调幅发射机的设计

1、小功率调幅发射机的设计、安装和调测一 设计目的训练学生对高频电子元器件及电路的应用能力、高频电路的设计与调测能力，高频电子小系统的设计与调测能力，提高综合应用高频知识的能力、分析解决问题的能力。二 设计任务设计一个小功率调幅发射机，指标为：中心频率6MHz;频率稳定度10-4;输出AM波峰包功率200mW；调制系数ma50%；包络基本不失真，用短波调幅收音机收听到的声音清晰且不失真。限定条件：天线阻抗50，话筒为驻极体话筒XD-18。三 方案的确定与电路图（）系统方案的确定根据设计任务要求，可选用图k1.1所示的典型小功率调幅发射机的方案。图中，晶体振荡器的作用是产生频率稳定度10-5的基本不

2、失真的6MHz的正弦波。由于晶体振荡器频率稳定度通常可达10-6以上，因此一般满足频率稳定度10-5的要求。缓冲放大器用于减小高电平调幅电路对振荡器工作的影响，并对振荡器输出信号进行放大，其增益应该合适而且可调，以便满足高电平调幅电路，不难达到发射机的功率和失真要求。调制系数可以通过uB(t)和u(t)的大小来满足，uB(t)的大小通过缓冲放大器的增益来调节，u(t)的大小通过音频放大器的增益来调节。音频放大器的作用是不失真地放大音频信号，其增益应该合适而且可调。综上可见，高电平调幅电路是满足系统要求的关键，应首先设计该电路，然后根据该电路对信号uB(t)和u(t)的要求确定其它电路。音频放大

3、器话筒高电平调幅缓冲放大器晶体振荡器 图 k1.1 小功率调幅发射机系统框图 （二）单元电路的设计1.高电平调幅电路的设计 （1）电路及工作状态的选择。高电平调幅电路主要有基极调幅、集电极调幅和集电极-基极双重调幅电路。由于输出功率较小，故可选用效率虽较低但调制线性好、电路较简单的基极调幅电路。导通角通常选择70o左右，采用自给偏置，电路如图k1.2所示。为了提高调制线性度，应使电路工作在欠压区。 O+Vcc C2 C3 Lc + CC TA L TB CB1 C4 C5 RAuB(t) RE +CB2 LB1 C1U LB2 图k1.2 高电平调幅电路方案（2）基本原件的选择。图中，CB1、

4、CB2、CC为隔直耦合电容，C1、C2为高频滤波电容。由于载波频率fc=10MHZ,音频信号频率F20Hz20KHZ,故取CB1=CB2=CC=0.033f,C1=C2=1f。C3为电源去耦电容，C3=10f。扼流圈LC在该电路中主要起隔离高频信号、耦合电源的作用，通常取10mH。LB2=51Mh。LB1为高频扼流圈，其作用是隔离高频载波信号，耦合低频的音频信号，因此取LB1=470H。RE为负反馈电阻，用以改善波形及测试工作状态，通常取10。 （3）滤波匹配网络的设计。L、C4和C5构成型滤波匹配网络,为确定它们的值,需要先确定集电极谐振电阻Re。电路的最大输出功率在临界状态时达到，考虑到匹

5、配网络的实际传输效率，应选择临界状态时的最大输出功率 POmax>2.5倍输出峰包功率=2.5×220mW=550mW故选择POmax=1.2W。设集电极饱和压降UCES=1V，电源电压VCC=12V,则临界状态时的高频信号幅度为Ucmmax=11V，可得集电极谐振电阻为 Re=U2cmmax/(2Pomax)50考虑到功放匹配电路中Qe1、Qe2不宜太大，否则谐振曲线太尖锐，不易调整，而且传输效率降低，故取Qe1=2。由于Qe1=wcReC4,因此得 C4=2/(6×106×2×100)=530PF实际可取560PF，然后根据实验调整。 由于 R

6、e/（1+Q2e1）=RA/（1+Q2e2） 故可得 Qe20.61 C5=Qe2/(wcRA)=325PFC5可取350PF，然后根据实验调整。 L=L1+L2=(Qe1/wc)×(Re/(1+Q2e1)+ (Qe2/wc)×(Re/(1+Q2e1) =0.86H故L取为1.0H.（4）三极管的选择。设导通角70o,根据三极管临界工作状态时的高频信号振幅Ucmmax=11V，可求得临界状态时集电极电流为 icmax=Icmmax/1()=Ucmmax/Re1(70o)=11/(100×0.44)=0.25A临界状态时的管耗为 PC=PD-Pomax=icmax0

7、()Vcc-Pomax=0.25×0.25×12-0.6=150Mw由于失谐管子的管耗大大增加，因此PCM的选择应有足够余量。 三极管的最大集电极电压为uCEmax2VCC=24V查手册知：NPN高频中功率管9013的参数为fT300MHz，PCM=700Mw,ICM=300Ma,U（BR）CEO=30V,所以满足上述要求。9013的管角如图k1.3（b）所示。（5）载波电压幅值Ubm与调制电压幅值Um的选择。由于采用自给偏置，因此Ubm应大于0.5V。为便于调整、提高调幅性能，应使Ubm在0.5 3V内可调，Um在0.11v内可调，然后通过实验确定它们的合理取值。综上所述

