哈工大通信专业高频课程设计

高频电子线路课程设计学院：电子与信息工程学院专业班级： 姓名：学号： 日期： 目录TOC\o"1-5"\h\z高频电子线路课程设计…………………1一问题重述与分析 3调幅发射机分析………………… 3超外差接收机分析………...……..…3\o"CurrentDocument"中波电台发射系统的设计 4\o"CurrentDocument"2.1模块电路设计与仿真 4\o"CurrentDocument"2.1.1正弦波振荡器及缓冲电路及仿真 4\o"CurrentDocument"2.1.2高频小信号放大电路及仿真 8\o"CurrentDocument"2.1.3.振幅调制电路及仿真 9\o"CurrentDocument"2.1.4功率放大电路及仿真 11整体电路设计及仿真…………..11中波电台接收系统设计……………123.1混频器电路及仿真……………..12检波电路及仿.14低频功率放大器及仿TOC\o"1-5"\h\z真 .15\o"CurrentDocument"心得与体会 17\o"CurrentDocument"参考文献 18一：问题重述与分析本次设计中的两个系统，第一个是中波电台发射系统，设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试。本设计中试用是基本调幅发射机。第二个是中波电台接收系统，设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。1.1调幅发射机系统系统框图如下图正弦振荡器缓冲电路2Z频小信号放大波信号振幅调制电路;频功率放大天线调制信号声电变换%r前置放大器n低频放大图一：调幅发射机系统框图本设计将声电变换部分，及其之后的前置放大器，低频放大器都省略，用一个低频的正弦波交流电源表示，输出部分的天线模块也用规定的输出负载代替。现在结合题目所给性能指标进行分析：载波频率535-1605KHZ,载波频率稳定度不低于10-3：正弦波振荡器产生的正弦波信号频率f为535KHz到1605KHZ，当震荡波形不稳定时，最大波动频率围f与频率f之比的数量级应该小于10-3。输出负载51Q:输出部分，即电路最终端的输出负载为51。。总的输出功率50mW:即输出负载上的交流功率，调幅指数30%〜80%:设A为调A_B幅波形的峰峰值，B为谷谷值，则由调幅指数计算公式有m二xlOO%。在振幅调制aA+B电路中可通过更改调制信号振幅和外加直流电源实现此指标。调制频率500Hz〜10kHz:调制信号频率，由输入信号的频率来决定。1.2超外差调幅接收系统系统框图如下图二天线接收到信号后输入到输入回路进行初步处理，此为输入部分。输入信号与正弦波振荡器产生的等幅振荡信号经过混频器产生固定频率的中频信号。经过一系列处理之后由扬声器输出声音。实际计算中为方便将输出部分视为功率放大电路。现在结合题目所给性能指标进行分析:载波频率535-1605KHZ：正弦波振荡器产生波形的频率f为535-1605KHZ,通过有关知识设计电路即可。中频频率465KHZ：混频器输出信号频率为465KHZ,混频器实际上是将两个输入信号频率进行相减，所以本性能指标说明良品率相减后得到频率为465KHZ的信号。输出功率0.25W:输出模块，即低频功率放大器输出功率为0.25W。负载电阻8Q:输入模块的输出电阻，由电路相关知识进行计算可匹配该指标灵敏度1mV:灵敏度用来表征网络特性对元件参数变化的敏感程度，网络函数H或网络响应R（统一用T来表示）对某元件相关参数p（p可以是元件参数或影响元件参数的温度、湿度、压力等）变化率称为网络函数对该参数的绝对灵敏度，记作:H一刃dp在仿真软件中有灵敏度测试，可以直接使用对电路进行分析。

