點(diǎn)頻調(diào)幅發(fā)射機(jī)的研究與制作-畢業(yè)設(shè)計(jì)

第一章點(diǎn)頻調(diào)幅發(fā)射機(jī)的概述1.1概述1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì)是繼《通信電子線路》理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后又一重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它的任務(wù)是在學(xué)生掌握和具備電子技術(shù)基礎(chǔ)知識與單元電路的設(shè)計(jì)能力之后，讓學(xué)生綜合運(yùn)用高頻電子線路知識，進(jìn)行實(shí)際高頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測，利用orcad、multisim等相關(guān)軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，提高綜合應(yīng)用知識的能力、分析解決問題的能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能，讓我們了解高頻電子通信技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。為今后從事電子技術(shù)與無線電通信領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。2、本課題的準(zhǔn)備工作(1)復(fù)習(xí)電容三點(diǎn)式振蕩器、基極調(diào)幅電路、模擬乘法器調(diào)幅調(diào)制電路、共集電路、共射電路、高頻功率放大電路的工作原理；復(fù)習(xí)高頻實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用方法。第二章設(shè)計(jì)原理及方案論證2.1設(shè)計(jì)要求與分析本調(diào)幅發(fā)射機(jī)要求工作頻率為10MHZ，如果采用LC振蕩器，它的頻率穩(wěn)定度大約為10-3數(shù)量級，而改進(jìn)型的克拉潑振蕩電路和西勒振蕩電路也只有10-4數(shù)量級。因此，宜采用石英晶體振蕩器，它的頻率穩(wěn)定度大約在10-6數(shù)量級。調(diào)幅系數(shù)大于0.3，表示載波振幅受調(diào)制信號控制的強(qiáng)弱程度大于0.3。當(dāng)調(diào)幅系數(shù)小于0.3時(shí)AM信號的包絡(luò)變化與調(diào)制信號不再相同，產(chǎn)生失真，從而出現(xiàn)弱調(diào)制。因此宜采用MC1496或MC1596集成模擬乘法器進(jìn)行調(diào)幅，調(diào)制信號進(jìn)行穩(wěn)幅放大。使大信號和小信號時(shí)，放大器的輸出保持一個(gè)相對穩(wěn)定的幅度，以防止出現(xiàn)弱調(diào)制和過調(diào)制。對于發(fā)射機(jī)功率Po≥200mv，宜采用丙類功率放大器并帶有帶通濾波器。2.2電路設(shè)計(jì)原理一般調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖：主振級主振級受調(diào)級功放末級推動(dòng)級音頻外處理級圖1一臺小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常有主振級、受調(diào)級、推動(dòng)級、音頻處理級、功放級組成。由功放經(jīng)輸出的高頻已調(diào)信號經(jīng)天線以電磁波的形式向空間發(fā)射出去。主振級是發(fā)射機(jī)的核心部件，主要產(chǎn)生一個(gè)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。該級電路通常才用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的晶體管振蕩器。受調(diào)級主要是產(chǎn)生調(diào)制信號，可以是單獨(dú)一級也可以與功放級或推動(dòng)級共同完成，一般在功放級實(shí)現(xiàn)調(diào)制轉(zhuǎn)移。音頻處理級是提供音頻調(diào)制信號。通常才用低頻電壓放大器和功率放大電路把音頻調(diào)制信號送到受理級去完成調(diào)幅功能。推動(dòng)級通常在振蕩級后面，一方面起隔離緩沖作用，另一方面把高頻信號加以放大推動(dòng)功放末級工作，因此該級還需要有一定的功率輸出。一般采用諧振放大器加一級跟隨器組成。功放末級是發(fā)射機(jī)的重要組成部分，它以較高的頻率輸出最大的功率來滿足發(fā)射機(jī)輸出功率的要求，同時(shí)該級輸出波形不能失真，否則影響發(fā)射效。