小功率调幅发射系统

1、1.1设计的作用和目的通过本课题的设计、调试和仿真，加深对高频电子线路理论知识的进一 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。1.2设计要求根据要求设

2、计一个小功率调幅发射机。主要技术指标：中心频率：f=6 MHz调幅波功率：POmax > 200mW调制系数：Ma> 50%频率稳定度：fff 10 52小信号调幅发射系统设计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，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。低频部分包括话筒、低

3、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。调幅发射机主要包括三个组成部分：高频部分、音频部分和电源部分。此图 省去了电源这一部分。发射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，

4、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。系统原理图如图 2.1所示：振级缓冲级放大级,AM调制寸 输出话筒二D音频放大图2-1小功率调幅发射机的系统设计框图图2-1中，各组成部分的的作用如下：振荡级：产生频率为6MHZ勺载波信号。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各部分电路的具体设计和分

5、析3.1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。该电路通常采用晶体管LC正弦波振荡器。常用的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6MHz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。一般LC振荡器的频率稳定度为10 3 10 4, 克拉泼和西勒振荡器的频率稳定度为10 4 10 5。为此，这里采用西勒振荡电路， 可以满足要求。LC振荡器电路图如图所示。振荡频率由晶振

6、的等效电容和电感决定， 电路中静态工作点由R1、R2 R3 R4决定。在设置静态工作点时，应首先设定 晶体管的集电极电流I cq，般取0.5mA 4mA，Icq太大会引起输出波形失真， 产生高次谐波。设晶体管 B =60, Icq 2mA，J （1/22/3）Vg，则可以取 R1=10K R2=10K R3=3K R4=1K为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾，常采用部分接入方式。由前述可知， 为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振， 当静态工作点确定后，晶体管部 参数Yf的值就一定，对于小功率晶体管可以近似认为 Yf gm I CQ / 26mV ,反馈 系数大 小应 在0.150.5围选择

7、。结 合C2,C3的值远大于C4，C5，取 C3=300pF,C2=600Pf,C4为 30pF可变电容，C5为 350pF 可变电容。图西勒振荡器电路所示R1、R2 R4提供偏置电压使三极管工作在放 大区，C1起到滤波作用。输出电路的总电容：C2C3C3C4C2C4C5C4C53-1-1振荡频率为:r 11I osc 2 . LC3-1-22 丄1GC5)在此西勒振荡器电路中，由于C5和L并联，所以C5变化不会影响回路的接 入系数，如果使C4固定，可以通过改变C5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12Vn3 k _ RIlk. VAKFC1图3.1.1 西勒

8、振荡器西勒振荡电路仿真结果:5ensitivity( RMS)Trigger LevelCouplingI- 5low Change signal3图3.1.2 载波频率图3.1.3西勒振荡器的输出波形3.2缓冲级为了减少后级对主振级振荡电路振荡频率的影响， 米用缓冲级。缓冲级常米 用射级电压跟随器，它的特点是电压增益小于 1而接近于1,输出电压与输入电 压同相；输入电阻高，从信号源吸收电流小；输出电阻低，带负载能力强。将它 作为中间级以隔离前后级间的相互影响，在电路中起阻抗变换作用。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

9、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，同时负载 R5也会对缓冲的输出波形也有 很大影响。XF1rLir图3.2.1 缓冲级电路T/-T1ITimeChannel AChannel B131.771 us7Q,71imV6Q.60Q mV1 191.771 us70.713 mW60.600 mW0.00010.000 VCLDOtMRevierseScale 1OO FTiV/DIVSaveExt. TriggerrTioietoaseScdle 100 nt/Diyy position 1.2X position| Y/T AddCharnel A匚hanne

10、l BScale 100 mV/DiVoLevelDCType7 position 'l.i图322缓冲级的输出波形TriggerAuto None3.3音频放大本课程设计中，音频信号用如图所示的函数发生器代替，采用高增益 的集成运算放大器UA741进行功率放大。音频放大器主要是对语音信号进行放 大和限频，经过放大的音频信号送到调制器对高频载波进行调制。图3.3.1 音频放大电路图3.3.2音频放大输出波形3.4 AM调制电路调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号 之中，通过天线把高频信号

