高频电子线路课程设计

1、 TONGLING COLLEGE课 程 设 计 设计题目 小型调幅接收机的设计 课程名称 高频电子线路课程设计 姓名/班级 钟春林 07电子信息工程 指导教师 王银花 完成时间 2009-12-15一、 设计目的调幅接收机是接收设备,是从信道上接收有用高频调幅信号并对其进行相关处理后,从中恢复出与发送端一致的原音频信号。为此,它必须具有从众多信号中选择有用信号、抑制其它信号干扰的能力。调幅接收系统具体包括输入回路,高频放大器,混频器,本地振荡,中频放大器,检波器,低频放大器。通过本课题设计巩固已学的理论知识,能够使学生建立无线电接收机的整机概念,了解接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响,

2、从而能正确设计、计算接收机的各个单元电路:高频放大级、主振级、中放级、检波级及音频放大器的参数设计、元器件选择、电路的焊装与调试。初步掌握小型调幅波接收机的调整及测试方法。各部分的功能如下:1、输入回路:从接收天线上接收到的信号中提取出有用信号。2、高频小信号放大器:把输入回路收到的微弱信号放大。3、混频器:将高频信号调制成中频信号。4、中频放大器:将中频信号的幅度进行放大。5、检波器:将调幅信号的载波去掉。6、低频放大器:将音频信号的幅度进行放大。二、电路设计1 振荡电路的选择振荡电路从低频率到高频率可以分类如下表1所示。表1 振荡电路分类我们主要是根据给定的频率范围以及对振荡频率的要求而确

3、定采用哪种形式的振荡电振荡电路LC 反结合型振荡电路固态振动子振荡电路RC 振荡电路调谐型哈特莱电路 Wien.Bridgege 型皮尔斯C-B 电路 移相型考毕兹电路皮尔斯B-E 电路射极回授电路路。RC 振荡器的频率稳定度一般为210-310-,这里我们的要求是频率稳定度5×104。低频正弦波振荡器一般就是采用的RC 振荡电路。RC 振荡器又分为移相式RC 振荡器和串并联RC 振荡器(即文氏电桥振荡器。后者性能较好所以被广泛采用。下面我们重点介绍一下LC 振荡电路,其一般采用的电路形式:电容回授三点式振荡器;变压器回授振荡器;电感回授三点式振荡器。首先,运用较广的是电容回授三点式

4、振荡器,其频率范围为几兆赫兹至几百兆赫兹。工作频率可以做的很高,这种电路把晶体管的输入输出电容,引线分布电容并联在回路电路两端,构成反馈电容的一部分。另外由于反馈电容对高次谐波呈现低阻抗,因此输出信号的波形好,频谱较纯。并且在工作频率升高时,不会使反馈性质发生变化。其次是变压器回授振荡器,在一般接受机本振电路中常采用这种电路形式。它的工作频率较低,通常为几十千赫兹至几十兆赫兹。它具有结构简单,频率调节方便,频率范围宽,易于起振等优点,不过频率再高就很难制作高频性能很好的变压器。再者是电感回授三点式振荡器,它属于一种常用电路,因为这种电路波段较宽,调节频率方便。它的工作频段为几兆赫兹至几十兆赫兹

5、。它不宜用在几十兆赫兹以上的频段。另外,还有改进型回路回授电路,它主要在频率稳定度要求较高的场合采用,如西勒电路。西勒电路具有调节频率方便,有一定的频率宽度,波段内振荡电压较平稳等优点,故用得非常广泛。但本次课程设计因为振荡频率要求可调,波段覆盖系数不太大,频率稳定度要求又较高,故选择西勒电路,另外为了避免变化引起的频率不稳,采用射极输出电路。西勒电路的基本构成如图1所示。回授电路放大率A回授电路回授率闭回路ViVf具有频率选择功能输出 图1西勒电路2 晶体管的选择晶体管的选择,一般要求集电极耗散功率富裕量较大,热稳定性好, T f 要高,输入输出电容要小的。一般而言,选择硅管就可以。在通信系

