高频电子线路课程论文

《高频电子线路》——课程设计报告——院系：信息科学与技术学院设计题目：专业班级：学号：姓名：指导教师：设计日期：摘要-Ⅰ-摘要信息传输对人的生活的重要性是不言而喻的。从古老的光、信鸽到有线电报、电话通信，不久后，人们发现了电磁波从而导致了无线电的发明。一个导体如果载有高频电流，就有电磁能向空间发射，高频电流成为载波。我们将声音、图象等信号控制载波电流，则信息就能包含在载波中被发送出去，在接受端将接收到的电磁波还原检波，取出其中的有效信号，就完成了无线电通信。关键词:本地振荡器；高频载波；乘法模拟调制器；同步检波；低通滤波器Abstract-Ⅱ-AbstractTheinformationtransmissionisveryimportantforourlife.Fromancientlight,pigeonstocabletelegraph,telephone.Soonafter,peoplefoundtheelectromagneticwavewhichleadstotheinventionoftheradio.Ifaconductorcarrieshighfrequencycurrent,itlauncheselectromagneticenergytospace,andhighfrequencycurrentbecomecarrier.Sound,imageandsignalcancontrolcarriercurrent,sotheinformationcanbeincludedinthecarrierandsentout.Thereceiverwillreceivetheelectromagneticwaveandtakeoutthevalidsignal.Thus,radiocommunicationscompleted.Keywords:Oscillator;Highfrequency;Carrier;Multiplicationsimulationmodulator;Synchronousdetection目录-Ⅱ-目录1引言--------------------------------------------------12设计概述-----------------------------------------------22.1设计任务-------------------------------------------22.2技术指标-------------------------------------------23系统工作原理--------------------------------------------33.1系统框图与波形-------------------------------------33.2调制单元-------------------------------------------43.3同步检波单元--------------------------------------43.4.低通滤波部分--------------------------------------54方案分析-----------------------------------------------64.1本地振荡电路分析-------------------------------------64.2乘法器方案分析-------------------------------------94.3低通滤波器方案分析---------------------------------115电路性能指标测试-------------------------------------151.1本地振荡器-----------------------------------------151.2调频部分--------------------------------------------171.3解调部分--------------------------------------------201.4二阶低频滤波放大器--------------------------------236总电路原理图-----------------------------------------257疑惑与改进------------------------------------------268心得体会---------------------------------------------31元器件清单-----------------------------------------------32致谢------------------------------------------------------33参考文献--------------------------------------------------34附录：用信号发生器产生载波的调制解调系统1引言1引言传输信息是人类生活的重要内容之一。在利用无线电技术传输信号时，需要用到调幅和解调。调幅，英文是AmplitudeModulation(AM)。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，然后就把调制信号也传播出去了。解调过程正好相反，在接收处，先用接收天线将收到的电磁波转变为已调波电流，然后从已调波电流中检出原始的信号。在接收调幅信号时，解调也叫做检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完成。工程实际中，人们通常将调制解调过程看做两个信号相乘的过程，一般都采用集成模拟乘法器来实现，这比采用分立器件电路简单，且性能优越。