二：中波电台发射系统设计2.1模块电路设计2.1.1可调式正弦波振荡器及缓冲电路设计与仿真已知条件：V取+12V，晶体管2N2222，0二150，导通电压U二0.6V。cc BZ主要技术指标：载波频率535-1605KHZ,载波频率稳定度不低于10-3（1）LC振荡器的设计1•确定电路形式，设置静态工作点在本设计中，由于中心频率fo不高，而对频率稳定度要求较高。在我们所学的多种振荡器中，在不要求使用晶体振荡器的情况下，唯有高精度的西勒振荡器满足要求。所以所需的LC振荡器按照西勒振荡器设计。振荡器的静态工作点取I=1mA。电路图如下：CQ图三：西勒振荡器图三：西勒振荡器①估算R:R的取值对于振荡电路的直流和交流的工作状态都有很大影响，根据经验可得,cc通常V值为（0.6〜1）V，所以这里取V二9V，由此:c cc cR_V-V_(12-9)V_1mAR cc c— —3k121mAcIcQ②估算R:R与尺，还有二极管D对V分压，其中假设Uq—7.5V，可得:c cc ceQR+R-VcclUceQ—(12-7・5)V—4.5kQ

ecI 1mAcQ

R=1.5k0e③估算R，b1R2:为了保证在确定静态工作点的时候能实现直流偏置，可以取1=201 ，b2 b1 bQ因此：V=V+°.6v=2」V，I=I/卩=6.67pAbeQbQcQ所以：(I—I)*R=V，R=16.5k0b1 bQ b2 bb2取标称值R二16k0。b2而RV=十*V，R=75k0b R+R cc b2b1 b2虽然数据都很明确，但在电路仿真时为了防止由元件误差引起的失真，这里使用40k0和70k0变阻器代替R,，变阻器一般接在50%处。b1④旁路电容C的估算：C—般对电路起旁路交流的作用，所以要求在一定频率下电容的阻bb抗要远小于R。本设计的工作频率假定为1.6MHz,此时应该使电容阻抗为几十欧姆一下。b2选取标称值C二°・°lpF，对应容抗满足要求。b2.估计振荡回路元件值；对于西勒振假定所需要的频率确定值为1.6MHz,频率计算公式为：f二；对于西勒振0荡器而言，当满足C>>C,C>>C时，可以认为C二C+C。1 3 2 3 为3 4在实验尝试中发现，当C较大时，由电容不稳定引起的频率失真较小，为了得到较好的频率稳定度，假设L=20pH，则：11C= = =495pF工(2兀f)2*L(2兀*1.6*106)2*20*10-60选取标称值［=500PF。但在实验尝试中发现，由于电路中其他电阻、电容干扰或是设计时粗略等效的原因，使得当［=470pF时，才能实现中心频率为1.6MHz的要求。所以C3=450PF，可变电容C4=20pF。为实现载波频率535-1605KHz的要求，可变电容可调围设置为0~400pF。

1电容C,C由反馈系数及电路条件C»C,C»C决定。若取C二InF,F取§1 2 1 3 2 3 1 81到_,则C二3nF。22(2)射极跟随器的设计为了减弱外加负载对振荡器振荡波形、幅度以及频率的影响，本设计在振荡器后加上射极跟随器作为缓冲器。射极跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数为1。1•确定电路形式由于传输信号是高频正弦波，射极跟随器的主要作用在于使自身输入阻抗高，且工作稳定，以增大频率稳定度。本设计选择固定分压偏置，具有稳定静态工作点的偏置电路。如下图所示:2•估算元件参数假定%二2mA，R二2曲则：V=I*R=2*2.4=4.8veQ eQ eV=V+U=4.8+0.6=5.4Vb eQ BZ由0二150，可知I=I/（卩+1）=13.3^AI=I*20=266"bQeQ b1bQ二24.75k0b1b1=21.3k0b1b1选取R二25k0，R二22k0，取隔直电容C二O.OlyF，C二O.OlyF。b1 b2 c b所以，总的电路图如下所示:

vcc厂12VH.1C2^33nF1C1>1GkD-bdOnFR51.5-kn=1(3nFd50pFC5IflriFVCC20uHvcc厂12VH.1C2^33nF1C1>1GkD-bdOnFR51.5-kn=1(3nFd50pFC5IflriFVCC20uHw骂20flpFl-tey-ARG10nF1DnFGMDR9lOkD^GND图五：振荡器和射极跟随器仿真电路图运用multisim软件仿真，得到的波形如下：图六震荡波形图图六震荡波形图输出电压为220mv,频率为1.603MHz。经过20组数据的对比，得到频率稳定度低于io-3，该仿真电路可行。2.1.2高频小信号放大电路及仿真在振荡器及射极跟随器之后，应当接一个高频小信号放大电路，将所获得的的正弦波放大。本实验假定电感，电容，三极管都为理想的元器件，共发射极输入电容C=0，共发ie射极输出电容C=0。oe(1)直流偏置电路的计算：假设I=1mA，R=2k0，贝eQ e

