《调频发射机》word版.doc

通信基本电路课程设计小功率调幅发射机的设计学 院：电气工程与自动化学院专业班级：电 信 08-02 班姓 名：学 号: 3 1 0 8 0 8 0 3 0 2 0 6 指导老师：张 炜 日 期：2011 年 6 月10 日 目录高频电子线路课程设计1小功率调幅发射机的设计1摘要2一 选题意义摘要3二 调幅发射机的主要性能指标4三 小功率调幅发射机的设计63.1 设计要求63.2电路设计73.2.1拟定调幅发射机的工作原理框图73.2.2增益分配73.2.3.本机振荡电路和话音放大电路83.2.4调制电路93.2.5功率放大级电路113.2.6整体电路设计12四 调试与仿真134.1晶体振荡器的调试134.2调制器的测试144.3整机联调及其常见故障分析15五 心得与体会16六 参考文献17摘要小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。发射机的主要任务是完成有用的低频信号到高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分：高频部分、低频部分和电源部分。 高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐级放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大器也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某高频振荡（载频）信号上去的过程。所以末级高频功率放大器则成为受调放大器。关键词振荡器 功率放大 调幅 发射机 一 选题意义摘要小功率调幅发射机的设计利用到高频电子线路中学习到的与实际生活实践相紧密联系的内容：主要包括主振荡器、缓冲级、倍频器、高频功率放大器、低频功率放大器以及调制器等相关内容。有利于复习巩固课堂上所学理论知识，认识课本所学知识的实际应用功能，增强对该门课程的学习兴趣，以便于以后往更深层次的学习，初步学习小型设计的基本步骤，扩充自己的知识面。本课设结合Multisim软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试方法进行研究。Multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Multisim软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统 ，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。使用Multisim、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调幅发射机。二 调幅发射机的主要性能指标由于调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。调幅发射机的主要性能指标如下：工作频率范围：调幅制一般适用于中、短波广播通信，其工作频率范围为300kHz30MHz。发射功率：一般是指发射机送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。调幅系数：调幅系数ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数，ma的取值范围为01，通常以百分数的形式表示，即0%100%。非线性失真（包络失真）：调制器的调制特性不能跟调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。线性失真：保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅度特性变化称为线性失真，噪声电平：噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，广播发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于1%。调幅发射机的工作原理及总体方案1条 调幅发射机的组成框图如下图图1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，它的输出送至调制器；话音放大电路放大来自话筒的信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调幅了的中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源，一般选第二本振频率fo2是第一本振fo1与发射载频foc之和，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，是输出载频foc=fo2-fo1;功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。图1 调幅发射机组成框图三 小功率调幅发射机的设计3.1 设计要求根据以上的原理，要求设计一个小功率调幅发射机，主要参数：已知+Vcc=+10V、-VEE=-10V；话音放大级输出电压为5mV；负载电阻RL=75。主要元器件：主要元件有MC1496、3DG100、3DG130、4MHz晶振、NXO-10磁环；主要技术指标：工作频率 f=10MHz，发射功率P0=100mW，调制度ma=50%，整波效率大于40%。实验仪器设备：Multisim软件：函数信号发生器计数器EE164B 一台调制度测量仪器HP8901A或BD5 一台高频信号发生器 一台超高频毫伏表DA-36A 一台双踪示波器（COS5020）或数字存储示波器数字万用表 一台3.2电路设计3.2.1拟定调幅发射机的工作原理框图根据调幅发射机的工作原理和给定的技术指标要求画出组成框图，如下图2所示：图2 拟定调幅发射机组成框图图中，各组成部分的的作用如下：本机振荡：产生平率为4MHz的载波信号。缓冲隔离级：将晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响；将功率激励级与调制级隔离，减小功率激励级对调制级的影响。