小功率调幅发射实验

实验八.小功率调幅制高频发射机/接收机的设计与实验通信电子线路紧紧围绕发射机及接收机的内容展开，在单元电路学习及实验的基础上，本节及下节的内容以同学们自行设计为主（亦可在实验箱上进行连调），让同学们从系统的层次更好把握相关的概念，提高动手能力。实验任务与要求实验目的利用所学电子线路知识，进行综合性设计性实验，以巩固所学理论。对晶体管小功率发射机建立起总体概念。学会对发射机整机的调整测试。通过设计电路、整机装配和调试提高学生独立分析问题和解决问题的能力。实验仪器高频信号发生器QF1055A一台;超高频毫伏表DA22A一台;频率特性测试仪BT－3C一台;直流稳压电源HY1711－2一台;数字示波器TDS210一台.器材：MC1496，TA7641，CXA1600，LC7218，高频大功率管3DA1等。实验任务与要求1.实验前，应先对各级电路进行计算机仿真分析。2.基本命题（实验电路参见前几节内容）本次实验主要技术指标：发射机指标：•发射机工作频率f0=10000kHz•发射功率P0≥100mW•发射效率η≥50%•调幅度m≥30％•谐波发射r≤40dB接收机指标:•载波频率：fC=10000KHz•输出功率：P0＝0.25W•负载用8Ω扬声器•灵敏度优于1mVa.给出主振级元件设计计算过程、结果，并进行仿真分析；b.依实验说明及思路提示，调整各级电路频率及幅度要求；c.依实验说明及思路提示，连调发射机使其达到所需功率，并实现调幅观察输出；d.将发射机和接收机联调，测试发射效果。3.扩展命题自行设计一调幅发射机a.设计要求工作频率:f0＝6.5MHZ发射功率:P2≥100mW发射效率:η≥50％调幅系数:m≥30％谐波发射:γ≤40dBb.实现方式•分立元件实现主振级设计计算并仿真推动级设计计算并仿真功放级设计计算并仿真集电极电平调幅仿真分析•可采用集成模拟乘法器或XCC器件实现低电平调幅主振级设计计算用乘法器实现调幅并仿真激励级的设计计算功放级设计计算设计一个双边带发射机指标要求：•工作频率：f0＝6.5MHZ•发射功率：P0≥100mW•实现方式：a.振荡器设计计算b.用模拟乘法器实现DSB并仿真c.设计一高频功放测量发射机的工作频率应在哪一级进行？为了使发射机工作频率稳定应采取什么措施？发射机功率不够大采取什么措施？激励信号不能过大或过小，为什么？振荡级后加射随器后，往往幅度会变小或波形失真，什么原因如何解决？功放电路对前级主振级的影响，应采取什么方法减小？整理所测数据及波形并分析讨论实验结果，写出规范的实验报告并谈谈心得体会。实验说明及思路提示发射机的组成一台小型的晶体管发射机，通常由下面几部分组成：主振级、调制级、推动级及功率放大器等。由功放级输出的高频已调信号经天线以电磁波的形式向空间发射。发射机的基本组成框图表示如下。主振级是发射机的核心部件，主要用来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。该级电路通常采用LC谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。图1.调幅发射机组成框图如下：调制级主要任务是产生调制信号。可以是单独一级，也可以与功放级或堆动级共同完成。一般在功放级实现调制较多。本实验建议在功放级实现。调制器主要是提供音频调制信号。通常采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调级去完成调幅功能。推动级，它通常是在振荡器后面，一方面起隔离缓冲作用，同时还要把高频信号加以放大推动功放末级工作。因此该级还需有一定的功率输出。它的电路一般用谐振放大器加一级射随器组成。功放末级：该级是发射机的重要组成部分，它的作用是以较高的效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，否则谐波发射严重，影响发射效果。2.接收机的组成分析普通调幅接收机一般有直接放大式和超外差式两种形式。因灵敏度、噪声等的关系，现代接收机都用超外差式。典型的如收音机，电视接收机及手机等，其基本组成框图如图2。输入回路、高频放大、混频、本机振荡就是平常我们所讲的接收头，如高频头，其作用是将接收的射频调制信号转换成中频输出。检波器完成对中频调幅波的解调作用，简易分立元件接收机多用二级管包络检波器，集成电路多用同步检波。电子技术发展迅速，接收机也从手动机械调谐图2.调幅接收机组成框图如下：过渡到手动电调谐，操作变得容易方便。