第三章設(shè)計(jì)總體電路，基本原理和框圖.3.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?；鶐盘柺穷l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(jìn)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(jìn)行傳輸。例如聲音基帶信號的頻率范圍是20Hz～20kHz，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有限信道上，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(gè)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(gè)主要作用：1、調(diào)制的過程就是一個(gè)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€(gè)頻段上，然后傳輸至信道；2、調(diào)制的另一個(gè)重要作用是實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用，即把多個(gè)信號分別安排在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)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(jì)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（余）弦載波進(jìn)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(yán)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。通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備若采用調(diào)幅方式則稱為調(diào)幅發(fā)射機(jī)，一般調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖如下圖所示，工作原理是：本機(jī)振蕩產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的載波信號，載波信號經(jīng)緩沖倍頻送至振幅調(diào)制電路；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；振幅調(diào)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，然后經(jīng)天線輸出。由調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作原理和給定的得參數(shù)，3.1.1點(diǎn)頻調(diào)幅發(fā)射機(jī)的框圖3.1.2各部分作用本機(jī)振蕩：產(chǎn)生頻率為EMBEDEquation.34MHZ的載波頻率緩沖級：將振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對振蕩級的影響；將功率放大級與調(diào)制級隔離，減少功率放大級對調(diào)制級的影響。低頻放大級：將低頻信號放大到調(diào)制器所需的電壓。調(diào)制級：將低頻信號調(diào)制到載波上產(chǎn)生調(diào)幅信號。匹配網(wǎng)絡(luò)：高效率輸出所需功率。第四章單元電路設(shè)計(jì)分析4.1本機(jī)振蕩本機(jī)振蕩電路的輸出是發(fā)射機(jī)的載波信號，它要求的振蕩頻率應(yīng)十分穩(wěn)定，一般的振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度約為，晶體振蕩電路的值可高達(dá)數(shù)萬，其頻率穩(wěn)定度可達(dá)。因此，本機(jī)振蕩電路采用晶體振蕩器。晶體振蕩器的電路如圖所示，電路采用負(fù)電源供電，、、構(gòu)成直流電源濾波器。、、為晶體管的偏置電路，用以確定靜態(tài)工作點(diǎn)。、構(gòu)成放大器的負(fù)載，為高頻扼流圈。為基極旁路電容，、為輸出電容分壓器，以減小實(shí)際負(fù)載對諧振回路的影響，該電路又稱為西勒電路。諧振回路的總電容等于由此，可求得該振蕩器的振蕩頻率為4.2倍頻電路倍頻電路采用模擬乘法器電路，只需將兩個(gè)信號輸入端接入同一載波信號即可。由于調(diào)制電路也采用模擬乘法器電路，所以的具體應(yīng)用將在調(diào)制級介紹。