调幅发射机

1课题名称：AM调幅发射接收系统第一部分AM调幅发射机的设计摘要AM调幅发射系统的设计采用简单的组合模块化方法来实现。一般调幅发射机是由主振器，缓冲级，高频电压放大器，振幅调制器，高频功率放大器等电路组成。其中高频振荡器产生高频率的等幅正弦波，经过缓冲级的保护与电压放大器耦合连接，其将振荡电压放大以后送到集电极振幅调制器，然后经振幅调制器将所需传送的信息加载到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。而高频功率放大器的任务是要给出发射机所需要的输出功率。这就组成了一个简单的AM调幅发射系统。一设计目的：设计并掌握最基本的小功率调幅发射系统。二设计指标：调幅发射机的主要技术指标：载波频率fo，载波频率的稳定度，输出负载电阻RL，发射功率PL，发射机效率，调幅系数ma，调制频率Fo。工作频率范围：调幅一般适应于中波，短波广播通信，工作频率范围约为535KHZ—1605KHZ。调幅度ma：是调幅信号对高频载波信号振幅的控制程度，一般ma=30%--80%。发射功率PL：指发射机输送到天线上的功率，而只有当天线的长度与发射电磁波的波长相比拟是，天线才能有效地将已调波发射出去。2载波频率：约为10MHZ。载波频率稳定度：表示一定时间范围内和一定的温度下，振荡频率的绝对变化量f和标称频率f0之比。f=要求不低于10-3。总效率：发射系统发射的总功率与其消耗的总功率之比称为发射系统的总效率。三系统框图：AM调幅发射机系统框图四各单元电路设计与说明：1.高频振荡器设计：因课程设计涉及频率要求较低。一般在30MHZ以下，且要求波段范围内频率连续可调，故可采用电容三点式振荡器。因为电容三点式中，反馈是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小，输出中高频谐波小；而电感三点式中，反馈是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的反馈压降较大。故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。高频振荡器如下图所示:0ff3高频振荡器产生的高频信号如下图：4电路组成：本设计采用克拉波振荡器，产生约为1.7MHz的高频信号，由R2来改变集电极电流，控制高频信号的振幅。LC回路构成选频网络。图中：R1、R2、R3、R4构成直流偏置电路；C2、C3、C4和L1为电路的振荡元件。偏置电路采用固定偏压与自偏压相结合的混合反馈偏置电路，小功率振荡器的静态工作点应远离饱和区而靠近截止区。电路分析：振荡器振荡频率由谐振回路的电感和电容决定：振荡器中直流电源VCC可补充由振荡回路所产生的能量损失。维持等幅振荡。电路中C2选取对电路性能影响很大，C2越大越容易起振，但振荡频率的调节范围越小反之C2越小，振荡频率的覆盖范围越大，但也越难以起振。所以，一般在保证起振条件的前提下，尽量减小C2的值。因此可调节图中电感和电容的参数来确定振荡频率的大小。UcQ=（1～0.6）Vcc（集电极对地电压）UEQ=0.2VCC（发射机对地电压）R4=UEQ/ICR1(5～6)R4R2(VCC-UBQ)R1/UBQ电路所取各元件值大小如上图，使集电极电流工作在0.5至2mA之间。电路参数计算：C1=400pFC2=50PFC3=560pFC4=800pFL1=1mH,C总=（C2*C3*C4’）/（C2*C3+C3*C4’+C2*C4’）=1.9e-12FL总=L1=10e-4HC总+*L总=1.9e-15f0=1/(6.28*1.9e-8)=800KHz2缓冲级：作用是将主振级与激励级进行隔离，以减轻后面各级工作状态变化对振荡频率稳定度的影响以及减小振荡波形的失真。其实质是在电路中起其阻抗变换作用。缓冲级电路图如下图所示：5输出波形：电路分析：观察输出波形与输入，知输出器的电压增益是小于1的，但一般情况下都有h(1+hfe)Re,所以其电压增益又是接近1的。此外，Af为正值，说明输出电压与输入电压相位相同。这意味着射级输出电压与输入电压幅度接近，相位相同，即输出紧跟输入而变化。