6、统中,一般要求设计高稳定度,小功率的振荡。因此选用T f 高的晶体管成为选管的主要原则。虽然晶体管的最大振荡频率R f 一般大于特征频率T f ,但当振荡器振荡在晶体管的T f 附近时,晶体管本身的相移成为不可忽略的因素,这样势必造成频率稳定度大大下降。因此通常要求T f 大于三至十的最高振荡频率,即:max 103(f f T >因此,本次设计晶体管我们选用3DG4,这种晶体管的参数如下:200T f MHZ ,30ceo BV V ,42ie h = 5ob C Pf ,20180fe h =,1100oeK h =显然max T f f >>(10MHz ,能符合振荡的

7、要求(本次载波频率f 0=10.7MHz 。另外选择硅管是因为硅管的热稳定性比较好。 3、 晶体管负载e R 的选择晶体管的选择我们可根据振荡器的振幅条件来确定。因为负载电阻e R 的大小,会影响工作状态、输出功率和振荡器的起振。e R 是根据回归比0fuT K K=和反馈系数fuK的经验选择来决定的。因此,当要求振荡器输出一定功率时,则e R 的选择应满足晶体管输出功率的要求,并应按高频功率放大器进行计算。但稳定状态又是未知的,因此要经过多次设计,反复的实验才能达到设计要求。4、直流偏置的计算偏置电路的计算原则与放大器的分压式偏置电路的计算是一样的。其基本估算的方法如下:发射极对地电压:0.

8、2e c U E 集电极对地电压:(10.6c U E 上偏置电阻中的电流 1(510b I I =我们只要选定co I 的值就可以估算各元件的数值。 现选定 1.8co I mA =;0.2 2.4e c U E =2.4 1.331.8e e e cocoU U V R K I I m A= 选 0.70.7128.4c c U E V V =128.421.8c cc coE U V V R K I m V-= 选18b I I =11112111.810180881080(0.712(2.40.7111.25800.7 2.40.744.288010co b feb c bc e b

9、e bI m A I Ah I I A AE U E U V V V R K I I A U U VV V R K I I I A A=-+-+=+=-5、高频电路的计算谐振回路由0C 和C(123,C C C 串联并联再与L 并联组成。如图2所示, 图2在选择L ,C ,0C 时有较大的灵活性。L 选得较大,回路阻抗就高,0K 就大,反过来0C C +选得越大,晶体管输出输入电容以及杂散电容的影响就小,频率稳定度就高。这个电路中我选8L F =,为了调节复盖系数,L 制成带磁芯的线圈,电感量可以通过调节磁芯的位置来进行微调。m in 022626511126.8(24(510810f f M

10、 H z C C pFf L-=+=m ax 022626101131.7(24(1010810f f M H z C C pFf L-=+=0C 与C 的分配也有较大的灵活性:C 选得大些频率稳定度高,而0C 选的大些频率复盖就比较宽。这里选0C 为一般标准的7127Pf 的单连可变电容,因此选25C Pf =。6、反馈电路的计算选002fu T K k = ,120.2fu C k C = ,0fe fe e e ieh K y R R h =为了保证fe h 很小的晶体管也可以起振,所以fe h 取60。 由上面的公式得:02420700.260ie e fu feT h R k h =

11、现在可以根据e R的值就可以计算回路电容。 图3 交流等效电路电感线圈的Q 值采用100,并代入min f ,得:T R Q L = 8025820.1T R MHz H K =R L =8 30i R K =把每个电阻折合到c e 两端, 420ie h = 折合到c e 两端: 221420ie C h C = 2c R k = 折合到c e 两端:221212211222c C C C CC R K K C C C + = + 9.25LR K '= 折合到c e 两端219.25L C R K C '= 222221121111142020009250eR C C C

