调幅发射与接收课程设计报告完结版

燕山大学信息学院三级项目报告信息学院高频电子线路三级项目调幅发射机与接收机仿真设计负责人：姜升殿组员：李林黄品程刘鹏陈敏左园叶班级：电子信息工程2班指导老师：李英伟日期：2014.11.23燕山大学1摘要随着现代社会的发展，通信已经成为人类社会必不可少的一环。我们常听到的广播，就是在发射机产生调制信号，通过天线向外发射电磁波，再由接收机解调制得到原信号。本项目探究的是调幅波的发射机与接收机的仿真设计。调幅发射机主要包括：主振模块、功率放大器模块、调幅调制模块、音频放大器模块、缓冲隔离模块。调幅接收机主要包括：高频小信号放大器模块、本振电路模块、混频器模块、中频放大器模块、包络检波器模块、低频功率放大器模块。最终可实现的功能是发射机发射6MHz载波的已调波信号；接收机接收处理已调幅6MHz的无线电信号。本项目使用multisim软件进行仿真。关键字：调幅发射机调幅接收机检波器AM调幅与解调前言调频和调幅是目前应用最广泛两种无线电传播方式，其中调幅的发射与接收又尤为重要。过去的条幅发射机与接收机都采用复杂的机械结构而且需要人工操作，使得设备不仅所占空间巨大而且操作起来极为不便。而目前采用的方式工作稳定、灵敏度高、选择性好，同时失真度也比较小。本项目的意义在于通过调幅发射机与接收机的制作，掌握multisim仿真软件的使用，加深对电路理论的理解，掌握通过文献查阅、上网查询等方式获取知识的能力，最终了解无线电信号调幅传播方式的整个过程，并学会将所学知识应用到实际生活中。本项目最终将实现的功能是发射机发射6MHz载波的已调波信号；接收机接受处理已调幅6MHz的无线电信号，最终经过混频、检波和一系列放大还原出源信号。项目组分工发射机组：姜升殿：调制模块制作和总体电路联调、PPT制作、项目报告书写刘鹏：主振模块产生6MHz的高频载波和缓冲级模块的电路仿真设计陈敏：音频放大模块和高频末级功放模块的电路仿真设计接收机组：李林：本地振荡器及混频器模块设计与仿真、书写项目报告、接收机PPT制作黄品程：包络检波器设计与仿真、各模块连接后的仿真与整体调试、相关模块报告书写左园叶：三个放大电路模块设计与仿真、相关模块报告书写燕山大学2研究报告正文一、调幅发射机部分：1.1调幅发射机整体设计思想本部分使用multisim软件进行所有电路设计与仿真。整机电路由本地振荡器、音频放大器、振幅调制电路和功率放大电路组合而成。本地振荡器输出为6MHz载波信号，可通过本地振荡模块调节载波信号幅值；音频放大器输出为调制信号，两者通过振幅调制电路进行模拟相乘得到调制后的信号，即高频信号振幅随调制信号变化而变化，将调制信号由低频段搬移到高频段；然后再经过功率放大器进行功率放大，发射出去，从而达到远距离传输的目的。调幅发射机总体设计框图如图1-1-1所示：主振级缓冲级调幅调制级高频功放级音频放大器话筒图1-1-1调幅发射机总体设计框图1.2主振级模块和缓冲级模块电路设计与仿真本地振荡电路采用的是西勒振荡电路，调整R6可改变静态工作点，调节R5可改变输出波形振幅，调节C4、C3可调整振荡频率。另外，此模块还在振荡电路后面接一级缓冲级，由射极跟随器组成，可减小后级电路对振荡电路的影响。电路图如图1-2-1所示：燕山大学3Q22N2222AR12kΩR25.7kΩR43.8kΩC1100pFC21nFL115µHCe110nFCb110nFC330pFKey=A86%C430pFKey=A50%R66kΩKey=A20%XFC1123R31kΩC50.01µFVCC12VL256µHC60.01µFQ32N930Rb27.9kΩCc115pFRe31kΩKey=A45%Rb410kΩRe410ΩC70.022µFR51kΩKey=A95%XSC1ABExtTrig++__+_图1-2-1本地振荡电路振荡频率错误!未找到引用源。，其中L=L1=15错误!未找到引用源。