分析知，尽管射级输出器的电压的电压增益略小于1，但射级电流Ie比基级电流Ib大（1+hfe）倍，所以仍有一定的电流放大能力和功率放大作用。63高频电压放大器：任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可选用高频调谐放大器。因本设计采用集电极调幅，可使用一至二级高频电压放大器来满足集电极调幅的大信号输入。采用的高频放大器是双调谐回路谐振放大器。电路说明：电路为晶体管高频小信号调谐放大器。在高频情况下，晶体管本身的极间电容，连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻R5，R6及R10决定。晶体管在高频情况下，分布参数除了与静态工作电流IE，电流放大系数β有关外，还与工作频率ω有关。单调谐回路谐振放大器如图所示：等效电路如图所示：P1为晶体管的集电极接入系数，P2为负载的接入系数。Lg为调谐放大器输出负载的电导，LLRg/1。（通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则Lg将是下一级晶体管的输入导纳。）并联谐振回路的总电导g和总电容C的表达式为gie22Cie22og为LC谐振回路本身的损耗电导，Coe为晶体管的输出电容；Cie2L为下级放大器的输入电容。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/g0，并联谐振电抗为无限大。主要性能指标及计算：7谐振频率：式中，L为调谐回路电感线圈的电感量，C为调谐回路的总电容。谐振电压增益0uA：定义为放大器谐振时输出与输入电压之比0uAgL为gie通频带bWf：LbWQfff/20707.0式中，LQ为谐振回路的有载品质因数。放大器的谐振电压放大倍数0uA与通频带bWf的关系：CyfAfebWuo2||要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用fey较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量C。高频电压放大器如下图所示：LCf2100foLoefefeiouggPgPyPPgyPPUUA22122121.0||||||||LHbwfff8放大器输出波形如下图：电路分析：放大的核心元件为晶体三极管，在高频情况下，应考虑到级间的电容效应，所以放大时，不仅要有直流偏置，还要有调谐回路（主要是LC等电抗元件组成的并联谐振回路）。谐振放大器的调试：首先应调整所需的直流工作点。因本次设计只用了一级放大器进行放大。测试其直流工作点时只要用示波器观察放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果有自激振荡，应设法排除它。否则，所测数据是不准确的。4振幅调制器（集电极调幅）：任务是将调制信号加载到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。集电极调幅电路如下图所示：9调制波形与高频信号波形比较：电路分析：集电极调幅就是用调制信号去控制晶体管的集电极直流电源电压，以实现调幅。实际上，它是一个集电极电源受调信号控制的谐振功率放大器，属高电平调幅，调幅管处于丙类工作状态。调幅器主要由非线性器件和选择性电路构成。非线性器件实现频率变换，产生边带和谐波分量（晶体三极管）；选择性回路用来选出所需的频率分量并滤掉其他部分（谐振回路）。低频调制信号UΩ（t）与丙类功率放大器的直流电源V1相串联，因此放大器的有效集电10极电源电压Vcc等于两个电压之和，它随调制信号变化而变化。因高频功率放大器在过压状态，集电极电源的基波分量随集电极电源电压成正比变化，所以，集电极输出高频电压振幅随调制信号的波形而变化，可得到调幅波输出。电容器C1是高频旁路电容，它的作用是避免高频信号通过低频信号源以及Vct电源。因此它对高频呈现很低的阻抗，但必须对调制信号频率呈现很大的阻抗，以免将调制信号旁路。集电极调幅电路工作于过压状态。