小功率调幅AM发射机设计报告河北工业大学

1、电子线路课程设计（小功率调幅AM发射机设计）姓名：班级：学号:同组成员: 指导老师: 成绩：理论设计报告一、摘要：调幅发射机目前正广泛应用于无线电广播系统中，课题以电子线路课程设计 实践教学为应用背景，通过查阅大M教学文献，并结合专业基础课程教学需要，以原教学内容为基础，完成了小功率调幅发射机从设计、 仿真到安装、 调试等一 系列完整设计工作。文中系统的设计了振荡器、音频放大器、 振幅调制器和谐振功率放大器等系统单元电路.文中还简明介绍了调幅技术与调频技术各自的特点，认识了两者在原理与应用上的不同。当今时代， 信息技术发展十分迅猛，产品更新换代步幅更是明显加快，尤其 是无线技术创新非常活跃，各

2、类技术加快发展和融合，新技术新应用层出不穷，向社会各部门各领域的渗透日益广泛深入。目前，移动通信、卫星通信、雷达导 航、遥控遥测、射电天 文等40多种无线电业务已在我国的通信、广播、电视、 国防、安全、铁路、交通、航 空、航天、气象、渔业、科研等多个行业和领域广泛应用7。调幅技术目前正广泛应用于通信与广播技术中，远距离世界性的信息传播使 得调幅技术展现了更大的应用空间，如何更高效率的传播有用信息，而且使信号 的失真度达到最小，是下一代调幅技术需要研究的主要方向。调幅技术也是其他 通信技术研究的基础，通过研究调幅相关技术，能够对未来通信技术的发展产生 更深远的认识。调幅发射机常用于通信系统与其他

3、无线电系统中，在中短波领域应用极为广 泛，由于调幅简便，占用频带窄，设备简单等优点，因此在发射机系统中应用非常广泛。在实际的广播发射系统中，中波调幅的频率范围为535? 1605千赫，音 频信号中的高音频率应该被限制在 4.5千赫以下，发射功率需要达到 300W以上 才能使空间覆盖面 达到比较好的状态，此次设计需要在实验室环境中研究发射机的工作原理与原件选择，因此，根据实验室条件适当降低技术指标，载波频率采 用实验室较为常用的6MHz单音频调制信号选择1KHz发射机功率初步定为1W。小功率调幅发射机初步认识目前，虽然调频技术以及数字化技术突飞猛进，其应用范围覆盖了无线通信 技术的80%以上，但

4、是由于小功率调幅发射机具有调制解调电路简单、调试容易、 信号带宽窄和技术成熟等优点， 因此仍然使其能够在中短波通信中广泛得以应用。课题以电子线路课程设计实践教学为应用背景， 在仿真软件与实验室中完成一个 完整的调幅发射机，并实现无 线电报功能。发射机的主要任务是利用低频音频信号对高频载波进行调制，将其变为在适 合频率上具有一定的带宽，有利于天线发射的电磁波。一般来说， 简易发射机主 要分为低频部分、高频部分、以及电源部分。高频部分主要包括：主振荡器、缓冲放大级、中间放大级、功放推动级以及末级功放级。低频部分主要包括：话筒、 低频电压放大级、低频功率放大级以及末级低频功率放大级等。小功率相关技术

5、及热点问题分析1,调幅相关(1 )调幅定义英文是Amplitude Modulation (AM。就是载波幅度按照给定调制信号瞬时 值函数改变的调制方式。该函数通常是线性的1。(2。调幅特点一种调制方式，属于基带调制。使高频载波的频率随信号改变的调制(AM。其中，载波信号的振幅随着调制信号的莫种特征的变换而变化2。(3。调幅方式调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说， 通 过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号中去，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了。这时候 在接收端可以把调制信号解调出来， 也就是把高频信号的幅度解

6、调出来就可以得到调制信号了 4。2,功率放大电路1)放大电路的基本原则1)输出功率大 要求输出功率尽可能大是为了获得较大的功率输出，此时应该让功放管的电 压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作2。2)输出效率要高 由于输出功率大，因此宜流电源消耗的功率也大，这就存在一个效 率问题。 所谓效率其定义式就是负载得到的有用信号功率和电源供给的宜流功率的比值。 这个比值越大，意味着效率越高8。3)非线性失真要小 功率放大电路工作在大信号状态下，所以不可避免地会产生非线性失真，而 且同一功放管输出功率越大，往往其非线性失真越严重，这就使输出功率和非线 性失真成为一对主要矛盾。