11、发射出去。调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅： 大功率广播和通信多采用高电平调平， 这种调幅机输出功率大、效率高；载波机 和各种电子仪器多采用低电平调幅，它们对输出功率和效率要求不高，可以选用 调幅特性较好的电路中。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。本课程设计采用三极管集电极调幅 电路进行调幅，三极管集电极调幅电路也是最简单的调制电路。 音频信号和载波 信号分别通过集电极与基极输入到调制电路，然后经三极管进行调制，最后经 LC谐振回路输出调制结果。图3.4.1三极管调幅电路图调制电路仿真调试结果如图所示:Time73.

12、271 us73.Z71 usC.QQOf* 一土门Channel A -3,e7OV <.670 VQ.QQQVChannel BReverseTimebcse匚 hannel AChannel BtriggerScale h 咖“Scale 1? V/DivScale |100 mV/DivEdgerxirrjjj“Mi血 |oY pQfjtionY position1°Lewi|«*|¥/T Add| B律“胆AC- 0 DCac D rTypeNar. | AutoWaneExt. Triggerr图342调制信号4发射机的整体电路以及调试4.1整体

13、电路卜1K： §图调幅发射机的整体电路4.2调试并仿真从主振级出发，一步一步进行调试，知道每一部基本符合要求的情况下再进行下一步级联，调试的最终结果如下所示:图421调试与仿真结果4.3整机调试故障分析晶振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。产生的 主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大，使晶振级负载加重。这可通过增大缓冲级 的射极电阻RP1来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小 C4,即减小晶振级 与缓冲级的耦合来实现。本机振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调幅现 象。产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压V0偏小或者是音频放大级输出的调制电

14、压V过大。调整话音放大级增益，以满足调幅度ma=50%的技术指标要求。参考文献1 康华光.电子技术基础（模拟部分）M.（第四版）.:高等教育,1999.1331492 林春方.高频电子线路M.（第二版）.:电子工业，2001. 6586.3 翠娥.高频电子线路实验与课程设计M.工程大学,2003. 2132454 才开，屏，周细风.高频电子线路原理与实践M.:中南大学，2010. 66158在学习中，老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益 求精的工作态度以及侮人不倦的师者风是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛 的造诣与严谨的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关

15、心支 持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感和崇高的敬意！另外，感校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这 个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候，能够将学到 的只是应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的 能力。感所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助 ，是他们教会了 我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在 各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的意。感寝室里的舍友，是你们 三年来对我的关照使我的拥有一个良好的学习环境是我能专心学习生活。最后， 我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评

16、议和参与本人课程设计的各位老师表 示感。心得与体会通过对高频知识的掌握，利用Multisim软件设计了一个小功率调幅发射机。 我根据先局部后整体的设计方案，先将小信号调幅发射机的各部分电路设计出 来，并且单独进行仿真和调试，然后再进行调试并且仿真。在设计各个环节中都 遇到了很多问题：首先，参数的选定很难，课堂上基本上是分析电路的原理功能 和计算电路的性能指标，很少亲自选定器件的参数，从资料或网上得到的数据很 多都有问题；必须经过修正和调试才能确定出器件的参数，只有正确的参数，才能够设计出我们所想要的输出结果，参数的正确性可以说决定着设计成功的 50%其次，有些时候理论上符合要求的电路，仿真后却得不到相应的结果，尤 其是整机联接的时候出现了更多问题， 也花费了很多时间（其实差不多一半的时 间都在进行整机调试和修正），比如主振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显 减小并且波形失真严重，开始的时候，主振级甚至起振不起来，还有就是调幅失 真，问题更加复杂。当然也正是由于问题的出现，我才学到了更多的知识，以及 设计的技巧，对Multisim 软件的应用