中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

HarbinInstituteofTechnology中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)通信電子線路課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名TOC\o"1-5"\h\z學(xué) 號(hào)班 級(jí)專 業(yè)任課教師所在單位目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"一、 設(shè)計(jì)目的 1\o"CurrentDocument"二、技術(shù)指標(biāo) 1\o"CurrentDocument"三、工作原理與框圖 1\o"CurrentDocument"四、各部分功能電路設(shè)計(jì) 2西勒振蕩器及射極跟隨器 2\o"CurrentDocument"AM調(diào)制電路 4\o"CurrentDocument"高頻小信號(hào)放大器 8\o"CurrentDocument"高頻功率放大器 9\o"CurrentDocument"五、發(fā)射機(jī)聯(lián)合調(diào)試 11\o"CurrentDocument"超外差接受機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"一、 設(shè)計(jì)目的 12\o"CurrentDocument"二、技術(shù)指標(biāo) 12\o"CurrentDocument"三、工作原理與框圖 12\o"CurrentDocument"四、 各部分功能電路設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"本機(jī)振蕩器 13\o"CurrentDocument"乘法器混頻器 14\o"CurrentDocument"中頻放大器 16\o"CurrentDocument"檢波電路 17\o"CurrentDocument"低頻電壓放大 19\o"CurrentDocument"五、接收機(jī)機(jī)聯(lián)合調(diào)試 20參考文獻(xiàn) 22中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。二、技術(shù)指標(biāo)表格1：發(fā)射機(jī)技術(shù)指標(biāo)載波頻率535~1605kHz頻率穩(wěn)定度不低于10-3輸出負(fù)載51總輸出功率50mW調(diào)制指數(shù)30%~80%調(diào)制頻率500Hz~10kHz三、工作原理與框圖圖1：發(fā)射機(jī)原理框圖主振器提供頻率穩(wěn)定的載波信號(hào)，緩沖器為主振器提供合適負(fù)載，并使主振器與下級(jí)隔離，減小后級(jí)對(duì)主振器的反饋的影響。由于振蕩器輸出的電壓幅度較小，而采用乘法器調(diào)幅電路是也要求輸入電壓幅度小，剛好滿足條件。振幅調(diào)制器完成將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)混頻的功能，使載波幅度隨著調(diào)制信號(hào)變化而變化，并通過(guò)帶通濾波器將不需要的頻率分量濾除，之后由于已調(diào)信號(hào)電壓幅值過(guò)小，姑送入高頻放大器先放大電壓，再通過(guò)高頻功率放大器放大信號(hào)功率。-1-四、各部分功能電路設(shè)計(jì)1.西勒振蕩器及射極跟隨器由于技術(shù)指標(biāo)中要求頻率穩(wěn)定度較高，不低于101.西勒振蕩器及射極跟隨器由于技術(shù)指標(biāo)中要求頻率穩(wěn)定度較高，不低于10-3,姑采用頻率穩(wěn)定度較高的西勒振蕩器，原理圖如下：圖2：西勒振蕩器原理圖西勒震蕩器的主要特點(diǎn)是電感上并聯(lián)一個(gè)電容C4,用它改變震蕩頻率，而pl、p2不受其影響，整個(gè)波段中振幅平穩(wěn)，且頻率穩(wěn)定度高，而且可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率。靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置：一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.5?2mA之間選取，集電極對(duì)地電壓VCQ=（0.6?1）VCC，發(fā)射機(jī)對(duì)地Veq=0.2Vcc。工作頻率設(shè)置：西勒電路中的C3遠(yuǎn)小于Cl、C2,使得三極管中極間電容的變化對(duì)回路總電容影響很小，總電容約為C3+C4,可保證頻率穩(wěn)定性較高，能達(dá)到10-4。工作頻率取決于C3、C4,西勒振蕩電路的工作頻率計(jì)算公式:2冗LLCs理論計(jì)算：取ICQ=1.5mA作Vc=9V。理論計(jì)算：取ICQ=1.5mA作Vc=9V。設(shè)定Vceq=7.5Vv Vcc一VcRc= (12—9)V(——-)-=2kQIcQ 1.5mAVV Vcc一Vc〃(12一7.5)VRc+Re= Q= =3kQ， Re=1kQIcQV,=Vcc*-J—=12*bq R1+R21.5mA5.1k5.1k+4.3k+21k取C3=100pF,L=90uH,C4取一900pF的可變電容。當(dāng)接入0%時(shí)，電路中C=C=100pF，f=——1——=1.68MHz，當(dāng)接入100%時(shí)，3 2八;LCsC=C+C=1000pF，f=—==530kHz，滿足技術(shù)指標(biāo)中要求的頻率3 4 2nLCCs-2-范圍。射極跟隨器原理圖如下圖3：射極跟隨器原理圖為了減弱外加負(fù)載對(duì)振蕩器振蕩波形、幅度以及頻率的影響，本設(shè)計(jì)在振蕩器后加上射極跟隨器作為緩沖器。射極跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)為1。由于傳輸信號(hào)是高頻正弦波，射極跟隨器的主要作用在于使自身輸入阻抗高，且工作穩(wěn)定，以增大頻率穩(wěn)定度。本設(shè)計(jì)選擇固定分壓偏置，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路。理論計(jì)算:V,=VccV,=Vcc*—J—bqR+R1 2TTVb-VbeIc=Ie= Re=12* 10k+10k=2.65mA=6V西勒振蕩器和射極跟隨器的仿真電路如下圖所示。7(Hi-IDgR2k1--2N2222C27(Hi-IDgR2k1--2N2222C2圖4：西勒振蕩器仿真電路圖用mulitism仿真，示波器輸出如下圖：-3-