7、但是，不同场合下，对非线性失真的要求也不同，例如，在测M系统和电声设备中， 非线性失真就显得重要， 而在工业控制系统等场 合中，则以 输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要了10 O(2)放大电路的工作状态1)甲类放大在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称 为甲类放大1O2) 乙类放大 在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的iC > 0 ,称为乙类放大。3) 甲乙类放大 在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的iC >0 ,称为甲乙类放大4。4) 技术指标 调幅发射机的主要技术指标：载波频率，载波频率的稳定度，输出负载电

8、阻RL发射功率PA发射机效率，调幅系数 Ma调制频率F。(1)发射功率发射功率一般是指发射机输送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射率的关系机高频振荡的波长入可以相比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。波长与频 为：入=c/f。(1-3-1)若接收机的灵敏度 Us=2 P V,则通信距离s与发射功率PA的关系式为PA/mW50100200300400500s/km2.843.384.024.454.825.08s km 1.07 4 "PA mW表1-3-1发射功率与通信距离的关系2)工作频率或波段发射机的工作频率应该根据调制方式，在有关部门所规定的范围内选取才可以。对调频发射机，

9、工作频率一般选在超短波(30-300MHZ范围内；对于调 幅发射机一般在中频(0.3-3MHZ)和高频(3-30MHZ范围内。(3)总效率发射系统发射的总功率与其消耗的总功率之比称之为发射系统的总效率，即a Pa/Pc(1-3-2)二、课题的研究任务和内容(1)小功率调幅发射机设计包括载波振荡电路、低频单音振荡电路(电报 功能)、音频放大电路、振幅调制电路、带通滤波电路、缓冲放大电路和丙类功率放大电路的设计；(2) 设计指标：载波频率：fc=10MHz (或6MHZ单音调制调幅度：MQ 0.8,音频调制平均调幅度 Ma=0.3;无源带通滤波电路中心频率为载波频率，40dB带宽为9KHz丙类功率

10、放大电路的等效天线负载阻抗：RL=5(K ;发射功率：Po>效率：n c>50%X上。 电源电压：Vcc=+12V.三、方案设计与单元电路形式选择简易的调幅发射机就是利用模拟乘法器将话筒输入的音频信号加入到主振级产生的高频载波信号中， 再经过谐振功率放大器的作用，将已调信号进行功率 放大，最后由天线辐射到空间进行传播。四、对发射机的总体方案设计根据设计要求，要求工作频率为 10MHz输出功率为1W由于输出功率小，因此总体电路具有结构简单，体积较小的特点。具总体电路结构可分为载波振荡电路；单音振荡电路(电报功能)；音频放大电路；振幅调制电路；带通滤波电 路；缓冲放大电路等。五、单元电

11、路形式选择1 .本机振荡电路 振荡电路选择要根据载波频率的高低和频率稳定度来确定，在频率稳定度要 求不是很高的情况下，可以采用电容反馈式振荡电路，如克拉泼电路， 希勒电路 等。在频稳度要求较高的情况下，一般可以选用晶体振荡电路，也可以选用单片 集成电路。本机设计要求频稳度要达到10exp(-4), 一般的lc振荡电路频稳度 约为10-210-3 ,达不到设计要求，因此由于本机频稳度要求较高，可以采用品振作为主震级振荡器，从而可以达到较高的频率稳定度125。2 .高频电压放大器 高频电压放大器的主要作用是将振荡电路产生的震荡电压放大到一定程度后送到振幅调制器，可以选用高频谐振放大器。具体需要几级

12、放大器需要看振幅调制器所选用的电路类型。当选用集成模拟乘法器作为振幅调制器时，由于输入 信号要求为小信号，因此当输出电压能够满足要求是，可以考虑不用外加高频电 压放大器。 但如果采用集电极调幅电路，就要另加一至二级高频电压放大器，用 来满足集电极调幅电路的大信号输入。 为简便起见， 本机调幅器采用模拟乘法器 MC1 496进行调幅4。3 .振幅调制电路振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频震荡电压中，从而以 调幅波的形式将已调信号发射出去。通常调制分为低电平调制和高电平调制，采 用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，低电平调幅电路具有输出功率 小的特点， 适用于功率较低的系统。

13、模拟乘法器的出现，使高质M的调幅信号的 产生变得很简单，而且成本也很低，因此本机采用模拟乘法器MC1496勾成调幅 电路6。4 .功率激励级由模拟乘法器调制电路输出的已调信号较小，不能满足末级功放的输入要求，因此，要在模拟乘法器后边加上功率激励级来放大已调调制的信号功率，从而满 足后级电路的输入要求7。5,功率放大级 功率放大器是调幅发射机的最末级， 它的主要任务就是要发射出发射 机设计 指标所要求的输出功率。 本机所设计的为小功率调幅发射系统， 通常采用丙类谐 振功率放大器，如果一级放大器不能满足要求，可以选用两级或者三级2。6.传输线与天线天线的主要作用是把已调制的高频信号变成电磁波，辐射

