简易发射机创新实验报告

1、山东科技大学电工电子实验教学中心 创新性实验研究报告 2012-2013 学年 一 学期山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验研究报告实验项目名称 简易发射机电路设计组长姓名 学号 联系电话 E-mail 成员姓名 学号 成员姓名 学号 专 业 班级 指导教师及职称 2013年 1 月 14 日一、实验摘要简易调幅发射机，主要由调幅信号源和高频高效功率放大器组成。采用高频振荡器将载波频率锁定在10MHz，输出载波的稳定度和准确度达到1×10-5 ；振幅调制采用集成模拟乘法器MC1496，调制度固定为30，3d带宽为500KHZ。二、实验目的（1）加深理解发射机工作原理（2）掌握发

2、射机电路设计步骤及方法三、实验场地及仪器、设备和材料：学院实验室、PC机一台四、实验内容1、实验原理将要传送的调制信号（这里我们以话音信号为例）从低频率搬移到高频，使它能通过电离层反射进行传输，在远距离接收端我们用适当的解调装置再把原信号不失真的恢复出来，就达到了传输话音低频信号的目的。例如调幅，我们不可能直接传送话音，我们先用一个转换装置将话音信号（也就是人说的话）转换成振幅平缓变化的电压信号，这就是我们要传输的信号，叫做调制信号，然后将调制信号与一个高频率的信号在一个相乘器里相乘，再经过一个加法电路，就会得到一高频率的信号，它的包络（所谓包络就是连接周期信号每个周期内波峰的假想线）随着调制

3、信号幅度的变化而变化，我们把这个高频信号叫做载波，把已经调制好的信号叫调幅波。2、实验内容调幅发射机主要由高频振荡器、调制器、高频放大器、天线等组成。高频振荡器是产生高频载波。调制器是将放大后的音频信号加在高频电磁波上。高频放大器把调制后的电磁波放大后经天线发射到空中传到各地。发射机设计必须考虑以下几个参数谐波输出、寄生输出、宽带噪声、相位噪声，频率和相位的稳定度，信号的最大输出功率以及平均输出功率。由中频信号IF或其谐波与本振混频产生的三阶互调干扰必须专门考虑。其他比如所需射频载波信号的谐波、本振信号LO与与中频信号IF的馈通等多余信号都会将产生干扰。如果发射机将噪声发射出去将会导致接收机的

4、噪声基数提高、信噪比SNR降低，从而将会减少通信所能达到的最大距离。因此功率放大器必须进行相应设计，以保证输出的附加带宽噪声最小化。本设计的课题为简易发射机电路，所要达到的目标并不是很多，及其考虑的因素也不是很专业化，主要目的只是检验所学知识的系统结构与密度，培养学生的创新能力与实践能力。经过细致调研，本设计振幅调制主要应用集成模拟乘法器，性能稳定，抗干扰能力强。毕竟由于自己的能力有所限制，设计难免有所纰漏，恳请指正3、实验步骤1、系统框图高频振荡器f=10MAM调制器高频功率放大器语音信号2、各单元电路设计及论证2.1高频振荡器为了使振荡器输出尽可能的稳定、准确的频率，以达到设计任务书所要求

5、的目标，下面浅谈一下关于频率稳定度和准确度方面的原理，以及本设计所采用的合适方案。（1） 频率准确度的定义频率准确度分为绝对频率准确度，又称频偏。用振荡器的实际工作频率f与标称频率fc 之间的偏差f，即f=ffc来表示。相对频率准确度用f / fc 来表示。（2） 频率稳定度的定义频率稳定度通常定义为在一定时间间隔内，振荡器频率的相对偏差的最大值，用表示。这个数值越小，频率稳定度越高。按照时间间隔长短不同，通常可分为下面三种频率稳定度。长期频率稳定度：一般指一天以上以至几个月的时间间隔内的频率相对变化。这种变化通常是由振荡器中元器件老化而引起的。 短期频率稳定度：一般指一天以内，以小时、分或秒

6、计算的时间间隔内的频率相对变化。产生这种频率不稳的因素有温度、电源电压等。 瞬时频率稳定度：一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。这种频率变化一般都具有随机性质并伴随着有相位的随机变化。引起这类频率不稳定的主要因素是振荡器内部噪声。目前，一般的短波、超短波发射机的相对频率稳定度约在10-410-5量级，一些军用、大型发射机及精密仪器的振荡器的相对频率稳定度可达10-6 量级甚至更高。高频振荡器是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。由于整个发射机的频率稳定度由主振级决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也要有一定的振荡频率，使

7、其输出波形失真较小。图中R1和R2是偏置电阻，C1是旁路电容，R3是Q1集电极的负载电阻，R4和R5是Q1发射极的负载电阻。中心频率为： 图1 高频振荡器2.2 振幅调制调幅（振幅调制）是用低频调制信号去控制高频载波的振幅，使其振幅按调制信号的规律而变化，调制上一个非线形过程。从频谱结构来看，调幅又是一个对调制信号进行频谱搬移的过程，即把较低的频谱搬到较高频谱。现在来简介振幅调制的基本特点。设调幅电路输出高频载波信号为 （1）基带信号为一单频低频信号 其中：载波角频率，载波频率，。 （2）将输入调幅电路以改变式（1）所示高频信号的振幅，则可得到已调波信号的为 （3）式中，称为调幅系数，它说明载