4.3緩沖電路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?yàn)楣Ψ偶壿敵鲂盘栞^大,工作狀態(tài)的變化會(huì)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，如下圖所示。調(diào)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(gè)恒壓源，電壓放大倍數(shù)一般情況下，，所以圖示射極輸出器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、電壓放大倍數(shù)近似于1的特點(diǎn)。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載的中點(diǎn)，一般取，，對于圖示電路，若取，，則取電阻，電位器根據(jù)寬帶功率放大器中已計(jì)算出功率激勵(lì)級的輸出阻抗為325，即射極跟隨器的負(fù)載電阻，則射極跟隨器的輸入電阻為輸入電壓4.4調(diào)制電路設(shè)調(diào)制信號為，其平均值=0。f(t)疊加直流后對載波的幅度進(jìn)行調(diào)制，就形成了常規(guī)調(diào)幅信號，也稱為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號或完全調(diào)幅信號，其時(shí)間波形表達(dá)式為式中為載波信號的角頻率，QC為載波信號的起始相位（通常取=0）。設(shè)調(diào)制信號，則調(diào)幅信號為由時(shí)間波形可知，當(dāng)滿足條件時(shí)，已調(diào)信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成正比，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號；當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象。時(shí)則為滿調(diào)幅。在實(shí)際系統(tǒng)中，通常取在30%~60%之間。當(dāng)（即m）分別等于1，小于1，大于1時(shí),調(diào)幅的波形如下所示。由上述分析可知，振幅調(diào)制信號就是載波與調(diào)制信號相乘所產(chǎn)生的。由于兩個(gè)信號都是模擬信號，所以需要使用模擬乘法器完成這一過程。模擬乘法器是一種能完成兩個(gè)模擬量的相乘的電子元件。高頻電子線路中的振幅調(diào)制就是載波和調(diào)制信號相乘的過程構(gòu)成的振幅調(diào)制電路如圖所示。其中，載波信號經(jīng)高頻耦合電容從=10\*GB3⑩腳端輸入，為高頻旁路電容，使=8\*GB3⑧腳交流接地；調(diào)制信號經(jīng)低頻耦合電容從=1\*GB3①腳端輸入，為低頻旁路電容，使=4\*GB3④腳接地。調(diào)制信號從腳單端輸出。采用雙電源供電，所以=5\*GB3⑤腳的偏置電阻接地，靜態(tài)偏置電流或?yàn)槟_=2\*GB3②與=3\*GB3③間接入負(fù)反饋電阻，以擴(kuò)展調(diào)制信號的線性動(dòng)態(tài)范圍，增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。電阻、、及、提供靜態(tài)偏置電壓。保證乘法器內(nèi)部各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，所以阻值的選取應(yīng)滿足，， 、與電位器組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變的值可以改變調(diào)幅系數(shù)。4.5高頻功率放大高頻功率放大電路由寬帶功放和丙類功放兩級組成。丙類諧振功率放大器是利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器。如圖所。下面所介紹的是丙類功率放大器的工作原理及基本特性。功率放大器是依靠激勵(lì)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(fù)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。4.5.1.集電極電源提供的直流功率式中Ic0為余弦脈沖的直流分量。式中為余弦脈沖的最大值；為余弦脈沖的直流分解系數(shù)。式中為晶體管的導(dǎo)通電壓；為晶體管的基極偏置；為功率放大器的激勵(lì)電壓振幅。4.5.2.集電極輸出基波功率式中：為集電極輸出電壓振幅；為余弦電流脈沖的基波分量；為諧振電阻。4.5.3.集電極效率ηc===ξ式中：ξ=為集電極電壓利用系數(shù)；為余弦脈沖的基波分解系數(shù)。功率放大器的設(shè)計(jì)原則是在高效率下取得較大的輸出功率。