，C=C3+C4=47pF，计算得，而实际调整电路结果为6.002MHz考虑到忽略参数较多，理论结果存在误差，因此可以此初步确定可变电容值，然后在进行微调即可得到想要结果。主振级加缓冲级输出波形如图1-2-2所示，产生的频率如图1-2-3所示：图1-2-2主振级和缓冲级输出波形燕山大学4图1-2-3主振级和缓冲级产生频率1.3音频放大模块电路设计与仿真音频放大模块采用的是TDA2030音频放大芯片。TDA2030A是一种音频功放电路，该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。本音频放大模块采用的是功放芯片技术手册（详情见网址=8Cgo8aKyRtTvtGjKybhXioh0gUlt3CwlXK2szAuXKsDaJ5JPOnCkPe5hS52daH4_UA_B0mNKyafs6VBOaWj8P8iOqzJNWalBF4KeWPZyMgK）上的双电源供电方式，电路仿真设计如图1-3-1所示，音频测试信号、产生的波形如图1-3-2：U1TDA2030∞U+U-12354C1100µFC20.1UFR122KΩVSS-12VVCC12VD11N4001C31UFR2680ΩC422µFD21N4001R322KΩC5100UFC60.1UFR41ΩC70.1UFXFG1XSC1ABExtTrig++__+_图1-3-1TDA2030音频放大器电路燕山大学5图1-3-2音频测试信号及音频放大器产生的波形1.4调幅调制级电路的设计与仿真振幅调制即用低频信号去控制高频信号，使输出的信号幅值随低频信号变化，实现将低频信号搬移到高频段，达到远距离传输的目的。振幅调制功能采用模拟相乘器实现，MC1496模拟相乘器内部结构如图1-4-1所示，调幅调制级电路如图1-4-2所示，调幅调制级模块产生的波形如图1-4-3所示，调节滑动变阻器R7，可以获得不同调幅度Ma输出信号波形：Q12N2222Q32N2222Q42N2222Q52N2222Q22N2222Q62N2222Q72N2222Q82N2222IO1R1500ΩR2500ΩR3500ΩD11N1200CIO2IO3IO14IO12IO4IO5IO8IO10IO6图1-4-1MC1496模拟乘法器内部电路燕山大学6Q12N2222Q32N2222Q42N2222Q52N2222Q22N2222Q62N2222Q72N2222Q82N2222R1500ΩR2500ΩR3500ΩR41kΩR551ΩC10.1µFC210µFR61kΩR71000ΩKey=A85%R81kΩR951ΩR1051ΩVCC12VGNDXFG1R111kΩC30.1µFGNDC410µFR126.8kΩVEE-8VR131kΩR143.9kΩR153.9kΩC522nFXSC1ABExtTrig++__+_GNDXFG2D11N1202C图1-4-2调幅调制仿真电路图1-4-3调制模块产生波形1.5末级功放模块设计与仿真功率放大电路主要功能是进行能量转换，对前级送来的信号进行功率放大，使负载上获得满足要求的发射功率，为了给末级功放提供足够的功率，如果发射功率不大就很难把同频的载波信号发射出去，将前级送来的信号进行受调放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，则应采用丙类功率放大器；若整机效率要求不高，若整机的工作效率小于50%，波形失真要小时，则可以采用甲类功率放大器。但是本设计要求工作效率不小于50%，故选用丙类功率放大器较好电路图如图1-5-1所示，由于模拟相乘器输出信号幅值较小，因此加一级激励放大电路，本次设计要求发燕山大学7射效率大于50%，所以采用丙类功率放大器。