14、到空间去， 从而实 现无线电的发射功能。由于无线设备本身的传播距离的限制，因此，若想达到比较理想的传播距离，必须外接天线6。这里面就必须涉及到两个概念：(1)频率范围 频率范围指的是天线的工作频段，这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。(2)增益值 增益值表示天线的功率放大倍数，增益值越大代表对输入信号的放大信数越大，传输质M也就越好。六、单元电路的设计与仿真发射机的主要任务是要完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在 莫一中心频率上具有一定带宽，适合通过天线发射的电磁波。发射机一般分为三个部分：高频部分，低频部分和电源部分。高频部分一般包括：主振荡级，缓冲放大级，中间放大级，功

15、率推动级以及末级功放级。低频部分一般包括话筒，低频电压放大级， 低频功率放大级和末级低频功率 放大级。低频信号通过各级放大级的层层放大，最终在末级功放处获得所需的功率电平，从而可以对高频功率放大器进行调制采用典型的调幅发射机设计方案即可达到设计指标的要求，发射机的主要单元电路见下图(图3-1):主振器 f 缓冲器 f 佟腿犬级发力樨紫幅i和d 高频功放 X图中各部分主要作用为：|话筒 音频放大立送级：用晶体振荡器产生需率为IoMh方瓦马加卧波信号口缓冲级：将晶体震荡级与振幅调制级隔离，减少振幅调制级对晶体震荡器的干扰。音频放大：将话筒发出的信号放大到调制电路所需要的调制电压。振幅调制级：将音频

16、信号加入到岛频载波中，从而产生调幅波。高频功放：对信号进行功率放大，加入到天线中，从而向空间辐射。七、（1）主振级与小信号电压放大级的设计主震级是调幅发射机的核心部件，其性能的好坏宜接影响到发射信号的质因此， 主震级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。方案一：采用石英晶体振荡器，石英晶体振荡器具有较高的频率稳定度，在 选择合适的偏置电路的情况下，频稳度可达到10-11数M级，而且，其工作状态稳定，波形失真度也比较小，因此，在频稳度要求较高的电路中，可以选用石英晶体振荡器作为主振级。方案

17、二：采用RC正弦波振荡器，由于 RC振荡器主要是由电阻和电容组成的，在电路中并没有谐振回路，因此， RC振荡器不适合于作为高频振荡器。方案三：采用LC三点式正弦波振荡电路，三点式振荡电路有电容三点式和电感三点式之分，相对来说，电容三点式的输出波形相对电感三点式要稳定，且 频率变化不会改变电抗的性质，因此振荡器一般都采用电容三点式形式。在频率稳定度要求不是很高的情况下，可以采用普通的电容三点式振荡电路，如克拉泼 电路和西勒电路。LC回路由于受到标准性和品质因数的限制，其频稳度一般只 能达到10-4数M级为使整机电路简单并且频稳度度较高，本机采用石英晶体振荡器。石英是一种各向异性的结晶体，具化学成

18、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，具值与品片的几何尺寸有关，具有很高的稳定性 四。石英晶体振荡器是利用石英品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，石英品图3-1-1主振级单元电路 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为较高的频率稳定度，采用高精度和频稳措施后，石英晶体振荡器可 以 达 到 10-109 的 频 率 稳 定 度(2)缓冲隔离级的设计为了减小调制级对主震级的影响，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

19、的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路。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=FB7/ B Rl',式 中，RL'=(R6+Rp1)/Rp2,F b'=R4/R5,输出电阻 Ro 为 Ro=(R6+Rp1)/rO。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。缓冲隔离级单元电路图(图3-2-1)如右:I - X参数计算:(3)语音放大级电路设计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

20、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，电路增益越高；反之，增益越小9。语音放大级单元电路图(图3-3-1 )如右:P5=图3-3-1语音放大级电路F.RE rr参数计算:(4)幅度调制电路的设计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，使载波的振幅随调制G号成正比变化:调制过程如图所示:幅度随着低图3-3-2音频放

21、大器输出波形模拟图振幅调制(AM)就是用低频信号(调制信号)U去控制高频裁波5(t)的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(a)调制信号波形(b)载波信号波形(d) Ma=1时的已调波波形(c) Ma< 1时的已调波形(e) Ma> 1时的已调波波形图3-4-1调幅波调制 过程(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，即U (t) U mCOS t设载波电压为Uc(t) Ucm COS ct(3-4-1 )出调幅波的表示式U AM (t) U (t)cos ctU cm(1 ma cos t) cos ct