由示波器可看出輸出基本為標(biāo)準(zhǔn)正弦波。頻率計(jì)如下圖:薜計(jì)-XFC1可知振蕩器輸出f=1.053MH「連續(xù)觀察一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)輸出頻率一直保持1.053MHz，即變化值小于0.0005MHz，4f=0.0005MHz，竺=0.0005=4.8*10-4，f1.053姑頻率穩(wěn)定度滿足要求。AM調(diào)制電路調(diào)制電路原理“調(diào)制”就是對(duì)信號(hào)源的信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^(guò)程。低電平調(diào)幅電路輸出功率小，適用于低功率系統(tǒng)。它的電路形式有多種，如二極管調(diào)幅器、平衡調(diào)幅器、模擬乘法器調(diào)幅等，比較常用的是采用模擬乘法器形式制成的集成調(diào)幅電路，即集成模擬乘法器調(diào)幅。這種集成電路的出現(xiàn)，使產(chǎn)生高質(zhì)量調(diào)幅信號(hào)的過(guò)程變得極為簡(jiǎn)單，而且成本很低。本次仿真使用模擬乘法器調(diào)幅電路，它是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)相乘作用的電子器件，它具有兩個(gè)輸入端對(duì)和一個(gè)輸出端對(duì)，是三端對(duì)非線性有源器件。傳輸特性方程為-4-

u(t)=Ku(t)u(t)本設(shè)計(jì)中，采用模擬乘法器MC1596構(gòu)成調(diào)幅電路。由于multisim中沒(méi)有所需要的乘法器型號(hào)，姑上網(wǎng)查找手冊(cè)，自行搭建一個(gè)Mc1596子電路。內(nèi)部原理圖如下。R-5R-5圖5：MC1596內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)制整體電路如下R16To—工R16To—工圖6：乘法器調(diào)幅電路經(jīng)過(guò)上述乘法器后得到的信號(hào)為：u(t)=U(1+mcosQt)cos3t。U為載波信號(hào)幅度，3c為載波信號(hào)頻率，。為調(diào)制信號(hào)頻率，其值在500Hz到20；Hz之間。設(shè)計(jì)指標(biāo)要求調(diào)制指數(shù)在30%?80%，其調(diào)制指數(shù)為m二U。這里所用aA+B載波信號(hào)為1.053MHz，U=100mV，。=10kHz。輸入電阻Ri=51Q。AM信號(hào)相當(dāng)于調(diào)制信號(hào)與加上一個(gè)直流電壓再與載波信號(hào)相乘，在仿真中-5-

輸入端我加入如下電路使調(diào)制信號(hào)有一個(gè)直流偏壓，以滿足輸出端為AM調(diào)制信號(hào)。選頻回路如下:圖7：選頻回路電路圖其中L=2.2uH，C=13nF，R=220Q。f= 1 -1MHz2九lLCv乙RQ=——您100①LAf=f氏10kHzQ姑選頻回路滿足要求，中心頻率為1MHz，且同頻帶包含所要的調(diào)制信號(hào)。而示波器輸出的波形如下所示，可以看出波形很理想。示波器波形如下-6-

