电子线路课程设计-小功率调幅发射机

...参考学习电子线路课程设计总结报告学生姓名：学号：专业：电子信息工程班级：电子111报告成绩：评阅时间：教师签字：...参考学习河北工业大学信息学院2014年2月24日~2014年3月7日课课题题名名称称：：小小功功率率调调幅幅发发射射机机的的设设计计内容摘要：本次课程设计实现小功率发射机的理论设计，本文介绍了设计的理论和步骤。根据设计指标、要求和可行性，选择适合设计方案，并对设计方案进行必要的论证。设计具体包括以下几个步骤：一般性理论设计、具体电路的选择、根据指标选定合适器件并计算详细的器件参数、用multisim进行设计的仿真、根据仿真结果检验设计指标并进行调整。小功率调幅发射级主要包括四个单元电路：载波发生电路、低频调制信号发生器、调制电路、高频放大电路。先完成各单元电路设计及仿真，然后将各单元连接进行调试仿真完成设计指标的要求。最后对整个设计出现的问题，和心得体会进行总结。关键字：调幅发射机、理论设计、multisim仿真一、设计内容及要求1.确定小功率调幅发射机的设计方案，根据设计指标对既定方案进行理论设计分析，并给出各单元电路的理论设计方法和实用电路设计细节，其中包括元器件的具体选择、参数调整。2.利用multisim仿真软件，对设计电路进行仿真和分析，依据设计指标对电路参数进行调整直至满足设计要求。3.小功率调幅发射机设计的技术指标：载波频率010fMHz,输出功率0200PmW，负载阻抗50AR，输出信号带宽9WBKHz，单音调幅系数0.8am，平均调幅系数0.3am，发射效率50%。二、方案选择及系统框图1.设计方案概述和系统框图：发射机的主要作用是完成有用的低频信号对高频信号的调制，并通过天线向外辐射携带有有用信号、具有一定带宽和满足功率要求的已调信号。调幅发射机主要包括三个部分:载波发生器（主振级）、音频部分和调制电路。此外本系统依然用到了射随器（缓冲级）以满足隔离条件，用放大器以满足载波电压和末级发射功率的要求。对于实现相同功能的单元电路，实现方法不唯一：载波发生器可以利用克拉泼电路、西勒电路、晶体振荡电路等；音频部分可以使用集成运放电路、三极管低频放大电路；AM调制部分可以使用高电平调制（三极管集电极调幅电路等）、低电平调制（乘法器）两种不同方法。无论各单元电路使用何种方法，小功率调幅发射机的系统框图大同小异，如下图所示：...参考学习小功率调幅发射机主要有四部分组成:载波发生器（振荡器）、音频信号、调制电路（乘法器）和高频功放电路。乘法器用MC1496以实现低电平调制，因为其输出功率较小，在发射之前需要功率放大，为防止放大级对之前的电路造成影响，乘法器输出的普通调幅波先经过缓冲级。2.各单元电路具体方案选择：a)振荡器：振荡器就是高频载波发生器，本次课程设计选用的载波频率为10MHz。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。这是因为电容三点式振荡器中，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；改进型电容三点式（Clapp）电路具有更高的频稳性，这是因为电容三点式的不稳定性主要来自三极管极间电容影响，增大1C和2C同时减小3C可同时满足振荡频率和频稳度的要求；使用晶体振荡器有更高的频率稳定性。考虑到multisim仿真的可行性，故振荡器选择Clapp电路。b)射随器：其作用是避免高频放大电路对振荡电路的振荡频率和频稳性造成影响，采用射随器。b)高频放大：获得较高的载波电压以满足振幅调制的要求，采用甲类高频放大电路。c)振幅调制：该单元实现将音频信号加载到载波上以调幅波形式发送出去，有高电平调制和低电平调制两种方法。高电平调制优点的是可以不必使用效率较低的线性功率放大器，可提高整机效率，另外其输出功率足够大有时可直接向外发送，缺点是调制线性度差；低电平调制的优点是调制线性好，缺点是输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。