点频调幅发射机的研究与制作-毕业设计

第一章点频调幅发射机的概述1.1概述1、高频电子线路课程设计是继《通信电子线路》理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用orcad、multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让我们了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术与无线电通信领域的工程设计打好基础。2、本课题的准备工作(1)复习电容三点式振荡器、基极调幅电路、模拟乘法器调幅调制电路、共集电路、共射电路、高频功率放大电路的工作原理；复习高频实验仪器设备的使用方法。第二章设计原理及方案论证2.1设计要求与分析本调幅发射机要求工作频率为10MHZ，如果采用LC振荡器，它的频率稳定度大约为10-3数量级，而改进型的克拉泼振荡电路和西勒振荡电路也只有10-4数量级。因此，宜采用石英晶体振荡器，它的频率稳定度大约在10-6数量级。调幅系数大于0.3，表示载波振幅受调制信号控制的强弱程度大于0.3。当调幅系数小于0.3时AM信号的包络变化与调制信号不再相同，产生失真，从而出现弱调制。因此宜采用MC1496或MC1596集成模拟乘法器进行调幅，调制信号进行稳幅放大。使大信号和小信号时，放大器的输出保持一个相对稳定的幅度，以防止出现弱调制和过调制。对于发射机功率Po≥200mv，宜采用丙类功率放大器并带有带通滤波器。2.2电路设计原理一般调幅发射机的组成框图：主振级主振级受调级功放末级推动级音频外处理级图1一台小功率调幅发射机通常有主振级、受调级、推动级、音频处理级、功放级组成。由功放经输出的高频已调信号经天线以电磁波的形式向空间发射出去。主振级是发射机的核心部件，主要产生一个频率稳定的幅度较大的，波形失真小的高频正弦波信号作为发射载频信号。该级电路通常才用LC谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。受调级主要是产生调制信号，可以是单独一级也可以与功放级或推动级共同完成，一般在功放级实现调制转移。音频处理级是提供音频调制信号。通常才用低频电压放大器和功率放大电路把音频调制信号送到受理级去完成调幅功能。推动级通常在振荡级后面，一方面起隔离缓冲作用，另一方面把高频信号加以放大推动功放末级工作，因此该级还需要有一定的功率输出。一般采用谐振放大器加一级跟随器组成。功放末级是发射机的重要组成部分，它以较高的频率输出最大的功率来满足发射机输出功率的要求，同时该级输出波形不能失真，否则影响发射效。第三章设计总体电路，基本原理和框图.3.1调幅发射机的系统设计通信系统中的发送设备是将信息发送者送来的非电量原始信息（信源）如语音、文字和图像等转变成电信号，再把信号处理成适合于信道传输的信号形式送至信道。信源信号在通信系统中称为基带信号。基带信号是频谱在零频附近的宽带信号，这种信号一般具有从零频开始的较宽的频谱，而且在频谱的低端分布较大的能量，所以称为基带信号，这种信号不宜直接在信道中传输。如果将消息信号对频率较高的载波进行调制，就能使信号的频谱搬移到适合信道的频率范围内进行传输。例如声音基带信号的频率范围是20Hz～20kHz，这样的基带信号是不能在无线信道上传输的。即使在某些可以传输直流的有限信道上，为了提高信道的通信容量，基带信号的传输方式也很少采用。一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。在通信系统中，调制有三个主要作用：1、调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2、调制的另一个重要作用是实现信道复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，以提高信道容量；3、调制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。对不同的信道，根据经济技术等因素，可以采用不同的调制方式。以模拟信号为调制信号，对连续的正（余）弦载波进行调制，亦即载波的参数随着调制信号的作用而变化，这种调制方式称为模拟调制。而所谓振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。通信系统中的发送设备若采用调幅方式则称为调幅发射机，一般调幅发射机的组成框图如下图所示，工作原理是：本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲倍频送至振幅调制电路；话音放大电路将低频信号（例如语音信号）放大至足够的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器，高放级将载频信号的功率放大到所需的发射功率，然后经天线输出。由调幅发射机的工作原理和给定的得参数，3.1.1点频调幅发射机的框图3.1.2各部分作用本机振荡：产生频率为EMBEDEquation.34MHZ的载波频率缓冲级：将振荡级与调制级隔离，减小调制级对振荡级的影响；将功率放大级与调制级隔离，减少功率放大级对调制级的影响。低频放大级：将低频信号放大到调制器所需的电压。调制级：将低频信号调制到载波上产生调幅信号。匹配网络：高效率输出所需功率。