哈工大通信專業(yè)高頻課程設(shè)計(jì)-高頻發(fā)射機(jī)和超外差接收機(jī)

高頻電子線路課程設(shè)計(jì)學(xué)院：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào):日期：目錄TOC\o"1-3"\h\u高頻電子線路課程設(shè)計(jì)…………………1一問(wèn)題重述與分析 31.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)分析…………………31.2超外差接收機(jī)分析………...……..…3二中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 42.1模塊電路設(shè)計(jì)與仿真 42.1.1正弦波振蕩器及緩沖電路及仿真 42.1.2高頻小信號(hào)放大電路及仿真 82.1.3.振幅調(diào)制電路及仿真 92.1.4功率放大電路及仿真 112.2整體電路設(shè)計(jì)及仿真…………..11三中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………123.1混頻器電路及仿真……………..123.2檢波電路及仿真……………….143.3低頻功率放大器及仿真……….15四心得與體會(huì) 17五參考文獻(xiàn) 18抗要遠(yuǎn)小于。本設(shè)計(jì)的工作頻率假定為1.6MHz，此時(shí)應(yīng)該使電容阻抗為幾十歐姆一下。選取標(biāo)稱值，對(duì)應(yīng)容抗?jié)M足要求。2.估計(jì)振蕩回路元件值 假定所需要的頻率確定值為1.6MHz，頻率計(jì)算公式為：；對(duì)于西勒振蕩器而言，當(dāng)滿足，時(shí)，可以認(rèn)為。在實(shí)驗(yàn)嘗試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)較大時(shí)，由電容不穩(wěn)定引起的頻率失真較小，為了得到較好的頻率穩(wěn)定度，假設(shè)，則：選取標(biāo)稱值。但在實(shí)驗(yàn)嘗試中發(fā)現(xiàn)，由于電路中其他電阻、電容干擾或是設(shè)計(jì)時(shí)粗略等效的原因，使得當(dāng)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)中心頻率為1.6MHz的要求。所以，可變電容。為實(shí)現(xiàn)載波頻率535-1605KHz的要求，可變電容可調(diào)范圍設(shè)置為0~400pF。 電容，由反饋系數(shù)及電路條件，決定。若取，F(xiàn)取到，則。（2）射極跟隨器的設(shè)計(jì) 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。1.確定電路形式 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。如下圖所示：圖四：射極跟隨器2.估算元件參數(shù)假定，則：由，可知，選取，，取隔直電容，。所以，總的電路圖如下所示：圖五：振蕩器和射極跟隨器仿真電路圖運(yùn)用multisim軟件仿真，得到的波形如下：圖六震蕩波形圖輸出電壓為220mv，頻率為1.603MHz。經(jīng)過(guò)20組數(shù)據(jù)的對(duì)比，得到頻率穩(wěn)定度低于，該仿真電路可行。2.1.2高頻小信號(hào)放大電路及仿真在振蕩器及射極跟隨器之后，應(yīng)當(dāng)接一個(gè)高頻小信號(hào)放大電路，將所獲得的的正弦波放大。本實(shí)驗(yàn)假定電感，電容，三極管都為理想的元器件，共發(fā)射極輸入電容=0，共發(fā)射極輸出電容=0。（1）直流偏置電路的計(jì)算：假設(shè)，，則，所以，，。隔直電容，。（2）諧振電路的確定因?yàn)榉糯箅娐返闹C振電路的中心頻率與振蕩器的中心頻率是一致的，所以可以直接采用振蕩器的諧振網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)如下：，，可變電容，調(diào)節(jié)范圍：0~200pF（3）放大倍數(shù)的確定先確定正向電壓傳導(dǎo)系數(shù)：總電導(dǎo)為。其中，理想三極管輸出電導(dǎo)=0，理想電感的電導(dǎo)值=0，諧振電導(dǎo)假設(shè)為則電壓放大增益：=21.8dB輸出端的隔直電容。整體電路圖如下所示：圖七：高頻小信號(hào)放大器在加上一個(gè)有效值為280mV，頻率為1.6MHz的正弦波之后，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)電路的電壓增益只有20，與理論值相差很多；當(dāng)換上一有效值只有28mV的正弦波后，電壓增益變大，變?yōu)?00左右；電壓有效值越小，電壓增益越接近理論值?？梢缘玫浇Y(jié)論，此電路可用，理論上的電壓增益是一個(gè)最大值，還要考慮到大信號(hào)時(shí)電路的失真狀況，需要實(shí)際操作來(lái)獲得想要的效果。2.1.3振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真已知條件：輸出負(fù)載51Ω，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)30％~80％。