在實(shí)際運(yùn)用中，為兼顧高的輸出功率和高效率，通常取=。丙類諧振功率放大器的負(fù)載特性若、和三個(gè)參數(shù)固定,RΣ發(fā)生變化,動(dòng)態(tài)線、以及Po、η等性能指標(biāo)的變化就是諧振功放的負(fù)載特性。由下圖可知,和固定意味著Q點(diǎn)固定,固定進(jìn)一步意味著θ也固定。根據(jù)公式,放大區(qū)動(dòng)態(tài)線斜率將僅隨RΣ而變化。圖中給出了三種不同斜率情況下的動(dòng)態(tài)線。動(dòng)態(tài)線A1B1的斜率最大，即對應(yīng)的負(fù)載最小,相應(yīng)的輸出電壓振幅也最小,晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)。動(dòng)態(tài)線A2B2的斜率較小，與特性曲線相交于飽和區(qū)和放大區(qū)的交點(diǎn)處(此點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)),相應(yīng)的輸出電壓振幅增大,晶體管工作在臨界點(diǎn)、放大區(qū)和截止區(qū)。動(dòng)態(tài)線A3B3的斜率最小,即對應(yīng)的負(fù)載RΣ最大,相應(yīng)的輸出電壓振幅比略為增大,晶體管作在飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。根據(jù)輸出電壓振幅大小的不同,這三種工作狀態(tài)分別稱為欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)和過壓狀態(tài),而放大區(qū)和飽和區(qū)又可分別稱為欠壓區(qū)和過壓區(qū)。注意,在過壓狀態(tài)時(shí),波形的頂部發(fā)生凹陷,這是由于進(jìn)入過壓區(qū)后轉(zhuǎn)移特性為負(fù)斜率而產(chǎn)生的。下圖給出了負(fù)載特性曲線。由圖可以看到,隨著RΣ的逐漸增大,動(dòng)態(tài)線的斜率逐漸減小,由欠壓狀態(tài)進(jìn)入臨界狀態(tài),再進(jìn)入過壓狀態(tài)。在臨界狀態(tài)時(shí),輸出功率Po最大,集電極效率η接近最大,所以是最佳工作狀態(tài)。負(fù)載特性所反映的電壓、功率和效率的變化關(guān)系，可以幫我們認(rèn)識功率放大器的不同特點(diǎn)，并且根據(jù)不同工作狀態(tài)的特點(diǎn)，使放大器得到合理的利用，滿足高頻設(shè)備提出的要求。4.5.4偏置電路如圖是三種常用的電路，圖一是利用基級電流在基區(qū)擴(kuò)展電阻上的降壓作為偏置電壓。他的缺點(diǎn)是偏壓小，而且隨晶體管而變，不能保持穩(wěn)定的偏壓。優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，在大功率丙類功放中得到廣泛的應(yīng)用。圖2是利用基級電流的直流分量在上的降壓得到偏置電壓，是高頻旁路電容。他的優(yōu)點(diǎn)是偏置電壓隨輸入信號電壓的大小起自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用。圖3是利用發(fā)射極電流的支流分量在上建立偏壓，是高頻旁路電容。避免Re上產(chǎn)生交流反饋，其RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足。它可以自動(dòng)維持放大器的穩(wěn)定工作，當(dāng)激勵(lì)信號加大時(shí),加大，負(fù)偏壓加大，使得相對增加量減少。這實(shí)質(zhì)上就是支流負(fù)反饋的作用，可以使放大器工作狀態(tài)變化不大。缺點(diǎn)是由于上建立了一定大小的直流偏壓，減小了電源電壓的利用率，因此不宜取得過大，以免影響放大器的輸出功率。而且在高頻工作時(shí)，發(fā)射極很難完全接地，故在頻率很高的丙類功放中使用較少。丙放工作狀態(tài)計(jì)算4.5.5匹配網(wǎng)絡(luò)LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)有倒L型、T型、π型等幾種不同組成形式，其中倒L型是基本形式?，F(xiàn)以倒L型為例，說明其選頻匹配原理。倒L型網(wǎng)絡(luò)是由兩個(gè)異性電抗元件、組成，常用的兩種電路如圖所示，其中是負(fù)載電阻，是二端網(wǎng)絡(luò)在工作頻率處的等效輸入電阻。對于圖(a)所示電路，將其中與的串聯(lián)形式等效變換為與的并聯(lián)形式，如圖(c)所示。在與并聯(lián)諧振時(shí)，有+=0，=根據(jù)=(1+)所以=由下式可以求得選頻匹配網(wǎng)絡(luò)電抗值====由上述計(jì)算可知，采用這種電路可以在諧振頻率處增大負(fù)載電阻的等效值。