12、C C C C =+ +代入70e R =,以及120.2fu C k C = 得:2111117026251020.59250C C =+ 10.0083640.0914C C = 得:125273.510.09140.0914C Pf C Pf =212547.02C C Pf =由公式1231111C C C C =+带入数据得:3111125273.5547C =+得: 329C Pf =7、计算出的各个元件参数在实际中难以找到,所以需要进行适当调整,实际采用值如下:'07127CPf =,''027CP f =,1R =50K ,2R =44K ,70e R

13、=,2c R k =,R L =8,30i R K =,20T R K =,1C =274pF ,2C =547pF , 3C =30Pf ,8L F =8、 振荡器的调试根据设计和估算结果安装出来的振荡器,还不一定能正常工作,往往需要通过调试才能完全满足设计要求,在调试中通常遇到以下几个问题: 在可调频率范围内全部不起振。这时应首先检查反馈极性,使满足相位平衡条件。如仍不起振则一般有下列几种可能原因:a.直流工作点太低,管子的fe h 太小。b.谐振回路的Q 值太低。C.反馈系数太小,不满足起振的振幅条件。 高频端起振,低频端不振。这是因为低频端回路Q 值过低,应适当提高回路Q 值。 低频端

14、起振,高频端不振。这主要因为晶体管的高频特性变坏所致,应更换T f 更高的晶体管。 振荡幅度太小增加反馈系数fuK,提高工作点电流co I ,减轻负载,换用fe h 大的管子均可提高振荡器的输出电压。但这些措施常会使振荡波形变坏。比较有效的方法是提高电源电压,这时应注意管子的耐压,如耐压不够,则在提高电源电压以前应更换ceo BV 大的管子。 振荡波形不好:改善波形的方法有:降低工作点,使振荡稳定时不进入晶体管的饱和区,另外也可提高回路Q 值,减小反馈系数fuK,减轻负载,以提高回路的选择性。 输出电压上叠加有寄生振荡:消除寄生振荡的方法是,a.合理布线,尽量减小引线长度,合理接地,这个问题对

15、高频振荡器尤应重视。b.增加电源去耦电路,防止由于电源内阻引入的正反馈。c.采用高频性能好的电容,因为有些电容的寄生电感太大,容易使电路产生寄生振荡。d.基极串接一个小电阻,也可抑制寄生振荡。 出现间歇振荡:电路b R ,b C ,E R ,e C 时间常数太大时,便会出现这种现象,适当减小b C ,e C ,b R ,E R 均有助于克服间歇振荡的产生。三 、仿真过程及波形 利用SystemView 软件对系统进行仿真,步骤如下: 将频率相同的音频信号用三路频率不同的载波进行调制,并加上相应载波包络,成为调幅波。将三路调幅波用一个带通滤波器(中心频率5MHZ滤波,得到所需调幅波。将得到的调幅

16、波与本地振荡混频,并进行滤波,得到中频信号。然后进行中频放大,经过包络检波,去掉载波,得到与音频同频信号。经过低通滤波,滤除噪音,然后低频功放得到原始音频信号。 参数说明:音频信号频率1k音频信号载波频率,模块1:3.6MHZ,模块3:10.7MHZ,模块6:7.8MHZ,幅度都是0.05V。本地振荡 10MHZ第一个带通滤波器中心频率 10MHZ,带宽8k,上限频率10004k ,下限频率9996k。第二个带通滤波器中心频率:365k,上限频率为370K,下限频率为360K。低通滤波器中心频率为:1K。放大器模块12 ,13,14,放大倍数为0.1,放大器模块21放大倍数为:40000,放大

17、器模块23放大倍数为100。二极管包络检波的门限电压0.05V。(7d=81.3%仿真后各波形如下:音频波形S yste m V i ew S i nk 2 5 0 1 e-3 2e -3 3 e-3 6e -3 4e -3 2e -3 A lt e mid p u 0 -2 e3 -4 e3 -6 e3 0 1 e-3 T i me i n Sec on ds 2e -3 3 e-3 滤波后的中频信号： 检波后波形 接收机输出波形： S yste m V i ew S i nk 2 4 0 1e -3 2e -3 3 e-3 15 10 Al u m id pte 5 0 0 1e -3 T i me i n Sec on ds 2e -3