此次涉及对调制线性度要求不高，为使电路简化，选择高电平调制——集电极调幅电路。d)功率放大电路：为获得较大的发射功率和效率，末级功放采用丙类谐振功放，又为使丙类功放获得较大的激励功率，在丙类功放之前加宽带放大器。因此高频放大电路由宽带放大器和丙类谐振功放两级电路组成。三、单元电路设计、参数计算和器件选择1.振荡器设计器设计：本单元采用改进型电容三点式——克拉泼电路，以产生Vcc=12V，fo=6MHz的高频载波，设振荡器器射随器器调制信号高频功放振幅调制高频放大...参考学习VCC12VQ22SC2786R147kΩR630kΩR730kΩR830kΩKey=A100%C65pFXSC4ABExtTrig++__+_计电路图，如下所示：首先要设置静态工作点，依据2SC2786的参数设置各直流电阻的参数如图所示，设计要求满足振荡器的起振条件和平衡条件。取C3=120pF，C4=470pF，相当于在基极和发射极之间并接大电容，其作用是减轻温度变化引起发射结电容'bCe变化造成对振荡频率稳定性的影响。电容电感参数计算：1C=5111345CCCC，012fLC，取C5=23pF，则L1=2721201112uH(2)(210)2310HfC取C1=C2=0.01uH，为高频旁路电容，C13为高频耦合电容，具有隔直流同时将振荡器的输出电压作为输入信号加到下一级电路。仿真输出电压幅值Vp-p=3V，输出频率010.008fM，满足设计要求。仿真波形如图所示：图1.3振荡器输出波形1图振荡器输出信号频率2.射随器的设计：缓冲级接成射随器，以满足隔离条件。高频交流通路为共集极组态，因为其交流输入阻抗i11R=//(1)BBERRR很大,输出阻抗oR=re很小，从而起到缓冲作用已达到隔离效果，避免后级放大电路对振荡器的振荡频率造成影响，影响振荡器频率和稳定性。R22kΩR347kΩR46.8kΩR53kΩVCC12VC10.01µFC20.01µFC3120pFC4470pFC523pFL112µHXSC1ABExtTrig++__+_Q12SC2786XFC1123C135pFv-out...参考学习图射随器原理图首先设置静态工作点：取E1=3CCVV，0.25CQImA，解得0.7V=4.6VBEVV、16ERk，为了便于调节本级的输出电压，采用30kΩ固定电阻并接30kΩ滑动变阻器。考虑到β值，且BV由1R和6R分压得到，取1647,30RkRk。由仿真结果可得幅值Vp-p=2V，010.09fM，幅值比输入略有降低但满足要求。图射随器输出波形图图射随器输出载波的频率3.高频放大器的设计：次级为高频放大电路，以便获得较高的电压满足下一级集电极高电平调制的条件，三极管工作在放大状态，设置静态工作点与上一个单元电路类似，放大电路的放大电压在由集电极耦合输出。下一级的输入电压作为本级电路的负载。变压器采用1:1的高频变压器；C7为高频耦合电容为10pF；C8为高频旁路电容，取0.01uF；R12为发射级链接的51Ω小电阻，以避免发生寄生振荡；图高频功率放大器通过调节前一级射级跟随器滑动变阻器的分压值，最终通过高频放大器输出的载波的幅值有所不同，下图中左为最大值Vp-p=10V，右图为较小值为0.8V，调节滑动变阻器得到输出电压在0.8V~10V之VCC12VQ32SC2786R910kΩR1010kΩT11sq.m1mR11390ΩR1251ΩC710pFC80.01µFC90.01µFR1310Ω...参考学习间变化的电压，可以满足下一级集电极调幅电压的要求。放大级输出电压：图幅值最大值Vp-p=10V图幅值较小值Vp-p=0.8V4.调幅电路的设计：C10150pFC1111pFR155kΩR165.0kΩR172kΩV27Vrms4.5kHz0°V315VC1220pFT21sq.m1mQ42N2222AR1450ΩXSC2ABExtTrig++__+_XBP1INOUT图集电极调幅电路采用集电极高电平调幅，三极管工作在丙类状态过压状态。