高频课程设计--调幅发射机.doc

一.总体设计思路及原理图1.总体设计思路调幅发射机的主要任务是完成有用的低频声音信号对高频载波的调制,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，调幅发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分一般包括本振电路、缓冲放大电路、倍频电路、中间放大电路、功放推动与末级功放电路。本振电路的作用是产生频率稳定的高频载波。为了提高频率稳定性，本振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱本振电路对后级的影响。低频部分一般包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。在通信系统中，调制有三个主要作用：1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2调制的另一个重要作用是实现信道的多路复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，提高信道容量，有利于节省成本；3调制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号幅度的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。通信系统中的发送设备若采用调幅调制方式则称为调幅发射机，一般调幅发射机的组成框图如图所示，工作原理是：本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲电路送至振幅调制电路；音频放大电路将低频语音信号放大至足够高的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器放大到所需的发射功率，然后经天线发射出去。一般小功率点频调幅发射机可以分为四个部分：本振级，音频处理及振幅调制级，以及高频功率放大级。2.原理框图本机振荡：产生频率为的载波频率缓冲级：将振荡级与调制级隔离，减小调制级对振荡级的影响；受调级：将要传送的音频信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去。高频功放级：将信号放大到发射机所需要的输出功率。匹配网络：对前后级进行阻抗匹配并高效率输出所需功率。二.本振级的设计本机振荡电路的输出是发射机的载波信号，它要求的振荡频率应十分稳定，一般的振荡电路，其频率稳定度约为，晶体振荡电路的值可高达数万，其频率稳定度可达。因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。因此，主振级(高频振荡器)采用晶体振荡器，以满足所需的频率稳定度。此电路中其工作在较低的8MHZ频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压。本振级电路图：三.缓冲电路的设计缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响,因为功放级输出信号较大,工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，如图所示。射极跟随器调节射极电阻，可以改变射极跟随器输入阻抗，如果忽略晶体管基极体电阻的影响，则射极输出器的输入电阻输出电阻式中，很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源，电压放大倍数一般情况下，所以图示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似于1的特点。晶体管的静态工作点应位于交流负载的中点，一般取，对于图示电路，若取，则取电阻，电位器根据宽带功率放大器中已计算出功率激励级的输出阻抗为325，即射极跟随器的负载电阻，则射极跟随器的输入电阻为输入电压四.音频处理电路的设计1.语音采集电路1.1 驻极体话筒的内部结构及使用方法驻极体话筒内部电气原理图驻极体话筒的一般接法1.2 MIC驱动电路语音输入信号有驻极体话筒负责采集，一般取Rr=2K,常见的MIC工作电压有1.5V,3V,4.5V三种，工作电流IA在0.1mA至1mA,输出电阻Ro2K。这里采用工作电压为3V的MIC。 MIC驱动电路2. 音频放大电路 由我们日常生活中手机使用双MIC降噪技术的启发，故在此也采用双MIC设计。放大电路采用差分式放大电路。差分式放大电路具有抑制共模，放大差模的特点。两个MIC分别接差分放大的两个输入端，其中一个MIC采集语音信号，另一个则采集外部环境的噪声。双MIC设计可以达到降低周围环境噪声的干扰，提高语音清晰度的目的。音频放大级电路图：3. 参数计算驻极体话筒输出电阻取Ro=2K，得输出电压Vo约为0.35V。取三极管=200，rbb=200，Io=1mA； Ic=0.5Io=0.5mA rbe=rbb+26mV(1+)/Ic； =200+60*81.25 =5K差模电压增益Avd=Vod/Vid=Rc/(2rbe)； =(60*4.7K)/5K =56.4所以差分放大电路的输出电压为：56.4*0.35V=19.74V30V，满足MC1496对调制信号的输入幅值要求。五.混频调制电路的设计MC1496属于模拟乘法器。以MC1496为核心，构成调幅电路，通常调节RP3数值可准确地将调幅系数ma调在50%以上。乘法器的静态偏置电流主要由内部恒流源IO的值来确定，IO是第5脚上的镜像电流，改变电阻R25可调节IO的大小，在设置模拟乘法器各点的静态偏置电压时，应使模拟乘法器内部的三极管均工作在放大状态，并尽量使静态工作点处于直流负载线的中点。 MC1496需要外加直流偏置电压。建立这三种等级的方案是三极管的集电极和基极电压不小于2.0V，并且不能超出以下范围前述所有的前提是基本满足：进入引脚1，4，8，10的偏置电流是三极管的基极电流在外部偏置被设计为不小于1.0mA时可以忽略。混频调制级电路图：其中，载波信号经高频耦合电容从脚端输入，为高频旁路电容，使脚交流接地；调制信号经低频耦合电容从脚端输入，为低频旁路电容，使脚接地。调制信号从脚单端输出。采用双电源供电，所以脚的偏置电阻接地，静态偏置电流或为脚与间接入负反馈电阻，以扩展调制信号的线性动态范围，增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。电阻、及、提供静态偏置电压。、与电位器组成平衡调节电路，改变的值可以改变调幅系数。6. 高频功率放大电路的设计1.高频谐振功率放大器的工作原理 谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。丙类功率放大器导通角900，集电极效率可达80%，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。