于浪■各-NEC?可以看出調(diào)制比較理想，現(xiàn)在將波形橫軸放大如下:7T謔器-XSC2將波形放大后也可以看出是比較理想的正弦波，內(nèi)部沒(méi)有失真，易算出調(diào)制指數(shù)ma=60%，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。做這部分電路時(shí)最難調(diào)整的時(shí)乘法器輸出端的選頻網(wǎng)絡(luò)。如下是傅立葉分析結(jié)果，可以看出AM乘法器調(diào)幅將低頻分量搬移到高頻區(qū)域，頻譜純度很好幾乎沒(méi)有其余分量。-7-

FourierAnalysisUfim123m73m^23m■iaGuFourierAnalysisUfim123m73m^23m■iaGuL7741k667.5k1.1MFrequency(Hz).高頻小信號(hào)放大器由于上一級(jí)乘法器要求輸入的信號(hào)振幅較小，其輸出調(diào)幅波振幅也非常小，由示波器波形也可看出，姑我在其后加一高頻小信號(hào)放大器放大調(diào)幅波。高頻小信號(hào)放大器原理圖如下：圖8圖8：高頻小信號(hào)放大器原理圖為避免失真，高頻小信號(hào)放大器中晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)同樣應(yīng)靠近截止區(qū)，為保證靜態(tài)工作點(diǎn)靠近截止區(qū)，R應(yīng)比R大，這里取R=100kQ，同樣為了b1?Vcc可得b1?Vcc可得U為3V。BQ假設(shè)Ieq=1.1mA則由f二 1可02兀不以后調(diào)節(jié)方便，將BQ假設(shè)Ieq=1.1mA則由f二 1可02兀不極管取為2N2222，其UBE可在參數(shù)中查的，為0.75VR=Urq—Ure=3-0.75氏2kQ。選頻電路中心頻率為1MHzeI 1.1EQ得L=90rH，C=245pF，同樣為了調(diào)節(jié)方便，將電容改為可變電容。這里我用兩個(gè)小信號(hào)放大電路級(jí)聯(lián)以獲得較高的電壓增益，具體仿真電路如下圖-8-

C1BIIQ.1I1F|匚.?R285口口k%葛黑加3％211H1ODkllC1BIIQ.1I1F|匚.?R285口口k%葛黑加3％211H1ODkll圖7：高頻小信號(hào)放大電路IO1接的是上一級(jí)輸出的調(diào)幅波，示波器A通道放大器輸入端，B通道接放大器輸出端，觀察波形如下，由圖中很容易看出B通道比例大于A通道且波形也大于A通道，將時(shí)間軸放大發(fā)現(xiàn)內(nèi)部也沒(méi)有失真，輸出包絡(luò)也未改變。示誠(chéng)器-也三 " I.望.高頻功率放大器功率放大器是依靠激勵(lì)信號(hào)對(duì)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。-9-

ICDniVV：Z21mV諷用油&3D山ICDniVV：Z21mV諷用油&3D山I:102mAMHun：?6mI（K&面!942EAI恒焉:31.7rnA加毒：1.00MHZSH2222V;4.96U■<1S-U0!1B7V心效fi）：?jiǎn)T00/，叵流）:&WU'：-30.5rM-郵-吧）：75.8mA］南刻悟:：19.6mA，育.癡3,333黃章LDQMH2_ 圖9：高頻功率放大電路集電極瞬時(shí)電壓為Vc=Vcmcos(wt)+Vcc基級(jí)瞬時(shí)電壓為VB=Vbmcos(wt)+VBB由電壓探針測(cè)得51負(fù)載兩端U有效=6.08V,I有效=19.6mAP=U*I=117mW大于50mW，姑可以在輸出端串,聯(lián)電阻，以分壓，而實(shí)際上聯(lián)調(diào)的時(shí)候由于輸入到功率放大器的電壓不一定入此處仿真是100mV那么理想，姑可在聯(lián)調(diào)時(shí)調(diào)整放大器放大倍數(shù)來(lái)改變功率。示波器輸出如下。i竄nit+1尸困困T2刁］.時(shí)間 通道的 aijo.oaos o.cojv o.oao vo.ooas o.odjv o.aao v□.oaas a.ccnv a.aaa v1反向1? yT! *ExtTrigger時(shí)間地_ 通道4 通詣日 轆比例50/比例比例即吧竺_由召宏國(guó)B叵I逅］X位置~0~rfn?L4-TfiS-t.4 '電平丁 =v=國(guó)麗麗碉畫。畫?園互I回國(guó)?類型囂旗I鼠國(guó)波形無(wú)失真，放大時(shí)間軸可看出內(nèi)部為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，也無(wú)失真。由此可得，功率放大器滿足輸出功率為50mW的技術(shù)指標(biāo)要求。-10-