調(diào)制頻率500Hz~10kHz。常見(jiàn)振幅調(diào)制有集電極調(diào)制，基極調(diào)制，模擬乘法器等方式，本設(shè)計(jì)采用乘法器仿真。提供的集成乘法器元件有XCC，MC1496.但在multisim軟件仿真中沒(méi)有所要求的型號(hào)，所以用軟件中所提供的MULTIPLIER元件代替，下面是乘法器的原理圖：圖八；乘法器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖其中為輸入，為輸出，上下接直流電源。令為載波信號(hào)輸入（連接高頻小信號(hào)電路輸出），為調(diào)制信號(hào)輸入（外加輸入）。為調(diào)幅信號(hào)輸出。設(shè)計(jì)的AM振幅調(diào)制電路如下：圖九：乘法器外圍電路假設(shè)載波信號(hào)幅度，頻率；調(diào)制信號(hào)幅度，即電壓有效值為3V，頻率；外加直流電壓為。兩者經(jīng)過(guò)上述乘法器后得到的信號(hào)為：仿真結(jié)果如下：圖十：乘法器模擬結(jié)果再用仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)：。調(diào)幅指數(shù)與理論值相近，說(shuō)明仿真電路可行。當(dāng)電路發(fā)生變化時(shí)，只要調(diào)節(jié)與，使兩者之間的商滿足30％~80％即可。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入電壓為振幅時(shí)，輸出的電壓，此時(shí)，在負(fù)載上的功率就已經(jīng)大于50mW。2.1.4功率放大電路及仿真在上述乘法器設(shè)計(jì)和小信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)中，可以看到只要小信號(hào)放大器輸出端電壓有效值滿足條件，則負(fù)載上總的輸出功率即為50mW。但是在射極跟隨器后末端的輸出電壓，經(jīng)過(guò)高頻小信號(hào)放大器后，其電壓很輕易的就能超過(guò)1.824V，所以本設(shè)計(jì)不再涉及功率放大，以免不符性能指標(biāo)。2.2整體電路設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負(fù)載51Ω，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)30％~80％。調(diào)制頻率500Hz~10kHz。為了實(shí)現(xiàn)輸出功率為50mW的要求，必須將射極跟隨器末端電壓調(diào)小，或?qū)⒏哳l小信號(hào)放大器放大倍數(shù)降低。在仿真實(shí)驗(yàn)嘗試的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)降低射極跟隨器輸出電壓就相當(dāng)于改變LC振蕩器輸出電壓，這相較聞言比較困難；而降低通過(guò)調(diào)節(jié)高頻小信號(hào)放大電路中諧振電阻的數(shù)值，會(huì)使頻率變得不穩(wěn)。所以，本設(shè)計(jì)在射極跟隨器和高頻小信號(hào)放大器之間連接一個(gè)電阻，這樣的連接方式也使得最后總輸出電壓更穩(wěn)定。整體電路設(shè)計(jì)圖如下：圖十一：中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)仿真電路圖仿真輸出波形圖如下：圖十二：中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)仿真波形圖電路輸出到乘法器的載波頻率為1.605MHz。根據(jù)二十組頻率數(shù)據(jù)的出，最大頻率1.606MHz，最小頻率1.604MHz，頻率穩(wěn)定度。輸出負(fù)載51Ω，總的輸出電壓有效值為1.60V，波動(dòng)范圍為，由此得到的輸出功率為。調(diào)幅指數(shù)。調(diào)制頻率10kHz。三:中波電臺(tái)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1混頻器電路3.1.1混頻器電路設(shè)計(jì)混頻器的作用是能將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為另一種頻率的信號(hào)輸出，其原理在于能將接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，相關(guān)公式為：兩個(gè)不同頻率的信號(hào)相稱，為調(diào)幅信號(hào)頻率量，為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。這種產(chǎn)生頻率的方式就和乘法器是一樣的。若將混合后的頻率進(jìn)過(guò)低通濾波器，兩者之間和頻被濾過(guò)，兩者差頻即為輸出的頻率。