高频电子线路课程设计报告-小功率调幅发射机

提供全套毕业设计，欢迎咨询吉林建筑大学电气与电子信息工程学院高频电子线路课程设计报告设计题目：小功率调幅发射机专业班级：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师：设计时间：2014.12.08－2014.12.19教师评语：成绩评阅教师日期1一、设计题目：小功率调幅发射机的设计二、设计目的、内容及要求：2.1设计目的(1)加深对《高频电子线路》理论知识的进一步理解，进一步巩固理论知识，能够建立起无线发射机的整机概念，学会分析电路、设计电路的步骤和方法，深入地贯穿到实践中。（2）提高同学们自学和独立工作的实际能力，为今后课程的学习和从事相应工作打下坚实基础。2.2设计内容及要求小功率调幅发射机的设计（1）掌握小功率调幅发射机原理；（2）设计出实现调幅功能的电路图；（3）应用multisim软件对所设计电路进行仿真验证。技术指标：载波频率f0=1MHz~10MHz；低频调制信号1KHz正弦信号；调制系数Ma=50％±5％；负载电阻RA=50Ω。三、工作原理：由振荡器产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲级送至振幅调制电路，缓冲级将振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响，放大级将低频信号放大至足够的电压后送到振幅调制电路，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。调幅发射机常用于通信系统与其他无线电系统中，在中短波领域应用极为广泛，由于调幅简便，占用频带窄，设备简单等优点，因此在发射机系统中应用非常广泛。在实际的广播发射系统中，中波调幅的频率范围为535～1605千赫，音频信号中的高音频率应该被限制在4.5千赫以下，发射功率需要达到300W以上才能使空间覆盖面达到比较好的状态，此次设计需要在实验室环境中研究发射机的工作原理与原件选择，因此，根据实验室条件适当降低技术指标，载波频率采用实验室较为常用的6MHz，单音频调制信号选择1KHz，发射机功率初步定为1W。四、总体方案：1、调幅发射机的设计方案发射机的主要任务是利用低频音频信号对高频载波进行调制，将其变为在适合频率上具有一定的带宽，有利于天线发射的电磁波。根据设计要求，载波频率2f0=1MHz~10MHz；低频调制信号1KHz正弦信号。其总体电路结构可分为主振级，缓冲级，放大级，振幅调制电路和音频放大电路。2、调幅发射机的原理框图所谓调幅，就是按照调制信号的变化规律去改变载波的幅度，使输出信号的频谱搬移到高频波段，而输出信号的振幅携带调制信号的相关信息。调幅发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的幅度调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，调幅发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和调制部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器或LC振荡电路，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。调制部分即振幅调制电路，它将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。调幅发射机的原理框图如图1示：图1调幅发射机原理框图3、主振级(1)三点式振荡器：电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。为提高频率稳定度，可采用改进三点式振荡电路，如克拉波振荡电路、西勒振荡电路。主振荡隔离放大被调级低频信号低频功放调制器3(2)晶体振荡器：晶体振荡器频率稳定度高，振荡频率不易受外界因素（温度湿度、电压变化等）影响。频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，它表示在一定时间范围内或一定温度、湿度、电压、电源等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡期的频率稳定度越高。改善振荡器频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准性。提高振荡回路标准性除了采用稳定性好和高Q的贿赂电容电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有氟温度系数的电容，以实现温度补偿作用。因此，RC振荡器不符合要求，可以采用西勒振荡器或者晶体振荡器，由于multisim软件没有10Mhz晶振，为便于进行仿真，所以这次设计采用西勒振荡器。4、低频放大器生活中音频信号的频率范围是300Hz~3400Hz，所以对音频信号的放大一般采用低频放大器即可。低频信号放大器的作用就是放大音频信号，使其达到调制电路输入信号的要求。低频信号放大电路可以用三极管来实现，也可以用集成的运算放大器来实现。本次设计采用LM741的芯片来实现放大功能。5、振幅调制(1)低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统。它的电路形式有多种，如斩波调幅、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且成本很低。(2)高电平调幅电路输出功率大，一般在系统末级直接产生满足发射要求的调幅波。它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。集电极调幅电路的优点是效率高，晶体管获得充分的应用；缺点是需要大功率的调制信号源。基极调幅电路的优缺点正好与之相反，它的平均集电极效率不高，但所需要的调制功率很小，有利于调幅发射系统整机的小型化。6、高频功率放大器高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通过前面的电路以后，进入功率放大级的是已调信号。但由于信号的功率太小，发射出去存在很大衰减，影响信号的传送，所以要进行功率放大。末极放大可以采用高频小信号谐振放大器电路。