22、(3-4-3 )(3-4-2)通常载波频率远远大于调制频率(2)调幅度的定义即满足c»，根据调幅的定义可宜接与调幅度(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Uc kaU m与载波振幅之比，即Uc maU cmkaU m(3-4-4 )cm式中，ka为比例常数。但在 实际测M中并不利用此公示计 方法，如右图(图3-4-2)所示，算,般采用波形测量的Ucm（1 ma COS t）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Ucmmax Ucm(1 Ea),最小振幅为U cmmin Ucm（1）由此可得调幅度,(3-

23、4-5)U cmmax cmminmaU cmmax cmmin由上式可得调幅度还可以表示为(3-4-6)ma100%式中,2U cmmax2U cmmin为了使调幅波不失真，即高频振幅能真实的反映调制信号等于1? ma应小于或者如果ma 1,则产生过调制，如上边（e）图所示，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M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3-4-3）如右：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

24、恒流源 I。的值来确定）1。是第5引脚上的电流15的镜像电流，改变电阻R25可调节I。的大小。参数计算：(5)高频谐振功率放大器的设计谐振功率放大器的设计原理高频功率放大器是各种无线电发射机的重要组成部分，其工作频率较高，相对宽带也比较窄，一般都采用 LC谐振网络作为负载构成谐振功率放大器。由于谐振网络频率调节困难，因此谐振功率放大器主要用来放大固定频率或窄带信号，所以谐振功率放大器也称为窄带高频功率放大器 ：15：。高频功率放大器一般多用于发 射机的末级电路，其电流消耗往往要占到整机耗电i的绝大部分，所以功 率放大器工作状 态的优劣以及工作 效率的高低就相当重 要。为了提高效 率，谐振功率放

25、大器通 常工作在丙类。1?皆振功率放大器的工 作原理(1)电路组成谐振功率放大器的原理如图所示， 振回路和输入回路三部分组成。高频功 放中常采用平面工艺制作的 NPN高频 大 功率晶体管，他能承受高电压和大电流,除电源和偏置电路外，它由晶体管，谐并有较高的特征频率ft。品体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流% h控制了较大的集电极电流; I。流过谐振回路 图3-5-1晶体管高频功率放大器原理图产生高频功率输出，从而完成了把电源的宜流功率转换为高频功率的任务。如前所述，为了使高频功放以高效率输出大功率，常选在丙类状态下工作，为了保证在丙类工作，基极偏置电压Ubb应

26、使 晶体管工作在截止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏。此时 输入激励信号 应为大信号，一般在 0.5V以上，可达到12V”甚至更大。也就是说，品 体管工 作在截至和导通(线性放大)两种状态下，基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号。与低频功放不同的是，高频功放选用谐振回路作负载，即保证输出电压相对于输入电压不失真，还具有阻抗变换的作用，这 是因为集电极电流 是周期性的高频脉冲其频 率分M除了有用分M （基波 分M）外，还有 谐波分M和其他频率成分，用谐振回 路选出 有用分将其他无用分M滤除；通过谐振 回路阻抗的调节，从而使谐振回路呈现高频功放所要求的最佳负载阻抗值，即匹配，使高频功放以高效率

27、输出大功率：17： O（2）电压电流波形当基极输入一余弦高频信号 5后，品体管基极 和发射 级之间的电压为Ube %日 Uj VBB U COS（ t）1 * * v* /*f r>j 其波龙如图（a）所示口当口旎的瞬时值大|:（C,.Ub_t二于基极和发射极之向的导通电压 Ube（叫土 晶 厂 厂体管导通，产生基极脉冲电流ib,如图（b） I所示。基极导通后，晶体管便由截止区进入放大区，集电极将流过电流 与基极电流1b相 对应，IC也是脉冲形状，如图（C）所示。将1cic Ico lcimCOS（t） GmCOSg t） I cnmCOS八 t）用傅里叶级数展开，得式中，1c。为集电极

28、电流宜流分icim,l c2m .icnm分别为集电极电流的基波，二次谐波及高次谐波分的振幅。当集电极回路调谐在输入信号频率3上，即 与高频输入信号的基波谐振时，谐振回路对基波电流而言等效为一纯电阻。对其他各次谐波而言，回路失谐而呈现很小的电抗并可看成短路。宜流分M只能通过回路电感线圈支路，其宜流电阻较小，对宜流也可看成短路。这样，脉冲形状的集电极电流、或者说包含有宜流，基波和高次谐波成分的电流ic流经谐振回路时，只有基波电流才产生压降，因而LC谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路谐振电阻为Re,则Uc|c1mReC0S ( t) UcmCOS ( t)(3-5-1 )U cm 1 c

