小功率调幅发射系统的设计与安装及MULTISIM软件仿真

1、摘 要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得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。本课设结合multisim软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试方法进行研究。multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。使用multisim等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。本课题的设计目的是要求掌握最基本的小

2、功率调幅发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用multisim软件仿真设计了一个小功率调幅发射机。目 录摘 要- 2 -第一章 设计目的、任务和要求- 1 -1.1设计目的与任务：- 1 -1.2设计内容与要求- 1 -第二章 总体方案介绍及工作原理说明- 2 -2.1小功率调幅发射机的系统设计- 2 -2.2工作原理及说明- 2 -第三章 各部分的具体设计及分析- 3 -3.1主振级- 3 -3.2缓冲级- 4 -3.3放大级- 4 -3.4 am调制电路- 5 -3.5 音频放大- 6 -第四章 电路仿真与分析- 7 -4.1参数选择- 7 -4.2 仿真结果,- 9 -4.

3、3 仿真调试- 12 -参考文献- 13 -致 谢- 14 -附录- 15 -第一章 设计目的、任务和要求1.1设计目的与任务：学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在通信电子线路中所学的理论知识和实验技能，掌握通信电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1.2设计内容与要求1.2.1 设计内容1.小功率调幅发射系统设计一个小功率调幅发射系统。要求为 6mhz 的中心频率，频稳度 ，输出调幅波功率 p0max 200mw，调制系数 50 %，包络不失真。1.2.2 设计要求1、选择提供课题，也可以自拟课题；2、打

4、印通信电子线路课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过程；3、根据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路板图；4、设计时间：一周；5、制作pcb板；6、人员分组：一人一组一实物，选择同一课题的电路不能相同。第二章 总体方案介绍及工作原理说明2.1小功率调幅发射机的系统设计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，载波频

5、率f=10mhz ，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：图2-1 小功率调幅发射机的系统设计框图2.2工作原理及说明图2-1中，各组成部分的的作用如下：振荡级：产生频率为6mhz的载波信号。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。第三章 各部分的具体设计及分析3.1主振级主振级是调幅发射机的核心

6、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。高频电子线路所讨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受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路型式。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克拉泼振荡器、西勒振荡器。本级是用来产生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，其输出波形失真较小。为此，这里我采用西勒振荡电路，可以满足要求，电路图如图3-1所

7、示。如图西勒振荡器电路所示r1r2r3提供偏置电压使三极管工作在放大区。 图3-1 主振级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，采用缓冲级。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r8来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小c6，即减小主振级与缓冲级的耦合来实现，同时负载r9也会对缓冲的输出波形也有很大影响。电路图如图3-2所示。 图3-2 缓冲级3.3放大级无线通信中信号传输的距离决定于发射机的功率，因此发射机的功率要求尽可能的大，整体效率要尽可能地高，主要决定于末级功放的效率，故放大级一般采用丙类或丁类放大器。故电路图如图

8、3-3所示。图3-3 放大级3.4 am调制电路 am调制电路是为了实现调幅，输出网路功放级工作在丙类工作状态，故输出波形不可避免产生了失真，为了滤除谐波，输出网络应有滤波性能。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；载波电话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

9、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。本课程设计采用二极管平衡电路进行调幅，二极管平衡电路也是最简单的调制电路并且本设计对输出功率要求不高。音频信号和载波信号分别通过变压器t1、t3输入到调制电路，然后经二极管进行调制，最后经lc谐振回路输出调制结果。电路图如图3-4所示。 图3-4 am调制电路3.5 音频放大本课程设计中，音频信号用如图3-5所示的电压源代替，采用3354bm运算放大器进行功率放大。 图3-5 音频放大电路第四章 电路仿真与分析4.1参数选择4.1.1 振荡级的计算已知条件：vcc=12v，fo=6mhz，选择的晶体管型号是3dg12b（仿真是实选与其相近

