调相(PM)放大器设计

1、课 程 设 计课程名称 高频电子电路 课题名称 调相（PM）放大器设计 专 业 电子信息工程 班 级 电信1202 学 号 201201030232 姓 名 王 杰 指导教师 熊卓列 2014年 6月 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 高频电子电路 题 目 调相（PM）放大器设计 专业班级 王 杰 学 号 201201030232 指导老师 熊卓列 审 批 任务书下达日期 2014年6月 日设 计 完成日期 2014年6月 日 设计内容与设计要求一、设计内容1、单频调相放大器设计2、以多级变容二极管调相模块为核心，完成调制信号产生、放大、调相和功率真放大器电路的设计3、相关元件

2、参数及元件选择要求。二、总体要求1、给出具体设计思路和系统实现的框图，系统总体框图打印出图纸。2、给出调制信号产生、放大、调相和功率真放大器电路的具体实现电路，说明其工作原理；对选择回路或滤波器给出元件参数要求。3、编写设计说明书，所有图纸和说明书均用16K纸打印。三、电路指标要求1、调制信号频率1000HZ2、载波频率为10MHZ3、最大相偏：4、回路空载品质因素Q0=100四、给定条件1、+VCC=812V2、主要器件：变容二极管、三极管、电阻、电容、电感若干。主要设计条件1、提供直流电源一台；2、其它必要的仪器和连接导线等；3、计算机。说明书格式1、课程设计封面；2、任务书；3、说明书目

3、录；4、设计总体思路及系统框图；5、电路设计；6、总结与体会；7、附录；8、参考文献；9、电路器件连接总图。进度安排十六周星期一上午：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；十六周星期一下午至星期三上午：查找资料，确定总体设计方案，画出整机原理图草图；十六周星期三下午至星期五：具体电路设计；十七周星期一上午至星期星期五上午书写设计报告打印出图纸。十七周星期五下午：答辩。参考文献1. 张肃文主编.，高频电子线路，高等教育出版社.。2. 谢自美主编，电子线路设计、实验、测试，华中理工大学出版社。3. 沈伟慈主编，通信电路，西安电子科技大学出版社。目 录一、总体设计思路、基本原理和组成11.总体思路12

4、.基本原理13.系统组成2二、单元电路设计31. 载波信号10MHz产生电路32. 调制信号1000Hz产生电路53. 前置放大电路64. 调相电路75. 谐振功率放大及匹配网络电路10三、总结与体会13四、参考文献14五、附 录15电路器件连接总图15六、评分表16一、设计思路1.总体思路调相发射机的核心部分是调相，调相分为直接调相与间接调相。直接调相利用调制信号直接改变谐振回路的参数，使载波信号通过回路时产生相移而形成调相波。间接调相先对受调波进行调幅，再转变为调相。相位调制电路是使受调波的相位随调制信号而变化的电路。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系,调频波

5、的瞬时频率与调制信号成线性关系。正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相(PM)。正弦波调相器分直接调相和间接调相两类。前一种方法利用调制信号直接改变谐振回路的参数，使载波信号通过回路时产生相移而形成调相波。本设计采用一种简易的相位调制电路，该电路的调制信号由电容三点式振荡电路产生，经放大后和载波信号经相位调制器后，输出调相波，输出的调相波经前置放大后再经过功率放大，最后通过匹配网络匹配后就可产生用于天线发送的调相波。2.基本原理低频调制信号频率为1000Hz，采用改进型电容三点式振荡电路实现。高频载波信号频率为10MHz，采用频率稳定度高的石英晶体振荡器，使晶体作为电感元件接入谐振

6、回路，构成并联型晶体振荡器。相位调制是通过一个可控相移网络使角频率为c的高频载波uc(t) 产生受调制电压u(t)控制,满足=kpu(t)的关系的相移,即实现调相。高频载波信号由晶体振荡器产生，低频调制信号用RC振荡电路产生，经放大后与载波信号一同送入可控相移网络，可控相移网络以多级变容二极管调相模块为核心进行相位调制。最后调相后的信号经功率放大后输出。载波信号10MHz（采用晶体震荡电路产生）3.系统组成调制信号1KHz（采用电容三点式震荡电路产生）放大器（采用三极管共射放大器对调制信号进行放大）调相网络（用调制信号改变谐振回路参数，使载波信号通过回路时产生相移而形成调相波）前置放大（对产生

7、的调相信号进行放大，提高到功率放大级的输入范围）功率放大（丙类谐振功率放大，增大输出功率）LC匹配网络（T型选频网络，选出有用信号频率，起到阻抗变换的作用）二、单元电路设计1. 载波信号10MHz产生电路LC振荡器的频率稳定度主要取决于回路的标准性和品质因数。由于L、C元件的标准性比较差，而且回路的Q值也不可能做得很高，一般不超过300，因此LC的频率稳定度一般比较差，但是在实际生活中对频率稳定度要求越来越高，如广播发射机的日频率要到达1.5×10-5，单边带发射机的日频率要达到10-6，作为频率标准的振荡器要到达10-810-9数量级。显然LC振荡器是无法达到的。因此我选择了石英晶

8、体振荡器作为载波信号的产生电路。晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。并联型晶体振荡器：将石英晶振作为等效电感元件用在三点式电路中，且工作在感性区，称为并联型晶体振荡器。此时，石英晶振接在晶体管、极之间称为皮尔斯振荡电路，接在晶体管、极之间称为密勒振荡电路。电路及等效电路如下图所示：图 1 10MHz晶体振荡电路图2 交流等效电路对石英晶振电路分析：石英谐振器参量具有高度的稳定性。皮尔斯特振荡器的等效电路如图：电路图3振荡器等效忽略晶体管极间参数的影响及的影响，近似认为振荡频率等于回路的谐振频率。因为,用二项式定理，取前两项，则上式为 式中 由此可以看出，由于石英谐振器的参量具有高度