29、1m Re3-5-2 )余弦电式中，Ucm为基波电压振幅。所以，品体管集电极和发射极之间的电压为UCE VCC uc VCC U cm c0S ( t )其波形如图(d)所示。可见，利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极脉冲变换为不失真的压输出。同时，谐振回路还可以将含有电抗分M的外接负载变换为纯电阻Reo通过调节L,C使并联回路谐振电阻 Re与晶体管所需集电极负载值相等，实 现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路除了起滤波作用外，还起到阻抗匹配的作用23o(3)输出功率与效率由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路中的高次谐波处于失谐状态，相应的输出电压很小，因此，在谐振功率放大器

30、中只需研究宜流及基波功率。放大器的输出功率Po等于集电极电流基波分M在负载Re上的平均功率，即(3-5-3 )集电极宜流电源供给功率P D等于集电极电流宜流分MI co与Vcc的乘积，即PdI co VCC(3-5-4 )集电极耗散功率Pc等于集电极宜流电源供给功率Pd与基波输出功率Po之差，即Po(3-5-5 )PD放大器集电极效率c等于输出功率Po与基波供给功率Pd之差，即1 c1m Ucm(3-5-6 )Pd 2 I coVcc丙类工作状态的谐振功率放大器的效率很高，当电流导通角60时，效率可达90%,随着的减小，效率还会进一步提高。但是也不能过小，因为此时为了达到一定的输出功率，所要求

31、的输入激励信号电压 Ui的幅值 将会过大，从而对前级 提出过高的要求。所 以，谐振功率放大器一般取 为 70度左右24。2谐振功率放大器的性能特点(1)谐振功率放大器的工作状态在丙类谐振功率放大器中，根据晶体管工作是否进入饱和区，可将其分为欠压临界和过压工作状态。将不进入饱和区的工作状态称为欠压，具集电极电流脉 冲形状如图中曲线所示，为顶尖余弦脉冲。将进入饱和区的工作状态称为过压状态，具集电极脉冲形状如图中曲线所示，为中间凹陷的余弦脉冲。如果晶体管工作刚好不进入饱和区，则称为临界工作状态，具集电极电流脉冲形状如图中曲线所示，虽然仍为尖顶余弦脉冲，但顶端变化平缓。在谐振功率放大器中，虽然三种状态

32、下集电极电流都是脉冲波形，图3-5-3放大器的工作状态由于谐振回路的滤波作用，放大器的输出电压仍为没有失真的余弦波形：25： o欠压状态根据丙类谐振功率放大器的工作原理可知，基极电压最大值UcEmax与集电极电压最小值U cEmin出现在同一时刻，所以只要当UcEmin比较大(大于gEmax ),品体管工作就不会进入饱和区而工彳在欠压状态。由于UCEmin VCC Ucm ,可见输出电压的幅值Ucm越小，UCEmin就越大，品体管工作就不会进入饱和区。临界状态增大皿，UCEmin就会减少，可使放大器在uce Ue时工作在放大区和饱余弦脉和区之间的临界点上，品体管工作在放大区和截止区，所以集电极

33、电流仍为尖顶 冲。过压状态由于谐振功率放大器的负载是谐振回路，有可能产生较大的Ucm （例如谐振 回路Q值比较大），UcEm，n很小（小于UCES）,致使晶体管在t 0附近因UCE很小 而进入饱和区。因为在饱和区晶体管集电结被加上正向电压，Ube的增加对ic的影想很小，而ic却随Uce的下降迅速减小，所以使得集电极电流脉冲顶部产生下 凹现象。Ucm越大，比£版越小，脉冲凹陷越深，脉冲的高度越小an放宜 带Vcc ,输M EteRM（2）负载特性大器中 流电源电压Vbb及入电压振幅Um维持不变时，放大器的电流、电压、功率与效率等随谐振回路谐振电阻Re变化的特征，称为放大器的负载特征。负

34、载特性是高频功率放大器的重要特性之一。根据谐振功率放大器工作状态的分析可知，当Vcc Vbb及Uim不变，负载Re变化时，就会引起放大器输出电压 Ucm的变化，从而使放大器的工作状 态发生变化。由图中的负载特性可以看出高频功放各种状态的特点：临界状态输出功率最大，效率也较高，通常应选择在此状态工作。过压状态的特点是效率高，损耗小，并且输出电压受负载电阻 Rl的影像较小，近似为交流恒压源特性，但由于效率 低，并且集电极 损耗大，一般不选择在此状态工作。在实际调整中，高频功放可能会经历上述各种状态，利用负载特性就可以正确判断各种状态，已进行正确的 调整。谐振功率放大器的设计过程采用一级甲类功放是达

