(diào)制電路，其輸出也送至調(diào)制器；調(diào)制器輸出是已經(jīng)調(diào)幅的中頻信號，該信號經(jīng)中頻放大后與第二本振信號混頻；第二本振是一頻率可變的信號源，選第二本振頻率fo2是發(fā)射載頻foc與第一本振fo1之差，混頻器輸出經(jīng)帶通或低通濾波器濾波

9、，使輸出載頻foc=fo2+fo1;功率放大器將載頻信號的功率放大到所需發(fā)射功率，然后經(jīng)天線輸出。四、單元電路設(shè)計與仿真4.1差分式振蕩器主振器就是高頻振蕩器，是發(fā)射機的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的，幅度較大的，波形失真小的高頻正弦波信號作為發(fā)射載頻信號。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)計所設(shè)計的最高頻率受到實驗條件的限制，一般選在30兆赫以下。電路圖中Q1和Q2為差分對管，其中Q2管的集電極外接LC諧振回路，諧振在工作頻率上，諧振回路上的輸出電壓直接加載Q1管的基極上形成正反饋。同時Q2管的集電極又通過LC諧振回路接到Q2管的基極上，這樣，Ubb就同時成為兩

10、管的基極偏置電壓，保證了兩管基極直流同電位，同時也使Q2管的基極和集電極相同電位，Q2管工作在臨界飽和狀態(tài)，因此，LC回路兩端的振蕩電壓振幅就不能太大，一般為200mV左右。圖4.1差分振蕩器原理圖圖4.1差分振蕩器仿真效果圖4.2三極管倍頻電路 已知丙類放大器集電極電流ic為尖頂余弦脈沖,如果集電極回路不是調(diào)諧于基波，而是調(diào)諧于n次諧波上（n為正整數(shù)），那么輸出回路對基波和其他諧波的阻抗很小，近對n次諧波的阻抗達到最大值，且呈電阻性。于是輸出諧振回路僅有ic的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其他頻率分量產(chǎn)生的電壓均可忽略。因而，在諧振阻抗Rp上可得到頻率為輸入信號頻率n倍的輸出信號功率。這種將

11、輸入信號頻率倍增n倍的電路成為倍頻器，它廣泛應(yīng)用于無線電發(fā)射機等電子設(shè)備中。 根據(jù)上述原理，可設(shè)計丙類功放三倍頻電路，其原理圖如下：圖4.2.1 丙類功放三倍頻電路圖4.2.2三倍頻電路仿真效果圖 圖4.2.2為其仿真效果圖，經(jīng)過三倍頻電路后，輸出波形的頻率為輸入波形的三倍。4.3二極管單平衡調(diào)制器一平衡調(diào)制器有一對二極管，多個包括有一個平衡不平衡的轉(zhuǎn)換器的圖形線，圖形線分別包含有朝前延伸并連接于二極管的線，至少一組容性短截線設(shè)置為靠近于線并且彼此間隔的距離（為所用頻率的波長），容性短截線可通過連接金屬線與圖形線連接用于調(diào)整隔離。一種平衡調(diào)制器，其特征在于它包含有：一對二極管；多根圖 形線，它

12、包括有一平衡不平衡變換器，所說的圖形線包含有 分別延伸并連接于所說的二極管的線；至少一組容性短截線設(shè) 置靠近所說的圖形線，且彼此被間隔成的距離（是所 用頻率的波長），所說的容性短截線是可通過連接金屬線與所 說的圖形線連接，用于隔離調(diào)整。圖3.3.1二極管單平衡調(diào)制電路圖3.3.1二極管單平衡調(diào)制電路仿真波形4.4混頻器混頻器是一種典型的線性時變參數(shù)電路，要完成頻譜的線性搬移，關(guān)鍵是獲得兩個輸入信號的乘積，能找到這個乘積項，就可完成所需的線性搬移功能。其中，混頻電路輸入的是載頻為fo1的高頻已調(diào)波信號us(t)和頻率為fo2的本地震蕩信號uL(t),經(jīng)過非線性器件變頻后輸出端有兩個信號的差頻fo