2设计概述2设计概述2.1设计任务要求设计一个简易的本地振荡器和振幅调制解调器，通过本地振荡器产生高频载波信号和调制信号经乘法器后，将调制信号搬移到了高频处，输出抑制载波的双边带调幅波；然后将已调信号和载波信号经乘法器后，则已调信号搬移到了低频和更高频处，再经过低通滤波器，即可恢复调制信号。2.2技术指标①振幅调制的载波采用本地振荡器产生，或由高频信号发生器输出幅值为30mV，频率为500KHz。②振幅调制器的设计采用乘法器产生抑制载波的双边带调幅波。③低频信号利用已有的信号发生器，输出50mV，20KHz的正弦波信号。④高频信号发生器产生与载波信号频率、相位一样的高频信号，进行同步检波。⑤低通滤波器滤除20KHz以外的频率。⑥本机振荡器产生高频载波信号。3系统工作原理3系统工作原理3.1系统框图与波形还原基带信号调制信号v混频调制单元同步检波单元低通滤波器载波信号v0图3.1.1系统框图本地振荡器3系统工作原理图3.1.2各类信号波形3.2调制单元利用模拟乘法器调幅得到抑制载波的双边带信号（DSB）。图3.2.1调制过程若要得到抑制载波的双边带信号，低频调制信号不能有直流成分，即低频调制信号为()cosvtVt，频率为of。外加高频载波信号()cosooovtVt，频率为of。两者进入混频调制单元（乘法混频器）后，产生抑制载波的双边带调制信号（DSB波）1()[cos()cos()]2ooovtKVVtt（K为常数），得到o、o两种频率的波，频宽为0.722ff。3.3同步检波单元图3.3.1同步检波（解调）过程3系统工作原理图3.3.23种信号的频谱将()vt输入同步检波单元，作为该单元的本地载波信号，将已调波()vt输入同步检波单元。由于同步检波单元也由乘法混频器构成，又因为该单元的本地载波信号与已调波的载波信号相同，故相位差0，所以输出信号111()coscos(2)cos(2)244TOOoOovtKVVtKVVtKVVt，由此可知，()Tvt中含有,sosfff三种频率的波。3.4.低通滤波部分低频滤波器功能为滤除2o附近的高频信号，保留低频信号，由于经过低频滤波器，信号将得到衰减，所以在滤波器后面应该加一个放大器，组成低频滤波放大器。最后，经低通滤波单元输出低频基带信号1()cos2TOvtKVVt4方案分析4方案分析4.1本地振荡电路分析方案一：利用现有信号发生器产生500KHz的高频载波信号。方案二：利用本地振荡器产生500KHz的等幅振荡，用来作为调制解调系统中的高频载波。这里采用的是电容反馈三点式振荡器。三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。本实验的三点式振荡器电路采用电容与互感耦合的方式，输出本振信号。LC回路中与发射级相连接的两个电抗元件必须为同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，这是三点式电路组成的相位判据，或者称为三点式电路的组成法则。与发射极相连的两个电抗元件同为电容的三点式电路，称为电容三点式电路。与发射极相连的两个电抗元件同为电感的三点式电路，称为电感三点式电路。本实验采用电容三点式电路，原理图如4.1.1所示：图4.1.1电容反馈三点式振荡器原理图电路元器件参数：112,28,31RKRKRK，131.5LuH1100,24,34CpFCnFCnF4方案分析理论参数计算：如图4.1.1所示，1,2,3RRR为直流偏置电阻，1C为基极偏置谐波电容，2,3CC为反馈电容，4C为集电极耦合电容。电容1,4CC对交流等效短路，直流电压12V对交流等效短路接地，电阻1,2RR被交流等效短路，由此可画出交流等效电路图如图4.1.2所示：图4.1.2电容反馈三点式振荡器交流等效图211CFC反馈系数15110.62231.5210sfMHzLC本振频率电路图4.1.1的仿真结果如下所示：4方案分析图4.1.3电容反馈三点式振荡器的仿真波形图由示波器记录可知：本振信号频率0.5sfMHz，幅值10sVV，故，本振信号6()10cos(3.1410)()ovttV。相对于理论值而言，本振信号频率变低，原因可能是电抗元器件消耗所致。当将这个本地振荡电路同时接入两个乘法器时，会发现，振荡速度下降，不易起振，电压波形产生失真，幅值极巨下降，频率也不稳定，产生了很多干扰频率。这说明本地振荡电路受负载的影响极大。通常设计振荡器时对振荡器的选取有很多要求，①要求振荡器的振荡频率和幅度精度高，稳定性好，易起振；②本振频率中有锁相环，数字分频、数字鉴相器等电路，保证极高的稳定度，否则产生本振频率漂移；③本证振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器等。可以看出，本地振荡器的要求很高，稳定性很难保证。在选用器件时要注意特性，采取适当的稳频措施使振荡器产生稳定的正弦波。为了减少负载的影响，增加稳定度，可在本振单元后面增加互感抽头。但若振荡器只加1组互感抽头电路，而不加放大器，直接接入乘法器中，仿真的结果是电压值迅速下降，幅值由原来的10V迅速衰减为700uV左右。输入的信号太小，经过调制解调系统就不容易辨别。测试电路和测试结果结果如图4.1.4和图4.1.5所示。4方案分析图4.1.4增加互感抽头的振荡器测试电路图4.1.5增加互感抽头的振荡器的仿真波形图从图中可以发现，信号衰减到只有700uV左右。再观察解调后的示波器和频谱仪，发现并没有图像，这是因为输入高频载波信号太小，小于量程范围。4方案分析故，在增加1组互感抽头电路之后，我又在其后增加了1个一阶有源高通滤波放大器，来减少负载对前端电路的影响，稳定频率，并且能将高频小信号的幅值根据需要放大。经过仿真，频率稳定在500KHz，幅值变为30mV左右，符合高频载波的要求。所以，方案二也可以使用。4.2乘法器方案分析方案一：应用差分对模拟乘法器。这种电路有缺点：温度漂移不能抵消，同时，信号时单端输入，使用上有时感到不便