UeQ*I=2VUeQ*I=2V，I=I/（卩+1）=1/150mA=6.67屮4eQ bQeQV-U-UR=亠bzeQ=70.5k0bi 20*IbQU+UR=—BZ eQ=20.5k0b2 19*IbQ所以，R=20k0b1Rb1=70k0。隔直电容C=O.OlyF，C=0.01pFocb2）谐振电路的确定因为放大电路的谐振电路的中心频率与振荡器的中心频率是一致的，所以可以直接采用振荡器的谐振网络，数据如下：L=2°叩，C3二450pF，可变电容C4二20pF，调节围：0~2°°pF3）放大倍数的确定先确定正向电压传导系数『子。：y=g=—e^= =0.038Sfem26mV26mV总电导为g二g+g+g。其中，理想三极管输出电导g=0,理想电感的电导值g=0,〉, oeL0 oe o谐振电导假设为 1/4k0=°-25mSg广goe+gL+g0二OE电压放大增益：|A1u00.038电压放大增益：|A1u00.0380.25*10-3二152=21.8dB输出端的隔直电容C二°.01pFoo整体电路图如下所示：

图七：高频小信号放大器在加上一个有效值为280mV,频率为1.6MHz的正弦波之后，可以发现此时电路的电压增益只有20,与理论值相差很多；当换上一有效值只有28mV的正弦波后，电压增益变大，变为100左右；电压有效值越小，电压增益越接近理论值。可以得到结论，此电路可用，理论上的电压增益是一个最大值，还要考虑到大信号时电路的失真状况，需要实际操作来获得想要的效果。2.1.3振幅调制电路的设计与仿真已知条件：输出负载51Q,总的输出功率50mW，调幅指数30%〜80%。调制频率500Hz〜10kHz。常见振幅调制有集电极调制，基极调制，模拟乘法器等方式，本设计采用乘法器仿真。提供的集成乘法器元件有XCC,MC1496.但在multisim软件仿真中没有所要求的型号，所以用软件中所提供的MULTIPLIER元件代替，下面是乘法器的原理图：其中V，V为输入，匕为输出，上下接直流电源。令V为载波信号输入（连接高频小TOC\o"1-5"\h\zxy 0 x信号电路输出），V为调制信号输入（外加输入）。V为调幅信号输出。y 0设计的AM振幅调制电路如下：S1QS1Q图九：乘法器外围电路假设载波信号幅度U=1・824V，频率f二1.6MHz;调制信号幅度U二4.242V，cm 0 bm即电压有效值为3V,频率°=10kHz；外加直流电压为V二12V。两者经过上述乘法器后得到的信号为：u(t)=U(V+Ucos0t)cos①t=UV(1+mcosGt)cos①tcm3bm c cm3 a cm二U/V二4.242/12二35.36%a bm3仿真结果如下：图十：乘法器模拟结果A-B590-282再用仿真结果进行验证时，我们发现：m二二 二35.32%。调幅指aA+B5.90+2.82数与理论值相近，说明仿真电路可行。当电路发生变化时，只要调节U与V，使两者之间的商满足30%〜80%即可。同时,bm3我们也发现，当输入电压为振幅U>1.824V时，输出的电压U >1.6V，此时，在负cm 0（有效）载R=510上的功率就已经大于50mW。2.1.4功率放大电路及仿真在上述乘法器设计和小信号放大电路设计中,可以看到只要小信号放大器输出端电压有效值满足条件U>1.824V，则负载上总的输出功率即为50mW。但是在射极跟随器后末cm端的输出电压U01=222mV，经过高频小信号放大器后，其电压很轻易的就能超过1.824V，所以本设计不再涉及功率放大，以免不符性能指标。2.2整体电路设计及仿真技术指标：载波频率535-1605KHZ，载波频率稳定度不低于10-3输出负载510，总的输出功率50mW，调幅指数30%〜80%。调制频率500Hz〜10kHz。为了实现输出功率为50mW的要求，必须将射极跟随器末端电压调小，或将高频小信号放大器放大倍数降低。在仿真实验尝试的过程中，发现降低射极跟随器输出电压就相当于改变LC振荡器输出电压，这相较闻言比较困难；而降低通过调节高频小信号放大电路中谐振电阻的数值，会使频率变得不稳。所以，本设计在射极跟随器和高频小信号放大器之间连接一个电阻Rl=2・3k0，这样的连接方式也使得最后总输出电压更稳定。整体电路设计图如下：图十一：中波电台发射系统仿真电路图仿真输出波形图如下:图十二：中波电台发射系统仿真波形图电路输出到乘法器的载波频率为1.605MHz。根据二十组频率数据的出，最大频率1.606MHz,最小频率1.604MHz，频率稳定度|Af/f\=1.25*10-3。输出负载51Q，总的输出电压有效值为1.60V,波动围为(1.58士0.04)V，由此得到的输出功率为（48.5士2）mW。调幅指数m= =5.78-2.52二39.27%。调制频率10kHz。aA+B5.78+2.52三:中波电台接收系统的设计3.1混频器电路3.1・1混频器电路设计混频器的作用是能将接收到的信号转化为另一种频率的信号输出,其原理在于能将接收到的信号与本振产生的信号混频，相关公式为：[cos(a+B)+cos(a—卩)]cosacosp二—2两个不同频率的信号相称，a为调幅信号频率量，p为本振频率量，产生和差频。这种产生频率的方式就和乘法器是一样的。若将混合后的频率进过低通滤波器，两者之间和频被滤过，两者差频即为输出的频率。本设计中混频器采用三极管变频器来实现，混频原理图如下：

