小功率调幅发射机正文

1、目录前言12系统总体设计及实现的功能12.1调幅发射机的性能指标12.3 各部分实现的具体功能2发射机各部分设计的原则及思路2图中各组成部分的的作用23各部分电路设计及原理分析33.1主振级33.1.1 主振级电路设计思路33.1.2 主振级电路图设计33.2 缓冲级43.2.1 缓冲级设计思路43.2.2 缓冲级电路图4放大级电路设计思路43.3.2 放大级电路图设计53.4 振幅调制级53.4.1 振幅调制级设计思路53.4.2 振幅调制级电路图63.5 音频放大级74电路参数选择及仿真结果84.1振荡级的计算与仿真结果84.2 缓冲级的计算与仿真结果94.3 放大级晶体管的选择104.4

2、振幅调制级参数的计算与仿真104.5 音频放大级电路参数计算及仿真结果125.致谢136参考文献13 前言这学期开了一门课通信基本电路，通过这门课我对无线电通信的理论知识有了一定的理解和认识。为了进一步增强对电子技术的理解，通过课程设计，我学会查寻资料、比较方案；学会了一点通信电路的计算，也能进一步提高分析解决实际问题的能力。低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制，利用高频信号作为载波，对信号进行传递，可以用不同的调制方式。通过这门课我对无线电通信的理论知识有了一定的理解和认识。为了进一步增强对电子技术的理解，通过课程设计，我学会查寻资料、比较方案；学会了一点通信电路的计算，也能进一步提高

3、分析解决实际问题的能力。低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制，利用高频信号作为载波，对信号进行传递，可以用不同的调制方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。通过本课题的设计、调试和仿真，加深对通信基本电路理论知识的进一步理解，进一步巩固理论知识，能够建立起无线发射机的整机概念，学会分析电路、设计电路的步骤和方法，了解发射机各单元之间的关系以及相互影响，从而能正确设计、计算调幅发射机的各单元电路：主振级、被调级、推动级、功率放大级、输出匹配网络等。进一步掌握所学单元电路以及在此基础上，培养自己分析、应用其他电路单元的能力。同时经过课程设计，要学会查资料、充分利用互联网等一切可

4、利用的学习资源，增强同学们分析问题解决问题的能力，为将来的毕业设计做铺垫，也为将来走向就业岗位打下一定的基础。2系统总体设计及实现的功能2.1调幅发射机的性能指标由于调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。在设计调幅发射机时，主要遵循如下性能指标：工作频率范围：调幅制一般适用于中、短波广播通信，发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关部门所规定的范围内选取。对调幅发射机一般在中频（0.3-3MHZ）和高频（3-30MHZ）范围内。 发射功率：一般是指发射机送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才

5、能有效地把载波发射出去。波长与频率的关系为：= c/f。式中， c为电磁波传播速度，c=m/s。调幅系数：调幅系数ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数，ma的取值范围为01，通常以百分数的形式表示，即0%100%。非线性失真（包络失真）：调制器的调制特性不能跟调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。线性失真：保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅度特性变化称为线性失真。噪声电平：噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，广播发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于1%。2.2系统流程图发射

6、机的主要作用是完成有用的低频信号对高频信号的调制，将其变为在某一个中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射出去的电磁波。调幅发射机通常由主振级、缓冲级、倍频级、中间放大级、振幅调制、音频放大和输出网络组成。根据设计要求，载波频率f=6MHz ，主振级采用西勒振荡电路，输出的载波的频率可以直接满足要求，不需要倍频器。系统原理如下图所示：图表 2 1小功率调幅发射机方框图2.3 各部分实现的具体功能2.3.1发射机各部分设计的原则及思路发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，

7、和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。如果载波的频率较高，则由于晶体频率一般不能太高，因而在缓冲级之后还应加一级或若干级倍频器，以使频率提高所需的数值。倍频级之后还需加若干级放大级，以逐步提高输出功率，最后经功放推动级将功率提高到能推动末级功放的电平，末级功放则将输出功率提高到所需的发射电平，经过发射天线辐射出去。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放