本設(shè)計(jì)中混頻器采用三極管變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，混頻原理圖如下：圖十三：三極管變頻器輸入部分有兩塊，第一部分是AM信號(hào)，假設(shè)信號(hào)在傳輸中中衰減，又經(jīng)過(guò)小信號(hào)放大器等，使得載波幅度變?yōu)?0mV，載波頻率不變，為1.605MHz，調(diào)制信號(hào)頻率為10KHz，調(diào)制指數(shù)為39.27%。本機(jī)振蕩信號(hào)的振蕩機(jī)原理與發(fā)射機(jī)相近，故不再設(shè)計(jì)，直接加一個(gè)交流信號(hào)來(lái)模擬，頻率定為2.07MHz。（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的工作位置可以與上述中高頻小信號(hào)電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)一致，即，，。隔直電容，。（2）其他元件參數(shù)的計(jì)算 為防止交流信號(hào)進(jìn)入直流電源，在集電極處接一電感。輸出端需要一個(gè)諧振選頻網(wǎng)絡(luò)，已知所需頻率為465KHz，則令電感L=20，電容C=5.86。整體電路圖如下所示：圖十三：混頻器電路圖3.1.1混頻器電路仿真按照上述電路連接，在輸出端用示波器觀察波形，可見(jiàn)波形如下：圖十三：混頻器波形圖用頻率計(jì)測(cè)量，測(cè)得輸出頻率為465.4KHz，滿足要求。3.2檢波電路3.2.1檢波電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)省略混頻器與檢波器間的中頻放大部分，將輸出信號(hào)直接加在檢波器兩端，直接觀察檢波電路效果。在設(shè)計(jì)檢波電路時(shí)，需要考慮如下要求：所以本設(shè)計(jì)取，，，。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)嘗試中我可以發(fā)現(xiàn)，三極管的導(dǎo)通電壓對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的波形幅度有影響，若將導(dǎo)通電壓抵消后，能夠得到更符合輸入AM波振幅振動(dòng)的波形，所以本設(shè)計(jì)在電路中接入一個(gè)0.6V的直流電阻。整個(gè)電路圖如下：圖十三：檢波器電路圖3.2.1檢波電路仿真將示波器接在輸出負(fù)載和輸入電源的兩端，波形圖如下：圖十三：檢波器仿真結(jié)果有仿真結(jié)果可知：輸出波形與輸入AM波振幅波形相似，電路可用。3.3低頻電壓放大電路3.3.1低頻電壓放大電路設(shè)計(jì)從檢波器出來(lái)的波形波形已經(jīng)是一個(gè)頻率為10KHz的正弦波信號(hào)，而設(shè)計(jì)要求中要求輸出功率0.25W，負(fù)載電阻8Ω，通過(guò)二者可以算出輸出的電壓值和電流值應(yīng)為U=1.4V，I=177mA。本設(shè)計(jì)采用的仿真集成運(yùn)算放大器型號(hào)為TDA2030，查閱網(wǎng)上的技術(shù)手冊(cè)，可知其典型電路如下：圖十四：集成運(yùn)算放大器原理圖按照上圖搭建運(yùn)算電路，根據(jù)參考資料更改部分參數(shù)得如下電路：圖十五：集成運(yùn)算放大器仿真電路圖為了使輸出電壓電流可調(diào)節(jié)在輸出端加入一個(gè)可調(diào)電阻，變化范圍在0到100之間。輸出用正弦信號(hào)代替，頻率為10KHz。3.3.2低頻電壓放大電路仿真在輸出端連接示波器觀察波形。波形如下：圖十六：輸出電壓有效值為1.333V，輸出電流有效值為166.6mA滿足題設(shè)技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)頻率計(jì)測(cè)量，頻率為10KHz，靈敏度1mV，滿足題目要求。四：心得體會(huì)在本次課程設(shè)計(jì)中，我真正認(rèn)識(shí)到了自己設(shè)計(jì)一個(gè)具有可行性系統(tǒng)的困難。就算是最為簡(jiǎn)單的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都花費(fèi)了很多時(shí)間才能真正做得出來(lái)。同時(shí)，我也很開(kāi)心的認(rèn)識(shí)到自己確實(shí)學(xué)到了很多知識(shí)，比如LC振蕩器，射極跟隨器，高頻小信號(hào)放大器，AM調(diào)制電路組成的發(fā)射機(jī)；又如混頻電路，檢波器，低壓小信號(hào)放大器等為核心的接收機(jī)。在設(shè)計(jì)每個(gè)電路時(shí)，都需要翻閱很多資料，需要和自身平時(shí)上課的知識(shí)，以及實(shí)驗(yàn)嘗試中的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，才能做到真正的設(shè)計(jì)。學(xué)以致用，最大的收獲就是認(rèn)識(shí)了這一點(diǎn)吧。作為電子信息類的大學(xué)生，我也希望學(xué)校在今后的教學(xué)過(guò)程中能增加此類實(shí)踐性的環(huán)節(jié)，不只是用電腦仿真軟件實(shí)現(xiàn)，也能真正的用