13、1-fo2、和頻fo1+fo2及其他頻率分量，再經(jīng)濾波器濾掉不需要的頻率分量，取和頻foc=fo1+fo2作為已調(diào)波信號，從而實現(xiàn)變頻作用。其原理圖如圖4.4.1所示：圖4.4.1 混頻器原理圖圖4.4.2 混頻器仿真效果圖4.5丙類諧振功率放大器功率放大器用于高效率地供給負載足夠大的信號功率，其依靠激勵信號對放大管電流的控制，起到把集電極電源的直流功率變換成負載回路的交流功率的作用。在同樣的直流功率的條件下，轉(zhuǎn)換效率越高，輸出的交流功率越大。圖4.5.1為丙類諧振功率放大電路原理圖。它的特點是放大器工作于丙類狀態(tài)，晶體管發(fā)射結(jié)為負偏置，流過晶體管的電流為失真的脈沖波形，負載為諧振回路。諧振回

14、路要確保從電流脈沖中取出基波分量，獲得正弦電壓，還要實現(xiàn)放大器的阻抗匹配。電路輸出功率為100mW，導通角為70%，后級采用變壓器耦合，通過天線將信號發(fā)射出去。圖4.5.1 丙類放大器原理圖圖4.5.2 丙類放大器仿真效果圖五、整機電路設(shè)計圖晶振級與緩沖級聯(lián)調(diào)時緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況。產(chǎn)生的主要原因是緩沖級的輸入阻抗不夠大，使晶振級負載加重。這可通過減小C3，即減小晶振級與緩沖級的耦合來實現(xiàn)。本機振蕩級、緩沖級、話語放大級以及調(diào)制級聯(lián)調(diào)時，往往會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因可能是經(jīng)射級跟隨器輸出的本振電壓v0偏小或者是話音放大級輸出的調(diào)制電壓v過大?？梢哉{(diào)節(jié)使v0=100150m

15、V，并測量調(diào)制器輸出的波形。調(diào)整話音放大級增益，以滿足調(diào)幅度ma=90%的技術(shù)指標要求。功率激勵級與功率放大級聯(lián)調(diào)時，往往會出現(xiàn)低頻調(diào)試、高頻自激、輸出功率小、波形失真大等現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因可能是級間通過電源產(chǎn)生串擾或是甲類功放與丙類功放的阻抗不匹配，級間相互影響。這可在每一級單元電路的電源上加低、高頻去耦電路，以消除來自電源的串擾，也可以重新調(diào)整諧振回路，使回路諧振。具體電路圖見附件1所示。六、高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào) 圖5.1 調(diào)諧放大器圖5.2 中頻放大器圖5.3 二極管放大器七、設(shè)計總結(jié)經(jīng)過這段時間的努力，終于完成了這次課程設(shè)計，雖然也存在一些瑕疵，但是總的來說還是不錯的，基本上符合課程設(shè)計

16、要求。本次設(shè)計通過對通信電子線路的學習，使用multisim軟件設(shè)計了一個完整調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)。在設(shè)計過程中遇到問題，我先思考找出問題所在，然后在去圖書館或上網(wǎng)查資料，或者是請教同學，在這個過程中對以前學的知識有了更深刻的了解，也明白了所學知識的應(yīng)用范圍，收獲不少。在這次課程設(shè)計中，我主要完成了晶體振蕩器和二極管雙平衡調(diào)制器的設(shè)計。在設(shè)計過程中，我首先通過查閱各種相關(guān)資料，產(chǎn)生基本設(shè)計思路，通過計算得出元件參數(shù)。然后在multisim軟件中進行仿真。通過不斷改進完善，才得到令人滿意的結(jié)果。通過這次課程設(shè)計，我學會了把書本的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這就是理論結(jié)合實際，雖然在設(shè)計電路時磕磕碰碰，但用到的知識反映了書中的核心知識點，我想這對我們以后的學習有很大的促進作用。設(shè)計過程中我也提高了對于multisim軟件的實驗技巧，在下階段的學習中我一定會更加努力。八、參考文獻1Multisim11電路設(shè)計及仿真應(yīng)用 清華大學出版社 2012年