频率合成式小功率调幅发射机的设计与制作报告

1、电子线路课程设计说明书 设计课题：小功率调幅高频发射机的设计专业班级： 学生姓名：学 院：专 业： 指导教师： 设计时间： 频率合成式小功率调幅发射机的设计与制作1、 设计目的：1、综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；2、培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；3、实践利用EDA软件绘制电子线路原理图；4、学会说明书的规范整理和书写。2、 设计内容及要求：2.1、设计内容：选取一种方法设计小功率发射机。其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率

2、，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。2.2、设计要求：除振幅调制电路采用集成乘法器外，其余电路均采用分立元件设计；要求应用电路仿真软件设计，并通过仿真调试优化电路。2.3、设计指标：载波频率f0=2500 kHz -2700kHz；载波频率间隔；峰包功率POmax025W；调制系数Ma50；包络失真系数5；负载电阻RA=50；频率稳定度5104；电源电压Ec=12V。此外,还要适当考虑发射机的效率,输出波形失真以及波段内输出功率的均匀度等.3、 设计方框图：4、 设计思路

3、：根据课题要求，电路分为三部分来实现。1频振荡级由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。2缓冲级由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联回路作负载的小信号谐振放大器电路。3功放输出级 为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波。5、 设计基本原理：高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接

4、影响振荡级的频率稳定度；功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。6、 设计方案与调试：1.设计方案设计方案一：采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。设计方案二：采用传统的频振荡级,缓冲级,功放输出级。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工

5、作频率。2设计调试：自制前应先集齐所有元件，并对其质量及参数进行细心的检测，再根据所需的体积设计一款合适的线路板。总而言之，良好的元件质量、合适的印板布局是有效提高自制成功率的保证，主要调试步骤如下：1排版电路板，然后将所有元件连同天线一并按设计好的电路焊在万能板上，对安装焊接工艺要求是：尽量缩短高频部分元件引线；电阻、电容尽可能卧式安装，并无虚焊、脱焊现象。 2给发射机通电，电压为9V。天线接示波器与频率计，反复调节L1、L2、L3匝间距离以使场强计示数增至最大，必要时对各级的谐振电容进行调节，使输出频率达到要求，并出现不失真的正弦波。3不起振或振荡弱；若输出功率小，若能保证元件的质量，以下

6、步骤可助你排除故障：1，在CC两端并联一个7pF电容(注意：该电容不可过大，否则你会发现调制失效)；2，调振荡级偏置电阻；3，改变C6容量一试，如果上述方法不能解决，也有可能是元件布局不合理引起，可重新对电路板进行布线。4连接频偏仪测出角频偏分工：频率合成器两人，缓冲放大器一人，高电平调幅一人，音频放大器一人7、 单元电路的设计与仿真：1. 频率合成器频率合成器是调幅发射机的核心部件，其性能的好坏直接影响到发射信号的质量，因此，产生的载波信号必须有较高的频率稳定度和较小的波形失真度，本机主振级备选方案可以有三种， RC正弦波振荡器，石英晶体振荡器，三点式LC正弦波振荡器等。为使整机电路简单并且

7、频稳度度较高，本机采用石英晶体振荡器。石英是一种各向异性的结晶体，其化学成分是二氧化硅。石英晶片所以能做成谐振器，是基于他具有压电效应的原理。晶片的固有机械震动频率又称为谐振频率，其值与晶片的几何尺寸有关，具有很高的稳定性。石英晶体振荡器是利用石英晶体谐振器作为滤波元件构成的振荡器，其振荡频率由石英晶体谐振器决定。与LC谐振回路相比，石英晶体谐振器具有很高的标准性和极高的品质因数，因此石英晶体振荡器具有较高的频率稳定度，采用高精度和频稳措施后，石英晶体振荡器可以达到10-4-10-9的频率稳定度。晶振，C1，C2，C3与T1构成改进型电容三点式振荡电路，振荡频率由晶振的等效电容和等效电感决定。

8、电路中的T1静态工作点由R1R2和R3决定，在设计静态工作点时，应首先决定集电极电流Icq，一般都取0.5mA4mA，Icq过大会引起波形失真，有时还伴随产生高次谐波6。设晶体管=60，Icq=2mA，由三极管的回路计算方法可推算出R1=150k，R2=100，R3=3k。晶体震荡级与小信号放大级联合电路图如（7-1-1）所示3：图7-1-1 缓冲放大器单元电路 由晶振产生的信号由于振幅较小，因此需要加入小信号放大器，从而提高震荡级的输出振幅，T1构成小信号电压放大器，由RP0控制输出电压的振幅。高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器