8、，确定高电平调幅电路如图k1.3(a)所示 LC 10mH C310f C310f CC 0.033f L 1.8f C5 350PF C4 560PF RA CB1 0.033f LB1 470H RE 10 50 CB2 10f C1 1F LB2 51Mh (a) 9013 e b c (b) 图k1.3 高平调幅电路 （a）电路 （b）9013管脚排列 2. 电源的选择除高电平调幅以外的电路，信号的大小和功率都比较小，且对电源无特殊要求，故可根据高电平调幅电路的电源要求将各电路的电源选为VCC=12V。3. 音频放大电路的设计音频放大电路的输入信号由驻极体话筒提供，其值较大，可达100

9、mV，为使Um能在0.11V内可调且有一定的调节余量，可确定音频放大电路增益为0.120，带宽20Hz 20kHz。音频放大电路的Ri应远大于Rs,由于驻极体话筒XD-18的Rs较高（约几K），因此可取RI=20K。拟采用图k1.4所示的单电源放大电路。图中12V电源通过68k电阻为话筒提供直流偏置电压，这是话筒XD-18工作所要求的。隔直耦合电容C6和旁路电容C7根据下列式子确定C6（3 10）/（2fLR1） C7（310）/（2fL（R2/R3）由于Aumax=20,fmax=20kHz,而集成运放LM741的单位增益带宽为BWG=1MHzAumaxfmax=4×105Hz,故

10、集成运放可选用LM741，其管脚排列如图k1.5所示。 Rf 400k o A C6 10f R1 20K 7 +12V_ + + 68K uin 2 - fduu 6 o uo +12V 3 LM741 +12v O R2 30 K 4 R3 30 k C7 10f 图 k1.4 音频放大电路 NC VCC OUT 调零端1 调零端1 IN- IN+ VSS 图 k1.5 LM741 管脚排列4晶体振荡器的指标要求：fosc=6MHz,频率稳定度优于10-5 波形大小稳定，失真小，故可按频率指标设计，然后通过实验确定幅度。(1) 电路形式的选择。采用应用较广的并联型晶体振荡电路。由于频率不高

11、，故用共发射极组态就可以了。为便于调节fosc ，采用类似于改进型电容三点式的结构，如图k1.6所示。（2）工作状态的选择。甲类工作状态波形好、稳定度高，但效率低；乙类、丙类则反之。由于本方案中所需的输出功率不大，可选择甲类。（3）元器件的选择1）直流通路原件的确定。通常取VBQ=(510)UBEQ。由于本电路为甲类工作状态且uo大些好（当uo足够大时可省去缓冲放大器），故信号动态范围要大些，VBQ应取大，现取VBQ=8.8v。偏置电阻RB1、RB2一般取几十k，现取RB2=30k，则根据 VBQRB2/(RB1+RB2)XVCC 即 8.8V30k/(RB1+30K) X12V可得 RB1=

12、11KRE1主要用作交流电流负反馈电阻改善波形，其取值一般比较小，现取RE1=510，采用1k电位器实现之。通常小功率振荡器的ICQ=15mA，现取ICQ=3mA，故可得直流电流负反馈电阻RE2为 RE2=(VBQ-VBEQ)/ICQ-RE1=(8.8V-0.7V)/3mA-5102.2kLC为通直流阻交流的扼流圈，可取10mH。2）CE、C5的确定。CE为旁路电容，其值太小则旁路作用不佳，太大则易产生见习振荡，通常按下式选取 CE（1020）/（2foscRE2）故可选CE=0.01F。C5为隔直耦合电容，可按下式选取 C5（1020）/（2foscRL）设RL=1K，则可选C5=0.01F

13、。3)回路原件选择。因为fosc=6MHz,故选用6MHz晶体。C3取20PF即可。C1、C2是回路电容，应取大些以减小回路参数及分布参数的影响。由于反馈系数为 Fu-C1/C2所以C1、C2的比例影响振幅条件及输出大小。C2/C1太小时易饱和，波形变差；太大时可能不起振。通常取C2/C1110。现取c1=c2=200PF,实验中视需要可作调整。4）选管。因为管子甲类工作，为保证管子安全工作，应选择 PCMICQUCEQ=3mA×(12v-8.1v)=11.7mW ICM2ICQ=6Ma U(BR)CEQ2VCC=24V应选择特征频率fT（310）fosc =(310)MHz。根据前

14、面所诉的9013参数可知可选用9013。综上所诉，可得集体振荡器电路及其电路参数如图k1.6所示。 +12VRB1 11K LC 10mH C5 0.01F uo 30K 1KC3 20PF RB2 RE1 200PFC16MHzCERE20.01F2.2K图k1.6 晶体振荡电路 C2 200pf5. 缓冲电路的设计缓冲放大器需将振荡器输出电压放大为0.53V的电压，以提高电平调幅电路所需的载波输入信号，所以要有合适且可调的增益。由于信号频率高，故不采用普通运放实现放大，应采用集成宽带放大器或采用三极管分立元件电路。实践表明，采用前述高电平调幅电路时，只要Ubm达到1.2V就够用，该晶体振荡

15、器能满足Ubm=1.2v的要求，因此可省去缓冲放大器 （三）总电路图四 、列出元器件清单及所需仪器清单电阻 电容 电感10 1个 200PF 2个 1.8H 1个50 1个 560PF 1个 470H 1个2.2k 1个 680PF 1个 10 mH 2个11k 1个 0.01F 2个 51 mH 1个20 k 1个 0.033F 2个30 k 3个 1F 2个 10F 2个 其它器件电位器 三极管 集成运放 晶振1k 1个 9013 2个 LM741 1个 6MHz 1个430k 1个 面包板 直流稳压电源 示波器 高频信号发生器 万用表1 块 1 台 1台 1 台 1 台 五、改进意见和收获体会改进意见：电源线应该接到同一个地方，方便连