8、处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。2.3.2图中各组成部分的的作用振荡级：产生平率为6MHz左右的载波信号。缓冲级：将晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响。音频放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。功放以及调幅级：增大载波输出功率，将话音信号调制到载波上，产生已调波。输出网络级：对前级送来的信号进行功率放大，通过天线将已调高频载波电流以电磁波的形式发射到空间。3各部分电路设计及原理分析3.1主振级3.1.1

9、主振级电路设计思路主振级主振级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。振荡器通常工作于丙类，因此它的工作状态是非线性的。该电路通常采用晶体管LC正弦波振荡器。LC振荡器的基本工作原理：一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。常用的

10、正弦波振荡器包括电容三点式振荡器即考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。本级用来产生4MHz左右的高频振荡载波信号，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功率（或电压），其输出波形失真较小。为此，这里我采用西勒振荡电路，可以满足要求。西勒电路原理图如下：图表3 1-1西勒电路原理图3.1.2 主振级电路图设计由于和L并联，所以变化不会影响回路的接入系数，如果使固定，可以通过改变来改变振荡频率，因此，西勒振荡器可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。电路图如下：图表3 1-2主振级西勒振荡器电路3.2 缓冲级3.2.1 缓冲级设计思路为了减

11、少后级对主振级振荡电路振荡频率的影响，采用缓冲级。主振级与缓冲级联调时会出现缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况，可通过增大缓冲级的射极电阻R4来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C2，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。3.2.2 缓冲级电路图图表3 2-1缓冲级电路图3.3放大级3.3.1放大级电路设计思路高频小信号谐振放大器的主要性能指标有：中心频率 指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源器件、计算谐振回路元器件参数的依据。增益 指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和功率增益。电压增益 功率增益 3.3.2 放大级电路图设计图表3 3-2 放大级电路

12、图3.4 振幅调制级3.4.1 振幅调制级设计思路振幅调制的原因：从切实可行的天线出发，为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长；便于不同电台同时接收相同频段的基带信号；可实现的回路带宽。 基带信号特点：频率变化范围很大。振幅调制器的任务是将所需传送的信息加载到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就

13、可以在调制级将信号直接发射出去。低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统。它的电路形式有多种，如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器MC1496调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且成本很低。高电平调幅电路输出功率大，一般在系统末级直接产生满足发射要求的调幅波。它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。集电极调幅电路的优点是效率高，晶体管获得充分的应用；缺点是需要大功率的调制信号源。基极调幅电路的优缺点正好与之相反，它的平均集电极效率不高，但所需的调制功率很小，有利于调幅发射系统整机的小

14、型化。常见的调幅方法主要有乘法器调幅、开关型调幅电路、晶体管调幅电路，其中晶体管调幅又分为基极调幅、集电极调幅。其原理为：调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。本设计中，采用模拟乘法器MC1496构成调幅电路。用它可以容易的实现两信号的相乘，将放大的语音信号同高频载波相乘，从而得到调制信号。3.4.2 振幅调制级电路图图表 3 4-2 乘法器内部结构图根据上面的方案设计，选定模拟乘法器MC1496构成的调幅电路如下图所示。X通道两输入端8和10脚直流电位均为6V，可作为载波输入通道；Y通道两输入端1和4脚之间有外接调零电路；输出端6和12脚

15、外可接调谐于载频的带通滤波器；2和3脚之间外接Y通道负反馈电阻R8。若实现普通调幅，可通过调节10k电位器RP1使1脚电位比4脚高，调制信号与直流电压叠加后输入Y通道，调节电位器可改变的大小，即改变调制指数Ma；若实现DSB调制，通过调节10k电位器RP1使1、4脚之间直流等电位，即Y通道输入信号仅为交流调制信号。为了减小流经电位器的电流，便于调零准确，可加大两个750电阻的阻值，比如各增大10。MC1496线性区好饱和区的临界点在15-20mV左右，仅当输入信号电压均小于26mV时，器件才有良好的相乘作用，否则输出电压中会出现较大的非线性误差。显然，输入线性动态范围的上限值太小，不适应实际需