對于圖(b)所示電路，將其中與的并聯(lián)形式等效變換為與的串聯(lián)形式，如圖(d)所示。在與串聯(lián)諧振時(shí)，可求得以下關(guān)系式：=====由上述計(jì)算可知，采用這種電路可以在諧振頻率處減小負(fù)載電阻的等效值。第五章總電路設(shè)計(jì)附錄元器件明細(xì)表元器件名稱型號/參數(shù)數(shù)量位置號備注電阻RTX/1K6R1、R4、R5、R7、R8、R20、RTX/5103R2、R3、R6RTX/2.4K1R9RTX/6.2K2R10、R11RTX/10K4R18、R19、Rb1、Rb2RTX/101R15RTX/1001R13RTX/510K2R12、R17RTX/3K1R14RTX/5.1K1ReRTX/4.3K1Re1RTX/2K1Re2RTX/511RL瓷片電容CC/0.01μ/63V2C1、C7CC/300p/63V1C5CC/150p/63V1C6CC/500p/63V1C17獨(dú)石電容0.47μ/50V5C8、C13、C14、C15、C160.1μ/50V1C4鋁電解電容CD/10μ/50V3C2、C3、C12CD/100μ/50V2C10、C11集成電路芯片MC14961μA4712晶體三極管3DG122Q1Q23DA1B1Q3晶體振蕩器SRYSTAL1Y1話筒1MK1半可調(diào)電阻1K1RP1M1R16半可調(diào)電容5-30p1C色碼電感100μH2L1L2第七章總結(jié)與體會(huì)高頻電子線路是上學(xué)期我們學(xué)習(xí)的課程中最難的，通過這周的課程設(shè)計(jì)我更深有體會(huì)！原因有很多吧，也許是上個(gè)學(xué)期的高頻沒有學(xué)好，然后又沒有很用心的去思考解決問題，只是一味的做題應(yīng)付考試而已。一直覺得動(dòng)手能力不好因此這個(gè)課程設(shè)計(jì)也就變得很棘手了。不過再棘手還是得試試的。畢竟這是一項(xiàng)任務(wù)，無論結(jié)果怎樣都應(yīng)該盡全力去做。這才是我們現(xiàn)代大學(xué)生應(yīng)該具備的思想。任務(wù)下達(dá)后，我就忙著去查找搜集相關(guān)資料。圖書館，上網(wǎng)采集了一些有用的資料。可能因?yàn)樾睦餂]底吧，在課程設(shè)計(jì)的每一天里都會(huì)很擔(dān)心，怕完成不了任務(wù)。有時(shí)候查閱資料都會(huì)有一些心不在焉，效率很低。而且收集的資料很凌亂使人沒有頭緒，心情糟透了。后來一次次仔細(xì)的對資料進(jìn)行整理歸納后，才突然間點(diǎn)恍然大悟，感覺自己在這方面又認(rèn)識了很多，感覺又更進(jìn)了一步。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們完成了任務(wù)，我想對于我還是其他的同學(xué)都會(huì)有很多體驗(yàn)和收獲。對于我而言，我又重新溫習(xí)了高頻電子線路這本書和實(shí)驗(yàn)書。以前對書上的知識的記憶，有些純粹是為了應(yīng)付期末考試沒有深入太多。而現(xiàn)在經(jīng)過了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，讓我明白了一些東西，感覺在高頻這一塊兒充實(shí)了很多。我想這對于我們以后肯定是有幫助的，尤其是我們現(xiàn)在正在學(xué)習(xí)的學(xué)科，這一定會(huì)幫助很大。我覺得很多同學(xué)在這一方面和我一樣都很薄弱。老師也有講過高頻是一門很難的學(xué)科，關(guān)系我們電信專業(yè)學(xué)科的基礎(chǔ)。也會(huì)有一些同學(xué)在這方面很有天賦。有的時(shí)候會(huì)很羨慕他們作設(shè)計(jì)猶如如魚得水般的順利。后悔曾經(jīng)沒有好好去學(xué)，本來注定自己的節(jié)奏就要比別人慢半拍，但總是后知后覺不提早加快腳步，以至現(xiàn)在的差距越來越大。我并沒有像其他同學(xué)一樣感覺到畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)帶來多少快樂，我只是感覺每一天都生活在緊張中，不過我并沒有討厭它。遇到問題我們經(jīng)常會(huì)一起討論，組員會(huì)經(jīng)常一起來研究商討，我也會(huì)經(jīng)常到他那去研究求索。而且重要的是我得到了很多。畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，并不代表著我們掌握了。我想如果想在設(shè)計(jì)電路這一塊有所作為，單單這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們這個(gè)課題在電子產(chǎn)品中只是一個(gè)原理性電路，所以要看好多書、電