高频电子线路课程设计实验报告

1高频电子线路课程设计报告班级姓名指导教师日期2前言：课程设计是电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练，该训练通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成。学生通过动脑、动手解决若干个实际问题，巩固和运用在高频电子线路课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。本文设计了包括选频网络的设计、超外差技术的应用和三点式振荡器在内的基础设计以及振幅调制与解调电路的设计。选频网络应用非常广泛，可以用作放大器的负载，具有阻抗变换、频率选择和滤波的功能；超外差技术是指利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预定的频率的电路，主要指混频电路；三点式振荡器用于产生稳定的高频振荡波，在通信领域应用广泛；振幅调制解调都属于频谱的线性搬移电路，是通信系统及其它电子线路的重要部件。在设计过程中查阅了大量相关资料，对所要设计的内容进行了初步系统的了解，并与老师和同学进行了充分的讨论与交流，最终通过独立思考，完成了对题目的设计。实验过程及报告的完成中存在的不足，希望老师给予纠正。3目录摘要··························4设计内容....................................................................................................5设计要求....................................................................................................5一、基础设计............................................................................................61、选频网络的设计............................................................................62、超外差技术的设计........................................................................93、三点式振荡器的设计...................................................................11二、综合设计：调幅解调电路的设计···········151、调幅电路的设计：·················152、解调电路的设计··················20结束语·························26参考文献：·······················26心得体会..................................................................................................274高频电子线路课程设计摘要本次课程设计主要任务是完成选频网络的设计、超外差技术的应用、三点式振荡器的设计这三个基础设计以及调幅解调电路的综合设计。其中采用LC并联谐振回路实现谐振频率为8.2MHz,通频带为600KHZ的选频网络；对超外差技术原理进行了学习并针对其主要应用收音机进行详细的说明；对三点式振荡器的构造原则和主要类型进行简明扼要地介绍，采用电容串联改进型电容三点式振荡电路完成一定振荡频率的振荡器的设计；充分了解了调幅解调的原理并进行详细说明，在此基础上设计幅度调制和解调电路。应用的主要软件为Protel99SE、Multisim10等。关键字：选频、超外差、三点式振荡器、调幅解调5设计内容：1.基础设计：(1)设计一个选频网络(谐振频率of3MHz+N*0.4MHz,其中N为学号。通频带7.02fBW600KHz)；(2)超外差技术的应用；(3)设计一个三点式振荡器（of）。2.综合设计：调幅解调电路的设计设计要求：1.明确系统的设计任务要求，合理选择设计方案及参数计算；2.利用multisim10进行仿真设计；3.画出电路图、波形图、频率特性图。6一、基础设计：1、选频网络设计：（1）设计要求：设计一个选频网络(谐振频率of3MHz+N*0.4MHz,其中N为学号为13。通频带7.02fBW600KHz)；（2）设计方案：高频振荡回路时高频电路中应用最为广泛的无源网络，也是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件，在电路中完成阻抗变换、信号选择与滤波，相频转换和移相等功能，并可直接作为负载使用。从电路的角度看，它总是有电感L和电容C以串联和并联的形式过程回路。A）串联谐振回路：它是由电感与电容的简单串联形成的回路，它适合于电源内阻为低电阻的情况或者低阻抗的电路，电路如图1.1所示图1.1串联谐振回路B）并联谐振回路：有电感与电容简单并联而成，当频率不是非常高时，并联谐振回路的应用最广。所以本实验采用并联谐振回路设计谐振频率为8.2MHz的选频回路，具体设计如下：a.参数计算：谐振频率：LC1；假定电容C＝100pF由已知参数得，品质因数QL＝8.2MHz÷600KHz=13.67；7电感CL2^1=3.7uH电路图如图1.2所示图1.2并联谐振回路b.回路的频率响应回路的阻抗频率特性如图1.3所示，在谐振频率f0处，电路为纯阻性在f＜f0处，电路呈电感性；在f＞f0处，电路呈电容性。Q越大，谐振时Z0越大，振幅特性曲线越尖锐，在f=f0附近相频特性变化越快，选频性能越好，频率的稳定性越好。由此得阻抗特性和辐角特性如图1.4所示：8图1,4阻抗特性和辐角特性频率为8.2MHz时的multisim10仿真频谱图如图1.5所示：图1.5频率为8.2MHz时的multisim10仿真频谱图输入为15MHz与原8.2MHz的信号进行混频，混频后频谱图如图1.6所示9图1.6混频的频谱图2、超外差技术的应用所谓超外差是指利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预定的频率的电路。