第四章单元电路设计分析4.1本机振荡本机振荡电路的输出是发射机的载波信号，它要求的振荡频率应十分稳定，一般的振荡电路，其频率稳定度约为，晶体振荡电路的值可高达数万，其频率稳定度可达。因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。晶体振荡器的电路如图所示，电路采用负电源供电，、、构成直流电源滤波器。、、为晶体管的偏置电路，用以确定静态工作点。、构成放大器的负载，为高频扼流圈。为基极旁路电容，、为输出电容分压器，以减小实际负载对谐振回路的影响，该电路又称为西勒电路。谐振回路的总电容等于由此，可求得该振荡器的振荡频率为4.2倍频电路倍频电路采用模拟乘法器电路，只需将两个信号输入端接入同一载波信号即可。由于调制电路也采用模拟乘法器电路，所以的具体应用将在调制级介绍。4.3缓冲电路缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响,因为功放级输出信号较大,工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，如下图所示。调节射极电阻，可以改变射极跟随器输入阻抗，如果忽略晶体管基极体电阻的影响，则射极输出器的输入电阻输出电阻式中，很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源，电压放大倍数一般情况下，，所以图示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似于1的特点。晶体管的静态工作点应位于交流负载的中点，一般取，，对于图示电路，若取，，则取电阻，电位器根据宽带功率放大器中已计算出功率激励级的输出阻抗为325，即射极跟随器的负载电阻，则射极跟随器的输入电阻为输入电压4.4调制电路设调制信号为，其平均值=0。f(t)叠加直流后对载波的幅度进行调制，就形成了常规调幅信号，也称为标准调幅信号或完全调幅信号，其时间波形表达式为式中为载波信号的角频率，QC为载波信号的起始相位（通常取=0）。设调制信号，则调幅信号为由时间波形可知，当满足条件时，已调信号的包络与调制信号成正比，用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号；当就会出现过调幅现象。时则为满调幅。在实际系统中，通常取在30%~60%之间。当（即m）分别等于1，小于1，大于1时,调幅的波形如下所示。由上述分析可知，振幅调制信号就是载波与调制信号相乘所产生的。由于两个信号都是模拟信号，所以需要使用模拟乘法器完成这一过程。模拟乘法器是一种能完成两个模拟量的相乘的电子元件。高频电子线路中的振幅调制就是载波和调制信号相乘的过程构成的振幅调制电路如图所示。其中，载波信号经高频耦合电容从=10\*GB3⑩脚端输入，为高频旁路电容，使=8\*GB3⑧脚交流接地；调制信号经低频耦合电容从=1\*GB3①脚端输入，为低频旁路电容，使=4\*GB3④脚接地。调制信号从脚单端输出。采用双电源供电，所以=5\*GB3⑤脚的偏置电阻接地，静态偏置电流或为脚=2\*GB3②与=3\*GB3③间接入负反馈电阻，以扩展调制信号的线性动态范围，增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。电阻、、及、提供静态偏置电压。保证乘法器内部各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足，， 、与电位器组成平衡调节电路，改变的值可以改变调幅系数。4.5高频功率放大高频功率放大电路由宽带功放和丙类功放两级组成。丙类谐振功率放大器是利用选频网络作为负载回路的功率放大器。如图所。下面所介绍的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性。功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。4.5.1.集电极电源提供的直流功率式中Ic0为余弦脉冲的直流分量。式中为余弦脉冲的最大值；为余弦脉冲的直流分解系数。式中为晶体管的导通电压；为晶体管的基极偏置；为功率放大器的激励电压振幅。4.5.2.集电极输出基波功率式中：为集电极输出电压振幅；为余弦电流脉冲的基波分量；为谐振电阻。4.5.3.集电极效率ηc===ξ式中：ξ=为集电极电压利用系数；为余弦脉冲的基波分解系数。功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高的输出功率和高效率，通常取=。丙类谐振功率放大器的负载特性若、和三个参数固定,RΣ发生变化,动态线、以及Po、η等性能指标的变化就是谐振功放的负载特性。由下图可知,和固定意味着Q点固定,固定进一步意味着θ也固定。根据公式,放大区动态线斜率将仅随RΣ而变化。图中给出了三种不同斜率情况下的动态线。动态线A1B1的斜率最大，即对应的负载最小,相应的输出电压振幅也最小,晶体管工作在放大区和截止区。动态线A2B2的斜率较小，与特性曲线相交于饱和区和放大区的交点处(此点称为临界点),相应的输出电压振幅增大,晶体管工作在临界点、放大区和截止区。动态线A3B3的斜率最小,即对应的负载RΣ最大,相应的输出电压振幅比略为增大,晶体管作在饱和区、放大区和截止区。根据输出电压振幅大小的不同,这三种工作状态分别称为欠压状态、临界状态和过压状态,而放大区和饱和区又可分别称为欠压区和过压区。