五、發(fā)射機(jī)聯(lián)合調(diào)試聯(lián)合調(diào)制時(shí)，由于上述電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以全部放到一個(gè)原理圖中，姑我用上述調(diào)試完成后的各級(jí)電路圖作為層次塊放入同一電路中用層次塊連接線將各級(jí)輸入輸出連接起來(lái)，形成如下發(fā)射機(jī)聯(lián)合調(diào)試仿真電路仿真，其中每一個(gè)子層次塊都是前面已經(jīng)調(diào)試好的電路原理圖。其中低頻信號(hào)源用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生為10kHz、50mV的單一音頻信號(hào)。剛開始聯(lián)調(diào)時(shí)輸出波形明顯失真，無(wú)法完成調(diào)制功能，經(jīng)觀察各級(jí)層次塊內(nèi)部示波器顯示的輸出波形發(fā)現(xiàn)，主要是調(diào)制輸出波形失真。分析：經(jīng)排查得出是由于調(diào)制輸入的載波幅值過(guò)大導(dǎo)致調(diào)制波形嚴(yán)重失真，可能原因是各級(jí)之間的輸入輸出電阻不匹配，導(dǎo)致各級(jí)接收端電壓值不如分別調(diào)試時(shí)理想。解決方法：為了使震蕩器輸出到調(diào)制端的載波電壓幅值達(dá)到要求，在西勒振蕩器與射極跟隨器之間串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)電阻，起到衰減的作用，使調(diào)制輸入端滿足對(duì)較小電壓的要求，再在后級(jí)小信號(hào)放大器和功率放大器進(jìn)行微調(diào)，使聯(lián)調(diào)情況下的輸入均接近各級(jí)單獨(dú)調(diào)制時(shí)的輸入。調(diào)整參數(shù)后輸出如下：可以看出輸出較為理想。-11-、設(shè)計(jì)目的超外差接受機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。二、技術(shù)指標(biāo)表格2、設(shè)計(jì)目的超外差接受機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。二、技術(shù)指標(biāo)表格2：接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)載波頻率

中心頻率

輸出功率

輸出負(fù)載

靈敏度535?1605kHz465kHz0.25卬81mV三、工作原理與框圖圖10圖10：超外差接收機(jī)原理框圖超外差式接收機(jī)主要由輸入電路、混頻電路、中放電路、檢波電路、前置低頻放大器、功率放大電路和喇叭或耳機(jī)組成。由輸入電路，即選擇電路，或稱調(diào)諧電路把空中許多無(wú)線電廣播電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)選擇其中一個(gè)，送給混頻電路?；祛l將輸入信號(hào)的頻率變?yōu)橹蓄l，但其幅值變化規(guī)律不改變。不管輸入的高頻信號(hào)的頻率如何，混頻后的頻率是固定的，為465KHZ。中頻放大器將中頻調(diào)幅信號(hào)放大到檢波器所要求的大小。由檢波器將中頻調(diào)幅信號(hào)所攜帶的音頻信號(hào)取下來(lái)，送給前置放低頻放大器。前置低頻放大器將檢波出來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行電壓放大。再由功率放大器將音頻信號(hào)放大，放大到其功率能夠推動(dòng)揚(yáng)聲器或耳機(jī)的水平。由揚(yáng)聲器或耳機(jī)將音頻電-12-

信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇?。各部分功能電路設(shè)計(jì)1.本機(jī)振蕩器由前面發(fā)射機(jī)的調(diào)試可以看出，已調(diào)信號(hào)中心頻率為1.053MHz，姑若要得到中頻465kHz，本機(jī)振蕩器要輸出一個(gè)1.518MHz的正弦波，這里采用與發(fā)射機(jī)相同的西勒震蕩電路，只是改變C3和C4的值，來(lái)改變輸出的頻率，具體理論計(jì)算前面已經(jīng)證明，具體仿真電路如下圖：圖11：本振信號(hào)仿真電路圖示波器波形輸出如下:示波能-町門頻率計(jì)輸出如下:-13-