4高频小信号谐振放大器的主要性能指标有：（1）中心频率0f指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源器件、计算谐振回路元器件参数的依据。（2）增益指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和功率增益。电压增益oivoAVV功率增益pooiAPP式中，oV、iV分别为放大器中心频率上的输出、输入电压；op、ip分别为放大器中心频率上的输出、输入功率。通频带指放大电路增益由最大值下降3dB时所对应的频带宽度，用0.7BW表示。它相当于输入不变时，输出电压由最大值下降到0.707倍或功率下降到一半时对应的频带宽度。五、单元电路设计：1、主振级主振级是调幅发射机的核心部件，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。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考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。本级用来产生4MHz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（或电压），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。为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾，常采用部分接入方式。由前述可知，为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振，当静态工作点确定后，晶体管内部参数fY的值就一定，对于小功率晶体管可以近似认为26fmCQYgImV，反馈系数大小应在0.15～0.5范围内选择。如图2西勒振荡器电路所示1R、2R、4R提供偏置电压使三极管工作在放大区，4C起到滤波作用。输出电路的总电容：5234545233424CCCCCCCCCCCCC振荡频率为：1451122cfLCLCC在此西勒振荡器电路中，由于5C和L并联，，所以5C变化不会影响回路的接入系数，如果使4C固定，可以通过改变5C来改变振荡频率，因此，西勒振荡器可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。图2西勒振荡器6西勒振荡电路仿真如下：图3载波频率图4西勒振荡器的输出波形74、放大级这里选用高频小信号放大器最典型的单元电路如下图5所示，这里由1L、2C构成LC单调谐回路，由LC单调谐回路作为负载构成晶体管调谐放大器。晶体管基极为正偏，工作在甲类状态，负载回路调谐在输入信号频率0f上，能够对输入的高频小信号进行反相放大。由LC调谐回路的作用主要有两个：一是选频滤波，选择放大f=0f工作信号频率，抑制其他频率的信号；二是提供晶体管集电极所需的负载电阻，同时进行匹配交换。设计的推动级采用高频小信号谐振放大器电路。由于推动级还起到隔离缓冲的作用，故它的电路一般用谐振放大器加一级射随器组成。高频小信号谐振放大器的主要性能指标有：（1）中心频率0f指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源器件、计算谐振回路元器件参数的依据。（2）增益指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和功率增益。电压增益oivoAVV功率增益pooiAPP式中，oV、iV分别为放大器中心频率上的输出、输入电压；op、ip分别为（3）通频带指放大电路增益由最大值下降3dB时所对应的频带宽度，用0.7BW表示。它相当于输入不变时，输出电压由最大值下降到0.707倍或功率下降到一半时对应的频带宽度（4）选择性指放大器对通频带之外干扰信号的衰减能力。通常有两种表征方法：1）用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏。矩形系数0.1rK定义为0.10.10.722rKff理想矩形系数应为1，实际矩形系数均大于1。2）用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率nf信号抑制能力的大小，其定义为中心频率上功率增益0pAf与特定干扰频率nf上的功率增益pnAf之比。0ppnAfdAf用分贝表示，则为：010lgppnAfdAf8图5放大级图6音频信号与放大93、音频放大音频放大是将信号放大到调制电路所需要的调制电压，经过放大后的信号送入调制级对高频载波信号进行调制，音频信号源由图中所示电压源代替，采用3554BM对输入的语音信号进行不失真的放大。图7音频放大电路10仿真结果如图9所示图8音频放大级仿真5、AM调制电路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。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。11图9二极管平衡调制电路调制电路仿真调试结果如下图所示：图10音频信号12图11高频载波信号图12调制信号13六、系统设计与仿真分析调幅发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的幅度调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。由振荡器产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲级送至振幅调制电路，缓冲级将振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响，放大级将低频信号放大至足够的电压后送到振幅调制电路，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。将主振级电路、缓冲级电路、放大级电路、AM调制电路以及音频放大电路依次连接就构成了小功率调幅发射机整体电路原理图（见附录2）。小功率调幅发射机由主振级产生一个载波信号，由缓冲级将主振级与调制电路隔离开，以减小调制电路对振荡电路的影响，再有放大级将信号放大，送至调制级，由调制电路进行调制。由于工