35、不到要求的故采用两级功放电路，第一级采用甲类功率1.电路的基本原理高频功率放大器是一种能M转换器件，它的主要作用是将电源的宜流转换成高频交流输出，通信线路中应用的高频功率放大器，按其工作频带的宽窄可以分 为窄带和宽带。由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带又比较窄，所以工 作时一般采用选频网络作为负载回路。一般把集电极电流导通时间相对应的角度的一半称为集电极电流的导通角，当导通角等于180o表示管子在整个工作周期内全部导通，称为放大器工作在甲 类状态，当导通角等于90o表示放大器在工作期间的半个周期内导通，称为放大器工作在乙类，当其导通角小于90°表示管子的导通时间小于半个周期，称

36、 为放大器工作在丙类状态。2电路原理图:丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因为欠压状态的工作效率较低，而过压状态的又会产生较为严重的失真，所以一般选用让其 工作在临界状态。在晶体管功 率放大器中，一般可以通过改 变激励电压、基极偏压、集电 极负载、集电极宜流供电电压 来改变放大器的工作状态。由于输出功率要求Po > 1W,因此功放可采用甲类或者 丙类功率放大器，但由于总 效 率要求n50%,显然，只放大器作为激励级，第二级采用丙类功率放大器，其中甲类功放选用的晶体管为 3DG12 ,丙类功放选择的晶体管为 3DA1。其参数的设定标准为：Ui为正功放的基极偏置电压-U

37、be是利用发射极电流的宜流分MIeo在射级电阻Re2上 产生的压降来提供的，故将其称为自给偏压电路。当放大器的输入信号弦波时，则在集电极输出波形图3-5-5高频功率放大器电路图为电流为Ic的余弦脉冲波。利用谐振回 路的选频作用可使输出基波谐振电压为 Uci,电流为lei.当功率放大器的电源电压为 +UCc,基极偏置电压Ub,输入电压(或激励电压)Ubm确定后，如果电流导通角 B选定，则放大器的工作状态就只取决于集电极回路的等效负载电阻RqO当交流负载线正好穿过静态特征曲线的转折点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和管压降 U CES集电极电流脉冲接近最大值I cm O整个电路的原理图(图3

38、-5-5)见右：丙类谐振功率放大器的设计(A)确定放大器的工作状态为获得较高的效率n和最大的输出功率Pe,功放的工作状态应选为临界状态，取B =70度，可得此时集电极的等效负载电阻2Por (Vcc Vces) 2 (Vcc Vces) 2 砧 q2 Pc其中 Vcc=12V Vces=1.5V Pc=Po=1W 0 集电极基波电流振幅为I c1 m 190mA集电极电流脉冲的最大值432 mA-190mAcm a0.44宜流分M为108mAI co I cm & 432 0.25电源供给的宜流功率为Pd Vcc I co 1.3W集电极的耗散功率为已 Pd Pc 0.3W集电极的效率

39、Pc/Pd=64%若设末级功率增益 Ap=13dB (20倍)，则输入功率ApAp50mW基极余弦脉冲电流的最大值(设品体管3DA1的B =10)1 BM 343.2 mA基极基波电流的振幅1 B1M 1 BM a1输出电压的振幅2Pi'L 5.3VI B1M(B)计算谐振回路及耦合回路的参数丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，具输出阻抗Zi可计算如下：_ rb'bZi ( 1 CQS 0)a ( 0)86输出变压器线圈匝数比为N32FCR2 1 51NiVdM12 1.5取 2=7, Ni= 8。若取集电极并联谐振回路的电容c=100pF得回路电感为42.53

40、10 uH 10uH(f)2c若采用10*6*5的铁氧体来绕制输出耦合变压器，贝向计算出总线圈的匝数为N2,即34 2u-Nf10 uHI则 N2=8(C)基极偏置电路参数计算基极宜流偏置电压VrVj Vrm cos 1. 1V射级电阻RE2VB r101 CQ取高频旁路电容为 CE2=0.01u。(3)宽带功率放大器(激励级)设计(A)计算电路参数并且宽带功率放大器的输出功率应等于下级的丙类功率放大器的输入功率, 其输出负载应等于丙类功放的输入阻抗。设高频变压器的效率为 n =08则功放集电极的输出功率为Fc Ph 60mWn取功放的静态电流|cq=|cm=7mA则集电极电压的振幅Vcm及等

41、效负载电阻Rh分别为V52Fc-8.9/1 CM1.3K射级宜流负反馈电阻r曰Vcc Vcm Vces360Icq高频变压器匝数比为N1' n Rh'小3N 2' V Rh取次级匝数N2 '=2则初级匝数N=6.激励级功放采用3DG12晶体管，设B =30,取功率增益为 Ap=13dB( 20倍)输出功率为功放的输入阻抗为1.55mWRi rb, b R3 325取负反馈电阻R3=10Q则本级输入电压的振幅为Vim2RiPi 1.4V(B)计算静态工作点由上述计算结果得到静态时晶体管的射级电位为VEQ 1 CQ RE1 2.5VVbq Veq 0.7V3.2VI