注意,在过压状态时,波形的顶部发生凹陷,这是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。下图给出了负载特性曲线。由图可以看到,随着RΣ的逐渐增大,动态线的斜率逐渐减小,由欠压状态进入临界状态,再进入过压状态。在临界状态时,输出功率Po最大,集电极效率η接近最大,所以是最佳工作状态。负载特性所反映的电压、功率和效率的变化关系，可以帮我们认识功率放大器的不同特点，并且根据不同工作状态的特点，使放大器得到合理的利用，满足高频设备提出的要求。4.5.4偏置电路如图是三种常用的电路，图一是利用基级电流在基区扩展电阻上的降压作为偏置电压。他的缺点是偏压小，而且随晶体管而变，不能保持稳定的偏压。优点是电路简单，在大功率丙类功放中得到广泛的应用。图2是利用基级电流的直流分量在上的降压得到偏置电压，是高频旁路电容。他的优点是偏置电压随输入信号电压的大小起自动调节的作用。图3是利用发射极电流的支流分量在上建立偏压，是高频旁路电容。避免Re上产生交流反馈，其RC时间常数应满足。它可以自动维持放大器的稳定工作，当激励信号加大时,加大，负偏压加大，使得相对增加量减少。这实质上就是支流负反馈的作用，可以使放大器工作状态变化不大。缺点是由于上建立了一定大小的直流偏压，减小了电源电压的利用率，因此不宜取得过大，以免影响放大器的输出功率。而且在高频工作时，发射极很难完全接地，故在频率很高的丙类功放中使用较少。丙放工作状态计算4.5.5匹配网络LC选频匹配网络有倒L型、T型、π型等几种不同组成形式，其中倒L型是基本形式。现以倒L型为例，说明其选频匹配原理。倒L型网络是由两个异性电抗元件、组成，常用的两种电路如图所示，其中是负载电阻，是二端网络在工作频率处的等效输入电阻。对于图(a)所示电路，将其中与的串联形式等效变换为与的并联形式，如图(c)所示。在与并联谐振时，有+=0，=根据=(1+)所以=由下式可以求得选频匹配网络电抗值====由上述计算可知，采用这种电路可以在谐振频率处增大负载电阻的等效值。对于图(b)所示电路，将其中与的并联形式等效变换为与的串联形式，如图(d)所示。在与串联谐振时，可求得以下关系式：=====由上述计算可知，采用这种电路可以在谐振频率处减小负载电阻的等效值。第五章总电路设计附录元器件明细表元器件名称型号/参数数量位置号备注电阻RTX/1K6R1、R4、R5、R7、R8、R20、RTX/5103R2、R3、R6RTX/2.4K1R9RTX/6.2K2R10、R11RTX/10K4R18、R19、Rb1、Rb2RTX/101R15RTX/1001R13RTX/510K2R12、R17RTX/3K1R14RTX/5.1K1ReRTX/4.3K1Re1RTX/2K1Re2RTX/511RL瓷片电容CC/0.01µ/63V2C1、C7CC/300p/63V1C5CC/150p/63V1C6CC/500p/63V1C17独石电容0.47µ/50V5C8、C13、C14、C15、C160.1µ/50V1C4铝电解电容CD/10µ/50V3C2、C3、C12CD/100µ/50V2C10、C11集成电路芯片MC14961µA4712晶体三极管3DG122Q1Q23DA1B1Q3晶体振荡器SRYSTAL1Y1话筒1MK1半可调电阻1K1RP1M1R16半可调电容5-30p1C色码电感100µH2L1L2第七章总结与体会高频电子线路是上学期我们学习的课程中最难的，通过这周的课程设计我更深有体会！原因有很多吧，也许是上个学期的高频没有学好，然后又没有很用心的去思考解决问题，只是一味的做题应付考试而已。一直觉得动手能力不好因此这个课程设计也就变得很棘手了。不过再棘手还是得试试的。毕竟这是一项任务，无论结果怎样都应该尽全力去做。这才是我们现代大学生应该具备的思想。任务下达后，我就忙着去查找搜集相关资料。图书馆，上网采集了一些有用的资料。可能因为心里没底吧，在课程设计的每一天里都会很担心，怕完成不了任务。有时候查阅资料都会有一些心不在焉，效率很低。而且收集的资料很凌乱使人没有头绪，心情糟透了。后来一次次仔细的对资料进行整理归纳后，才突然间点恍然大悟，感觉自己在这方面又认识了很多，感觉又更进了一步。这次毕业设计我们完成了任务，我想对于我还是其他的同学都会有很多体验和收获。对于我而言，我又重新温习了高频电子线路这本书和实验书。以前对书上的知识的记忆，有些纯粹是为了应付期末考试没有深入太多。而现在经过了这次毕业设计之后，让我明白了一些东西，感觉在高频这一块儿充实了很多。我想这对于我们以后肯定是有帮助的，尤其是我们现在正在学习的学科，这一定会帮助很大。我觉得很多同学在这一方面和我一样都很薄弱。老师也有讲过高频是一门很难的学科，关系我们电信专业学科的基础。也会有一些同学在这方面很有天赋。有的时候会很羡慕他们作设计犹如如鱼得水般的顺利。后悔曾经没有好好去学，本来注定自己的节奏就要比别人慢半拍，但总是后知后觉不提早加快脚步，以至现在的差距越来越大。我并没有像其他同学一样感觉到毕业设计会带来多少快乐，我只是感觉每一天都生活在紧张中，不过我并没有讨厌它。遇到问题我们经常会一起讨论，组员会经常一起来研究商讨，我也会经常到他那去研究求索。而且重要的是我得到了很多。毕业设计结束了，并不代表着我们掌握了。我想如果想在设计电路这一块有所作为，单单这些是远远不够的，我们这个课题在电子产品中只是一个原理性电路，所以要看好多书、电