高頻課程設(shè)計--調(diào)幅發(fā)射機解析

1、設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求一設(shè)計內(nèi)容1、設(shè)計一個點頻調(diào)幅發(fā)射機。2、已知條件：電源+Vcc=+10V、Vee=10V;主要器件有MC1496、 3DG100、3DG130、4MHz晶振、NXO-10磁環(huán)；話音放大器輸入電壓 為5mV，負載電阻Rl=75Q。3、主要技術(shù)指標要求：工作頻率f=8MHz ,發(fā)射功率P0=100mW，調(diào) 幅度ma=50%，整機效率大于40%。4、實驗儀器：函數(shù)信號發(fā)生器、高頻信號源、高頻實驗箱等。注意：晶體管、集成音頻功放等器件可自由選擇，或根據(jù)實驗箱器件來 選用。二設(shè)計要求1、設(shè)計思路清晰，畫出整體設(shè)計框圖；2、給出具體設(shè)計思路，畫出單元電路；3、單元電路進行分析計算，確定

2、器件參數(shù)；4、（*調(diào)試步驟）編寫設(shè)計說明書；5、畫出整機原理圖、PCB圖。6、由于涉及單元電路多，每個同學可以各自重點負責其中之一，然 后合作完成整個發(fā)射機設(shè)計。主要設(shè)計條件1、提供函數(shù)信號發(fā)生器、示波器；2、提供直流電源一臺；3、必要的元器件和導線等；4、咼頻電路實驗箱。說明書格式1）課程設(shè)計封面；2）設(shè)計任務書；3）說明書目錄；4）設(shè)計總體思路，基本原理和框圖；5）單元電路設(shè)計分析；6）實驗調(diào)試；7）總結(jié)與體會；8）附錄；9）參考文獻；10）整機原理圖。進度安排第1天：下達設(shè)計任務書，介紹課題內(nèi)容與要求；第2、3天：查找資料，確定總體設(shè)計方案，設(shè)計方案論證；第48天：硬件電路設(shè)計，單元電路

3、原理和計算分析；第9天：書寫論文，畫整機原理圖第10天：整理資料，準備答辯。（共兩周）參考文獻1、高吉祥主編，高頻電子線路，（第2版），高等教育出版社。2、謝自美主編，電子線路設(shè)計實驗.測試，華中理工大學出版社3、謝嘉奎主編，電子線路（非線性部分），高等教育出版社。4、彭介華主編，電子技術(shù)課程設(shè)計指導，高等教育出版社。說明書目錄一設(shè)計總體思路，基本原理和框圖 41. 調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)設(shè)計 4(1)點頻調(diào)幅發(fā)射機框圖 5(2)各部分的作用 5二單元電路設(shè)計分析 61本機振蕩 62 倍頻電路 73 緩沖電路 74調(diào)制電路 95高頻功率放大 12(1) .集電極電源Vcc提供的直流功率 12(2) .

4、集電極輸出基波功率 13(3) .集電極效率 n13(4) 、偏置電路 166匹配網(wǎng)絡 17四附錄 19五總結(jié)與體會 20六參考文獻 22七整機原理圖 23一設(shè)計總體思路，基本原理和框圖1. 調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)設(shè)計通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備是將信息發(fā)送者送來的非電量原始信息（信 源）如語音、文字和圖像等轉(zhuǎn)變成電信號，再把信號處理成適合于信道傳 輸?shù)男盘栃问剿椭列诺馈?信源信號在通信系統(tǒng)中稱為基帶信號。 基帶信號 是頻譜在零頻附近的寬帶信號， 這種信號一般具有從零頻開始的較寬的頻 譜，而且在頻譜的低端分布較大的能量，所以稱為基帶信號，這種信號不 宜直接在信道中傳輸。 如果將消息信號對頻率較高的載波進行調(diào)制

5、， 就能 使信號的頻譜搬移到適合信道的頻率范圍內(nèi)進行傳輸。 例如聲音基帶信號 的頻率范圍是20Hz20kHz,這樣的基帶信號是不能在無線信道上傳輸 的。即使在某些可以傳輸直流的有限信道上，為了提高信道的通信容量， 基帶信號的傳輸方式也很少采用。一般是用基帶信號去改變某個高頻正弦電壓（載波）的參數(shù),使載波 的振幅、頻率或相位隨基帶信號而變化,這一過程稱為調(diào)制。在通信系統(tǒng)中,調(diào)制有三個主要作用： 1 調(diào)制的過程就是一個頻譜搬 移的過程,將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘栴l譜搬移到適宜傳輸?shù)哪骋粋€頻 段上,然后傳輸至信道； 2 調(diào)制的另一個重要作用是實現(xiàn)信道復用,即把 多個信號分別安排在不同的頻段上同時進行