42、 BQ I CQ / B 0.23mA取基极偏置电路的电流Ii=5Ibq，则R2 止 2.8K5 1 BQVcc Vbq _ o o_ixR R B2 8.25KVbq试验调整时取 Ri=5.1K+10K的电位器。取高频旁路电容为Cei =0.02uF输入耦 合电容为 Ci=0.02uF。高频电路的电源去耦合滤波网络通常采用n型 LC低通滤波器，如下图所示，L10, L20 可按经验取 50uF100uF C 10, C20, C11, C21 按经验取 0.01uF。L10, L20 可以 采用色码电感，也可以采用环形磁芯绕制。止匕外，还可以在输出变压器的次级与负载Rl之间插入LC滤波器，以

43、改变 Ri上的输出波形。将上述设计计算的原件参数按照上图(图3-5-5)进行安装，然后逐级进行调试。先安装一级调整一级，然后安装第二级在调试第二级，两级安装完后，两级在进行联调。八、谐振功率放大器的调整1.谐振状态的调整即集电极设计并计算高频谐振功放的前提是假定谐振回路已处于谐振状态,的负载阻抗为纯电阻。但回路的初始状态或者在调谐过程中，可能会出现回路失谐的状态，即集电极回路的阻抗呈感性或者呈容性，将使回路的等效阻抗下降。这时集电极的输出电压将减小，集电极电流也随之增大，从而导致集电极的耗散功率将增加，严重时还会损害晶体管。为保证品体管安全工作，进行调谐时，可以先将电源电压+Vcc降低到规定值

44、的1/21/3,等找到谐振点后，再将+Vcc升到 规定值，在回路谐振时，示波器检测的 波形应为不失真波形13 02.寄生振荡极其消除办法寄生振荡是高频功率谐振放大器应用过程中经常出现的现象，常见的寄生振荡有以下两种：(1)参M自激型寄生振荡当功放的输出电压 Vcm足够大时，功放的动态工作点就可能进入参M状态,这时品体管的许多参数将随着工作状态而改变，如集电 |结电容Cb'c的变化就特别明显，将产生许多新的频率分量存在于晶体管的输出和输入端，其中某些频率分量由 于相位和幅度比较合适，从而形成了自激震荡。对输出波形影响较大的有1/2图3-6-1 1/2基波的影响基波频率和3倍频自激，右图(

45、图3-6-1)所示为1/2基波频率功放输出端的合 成波形。参M自激震荡的特点是必须要在外加信号的激励下才能够产生，因此断开激励信号观察震荡是否继续存在是判断是否存在自激型寄生震荡的有效方法。消除参M型寄生振荡的常见方法是在基极或发射极接入防振电阻或引入适当的高频电压负反馈，如果可能的话，可以适当减小激励信号电平。(2)反馈型寄生振荡反馈型寄生震荡分为低频寄生震荡和高频或超高频寄生震荡，低频寄生震荡的频率低于放大器的工作频率，高频寄生振荡的频率高于放大器的工作频率。下图 (图3-6-2)表示出叠加入低频自激后的输出波形。低频寄生振荡一般是由功放输入输出回路中的分布电容引起的，消除办法是设法破坏他

46、的正反馈支路，例如减小基极回路线圈电感M或串入电阻Rf,降低线圈的Q值等。高频寄生振荡一般由电路的分布参数（分布电容，引线电感）影响造成的。消除高频寄生振图3-6-2低频寄生振荡的影响荡的有效办法是尽M减小引线的长度, 6合理布局元器件或基极回路接入防振电阻单元电路调试与整机统调整机电路的设计计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。 而电路的装调顺序一般从前级单元电路开始， 向后逐级进行。 电路的调试顺序为先分 级调整单元 电路的静态工作点， 测M其性能参数， 然后再逐级进行联调， 宜到整机。主振级调试按设计的电路安装好本振级后，调整品体管的工作点，使震荡管电流为 3mA左右，适当调整

47、Cl,使输出频率维持在 6MHz左右，幅度置为40mV,波形为正 弦波。此部 分单元电路调试时，最好先断开与后级调制电路的接线，以免后级调 制电路对主振级造成影响， 将此单元电路调试好后，在把电路产生的标准的正弦 波输送到调制级以供后级进行调制和功率放大。品振级与缓冲级联调时可能出现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隔离级的输入阻抗比较小，从而使主振级负载较重。此时，可通过调节缓冲隔离级的射级电阻RP1来提高缓冲隔离级的输入阻抗，也 可以减小主振级和缓冲级的耦合及减小 C4来调整输出波形。信号调制级调试本机调制级主要采用 MC1496进行模拟信号的调制，为使 MC14

