小功率调幅发射机大连大学综述

小功率调幅发射机大连大学综述小功率调幅发射机大连大学综述39/39小功率调幅发射机大连大学综述小功率调幅发射机论文大连大学论文学生姓名：学生姓名：指导教师：张玉霞专业：通信工程课题名称：小功率调幅发射机完成日期：大连大学DalianUniversity大连大学论文总计:论文页表格表插图幅指导教师：评阅人：完成日期：纲要我们的课题是以电子线路课程设计为背景，查阅大量授课文件，并结合专业基础课程授课需要，以授课内容为基础，小组分工合作完成了小功率调幅发射机从设计、仿真、调试等一系列设计工作。小功率调幅发射机包括了主振级、被调级、推动级、音频办理器、功率放大末级等几个主要的模块。依照原理框图拟订大体的方案，在由技术指标设计出各部分电路参数。主振级电路是LC正弦整荡器，电路组装调试合格后，将输出信号由发射机经耦合电容送到推动级将信号加以放大，主振器采用频率牢固度高的石英晶体振荡器，并在它后边加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响，经过音频放大后的信号在高频部分的末级功放实现对载波信号的调幅。推动级采用小信号谐振放大器电路，应注意该级谐振在信号频率上，连接本电路时必然先调整好该级正常工作。功率放大级采用丙类谐振功率放大器电路。调幅信号的是在功率放大实现的情况下进行。整机发射与接收是在前面联调的基础上，应第一测量发射机工作频率、输出功率，在满足要求的情况下，在进行实质的发射与接受联机实验，同时测试发射收效。在实验的过程中我们逐渐认识到小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是获得了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简略，调制所占的频带窄，而且与之对应的调幅接收设备简单，因此调幅发射机广泛地应用于广播发射。要点字：小功率发射机；主要模块；电路设计；仿真IAbstractOurtaskistoElectronicCircuitDesignbackground,accesstoalargenumberofteachingliterature,combinedwithprofessionalfoundationcoursesteachingneeds,content-basedteaching,thegroupcompletedthedivisionoflaborfromlow-powerAMtransmitterdesign,simulation,debuggingseriescompletedesignwork.Low-powerAMtransmitterincludesamainvibrationlevelisadjustedlevel,topromoteseveralmajormodulelevel,theaudioprocessor,poweramplifierfinalstageandsoon.Accordingtoaroughblockdiagramofthepreparationprogram,devisedbythetechnicalspecificationsforeachpartofthecircuitparameters.MainvibrationlevelcircuitLCSineoscillator,circuitassemblydebuggingqualified,theoutputsignalfromthetransmitterviaacouplingcapacitortopromotethelevelofthesignaltobeamplified,themainoscillatoruseshighfrequencystabilityofquartzcrystaloscillator,andbehinditwithabufferstagetoweakentheinfluenceofthemasteroscillatorstage,aftertheaudiosignalamplifiedinthehighfrequencypartofthefinalamplifiertoachievethecarriersignalamplitude.Push-classsmall-signalamplifiercircuitresonance,youshouldnotethattheresonancefrequencyofthesignallevel,theconnectionofthecircuitmustfirstadjusttheleveltoworkproperly.ClassCpoweramplifierstagewitharesonantpoweramplifiercircuit.AMsignaliscarriedoutinthecaseofthepoweramplifierimplementation.MachinetransmitandreceiveisbasedonthefrontoftheFBI,shouldfirstmeasurethetransmitteroperatingfrequency,outputpower,tomeettherequirementsofthesituation,makingtheactuallaunchandacceptanceoftheonlinetest,whilethetestlauncheffect.Duringtheexperiment,wegraduallylearnedthatlow-powerAMtransmitterscommonlyusedincommunicationsystemsandotherradiosystems,particularlyinthefieldofshort-waveradiocommunicationswhereitiswidelyused.ThereasonissimpleamplitudemodulationAMtransmittertoachievenarrowbandmodulationpercentage,andthecorrespondingdevicesimpleAMreceiver,AMtransmittersowidelyusedinbroadcasttransmission.Keywords:low-powertransmitters;themainmodule;circuitdesign;simulationII目录摘要IAbstractII目录III1小功率调幅发射机的基根源理1小功率调幅发射机的整体认识1调幅发射机的原理1电路各部分工作原理2主振级工作原理2高频电压放大器工作原理2高频功率放大器工作原理3音频功率放大工作原理3振幅调制工作原理32设计思路4设计方案的确定4参数计算5技术指标5计算64整体电路设计7整体电路7等效电路75电路仿真8调试步骤及结果8主振级8缓冲级9高频放大级11音频放大级：13调幅级15功率放大级16整体电路17调试过程中碰到的问题186心得领悟187原件清单20参照文件22附录22III小功率调幅发射机的基根源理1.1小功率调幅发射机的整体认识发射机的主要任务是完成适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拥有必然带宽、合适经过天线发射的电磁波。