其主要特点是对接收信号的选择放大作用主要由频率固定的中频放大器来完成，当信号频率改变时，只要相应地改变本地振荡信号即可。超外差原理如图2.1所示。本地振荡器产生频率为f1的等幅正弦信号，输入信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号,通常f1＞fc。这两个信号在混频器中变频,输出为差频分量,称为中频信号,fi=f1－fc为中频频率。图2.2表示输入为调幅信号的频谱和波形图。输出的中频信号除中心频率由fc变换到fi外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。10图2.2超外差原理的频谱与波形超外差原理的典型应用是超外差式接收机（如图2.3所示）。从天线接收的信号经高频放大器放大，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器变频，得到中频信号，再经中频放大、检波和低频放大，然后混频器本地振荡器中频放大与滤波高频放大信号输出至解调器图2.1超外差式接收机的组成框图11送给用户。接收机的工作频率范围往往很宽，在接收不同频率的输入信号时，可以用改变本地振荡频率f1的方法使混频后的中频fi保持为固定的数值。3、三点式振荡器的设计（1）要求：设计一个的三点式振荡器A)、三点式振荡器构成原则:（射同余异）与发射极相连的电抗元件必须是是同性质的（即同是电容或电感），不与射极相连的另一个电抗与它们的性质相反（即若同性抗为电容，则异性抗为电感；或同性抗为电感，异性抗为电容），简称为“射同余异”。对于场效应管则为“源同余异”。B)、三点式振荡器类型电容反馈振荡器：与射极相连同为电容，不与射极相连是电感（又称考必兹振荡器）。原理图如图3.1所示：高频放大器本地振荡器音频放大解调器中频放大与滤波混频器天线输出图2.3超外差接收机原理框图12图3.1电容反馈振荡器电感反馈振荡器：与射极相连同为电感，不与射极相连是电容（又称哈特莱振荡器）。原理图如图3.2所示：图3.2电感反馈振荡器(2)电路分析：在实验中为了减小晶体管极间的影响可采用改进型电容三点式振荡电路，即在振荡回路电感支路中增加一个电容C6，其值比较小，要求C6C4;C4C5，则谐振回路总电容为：1/C总=1/C4+1/C5+1/C6=1/C6,即C总=C6因此振荡频率为13经过这样的改变后，C4,C5对振荡频率的影响显著减小，与其并联相连的晶体管极间电容影响也减小了。但由于振荡回路介入C6,晶体管最小负载会减小、放大器放大倍数减小、振荡器输入幅度减小，若C6过小，振荡器会因不满足起振条件而停止振荡。因此，在添加C6的时候一定要选择合适的值，不能为了减小极间电容的影响而使振荡器不能振动！(3)原理图及Multisim10软件仿真A）交流电路仿真如下：图3.3交流电路B)按照上述原理，总电路图如下3.4所示：14图3.4电容反馈振荡器总电路图C)仿真结果如下图3.5所示：图3.5总电路仿真结果15由图可知，正弦波的周期350243.24ns,振幅约为4.2V，则振荡频率约为28.6KHz。二、综合设计：调幅解调电路的设计所谓调制，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。解调则是调制的逆过程，是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程。1、调幅电路的设计：调制原理：振幅调制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，严格地说，是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其他参数（频率、相位）不变。这是使高频振荡的振幅再有消息的调制方法。调幅电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上（例如晶体二极管或三极管）经非线性变换成新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分。它保持着高频载波的频率特性，调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。当输入的调制信号有直流分量时，称为AM调制；没有直流分量时，称为双边带调制（DSB调制）。（1）AM调制AM调幅指的是用需要传送的信息（低频调制信号）去控制高频载波的振幅，使其随调制信号线性变化。其原理如图4.1所示，16若设载波为uC(t)=UCcosωCt，调制信号为单频信号，即uΩ(t)=UΩcosΩt,，则普通调幅信号为：uAM(t)=Uc(1+mcosΩt)cosωct，其中m=kaUΩ/Uc为调幅指数（调幅度），ka为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调制灵敏度。普通调幅波的波形和频谱图如图4.2所示：由图可知，频率的中心分量就是载波分量，他与调制信号无关，图4.2AM调幅波形与频谱+*常数uc图4.1AM信号产生原理图17不含消息，而两边分量则以载频为中心对称分布，两个边频幅度相等并与调制信号幅度成正比，边频相对于载频的位置取决于调制信号的频率，这说明调制信号的幅度及频率消息只包含于边频分量中，所以为了减小不必要的功率浪费，可以只发射上下边频，而不发射载波。（2）双边带调制设载波为uC(t)=Ucosωct，单频调制信号为uΩ(t)=UΩcosΩt(Ω〈〈ωc)，则双边带调幅信号为:uDSB(t)=kuΩ(t)uc(t)=kUΩCUcosΩtcosωct=2UcKUm［cos(ωc+Ω)t+cos(ωc-Ω)t］，其中k为比例系数。可见双边带调幅信号中仅包含两个边频,无载频分量,其频带宽度仍为调制信带宽的两倍。图4.3显示了单频调制双边带调幅信号的有关波形与频谱图。需要注意的是,双边带调幅信号不仅其包络已不再反映调制信号波形的变化,而且在调制信号波形过零点处的高频相位有180°的突变。可以看出,在调制信号正半周,cosΩt为正值,双边带调幅信号uDSB(t)与载波信号uc(t)同相；在调制信号负半周,cosΩt为负值,uDSB(t)与uc(t)反相。所以,在正负半周交界处,uDSB(t)有180°相位突变。另外，双边带