48、96工作在最 佳状 态，并且使输出已调信号失真度更小，在 MC1496周边需外加调平衡电路，调制部分的作用主要是将低频的音频信号加载到高频载波中去，从而增大有用信 号的功率， 再通过天线辐射到空间中去，此部分的调试，一般是通过改变输入音 频信号的幅度来调节输出已调信号的调幅度。调节电路中的 RP3即可达到调节输 入音频信号幅度大小的目的，改 变音频信号大小得到尽可能大的调幅度Ma （注意防止产生过调幅失真），测得调幅度大小满足设计指标要求后，将已调信号输260送到后级进行功率放大，进而通过天线辐射到自由空间中去功率放大级调试功率放大级的主要作用是将前级产生的已调信号进行功率放大，先通过激励级（

49、甲类谐振功率放大级）进行电压的放大，然后再加入丙类谐振功率放大器进行功率的放大，在此电路调试中难点在于线圈的绕制，不恰当的绕制方法或者错 误的线圈绕制匝数可能会造成输出波形失真或者杂波较多，因此，需要根据实际情况进行线圈匝数的调节以及相应绕制方法的变动18 0另外，功率放大器工作不正常时可能会出现严重自激，功放自激时集电极电流会突然增大至上百毫安以上（正常工作时集电极电流在4050mA以下），这时 功放管发热严重，时间长了很可能就会烧坏，因而必须时刻注意防止功率放大器产生自激。自激的原因是多方面的，比如分布参数大，布线不合理，电感线圈绕的不规则，品体管性能不佳，信号过大，波形失真，输入电路匹配

50、不佳，没有完全调谐等都会造成自激。为了消除或者防止自激，一般电路调整时应先将电源电压降低到正常工作的1或者-使用，信号应调到较小的数值，谐调时注意选择匹 32配状态。为了消除自激现象在功率放大器基极电路和集电极电路中可串接小电阻，待电路正常工作后慢慢升高信号电压和电源电压。 功率放大器最终调整到等效负 载为51 Q时 得到一定的电压值为止。功率激励级与功率放大级联调时，往往也会出现高频自激、输出功率较小、波形失真较大等现象。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频或高频去耦电路，以消除来自电源的串扰，也可以重新调整

51、谐振回路，使回路谐 4 尸1920 整机统调由于将最后一级接上后，输入阻抗值不再等于之前的假负载的阻抗值，因而 可能会产生回路失谐的情况，所以还要进行统调工作。重新对可变电容进行调整，重复改变耦合电容，宜至达到要求为止。调好后，接入调制信号，观察调幅波形，改变音频信号发生器输出电压，使音频电压幅值变化，观察包络的变化，在调制过程中还可能出现输出波形不纯,存在谐波分M的问题,因而还需要返回前级重新调节主要技术指标测试方法(1)输出功率 在末级负载RL上输出的最大不失真的功率即为高频功放的输出功率。如总电路图所示，负载RL与丙类谐振功率放大器的谐振回路之间采用变压器耦合连接方式，从而能够实现阻抗匹

52、配的作用，集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载RL上的功率，所以可以将集电极的输出功率视为高频功放的输出功率，图4-4-1最终已调信号波形121 VC1M1 2 RP0 2 从 cl m -I C1M 0RO OD(4-5-1 )2 2 Ro测M功放主要技术指标的电路如图4-5-1所示，其中高频信号发生器提供激励信号电压与谐振频率，示波器检测波形失真，宜流毫安表测M集电极的宜流电流，高频电压表V测M负载RL的端电压，只有在集电极回路处于谐振状态时才能进行各项技术指标的测可以通过高频电压表 V及宜流毫安表 mA的指针来 判断集电极回路是否谐振， 即电压表V的指针为最大值，毫安表 mA的指针为最 小值时集电极回路处于谐振状态 (或用扫频仪测M)。放大器输出功率可以由下式计算：(4-5-2)Vl2Rl式中，VL为高频电压表V的测M值。(2)效率 功放的能M转换效率主要由集电极的效率所决定，所以常将集电极的效率视为高频功放的效率，用表示，即(4-5-3) Pd图4-5-1所示电路可以用来测M功放的效率，集电极回路谐振时,的值由下式计算：示,式中，Vl为高频电压表的测M值(3)功率增益功放的输出功率Ap詈PcPdvLyI CcVcc(4-5-4)ICD为宜流毫安表的测M值。Po与输入功率Pi之比称之为功率增益，用 符号Ap表(4-5-5)元器件