此类题目也多次在全国大学生电子竞赛中出现。其原理基于锁相频率合成技术，即通过改变反馈环路的分频系数的数值来改变本振频率从而接收相应频率的过程。如调幅收音机，本振频率就是以9KHz（我国两个相邻电台的最小频率间隔）的步长增加或减少，则接收频率也以这一间隔递增或递减。发射机功率发射功率一般指发射机输送到天线上的功率。若接收机的灵敏度为2µv，则通信距离与发射功率的关系为:｛S｝km＝1.07×({PA}mw)1/4例如若发射功率为100mw，则其发射距离S为3.38km。实施方法及各部分电路要求说明1.发射机部分(1).实施方法在完成整个发射机组成时其中部分电路必须自己设计计算，有的电路可利用现成的实验装置只需调试达到技术指标即可，各部分电路级联后级间匹配、耦合方式要注意考虑，通过单元电路调试，整机联调最后按指标要求进行测试，在性能指标性能达到要求的情况下进行发射、接收，验收发射效果。a.具体电路要求及完成形式：•主振级该级电路要求学生自己设计计算组装调试，全部指标达到要求。电路设计方法见实验二介绍。电路组装调试合格后，将输出信号由发射极经耦合电容送到推动级去将信号加以放大。•推动级该级电路用已装好的电路实验板。这是一个小信号谐振放大器的实验电路，连接本电路时一定先调整好该级正常工作，该级应谐振在信号频率上。输出电压在100Ω负载上必须达到0.7伏以上，以保证推动功放级工作。输出不够0.7伏时，应从以下几个方面考虑：a.谐振回路中可调元件不合适要重新调整；b.输出匹配不好。耦合线圈匝数比不合适，为此可以适当改变一下；c.工作点不是最佳，其次回路Q值过低或晶体管ß值过小等。经过反复调整，使100Ω负载上达到0.7伏以上的电压时均可连接功放级电路。•功放级电路该级电路也用已装好的电路实验板。该实验功放电路是属于丙类谐振功率放大器电路，它具有高效率大功率的特点。具体电路见高频功放实验介绍，该电路提供多个抽头供选择最佳匹配状态使功率输出最大。连调功放级以前先把高频信号源的信号送到功放输入端使输出信号功率最大，表示功放级工作正常、信号源的频率也取得与振荡器的频率一致。功放的调谐调整方法均参照本实验有关介绍即可。当推动级的输出直接连到功放级输入端进行联调时，基本调试方法也同前面所述。关键是看功放是否工作正常，输出功率是否达到要求。功放工作不正常时可能会出现严重自激。功放自激时集电极电流突然增大，增至上百毫安以上。（正常工作时集电极电流在40～50毫安以下）这时功放管发热严重，时间长就要烧坏。因而必须时刻注意防止功放自激。自激的原因是多方面的，例如分布参数大、布线不合理、电感线圈绕的不规则，晶体管性能不佳、信号过大波形失真、输入电路匹配不佳，没有完全调谐等都会造成自激。为了消除或防止自激，一般电路调整时先将电源降低到正常工作的1/3或1/2使用，信号应调到较小的数值。时刻调谐。注意选择匹配状态。为了消除自激现象在功放基极电路和集电极电路串小电阻，待电路正常后慢慢的升大电压和信号电压。总之要尽一切可能消除自激。功放最终调整到等效负载75Ω上得到一定的电压值为止。•调幅信号的实现在功放调整好以后，就要进行调幅。调幅一般都在功放级实现，可以采用基极调幅、发射极调幅，也可以利用集电极调幅，这在本实验中已介绍。我们这里采用集电极调幅，通过音频变压器把音频调制信号加到集电极回路中去，用音频信号控制集电极电源大小完成调幅功能，改变音频信号大小得到尽可能大的调幅度m，并测出实际的调幅度大小。待调幅度达到指标要求后，进行整机发射工作。•整机发射与接收在前面联调的基础上，首先测量发射机工作频率，输出功率，在满足要求的情况下，进行实际的发射实验与接收，同时测试效果。方法是：用一根2米左右的多股长导线作为发射天线代替发射机假天线（负载电阻）。改变调制信号的频率即音频调制频率用接收机接收发射信号。观察收听效果。改变音频信号频率值使之从低到高变化时，接收到的信号声音应从粗向尖细变化。并可听到音质的好坏。当声音很小且不干净时说明发射机功率较低，谐波分量大发射质量不高。若接收机收到音频声音大且声音干净说明发射质量高。•在硬件电路设计好后，最好进行单元电路的仿真分析。2.接收机部分实施步骤(1).根据实验室提供器材（单片集成调幅接收芯片TA7641及CXA1600P/M等），合理设计电路（请参考相关资料），若采用电调谐方式，建议2～3人同组。(2).制作印制板(3).装配及调试调试时主要测试以下指标：•在保证输出功率要求和输出信号不失真条件下的输入信号幅度,即灵敏度的测试。•输入信号幅度一定，测试频率在一频点附近变化时中频输出幅度的变化情况,即选择性测试。