话音放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。调制级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。功率激励级：为末级功放提供激励功率。末级功放：对前级送来的信号进行功率放大，在负载上获得满足要求的发射功率，3.2.2增益分配发射机级需要有一定的功率才能将信号发射出去，而每一级的功率又不能太大，否则会引起电路工作不稳定，容易自激。因此，应根据发射机各组成部分的作用，合理地分配各级增益指标。根据调制器的输入特性确定本振信号和调制信号的振幅；由调制信号的输出功率和发射机的输出功率确定功率激励和功放级的增益。3.2.3.本机振荡电路和话音放大电路本机放大电路的输出是发射机的载波信号源，要求它的振荡频率应十分稳定。一般的LC振荡电路，其日频率稳定度约为10-210-3，晶体振荡电路的Q值可达数万，其日频率稳定度可达10-510-6.因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。话音放大信号用来对话音信号进行放大。晶体振荡器和话音放大电路的电路图如图3所示。其中，晶体、C1、C2、C3与T1构成改进型电容三点式振荡电路（克拉电路），振荡频率由晶振的等效电容和电感决定，电路中T1构成静态工作点由R4、R5、R6决定。在设置静态工作点时，应首先设定晶体管的集电极电流ICQ，一般取0.5mA4mA，ICQ太大会引起输出波形失真，产生高次谐波。设晶体管=60，Icq=2mA，VEQ=（1213）Vcc，则可算出R4=130k200k，取中间值150k, 进而算出 R5=100k、R3=3k。如图所示。图3 晶体振荡器和话音放大电路3.2.4调制电路根据题意及给定的主要元件，选定模拟乘法器MC1496构成的调幅电路如图4所示。图4 调幅电路图模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。高频电子线路中的振幅解调，同步检波，混频，倍频，鉴频，鉴相等调制和解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单得多，而且性能优越。课设运用Multisim软件对电路进行设计，因此MC1496需要自己搭建，其原理电路图如图5所示。图5 MC14963.2.5功率放大级电路通过前面的电路以后，进入功率放大级的是已调信号。但由于信号的功率太小，发射出去存在很大衰减，影响信号的传送，所以要进行功率放大。功率放大电路如下图6所示：图6 功率放大级电路3.2.6整体电路设计将以上各级单元电路一次连接就构成了小功率调幅发射机整体电路原理图，如图7所示：图7 小功率调幅发射机整体电路四 调试与仿真4.1晶体振荡器的调试调晶体振荡器时，应先断开晶振，使振荡器不振荡，再用万用表测三极管的各极电压。VEQ应满足VEQ（R2+R3）Icq=2mA，若不满足则可调整R1的值。将三极管的静态工作点调试正确以后，再接上晶振，测量振荡器的振荡频率和输出电压幅度，如图8所示：图8 晶体振荡器的调试4.2调制器的测试测调制器电路静态工作点时，应使本振信号V0=0.先测MC1496五角的电压Vs，调整R5的值，是V5R5=I0；然后测量各点静态工作电压，其值应与设计值大致相同。加本振电压v0=100mV，使调制电压v=0，调节RP3使mc1496输出信号为最小值，再使v=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形，在调节RP3使输出波形为ma=50%的调幅波，如图9所示：图9 调制器测试4.3整机联调及其常见故障分析晶振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。产生的主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大，使晶振级负载加重。这可通过增大缓冲级的射极电阻RP1来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C4，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。本级振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调幅现象。产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压v0偏小或者是话音放大级输出的调制电压v过大。可以调节RP2使v0=100150mV，并测量调制器输出的波形。调整话音放大级增益，以满足调幅度ma=50%的技术指标要求。功率激励级与功率放大级联调时，往往会出现低频调试、高频自激、输出功率小、波形失真大等现象。产生的原因可能是级间通过电源产生串扰或是甲类功放与丙类功放的阻抗不匹配，级间相互影响。这可在每一级单元电路的电源上加低、高频去耦电路，以消除来自电源的串扰，也可以重新调整谐振回路，使回路谐振。五 心得与体会一周的高频电路课程设计进行的很快，眨眼就过去了，虽然只有一周的时间但是感觉却是那么漫长，当我拿到课题时我不知道从何下手，急得我不知如何是好，我想着主要原因是没学好高频电子线路着门课。但是车到山前必有路，我相信我虽然不能做到最好，但我能尽力做到更好。老师讲完课题后我就去图书馆去查找资料,通过查阅有关资料寻找解决问题的出路。 仔细看了下设计要求我就查找相关的资料，但是动手设计起来，并不是想象中的那样简单。我在网上找到相似的内容，这无疑给我提供了很大的帮助。通过这次课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，我学会了把书本在知识和实际的电路联系起来，这就是理论结合实际，虽然这次设计电路时磕磕碰碰，但用到的知识反映了书中的核心知识点，我想这对我们以后的学习有很大的促进作用。设计过程中我也基本会了multisim的基本功能和用法，在下阶段的学习中我一定会更加努力。六 参考文献1、高频电