AM调幅发射机课程设计

淮海工学院课程设计报告书课程名称：电子技术课程设计题目：AM调幅发射机设计学院：电子工程学院学期：2012-2013第二学期专业班级：通信工程112姓名：学号：2011120721评语：成绩：签名：日期：课程设计报告书专用纸1第1页共15页小功率调幅高频发射机的设计1引言本学期学习了《通信原理》、《电子线路》等理论学习和高频电子线路实验和通信原理实验，此次高频电子线路课程设计是一次重要的实践性教学环节。主要任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用mutisim、protel等相关软件进行电路设计。通过课程设计，使同学们增强对通信电子技术的理解，学会查寻资料、比较方案,学会通信电路的设计、计算；进一步提高分析解决实际问题的能力、创造一个动脑动手、独立开展电路实验的机会，锻炼分析、解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强实践能力。在课程设计期间，要求学生对模拟通信系统有较详细的理解。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,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。利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用不同的装载方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。我们要研究的是调幅发射机。2课程设计目的及要求2.1设计目的（1）巩固所学理论知识，加强综合能力，提高实验技术，起到启发创新思思维的效果。（2）通过课程设计，使学生增强对通信电子技术的理解，学会查寻资料、比较方案,学会通信电路的设计、计算。（3）进一步提高分析解决实际问题的能力、创造一个动脑动手、独立开展电路实验的机会，锻炼分析、解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化。（4）通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强实践能力。2.2调幅发射系统要求此设计思路为将调幅发射机分成主振级、隔离级、、调制级、输出级等几个个部分。主要性能指标要求：载波频率MHzf100，载波频率稳定度不低于10-3，发射功率W200mPA，发射效率%50A，调幅度%30am，调频范围课程设计报告书专用纸2第2页共15页kHzHzF10~500。3调幅发射系统的各模块介绍及电路图发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,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，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、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，主振级采用电容三点式震荡电路，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。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是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。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器根据课程设计要求，其工作频率为10MHz。基于以上要求，可选用最基本的发射机结构。该结构由主振、隔离、振幅调制和谐振功率放大器构成。调幅采用MC1496模拟乘法器来产生调制信号。为了有较高的效率，使使用丙类谐振功率放大器。输出回路采用变压器耦合，达到最佳的功率输出。由于其工作在较低的10MHz频率,一般电容三点式振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度高，无须进行倍频。3.1调幅发射机原理及方框图图3.1调幅发射机原理方框图020406080100东部西部北部主震级缓冲振幅调制高频功放调制信号课程设计报告书专用纸3第3页共15页3.2高频振荡器模块主振器就是电容三点式振荡器，电容三点式振荡器具有振荡波形好，电路的频率稳定度较高的优点，工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压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，则表明振荡频率稳定度越高。图3.2电容三点式振荡器图3.3震荡电路模拟图课程设计报告书专用纸4第4页共15页电路组成：电路中的总电容为C2与C3串联后并上C4，电路中的总电容主要由C4决定，震荡电路中的电感为L2，L1为高频扼流圈，R1和R2调整静态工作点，C1为旁路电容，LC回路构成选频网络。电路分析：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C5选取对电路性能影响很大，C5越大越容易起振，但振荡频率的调节范围越小反之C5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C5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。其中震荡频率为：（3.1）3.3缓冲级模块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：qqsCL1001CCCCLqqqp课程设计报告书专用纸5第5页共15页图3.4缓冲级电路图图3.5缓冲级仿真图电路组成：R24、R25、R26、R27构成偏置级电路，C15为耦合电容，通过变压器耦合到下一级的输入级。