16、要。为此，可在发射极引出端2脚和3脚之间根据需要接入反馈电阻R8=1k，从而扩大调制信号的输入线性动态范围，该反馈电阻同时也影响调制器增益。增大反馈电阻，会使器件增益下降，但能改善调制信号输入的动态范围。MC1496可采用单电源，也可采用双电源供电，其直流偏置由外接元器件来实现。1脚和4脚所接对地电阻R5、R6决定于温度性能的设计要求。若要在较大的温度变化范围内得到较好的载波抑制效果（如全温度范围-55至+125），R5、R6一般不超过51；当工作环境温度变化范围较小时，可以使用稍大的电阻。 图表3 -3振幅调制级电路图3.5 音频放大级如下图所示的音频放大电路，采用uA741对由话筒或CK插

17、座输入的语音信号进行不失真的放大。图表 3 5-1音频放大电路图4电路参数选择及仿真结果选参数时所需考虑的几点：晶体管选择： 从稳频的角度出发,应选择fT较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小。通常选择fT >(310)f1max。同时希望电流放大系数大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合。 直流馈电线路的选择 ：为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作点应设置在线性放大区;从稳频出发,稳定状态应在截止区,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数QL将降低。所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自偏压。 振荡回路元件选择： 从稳频出发,振荡回路中电容C应尽可能大

18、,但C过大,不利于波段工作;电感L也应尽可能大,但L大后,体积大,分布电容大,L过小,回路的品质因数过小,因此应合理地选择回路的C、L。在短波范围,C一般取几十至几百皮法,L一般取0.1至几十微亨。 反馈回路元件选择： 反馈系数的大小应在下列范围选择f0.10.54.1振荡级的计算与仿真结果参数计算已知条件：Vcc=12V，fo=7MHz，选择的晶体管型号是3DG12B，其放大倍数=50，ICQ=3mA，VCEQ=6V,VEQ=0.2VCC.依据电路计算：R3= (VCEQ- VEQ)/ ICQ=(12-6-0.2×12)V/3×mA=1.2KR4=VEQ/ICQ=0.2&

19、#215;12V/3×mA=800，故取标值为R4=810IBQ=ICQ/=3mA/50=0.06 mAR2=VBQ/10IBQ=(VEQ+0.7)V/10×0.06×mA=5.1KR1=VCC-VBQ/10IBQ=(12-3.1)V/0.6×mA=15K可取R1=10K+10K的可变电位器来调整偏置。取C4=5/20pFC5=20pF，则F= C4/C5=1/2mA, C4/C5<< C1, C4/C5<<C2令C1=470pF，则C2=2C1=2×470pF=940pF，取标称值1000pF即可。仿真结果图表4 1

20、振荡级仿真结果4.2 缓冲级的计算与仿真结果仿真结果图表4 2 缓冲级仿真结果4.3 放大级晶体管的选择参数计算集电极瞬时电压为 ，其最大值为，当ma0.5时，Vc,max 24V。集电极输出的功率为156.25mW（末级激励功率125mW），仿真结果图表4 3 放大级电路仿真结果4.4振幅调制级参数的计算与仿真参数计算已知条件：=12V，fo=3.579MHz，=0.5W，=可设输出变压器的效率为=0.7=0.714W设功率放大器在载波点于临界状态，可知：=100.84 =0.118A=0.271A=0.2530.271=0.069A= =0.069=0.828W=-=0.828-0.714=0.114W=86.23% 仿真结果图表4 4 振幅调制级电路仿真结果4.5 音频放大级电路参数计算及仿真结果仿真结果图表4 5 音频放大级电路仿真结果5.致谢感谢老师在这在实验完成之际，我要特别感谢我的指导老师张树艳老师的热情关怀和悉心指导。本课题在选题及进行过程中得到张树艳老师的悉心指导。论文行文过程中，张老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。周老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多