8、波振幅受基带信号控制的程度。为由调制电路决定的常数。将式（3）用三角函数关系展开，则得 （4）由式（4）可知，被单频低频信号调幅后的高频已调信号由振幅为、角频率为的载波和两个振幅相同、角频率分别为和的高频波组成。频谱如图2。图2 频谱图调制电路是通信系统的重要组成部分。幅度调制反映到频域里就是把调制信号的频谱搬移到载频的左右两旁 ，而信号的频谱结构不变 ；反映到时域里则是用一个高频余弦函数去乘调制信号 ，所以必须使用具有乘法功能的器件。单片的模拟集成乘法器 MC1596 由于技术性能高,价格低廉,使用方便,因而广泛用作调制、解调、混频和相位检测电路中。本文介绍了MC1596 的内部结构 ，并在

9、 Multisim12仿真环境下对 MC1596 构成的振幅调制器进行了仿真测试分析。MC1596 是以双差分电路为基础的四象限双平衡式模拟乘法器 ，用以实现两个模拟信号的相乘功能 ，是调幅电路的核心组成 ， Multisim 元器件库中没有这个元件 ，但所以我们要创建一个MC1596 的内部结构图 ，连接上输入 / 输出端符号后 ，通过编辑设置生成子电路 ，以便调用。其内部结构如图 1 所示 ： 和 Q2 组Q1成第一对差分放大器 ，Q5 是它的恒流源 ； 和 Q4 组成第二对Q3差分放大器 ，Q6 是它的恒流源 ， Q5 组成单差分放大器用以激和励 Q1Q4。Q7 和 Q8 组成的具有负反

10、馈电阻的镜像恒流源 ，电阻Re1、Re2、Re3 为负反馈电阻 ，用以扩展输入电压的线性动态范围。其引脚 8 和 10 接输入电压 ，引脚 1 和 4 接另一个输入电压 ，引脚 6 和 12 输出电压。引脚 14 为负电源端。引脚 2 和 3 接电阻对差分放大器 Q5、Q6 产生电流负反馈 ，调节乘法器的信号增益 ，引脚 5 外接电阻 ，用来偏置电流以及镜像电流。图3 MC1596内部电路和引脚图用MC1596 构成的乘法器电路如图3所示，端接12V电源，12U C (t )14 端接-8V电源，载波信号Uc(t)通过耦合电容C8接至10端 ，8端外面有 Rt2、R12、C1、C3、R1 组成

11、的偏置电路 ，用来滤除加到载波端的直流分量及低频干扰。调制信号通过耦合电容C2加至1端 R2R5 构成的偏置电路 ，由用来调节加到 4 端直流分量的大小。输出信号从 6 端引出后经过后级缓冲器输出。图4 乘法器调制器电路图2.3 高频功率放大器利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。这是无线发射机中的重要组成部分。根据放大器的电流导通角的范围可分为甲类乙类丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角愈小，放大器的功率愈高。如甲类功放的=180效率最高也只能达到50%；而丙类功放的90，效率可达80%。因而甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器；丙类功率放大器

12、则通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。图5 高频功率放大器2.4系统总电路图五、实验结果与分析1、实验现象、数据记录1、高频振荡电路仿真2、高频功率放大器输出3、系统输出2、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：软硬件的系统测试简易发射机的测试分两步进行。一是观察，它是定性测试：观察输出波形的时针和对称性。所用的仪器是40MHz以上的示波器。正确的观察是测量的前提，因所有其他的测试都是在输出波形对称，且不失真条件下进行的。正确调整使用示波器也很重要。二是测量，它是定量测试：（1） 测量频率及频率准确度。用频率计或示波器测量，记录测量到的信号频率f，求=|15MHz-f|/15M

13、Hz。（2） 测量频率稳定度。测量一次信号频率后，观察一分钟，得到变化最大的一次，求=|-|/15MHz。（3） 测量调幅系数。用有CRT读数的40MHz的示波器稳定地显示一个完整的调幅波形，测量A和B的值，求=（A-B/A+B）100%。图 输出的已调波（4） 测量调幅信号源输出已调波幅度VP-P=A,如图25。（5） 测量功率放大器的功率和效率。测量条件是输入VP-P=1V±0.1V，频率为15MHz的正弦波，输出无明显失真。用示波器测量50负载上的VP-P，根据PO=VP-P2/8RL得到输出功率；测量功放管的IC及电源电压，根据=ICVCC求得=PO/PE。3、关键点： （1）谐振频率的调试（2）调制度的计算（3）各级之间的阻抗匹配六、实验结论该课程设计使我建立无线电发射机的整体概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，能正确设计和计算发射机的各个单元电路:主振级激励级输出级调制级输出匹配网络及音频放大器。初步掌握小型调幅波发射机的调幅及测试方法。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