设输入载波信号Ub（t）=Ubmsinωct调制信号UΩ（t）=UΩmsinΩtVcc=V1(1+macosΩt)式中调制系数ma=UΩm/V1电路计算：普通调幅(全载波调制)调幅时，载波的频率和相位不变，而振幅将随调制信号线性变化。若载波信号为tUtuccmccos)(，调制信号为)(tu。则普通调幅波的振幅为：)()(tukUtUacmcm式中，ak是一个与调幅电路有关的比例常数。)(tUcm称为包络函数，它反映了)(tu的变化规律。因此，调幅波的数学表达式为ttukUttUtucacmccmAMcos)]([cos)()(5高频功率放大器：高频功率放大器是调幅发射系统的末级，它的任务是要给出发射系统所需要的输出功率。高频功率放大器电路如下图所示：11高频功率放大器输出波形如下图所示：电路组成：功放电路由两只三极管Q4，Q6并联组成，1.6MHz的高频信号经其放大后由Q4，Q6的公共集电极输出，经由C14电容耦合至天线发射。五电路的统调：统调：电路调试应先分别调整各级静态工作点，然后从前级向后级逐级调整出输出信号。由于将最后一级接上后，其输入阻抗不可能就等于假负载的阻值，因而接入电路后，会改变前级的反射阻抗，使其回路失谐，影响工作波形和输出，所以必须进行统调。重新改变抽头位置，逐次对各级进行调整，且改变级间耦合电容，反复调试，达到要求为止。在调试过程中，会出现输出功能功率不够，输出波形不纯，有谐波分量等问题，需细心调试。12六AM信号的分析：设输入载波信号Ub（t）=Ubmsinωct调制信号UΩ（t）=UΩmsinΩt已调信号Vcc=V1(1+macosΩt)式中调制系数ma=UΩm/V1可知经过调制后的已调幅波也是高频振荡信号，其频率与载波信号相同，只是振幅（即包络线）是按照调制信号的规率变化的，这说明调幅信号实质上就是一种利用幅度携带调制信号（即传输信息）的高频振荡信号。本设计中输入载波信号约为800KHz正弦波，调制信号为1KHz正弦波，经过调试分析知，ma的数值表明了包络起伏的程度：计算得ma=0.2V/1V=0.2Vcc=V1(1+macosΩt)=1+0.2cos0.00628t调幅信号V=Ubm（1+macosΩt）cosωct=（1+0.2cos0.00628t）cos7.85e-6t公式：ma=0.5（Umax-Umin）/Ucm当ma=0时，已调幅波为等幅波，即未携带信息，故未调制；ma值越大，调制越深；ma=1时，包络起伏高度等于Ucm。当ma1时，称为过调幅，检波解调时，将出现严重失真。13七设计总电路图：14第二部分超外差式调幅接收机的设计摘要超外差式调幅接收机的解调就是把信号发生器产生的调幅信号送入变频器，本振信号（等幅高频信号）与接收到的高频信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接收信号调制规律相同的固定中频调幅信号。该中频调幅信号再经中频放大器将电压放大，以通过二极管峰值包络检波器，滤除剩余中频分量，把原信号解调出来，最终实现检波输出。该电路主要由混频器，本地振荡器，中频放大器，包络检波器组成。电路采用晶体三极管，二极管等设计实现，中频放大器是提高电压增益的作用，包络检波器作用是把调制信号从调幅信号中取出。一设计目的：设计并掌握简单超外差式调幅接收机系统。二设计原理：简单的超外差式调幅接收机的解调就是把由信号发生器产生的调幅信号送到混频器与本地振荡所产生的等幅高频信号进行混频，通过变频级把外来的调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率465KHz（中频）。即在其输出端得到波形包络形状与输入高频信号的波形完全相同，但频率由原来高频变化为中频的调幅信号，然后再经过中频放大送到二极管峰值包络检波器，检出原调制信号。三设计指标：1.本地振荡器产生输出信号频率为1000KHz，幅值为1V的正弦波。152.调幅波信号由信号发生器产生，输出信号载波为535KHz的正弦波，调幅度为1V，调幅信号为1V的正弦波。3.设计混频器能够很好的输出465KHz的中频信号，且不失真。4.包络检波部分采用二极管包络检波器检波。四超外差式调幅接收机的优点：1.容易得到足够大而且比较稳定的