图十三：三极管变频器输入部分有两块，第一部分是AM信号，假设信号在传输中中衰减，又经过小信号放大器等，使得载波幅度变为20mV,载波频率不变，为1.605MHz,调制信号频率为10KHz,调制指数为39.27%。本机振荡信号的振荡机原理与发射机相近，故不再设计，直接加一个交流信号来模拟，频率定为2.07MHz。静态工作点的设置静态工作点的工作位置可以与上述中高频小信号电路中的静态工作点一致，即R=2k0，R=20k0，R=70k0。隔直电容C=O.OlpF，C=O.OlpF。e bl bl c b其他元件参数的计算为防止交流信号进入直流电源，在集电极处接一电感L=1mH。输出端需要一个谐振选频网络，已知所需频率为465KHZ,则令电感L=20卩H，电容C=5.86nF。整体电路图如下所示：VCCL5TI1flOmVpk?严L5TI1flOmVpk?严图十三：混频器电路图3.1・1混频器电路仿真按照上述电路连接，在输出端用示波器观察波形，可见波形如下:图十三：混频器波形图图十三：混频器波形图用频率计测量，测得输出频率为465.4KHZ,满足要求。3.2检波电路3.2.1检波电路设计本设计省略混频器与检波器间的中频放大部分，将输出信号直接加在检波器两端，直接观察检波电路效果。RC》RC》T=2.15*10-6s 1—m2RC a=2.432*10-4um*0aRvm《 l—aR+RL1RC《——=10-40max1RC》——=2*10-3Ld0J min所以本设计取R=10k0，C=10nF，C=100nF，R二10k0。同时，在实验尝d L试中我可以发现，三极管的导通电压对实验得到的波形幅度有影响，若将导通电压抵消后，能够得到更符合输入AM波振幅振动的波形，所以本设计在电路中接入一个0.6V的直流电阻。整个电路图如下:

DIO[>E_VIRTU呛gy<_/465kHz1DkHzC2HI—DIO[>E_VIRTU呛gy<_/465kHz1DkHzC2HI—1MuF,R21dkn图十三：检波器电路图3.2・1检波电路仿真将示波器接在输出负载和输入电源的两端，波形图如下:将示波器接在输出负载和输入电源的两端，波形图如下:图十三：检波器仿真结果有仿真结果可知：输出波形与输入AM波振幅波形相似，电路可用。3.3低频电压放大电路3.3.1低频电压放大电路设计从检波器出来的波形波形已经是一个频率为lOKHz的正弦波信