Q112N2102R2610kΩC200.01µFVCC12VL356µHT1C210.01µFC220.01µFL456µHC230.01µFQ122N5551R2710kΩR28500ΩKey=A100%R291kΩQ132N5551R3010kΩR313kΩC250.022µFR3251ΩR33510ΩC260.01µFR3410ΩR35150ΩC270.01µFC28500pFT2XSC3ABExtTrig++__+_C24350pFKey=A85%R363kΩIO1图1-5-1功率放大器模块仿真电路1.6调幅发射机整体电路设计与仿真Q12N2222Q22N2222Q32N2222Q42N2222Q52N2222Q62N2222Q72N2222Q82N2222R1500ΩR2500ΩR3500ΩR41kΩR551ΩC10.1µFC210µFR61kΩR71000ΩKey=A85%R81kΩR951ΩR1051ΩR111kΩC30.1µFC410µFR126.8kΩVEE-8VR131kΩR143.9kΩR153.9kΩC522nFD11N1202CU1TDA2030∞U+U-12354C6100µFC70.1UFR1622KΩVSS-12VD21N4001C81UFR17680ΩC922µFD31N4001R1822KΩC10100UFC110.1UFR191ΩC120.1UFXFG1Q92N930Rb17.9kΩCc115pFRe11kΩKey=A5%Rb210kΩRe210ΩC130.022µFQ102N2222AR202kΩR215.7kΩR223.8kΩC14100pFC151nFL115µHCe110nFCb110nFC1630pFKey=A66%C1730pFKey=A50%R236kΩKey=A20%XFC1123R241kΩR251kΩKey=A25%C180.01µFL256µHC190.01µFQ112N2102R2610kΩC200.01µFVCC12VL356µHT1C210.01µFC220.01µFL456µHC230.01µFQ122N5551R2710kΩR28500ΩKey=A100%R291kΩQ132N5551R3010kΩR313kΩC250.022µFR3251ΩR33510ΩC260.01µFR3410ΩR35150ΩC270.01µFC28500pFT2XSC3ABExtTrig++__+_T3C24350pFKey=A85%R363kΩXSC1ABExtTrig++__+_图1-6-1调幅发射机整机电路图燕山大学8仿真结果如图1-6-2所示，从图中可以看出，仿真波形有失真，不太符合项目设计要求。图1-6-2调幅发射机输出波形1.7模块联调问题与分析本振与缓冲联调时：在输出端应接负载电阻RL，RL应与下一级电路的等效输入阻抗相等。采用multisim的交流分析可以完成模块电路的输入阻抗的测量。方法是在测量加上探针，利用multisim中交流分析表达式mag(V(探针))/mag(I(探针))测量阻抗幅值，表达式ph(V(探针))-ph(I(探针))测量阻抗角度。图1-7-1为测量调制级的输入阻抗，电路的阻抗幅值为51.5980，相位为62.0194。图1-7-1模块阻抗测试燕山大学9本振级、隔离放大级、音频放大级以及调制级联调时，经常会出现过调幅。可能是经发射极跟随器输出的本振电压Ｖ偏小或是话音放大级输出的调制电压V过大。调节使Vo=100mV～150mV，并测量调制器输出波形。调整话音放大级的增益，以满足要求。本振缓冲级与调幅调制级联调时，出现低频调制、输出功率小、波形失真大等现象。我们选择在每一级单元电路的电源上加低、高频去耦合电路，以消除来自电源的串扰。二、调幅接收机部分：2.1调幅接收机整体设计思想本部分使用multisim软件进行所有电路设计与仿真。调幅发射机调幅后的信号（频率6MHz、调制频率1kHz）输入高频小信号放大器，高频小信号放大器主要实现将所需6MHz信号放大和抑制其他干扰信号，然后输出放大后的调幅信号；本振电路用于产生6.465MHz正弦波信号；混频器将高频小信号放大器输出的6MHz信号和本地振