平时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牢固的载波。为了提高频率牢固性，主振级经常采用石英晶体振荡器，并在它后边加上缓冲级，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。低频信号经过逐渐放大，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。调制是将要传达的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。因此末级高频功率放大级则成为受调放大器。1.2调幅发射机的原理台小型晶体管调幅发射机平时由下面几部分组成：主振级、被调级、推动级及功率放大级等。由功率放大级输出的高频已调信号经天线以及电磁波的形式向空间发射，调幅发射机的基本组成框图如图1.1.1、2所示。图1图1.3电路各部分工作原理1.3.1主振级工作原理主振级是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率牢固、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。该级电路平时采用晶体管LC正弦波振荡器。主振器就是高频振荡器，依照载波频率的高低，频率牢固度来确定电路型式。高频电子线路所谈论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率碰到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。频率牢固度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一准时间范围内或必然的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表示振荡频率牢固度越高。改进频率牢固度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改进振荡频率牢固度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是平时所谓的提高振荡回路标准性。提高振荡回路标准性，除了采用高Q值和高牢固的回路电容和电感外，还可以够采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容，实现温度补偿的作用，或采用部分接入的方法以减小不牢固的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响。1.3.2高频电压放大器工作原理高频电压放大器的任务是将振荡电压放大今后送到振幅调制器，能够采用高2频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果采用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，能够不加高频电压放大器。若是采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，第一应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，简单引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察放大器的输出端可否有自激振荡波形。若是已经有自激振荡，应先想法消除它，尔后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不正确的。对于调谐放大器的频率特点、增益及动向范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。1.3.3高频功率放大器工作原理高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，平时采用丙类功率放大器，若是一级不能够满足指标要求，能够采用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级能够工作在弱过压状态。1.3.4音频功率放大工作原理音频信号经过放大器后放大相应的倍数。高频电压放大器的任务是将振荡电压放大今后送到振幅调制器，能够采用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。若是采用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，能够不加高频电压放大器。若是采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。1.3.5振幅调制工作原理振幅调制器的任务是将所需传达的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传达出去。平时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，必定使用高频功率放大器才3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。若是集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就可以在调制级将信号直接发射出去。设计思路2.1设计方案的确定要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必定和电信号的波长为同一数量级。为了有效地进行传输，必定将携带信息的低频电信号调制到几十kHz～几4百MHz以上的高频振荡信号上，再经天线发送出去。低频小功率调幅发射机是将待传达的音频信号经过必然的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，尔后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖必然的范围。由于设计任务所要求的调幅发射机输出功率小，因此可采用最基本的发射机结构，系统框图如图2-1所示，由主振、推动、放大和被调级组成。由石英晶体组成的振荡电路产生载频，经过隔断放大网络加载到受调放大电路上，同时将调制信号也加载到受调放大电路中，利用三极管集电极调幅进行调制，尔后进行功率放大并经过天线辐射出去。