基极偏置采用自给偏压，由R16，R18和C10组成，各参数如图所示以保证其工作在丙类状态。调制低频信号由信号源直接加入取7V4.5kMVHz，F。输出采用谐振回路，因集电极电流为余弦尖脉冲，为得到不失真的波形，集电极负载采用LC并联谐振回路，滤出所需频率得到不失真的波形，滤波网络的中心频率为调幅波载波频率010fM。谐振回路电感采用变压器，变压器的初级回路电感量和电容C11谐振，电容值和变压器的初级线圈的电感满足：012fLC。取C11=11pF，则变压器的初级线圈电感量L=23uH。对调幅电路进行波特图的测试，以验证集电极谐振回路的频率特性，由波特图看到谐振回路的中心频率为10M，则该谐振滤波网络满足要求。...参考学习图集电极调幅电路的波特图负载上输出的调幅波的波形：图集电极调幅波输出四、整体电路设计及工作原理R22kΩR347kΩR46.8kΩR53kΩVCC12VVCC12VVCC12VC10.01µFC20.01µFC3120pFC4470pFC523pFL112µHXSC1ABExtTrig++__+_Q12SC2786Q22SC2786R147kΩR630kΩR730kΩR830kΩKey=A100%C65pFQ32SC2786R910kΩR1010kΩT11sq.m1mR11390ΩR1251ΩC710pFC80.01µFC90.01µFR1310ΩC10150pFC1111pFR155kΩR165.0kΩR172kΩV27Vrms4.5kHz0°V315VC1220pFXFC1123T21sq.m1mQ42N2222AR1450ΩXSC2ABExtTrig++__+_XSC4ABExtTrig++__+_将各单元电路连接在一起，组成集电极调制电路，即小功率调幅发射机。该电路由四个单元电路组成：振荡级采用克拉泼电路，只要该单元电路满足起振条件、稳定条件则可产生固定频率的正弦波，LC...参考学习谐振回路的谐振频率为10MHz，则其产生一定幅值的载波电压；缓冲级采用射随器以满足隔离条件；高频放大放大载波幅值以满足调制的要求；调制电路为集电极调制以产生普通调幅波。天线用50Ω电阻代替，在实际设计时可将50Ω电阻用相应阻抗的天线代替完成发射任务。五、系统元器件清单器件器件参数器件器件参数器件器件参数器件器件参数C10.01µFC10150pFR22kΩR11390ΩC20.01µFC1111pFR347kΩR1251ΩC3120pFC1220pFR46.8kΩR1310ΩC4470pFL112µHR53kΩR1450ΩC523pFQ12SC2786R630kΩR155kΩC65pFQ22SC2786R730kΩR165.0kΩC710pFQ32SC2786R8(RP)30kΩR172kΩC80.01µFQ42N2222AR910kΩ变压器T1C90.01µFR147kΩR1010kΩ变压器T2...参考学习六、电路设计总结电路设计首先要对所设计电子系统的功能和性能参数有一个整体的把握，然后将任务分解画出系统框图，进而利用所学知识对各单元电路进行详细的设计。只有亲手实践，进行详细的电路设计，才会发现问题，例如：三极管射随器、放大器的静态工作点参数设定时具体参数的设置；振荡器直流通路的设计，要同时考虑起振条件、稳定条件等，因此在具体参数计算时会遇到麻烦。任何问题都有解决的办法，在电路设计时可以查阅资料把问题归类并进行具体化，从而找到解决的办法。电路设计有时依据经验值进行设计，例如高频功率管β值不固定，一般取2030。只有不断的将理论应用于实际，进行实际的电路设计才能巩固知识，达到学以致用的效果。七、参考文献1.《最新通用晶体三极管置换手册》，本书编书组编，机械工业出版社2.《高频电子线路实验与课程设计》，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社3.《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社4