图6-1丙类放大器原理图 图6-2 ic与ub关系图图6-1中，Vbb为基极偏压，Vcc为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态，Vbb应为负值，即基极处于反向偏置。ub 为基极激励电压。图6-2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。Vbz是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压）。由图可知，只有在ub 的正半周，并且大于Vbb和Vbz绝对值之和时，才有集电极电流流通。即在一个周期内，集电极电流ic只在-+时间内导通。由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲，对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值，即：ic=IC0+ IC1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 通过滤波，选出所需要的基波分量。求解方法在此不再叙述。为了获取较大功率和有较高效率，一般取=700800左右。2.基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO（ICO）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1,电流ic1。图3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式：图6-3 丙类功放的基极/集电极电流和电压波形 式中，为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；为集电极基波电流振幅；为集电极回路的谐振阻抗。 式中，PC为集电极输出功率 式中，PD为电源VCC供给的直流功率；ICO为集电极电流脉冲iC的直流分量。放大器的效率为3.负载特性当放大器的电源电压VCC，基极偏压vb，输入电压(或称激励电压)vsm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。谐振功率放大器的交流负载特性如图2-4所示。由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCES，集电极电流脉冲接近最大值Icm。此时，集电极输出的功率PC和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。Rq所对应的值称为最佳负载电阻，用R0表示，即 当RqR0时，放大器处于欠压状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当RqR0时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：图6-4 谐振功放的负载特性高频功率放大级电路图：4.高频功放电路的调谐与调整原则 理论分析表明，当谐振功率放大器集电极回路对于信号频率处于谐振状态时（此时集电极负载为纯电阻状态），集电极直流电流IC0为最小，回路电压UL最大，且同时发生。然而，由于晶体管在高频工作状态时，内部电容Cbc的反馈作用明显，上述IC0最小、回路电压UL最大的现象不会同时发生。因此，本实验电路，不单纯采用监视IC0的方法，而采用同时监视脉冲电流iC的方法调谐电路。由理论分析可知，当谐振放大器工作在欠压状态时，iC是尖顶脉冲，工作在过压状态时，iC是凹顶脉冲，而当处于临界状态下工作时，iC是一平顶或微凹陷的脉冲。这也正是高频谐振功率放大器的设计原则，即在最佳负载条件下，使功率放大器工作于临界状态或微过压状态，以获取最大的输出功率和较大工作效率。七.总结与心得体会此次课程设计使我建立无线电发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，初步掌握了调幅波发射机的设计方法。在设计电路时，要首先将总体电路分成若干个子模块，使每个模块有各自的不同的任务；再对各相对简单的子模块进行单独设计；最后将各个子电路组合在一起完成整个电路。这样做法分工明确，层次清晰，使我们能更宏观的把握设计的总体步骤 。而且设计单独的子电路降低了工作难度，使设计工作更有条理性。在检查电路时，也可根据各种情况分析是哪个子系统出了问题，再单独检查该出问题系统，可以提高检查的效率。增强了用protel绘制原理图的能力，对画图的步骤和方法进行了复习巩固。在设计过程中，深刻明白了只动脑和动手做之间的天壤之别。原本设想的很完美的东西一动手做起来就困难重重，各种想象不到的困难都出现在眼前。认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题不能只空想要动手实践，从实际中发现问题。回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我们必将面对更多更加复杂的设计工作，此次设计过程对我的各个方面都有了许多积极的影响，使我做事情更加细心有耐心。这次设计过程让我认识到了只有付出才能有收获，看着做完的电路图，让我感到以往的付出都是值得的。只要有耕耘就会有收获。我收获的不仅仅是完成了一次任务，更重要的是让我更清楚的认识了自己的不足，锻炼了自己的能力。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。比如：在我们日常生活中常用的手机中，为降低周围噪声的干扰，提高通话语音的清晰度而采用了双MIC降噪技术；而我们正好在模拟电子技术中学过的差分放大电路就有抑制共模信号，放大差模信号的特点，可以将其运用到本次设计的音频处理电路中去。同时在设计的过程中，也发现了自己许多不足之处：对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和用protel连接图，以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的却保持是懂非懂的状态。对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程学习的兴趣。八.附录器件 个数 电阻 32个 滑动变阻器 3个 电容 19个 电感 2个 变压器 2个 NPN型三极管 9个 PNP型三极管 2个 驻极体话筒 2个 8MHz晶振 1个 MC1496芯片 1片 天线 1根 电源 若干九.参考文献：1. 电子线路设计实验测试第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社2. 高频电子线路第三版，高吉祥主编，电子工业出版社3. 电子技术基础(模拟部分)第五版，康华光主编，高等教育出版社驻极体话筒：/view/a95b31d850e2524de5187e4d&apireturn=1(2013年2月27日读取)/view/3dbd2160ddccda38376baf9b.html (2013年2月27日读取)/view/13149fde50e2524de5187e0b.html(2013年2月27日读取)高频功率放大器:http