9、要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察一下放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有

10、两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试6。经过小信号放大后输出波形(图7-1-2）如下：图7-1-2 缓冲放大器输出波形模拟图与未加入放大器时相比，波形和频率都没有变化，指示振幅（电压）有所增加。2. 缓冲放大级为了减小调制级对频率合成器的影响，需要采用加入缓冲级的方法。在缓冲隔离级的选择上不论是在低频电路还是高频电路的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路1。调节射极电阻Rp1，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rbb的影响，则射极输出器的输入电阻Ri为Ri=RB/RL ，式中，RL=(R6+Rp1)/

11、Rp2,RB=R4/R5，输出电阻Ro为 Ro=(R6+Rp1)/r0 。式中，r0很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源3。缓冲隔离级单元电路图（图7-2-1）如右：图7-2-1 缓冲放大器单元电路电压放大倍数AV为 式中，gm晶体管的跨导，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、电压放大倍数近似等于1的特点。晶体管静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取 ，ICQ=310mA. 对于图示电路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA，若晶体管电流放大倍数=60，则R6+Rp1=VEQ/ICQ=1. 5k，取R6=1k的电阻，Rp1=1k的电位器。IRB10IBQ，

12、估算功率激励级的输入阻抗为335，即射随器的负载电阻Rp2=335，并可计算出射随器的输入电阻Ri，即 K 输入电压Vi为为减小射随器对前级振荡器的影响，耦合电容C1不能太大，一般为数十皮法。C2为0.022F左右。图7-2-2 缓冲放大器输出波形模拟图3. 音频放大器语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大后的语音信号送入调制级对高频载波信号进行调制，本机采用LM386进行语音功率放大。电源由6脚引入，4脚接地，8脚与地之间接有源滤波退耦电容C7。信号由3脚引入，经放大后由1脚经输出电容C8送到受调放大级。3脚到地之间接入C6和RP4组成负反馈电路，决定放大倍数的大小。RP4越小，

13、电路增益越高；反之，增益越小9。语音放大级单元电路图（图7-3-1）如图: 图7-3-1 音频放大器单元电路音频放大器输出波形模拟图（图7-3-2）如图：图7-3-2 音频放大器输出波形模拟图4. 高电平调幅所谓振幅调制就是用被传输的低频信号去控制高频振荡器，使其输出信号的幅度随着低频信号的变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带并有效进行远距离传输的目的。完成这种调制过程的装置称为振幅调制器。振幅调制（AM）就是用低频信号（调制信号）去控制高频载波的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比变化。(1) 普通调幅信号的数学表达式为了突出基本概念，简化分析，假设调制信号为单频等幅余弦波

14、，即 （3-4-1）设载波电压为 （3-4-2）通常载波频率远远大于调制频率，即满足，根据调幅的定义可直接写出调幅波的表示式（3-4-3） （2）调幅度的定义调幅度（又称调制度或调制指数）反映了调制信号对高频载波幅度的控制能力，它是与载波振幅之比，即 （3-4-4）图3-4-2 普通调幅波波形UmaxUminBA式中，为比例常数。但在实际测量中并不利用此公示计算，一般采用波形测量的方法，如右图（图3-4-2）所示，是包络函数，它反映了调幅信号包络线的变化。因此，在调制信号的一个周期内调幅信号的最大振幅为，最小振幅为，由此可得调幅度， （3-4-5）由上式可得调幅度还可以表示为 （3-4-6）式

15、中，；。为了使调幅波不失真，即高频振幅能真实的反映调制信号，应小于或者等于1.如果，则产生过调制，实际中应该避免产生过调幅。根据设计指标的要求以及为了最大程度的减小各极间的干扰，本机采用模拟乘法器作为调幅电路，模拟乘法器的出现，使高质量的调幅信号的产生变得很简单，而且成本也很低。幅度调制单元电路图（图7-4-1）如图：图7-4-1 高电平调幅单元电路根据设计要求的工作电压以及模拟乘法器的工作特性设置静态工作点。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引脚上的电流I5的镜像电流，改变电阻R25可调节Io的大小。在设置乘法器各点的静态偏置电压时，应使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，对应于图所示电路调制输出信息波形（图7-4-2）如下：图7-4-2 高电平调幅输出波形模拟图8、 整体电路设计图：9、 心得与总结：通过这次的高频课程设计，