由于晶体牢固性好、Q值很高，故频率牢固度也很高。因此，主振级采用晶体振荡器，以满足所需的频率牢固度。因电路工作在较低的4MHz频率，一般的晶体振荡器都能实现，而不用进行倍频。由于发射功率小，一级末级功放就能达到要求。本设计的末级功放采用串通反响方式，电源凑近的一端杂散电容小，可减小对谐振回路的影响，使电路牢固工作。为了有较高的效率，可采用基极电流的直流重量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗般配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最正确的功率输出。2.2参数计算2.2.1技术指标发射机工作频率：fc=4MHz发射功率：P0>=200mW发射效率：η>=50%5调幅度：Ma>=30%残波辐射：<40db2.2.2计算晶体管2N2222A参数：Vceo=40V,Vcbo=75V,Vebo=6V,Ic=600mA已知条件Vcc=12V，fc=4MHz,选择的晶体管2N2222A，其放大倍数β=50，ICQ=3mA,VCEQ=6V,VEQ=0.2Vcc.依照电路计算；R3Vcc(VceqVeq)1260.212VIcq3mAR4Vceq12V800Icq3mAIbqIcq3mAo.o66mA50R1(VccVbq)(123)1000V10Ibq15KR2Vbq(Veq0.7)10000V10Ibq10fosc(1(14MHz))2LC2L1C3fosc(1)(1)4MHz2πLC2πL1C3取L1=25uH,C3≈67pF,反响系数取Kf=0.2，Kf=C1/c2,取C1=480PF，C2=2400PF。6整体电路设计4.1整体电路4.2等效电路7电路仿真5.1调试步骤及结果本次设计电路分为六个小模块，分别为主振级、缓冲级、高频放大级、音频放大级、调幅级、功率放大级。5.1.1主振级（1）仿真电路图（2）仿真结果83）仿真结果解析观察仿真输出波形知，参照LC正弦波振荡器设计标准产生标准的正弦波。5.1.2缓冲级（1）仿真图形2）仿真结果当R10取0%时9当R10取10%时10当R10取100%时仿真结果解析本级的输入信号为前面主振级的输出信号，由图可看出本实验波形仍为标准的正弦波。观察万用表数值知负载两端电压大于0.7V。比较三个输出波形可知，改变R10的值能够改变输出信号的幅度。R10的值越大，输出信号幅度越大。5.1.3高频放大级（1）仿真电路图11（2）仿真结果（3）仿真结果解析该级的输入信号为缓冲级的输出波形，即A通道的波形，输出为B通道波形，观察比较两波形可知，高频放大级放大了输入的信号，而其他的并未改变。该级将振荡电压放大今后送到振幅调制器，使用一级高频电压放大器，满足了集电极调幅的大信号输入。125.1.4音频放大级：（1）仿真电路图2）仿真结果当R17取20%13当R17取55%当R17取70%时（3）仿真结果解析观察两波形，该级的输入信号为为正弦波，即通道A，输出也为正弦波，为通道B,B相较于A有放大。观察解析当R17取20%时，放大倍数=1.996，当R17取55%时，放大倍数=2.002，当R17取70%时，放大倍数=2.108，因此改变R1714的值能够改变放大倍数。5.1.5调幅级（1）仿真电路图（2）仿真结果3）仿真结果解析该级以音频放大后的信号作为输入信号。设置了调幅度Ma>=0.3.155.1.6功率放大级（1）仿真电路图（2）仿真结果（3）仿真结果解析高频信号源的信号送到功率放大输入端作为输入。本级采用的是丙类功率放大，放大的作用是为下一级供应足够的功率，采用自给负偏压丙类谐振功率放大16器，经过改变电位器改变负偏压大小。5.2整体电路（1）仿真电路图（2）仿真结果（3）仿真结果解析整体电路结合了以上六个分模块，将他们整合在一起每一级的输出均输入到下一级。第一由克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让17振荡器与振幅调制器隔走开来，不影响载波频率的牢固，尔后经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行一般调幅，再进行功率放大，经天线输出一般调幅波。诚然最后的结果其实不理想，没有出现理论上的波形。可能是由于各电路间的阻抗般配不吻合要求。5.3调试过程中碰到的问题刚开始调试时，有了几次仿真实验的经验，各个分模块都进行的很顺利，能很快的出现波形。当进行到调幅模块时，参照前一次实验，晶体管选择了2N2222A型号的，但是出来的调幅波出现严重的失真，能观察到明显的毛刺，最后用TRANSISTORS_VIRTUAL中的BJT_NPN型号的三极管代替后，观察到理想的调幅波。在整体电路调试中先是观察最后输出波形出现明显的错误结果，今后依次检查每个电路，并用示波器观察，发现高频放大的波形不对，经查阅资料，在电路上的电源旁分别加入了0.10uF的电容后，出现放大倍数为1:1的电压比。检查音频放大级时发现在分机模块中正常，而在整机电路中不能够正常运行，而且在新建设计中也会出现不正常现象，经查阅多种资料仍未发现问题所在。在整机电路调试时，出现了正弦波，但把波形加密时观察整体波形趋势仍不是所需要的结果，经多次屡次检查及查阅资料还是没有找出详尽问题所在，不知如何更正。心得领悟经过一个多星期的实验和课程设计，我们小组收获颇大。高频电子电路与实际生活亲近联系，但它的知识点对于我们而言复杂难懂，不易理解。但此次实验18加深了我们对这门课程的认识，学会了基本的电路连接，提高了我对高频电子元器件及电路的应用能力，提高了对高频电路的设计与调试能力，提高了综合应用高频知识的能力和解析问题的能力。本次的课题实验是小功率调幅实验，该课程设计要求我们要有扎实的理论知识和很强的着手能力，因此我们依照个人的情况进行了明确的分工，小组合作比较顺利，而且增强了同学之间的友情，也提高了自己对这门课程的认识，这对我们今后的发展有很大的帮助。在我们的实验过程中，课程设计和平时的理论学习有很大的不相同，需要亲近的和实质相联系，由于课本上我们接触的很多的理论知识是在各种理想条件下的，因此理解接受起来简单，但应用到实质中间的时候，会出现很大的误差，甚至得不到结果，这就要求我们要灵便的运用理论知识，而且要善于学习没有接触过的知识，多查资料，多思虑。在碰到困难，我们会翻阅书籍以及上网找寻，解决自己的问题。经过此次课程设计，我们回顾了部分学习过的内容，这一周过的特别充分，也很有意义。试一试了很多次，终于各个部分的小电路获得理想波形，但在总电路设计时，电路出现失真现象。作为在校学生，这不但是一项课程设计，更要求我们要有慎重求实的态度，锻炼我们的着手能力。因此感谢老师为我们供应这么可贵的机遇，我也希望着能有更多的机遇能够参加到更多的设计活动中。19原件清单名称规格数量晶体管2N2222A3电容7电容480pF1电容24oopF1电容67pF1电容1uF1电容225pF