10、的d42c12），其放大倍数=50，icq=3ma，vceq=6v,veq=0.2vcc.依据电路计算：r3= (vceq- veq)/ icq=(12-6-0.212)v/3ma=1.2k, r4=veq/icq=0.212v/3ma=800.ibq=icq/=3ma/50=0.06 ma, r1=vbq/10ibq=(veq+0.7)v/100.06ma=5.1k,r2=vcc-vbq/10ibq=(12-3.1)v/0.6ma=15k,因为 4.1且 4.2c5为旁路电容，取c5=33 nf ,又不能太小，rp变大，振幅增大，波形受限，会增加输出波形的高次谐波，太大，又不能完全补偿振荡电

11、路损耗，而停振，故取=2。c1=300 pf ,c2=620 pf。故有 = 4.3取l1=8h, c2=50 pf ，则可变电容应取20-360 pf 。4.1.2 缓冲级的计算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r8来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小c6，即减小主振级与缓冲级的耦合来实现，同时负载r9也会对缓冲的输出波形也有很大影响。由于射级输出器具有输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数近似等于1，晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，取vceq =vcc/2, icq =(3-10ma)，则取vceq =6v, icq =4

12、ma, 选晶体管d42c12，=60所以有r7+r8=vceq/icq=6v/5ma=1.5k，取r7=1k 电阻，r8=1k 电位器。r5=vbq/10ibq=(veq+0.7)v/100.06ma=10k,r6=vcc-vbq/10ibq=(12-3.1)v/0.6ma=7.9k，取r6=r5=10k4.1.3 放大级电路的计算已知条件：=12v，fo=6mhz，输出调幅波功率0.2w，=，=0.089w选晶体管3dg12（仿真是选用mjw16012），,，为了获得较高的输出效率，选丙类功率放大器在载波点于临界状态，=，可知：谐振回路最佳负载电阻为：=743 , 得集电极基波电流振幅为：=

13、15.48ma，得集电极电流脉冲最大值及其支流分量为：=38.696ma, =0.2138.696=8.126ma，得电源供给的直流功率为：= =0.008126=97.5mw，得集电极耗散功率为：=-=0.828-0.714=8mw，设放大级增益=13db（20倍），输入功率为：=4.45mw,得放大级的输入阻抗=25得本级输入电压的振幅 计算谐振回路及耦合回路的参数，输出变压器线圈匝数比为：（设负载），取=2， =5.若取集电极并联谐振回路的电容c=60pf，得回路电感为： l=12h， 取=0.01f，=47h，=0.01f, =0.01f, =0.01f, =2.2hc=+=60pf,

14、取=30 pf，= 30-360pf。4.1.4 am调制电路的计算滤波回路的计算有 4.4故 lc= 所以取c1=30-360pf，l1=10-30h.4.1.5 音频级电路的计算本级电路计算参照谢自美. 电子线路设计实验测试(第三版)第5.7节设计举例。4.2 仿真结果,仿真图如图4-1所示 图4-1仿真图如图4-2所示图4-2仿真图如图4-3所示图4-3仿真图如图4-4所示图4-4仿真图如图4-5所示图4-54.3 仿真调试从主振级出发，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，调试的后最终没有得到调幅波，可能是由于音频信号干扰太，并且在仿真软件中所用的元件与计算

15、所要求的不满足，只是接近，变压器匝数也不可变。整机调试故障分析：主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，使主振级负载加重。这可通过增大缓冲级的射极电阻r8来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小c6，即减小主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偏小或者是话音放大级输出的调制电压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。要耐心的调试，参考文献1 曹才开. 高频电子线路原理与实践. 湖南：中南大学出版社，201

16、02 康光华. 电子技术基础模拟部分(第五版). 北京：高等教育出版社，20063 谢自美. 电子线路设计实验测试(第三版). 武汉：华中科技大学出版社，2000致 谢 整个设计通过了软件和理论上的验证。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。高频电路课程设计是一个具有挑战性的功课，光选题我就花费了很多时间，学习使用multisim这个新软件，接下来查资料，计算，设计，分析，和同学讨论，在电脑上用软件仿真，这俩个星期，紧张而又充实。这次课程设计是对我所学知识的全面检验。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面