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。3.4振幅调制器模块振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。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。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器课程设计报告书专用纸6第6页共15页实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无级通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等[7]。根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象限的乘法器。其内部电路如图3.6所示，其中V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5等组成多路电流源电路，V7、R5、R1为电流源的基准电路，V8、V9分别供给V5、V6管恒值电流I0/2，R5为外接电阻，可用以调节I0/2的大小。由V5、V6两管的发射极引出接线端口2和3，外接电阻Ry，利用Ry的负反馈作用，以扩大输入电压U2的动态范围。Rc为外接负载电阻。根据差分电路的基本工作原理，可以得到𝑖𝑐1−𝑖𝑐2=𝑖𝑐5𝑡ℎ𝑈12𝑈𝑇(3.2)𝑖𝑐4−𝑖𝑐3=𝑖𝑐6𝑡ℎ𝑈12𝑈𝑇(3.3)𝑖𝑐5−𝑖𝑐6=𝐼0𝑡ℎ𝑈12𝑈𝑇(3.4)式中𝑖𝑐1、𝑖𝑐2、𝑖𝑐3、𝑖𝑐4、𝑖𝑐5、𝑖𝑐6分别是三极管𝑉1、𝑉2、𝑉3、𝑉4、𝑉5、𝑉6的集电极电流。𝐸𝑡为温度的电压当量当T=300k时𝑈𝑡≈26𝑚𝑉，由图可知，相乘器的输出差值电流i=𝑖13−𝑖24=(𝑖𝑐1+𝑖𝑐3)−（𝑖𝑐2−𝑖𝑐4）（3.5）将（3.2）、（3.3）、（3.4）带入到（3.5）得：i=(𝑖𝑐5−𝑖𝑐6)𝐼0𝑡ℎ𝑈12𝑈𝑇=𝐼0𝑡ℎ𝑈12𝑈𝑇𝑖𝑐6𝑡ℎ𝑈22𝑈𝑇（3.6）由于V5、V6两管发射极之间跨接负反馈电阻Ry，当Ry远大于V5、V6管的发射结电阻时𝑖𝑐5−𝑖𝑐6≈𝑖𝐸5−𝑖𝐸6=2𝑈2𝑅𝑦（3.7）课程设计报告书专用纸7第7页共15页将式(3.7)代入(3.6)可得i=2𝑈2𝑦𝑡ℎ𝑈12𝑈𝑇可见输出电流包含俩个信号的乘积项MC1496内部结构图图3.6MC1496内部结构图振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡电压中，从而以调幅波的形式将已调信号发射出去。调制信号tUumcos载波信号tUuccmccos调幅系数或调幅度minmaxminmaxmmmmcmmaaVVVVUUkmak是由调制电路决定的比例常数此次设计利用XFC1596实现振幅调制，而这实现的是双边带调制，所以调幅系数为1。而由图8的波形，可以看出ma接近1而且一定大于30%。课程设计报告书专用纸8第8页共15页图3.7振幅调制电路图3.8振幅调制仿真课程设计报告书专用纸9第9页共15页3．5高频功率放大器功率放大器是调幅发射机的最末级，它的主要任务就是要发射出发射机设计指标所要求的输出功率。本次所设计的为小功率调幅发射系统，通常采用丙类谐振功率放大器。谐振功率放大器的直流功率为：=𝑉𝐼谐振功率放大器的交流功率为：0=12𝑅12𝑅1谐振放大器的输出功率为：0=+0谐振功率放大器的效率为：𝑐=对于并联谐振回路有：=⁄Q=⁄已知f=10mhz，通过计算选取L=152nH，C=1.6nF图3.9高频功率放大器课程设计报告书专用纸10第10页共15页图3.10高频放大输出功率图3.11高频功率放大输出信号波形课程设计报告书专用纸11第11页共15页4整体电路原理图及仿真结果图4.1总体电路原理图课程设计报告书专用纸12第12页共15页图4.2总图仿真波形图4.3PCB板课程设计报告书专用纸13第13页共15页5总结(1)巩固了高频电路知识的该课程设计使我建立无线电发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，能正确设计、计算发射机的各个单元电路：主振级、激励级、输出级、调制级、输出匹配网络及音频放大器。初步掌握小型调幅波发射机的调整及测试方法。在设计电路时，要首先将总体电路分成若干个不子模块，使每个模块有各自的不同的任务；再对各相对简单的子模块进行单独设计；最后将各个子电路组合在一起完成整个电路。这样做法分工明确，层次清晰，使设计者能更宏观的把握设计的总体步骤。而且设计单独的子电路降低了工作难度，使设计工作更有条理性。在检查电路时，也可根据各种情况分析是哪个子系统出了问题，再单独检查该出问题系统，可以提高检查的效率。增强了用protel和multisim绘制原理图的能力，对画图的步骤和方法进行了复习巩固。(2)明白理论联系实际的重要性在设计过程中，深刻明白了只动脑和动手做之间的天壤之别。原本设想的很完美的东西一动手做起来就困难重重，各种想象不到的困难都出现在眼前。认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题不能只空想要动手实践，从实际中发现问题。回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必将面对更多更加复杂的设计工作，此次设计过程对我的各个方面都有了许多积极的影响，使我做事情更加细心有耐心。这次设计过程啊让我认识到了只有付出才能有收获，看着做完的电路图，让我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就会有收获。我收获的不仅仅是完成了一次任务，更重要的是让我更清楚的认识了自己的不足，锻炼了自己的能力。(3)自省回顾这一次的课程设计，真是收益匪浅。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和用mutisim连接图，以前对知识的了解仅限