演塞?.一fFCl2.乘法器混頻器變頻電路作用是把不同頻率的輸入信號(hào)變成頻率固定的465KHZ的中頻信號(hào)。變頻電路的原理：輸入回路的高頻信號(hào)（其頻率為1.053MHz）和本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的高頻等幅信號(hào)（其頻率為1.518MHz）同時(shí)送到混頻器。本振信號(hào)的頻率始終比輸入的高頻信號(hào)高465KHZ?；祛l后主要有高頻調(diào)幅信號(hào)、本振信號(hào)和它們的和頻信號(hào)、差頻信號(hào)，此外還有與的各次諧波信號(hào)。通過(guò)選頻回路，從而從混頻器中選出頻率為465KHZ的中頻信號(hào)。原理框圖如下：圖12：混頻器原理框圖乘法器混頻器中我采用的仍然是前面搭好的MC1596乘法器，乘法器輸出的信號(hào)主要包含465KHz和2.571MHz兩種頻率分量，為了選出中頻信號(hào)，諧振網(wǎng)絡(luò)應(yīng)諧振于465KHz左右?；祛l器仿真電路如下：-14-

KTG13SCZ選頻回路如下:圖14：選頻回路電路圖其中L=9uHKTG13SCZ選頻回路如下:圖14：選頻回路電路圖其中L=9uH,C=13nF,R=200Q。f=——=465.3kHz

2…LCv乙RQ二——您48①LAf=f氏10kHz

Q姑選頻回路滿足要求，中心頻率為465kHz,且同頻帶包含所要的調(diào)制信號(hào)。而示波器輸出的波形如下所示，可以看出波形很理想。示波器輸出波形如下-15-

示源器I醞傅立葉分析如下:Fou「ie「Analysis3.6381e示源器I醞傅立葉分析如下:Fou「ie「Analysis3.6381e￡l年除8586Hl■43S7Mk39024￡3k824M5EkFrequency(Hz)可以看出選頻回路很好的選出了465kHz、475kHz、455kHz的頻率，而其余的頻率分量非常小。.中頻放大器上一級(jí)中混頻輸出的波形包絡(luò)仍然保持原始信號(hào)的形狀，但是輸出的Vp-p僅20mV左右，所以在其輸出后加一中頻放大器，放大中頻信號(hào)使其滿足下一級(jí)檢波電路的要求中頻放大器仍采用與之前高頻放大器相同的電路，僅僅改變選頻回路，將465kHz左右的分量選出。仿真電路如下：-16-vcc圖15：中頻放大仿真電路圖vcc圖15：中頻放大仿真電路圖選頻回路計(jì)算：f=—L=2冗.:"C==465.3kHzE仿真結(jié)果如下：從示波器的讀數(shù)可以看出放大至少10倍。從示波器的讀數(shù)可以看出放大至少10倍。不裝集-XSC1.檢波電路二極管包跡檢波是一種應(yīng)用十分廣泛，而且工作頻率高的電路，而且電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的檢波電路就是采用二極管包絡(luò)檢波。對(duì)于二極管包絡(luò)檢波電路，因?yàn)槎O管只是在輸入信號(hào)正半周的峰值附近一部分時(shí)間導(dǎo)電，二極管一直處于充放電狀態(tài)，形成鋸齒狀波形。從振幅受調(diào)制的高頻信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)。還原所得信號(hào)，與高頻調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)變化規(guī)律一致，故又稱包絡(luò)檢波器。原理電路圖如下圖所示。-17-

仿真電路如下:%-.事->仿真電路如下:%-.事->圖16：二極管包絡(luò)檢波電路圖二極管包絡(luò)檢波易產(chǎn)生失真：查閱資料可得，R3取100Q左右時(shí)RC回路的時(shí)間常數(shù)較為合理，計(jì)算中認(rèn)為R3是80Q。電路中取調(diào)幅指數(shù)ma=0.6,調(diào)制頻率q為10kHz。a）不產(chǎn)生惰性失真：R3、C1和調(diào)制信號(hào)頻率Q應(yīng)滿足以下關(guān)系：RCQ二 <1。將R3=80Q、31\：1-m2ma=0.6、Q=10kHz、C1=0.1uF代入式中，滿足條件，其最佳取值還需通過(guò)觀察仿真并調(diào)試來(lái)確定。b）不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真：同時(shí)還要保證R「R3分壓過(guò)后輸出電壓足夠大，通過(guò)查閱資料可知R3應(yīng)在（0.1?0.2）R1內(nèi)取值。這里取R1=400Q。若要求電路不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真，則應(yīng)滿足以下條件：m<RQ。其中R=R+R，R=R+R//R。將ma=0.6、aR 1 3Q3 1 2R1=100Q、R2=400Q、R3=80Q代入式中，滿足條件。仿真輸出圖像如下：-18-

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