9、稳定性，晶体回路的标准性很高；串联谐振频率也非常稳定。2. 调制信号1000Hz产生电路调制信号频率为1000Hz，采用改进型电容三点式振荡电路产生。电路如图3所示：图3 1000Hz 电容三点式振荡电路图 4 电容三点式交流等效图因 , 故 式中 故 可见，只取决于L、大小，而与基本上无关。3. 前置放大电路信号发生电路产生信号幅度一般较小，所以需对产生的信号首先进行前置放大后使其满足下一级的输入信号范围，再输入到下级电路中，可以用三极管放大电路实现。本电路采用共发射极放大电路实现信号的放大。使发射极正偏：Vb>Ve，且Vbe>0.6V，集电极反偏Vb < Vc，同时Vce

10、>1V，使三极管工作在甲类放大状态。放大电路如图5所示： 图5 共射放大器4. 调相电路4.1变容二极管调相电路组成电路及等效电路如图所示：图6变容二极管调相电路 图7 等效电路当时，即时，即构成调相电路。4.2工作原理（1）当时，变容二极管反向电压，谐振回路谐振频率为。输出电压与输入电压同相。（2）当时，变容二极管反向电压加大，减小，谐振回路谐振频率为输出电压的相位为。（3）当时，变容二极管反向电压减小，增大，谐振回路谐振频率为输出电压的相位为。附加相移在调制信号控制下变化，导致输出电压的相位也随调制信号变化，从而实现调相。4.3调相分析设输入载波信号调制信号变容二极管作为回路总电容，

11、当m很小时，回路的谐振频率为：输出电压：分别是谐振回路在上呈现的阻抗幅值和相移。在失谐不大的条件下,实现线性调相的条件：。设计要求最大相偏为，由于单级变容二极管调相电路最大相偏为，所以得采用三级单回路变容二极管调相电路，扩大相偏，最大相偏。电路如下图所示：图8 变容二极管调相电路5. 谐振功率放大及匹配网络电路谐振功率放大有串馈与并馈之分，串馈的优点是Vcc、L、C均处于高频低压，分布电容不会影响回路；缺点是回路处于直流高电位，因此电容片不能直接接地，安装调整不方便。而并联优点是回路处于直流地电位，电容片可以直接接地，利于安装。所以采用并联馈电方式。本电路中采用自给基极偏置电路，使其工作在丙类

12、状态。谐振功率放大器原理电路及等效电路如下图所示：图9谐振功率放大器图10 等效电路选频网络（滤波器）的功能：从众多频率中选出有用信号，滤除或抑制无用信号，以保证放大器工作在要求的状态，即起到阻抗变换的作用，又可以抑制工作频率范围以外的频率。本设计中采用LC并联谐振回路使回路谐振在输入信号频率上。图11中RL为外接负载，呈阻抗性。L7 和 C19、C21 为 T型匹配网络，与 RL 组成并联谐振回路。调节 C19、C21 使回路谐振在输入信号频率。 VBB为基极偏置电压，使功率管 Q 点设在截止区，以实现丙类工作。工作原理：在Vs产生激励电流为作用下:Ib的波形为一串余弦脉冲Ic的波形为一串余

13、弦脉冲 称为电流分解系数V b的波形为余弦波 V be其中Vce的波形为余弦波因负载是具有选频作用的Lr、Cr并谐回路；所以 工作原理描述：在 i s为余弦信号的激励下,丙类谐振功放的 ib，ic均是余弦脉冲，而 Vb, V c是完整的余弦波。（因为输入输出均为LC 选频网络）。本设计电路中由于晶体管3DA21A输入阻抗与前级输出阻抗不匹配，所以在放大器之间加入T型选频匹配网络（C18、C20、L6），在放大器输出的与负载之间也加入T型匹配网络（C19、C21、L7）。由于晶体管参数的分散性和分布参数的影响, C18C19均采用可变电容器, 其最大容量应为计算值的23倍。三、总结与体会在这短短

14、的两周期间我感觉十分踏实，真正的感觉学到了东西。我知道这样的机会不多，要好好珍惜。本次课程设计我学到了很多，把自己学到的知识运用于实践十分有趣。实践是检验真理的唯一标准。通过实践，把我们的知识融会贯通，这样知识记得牢，体会深刻。当然这个过程不是那么简单，刚开始感觉不知道从哪里开始着手，然后就查查资料，把设计的系统模块化，接着一步一步的按着模块做下去。在做每个模块的时候也便不是那么一帆风顺，中途有好多地方都不明白，这时候我才体会到什么叫“书到用时方恨少”，没办法做不走了，只好仔细看书，看完后在去把模块完成。不知道的地方可以跟同学讨论，向老师请教，我在这里要感谢那些给予我帮助的同学，谢谢老师的耐心指导。也许人生就是如此，不去努力试试，就不知道自己有多大能耐。有时候逼自己一把，结果就会大不一样。在没有做这个调相发射机前，感觉好高科技一样，但是自己做成功之后就感觉也没有那么深不可测。我也是会做发射机的人了。所以在做成功后感觉好有成就感。通过此次课题设计，我感受颇深。好好学习课本知识，努力把知识运用于实践，知识是离不开实践的。有知识不一定