6、傳輸,以提高信道容量； 3 調(diào) 制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾的能力, 例如將信號頻率搬移, 從而離開某一 特定干擾頻率。對不同的信道,根據(jù)經(jīng)濟技術(shù)等因素,可以采用不同的調(diào)制方式。以 模擬信號為調(diào)制信號,對連續(xù)的正（余）弦載波進行調(diào)制,亦即載波的參 數(shù)隨著調(diào)制信號的作用而變化,這種調(diào)制方式稱為模擬調(diào)制。而所謂振幅調(diào)制就是由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按調(diào)制信號的規(guī)律變化，嚴格地講，是使高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，其 他參數(shù)（頻率和相位）不變。這是使高頻振蕩的振幅載有消息的調(diào)制方式。通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備若采用調(diào)幅方式則稱為調(diào)幅發(fā)射機，一般調(diào)幅發(fā)射機的組成框圖如圖所示，工作原理是：本機振蕩產(chǎn)生

7、一個固定頻率的 載波信號，載波信號經(jīng)緩沖倍頻送至振幅調(diào)制電路； 話音放大電路將低頻 信號（例如語音信號）放大至足夠的電壓送到振幅調(diào)制電路；振幅調(diào)制電 路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器，高放級將載頻信號的功率放大到所需的 發(fā)射功率，然后經(jīng)天線輸出。由調(diào)幅發(fā)射機的工作原理和給定的參數(shù)，得（1）點頻調(diào)幅發(fā)射機框圖（2）各部分的作用本機振蕩：產(chǎn)生頻率為4MHz的載波頻率緩沖級：將振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對振蕩級的影響；將功率放 大級與調(diào)制級隔離，減少功率放大級對調(diào)制級的影響。低頻放大級：將低頻信號放大到調(diào)制器所需的電壓1V。調(diào)制級：將低頻信號調(diào)制到載波上產(chǎn)生調(diào)幅信號。匹配網(wǎng)絡：高效率輸出所需功率。.

8、單元電路設(shè)計分析1 .本機振蕩本機振蕩電路的輸出是發(fā)射機的載波信號， 它要求的振蕩頻率應十分 穩(wěn)定，一般的LC振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度約為10,10”，晶體振蕩電 路的Q值可高達數(shù)萬，其頻率穩(wěn)定度可達1010。因此，本機振蕩電 路采用晶體振蕩器。晶體振蕩器的電路如圖所示，電路采用負電源供電，C2、Ld、C3構(gòu) 成直流電源濾波器。R1、R,、R4為晶體管的偏置電路，用以確定靜態(tài)工 作點。R3、Lc2構(gòu)成放大器的負載，Lc2為高頻扼流圈。G為基極旁路電 容，C8、C9為輸出電容分壓器，以減小實際負載對諧振回路的影響，該 電路又稱為西勒電路。諧振回路的總電容等于1C =1 1 1+C4C5C6C71丄

9、+丄+丄.8.220 2.2由此,+C8C91111+ 1010 一pF =11.6 pF51f1,Hz =4MHzl2 兀 W137O0 心1610 丿2倍頻電路倍頻電路采用MC1496模擬乘法器電路，只需將兩個信號輸入端接入 同一載波信號即可。由于調(diào)制電路也采用 MC1496模擬乘法器電路，所以 MC1496的具體應用將在調(diào)制級介紹。3緩沖電路緩沖隔離級將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響 因為功放級輸出信號較大，工作狀態(tài)的變化會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或 波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔 離級。緩沖隔離級經(jīng)常采用射極跟隨器電路，如圖所示。Jvcc

10、GND調(diào)節(jié)射極電阻Re2，可以改變射極跟隨器輸入阻抗，如果忽略晶體管基極體電阻rbb的影響，則射極輸出器的輸入電阻bbR =Rb/0Rl輸出電阻R0 RE1RE2 / r0式中，ro很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個恒壓源，電壓放大倍數(shù)A = gmRi_1 gmRi一般情況下，gmRi1，所以圖示射極輸出器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、電壓放大倍數(shù)近似于1的特點。晶體管的靜態(tài)工作點應位于交流負1載的中點，一般取Vceq二一Vcc，Icq二3 10 mA，對于圖示電路，若取2Vceq ，Iceq =4mA，則RE1Re 2 = VEQ 1 CQ = 1 -5 1取req =1ki電阻，R

11、E2 =1k電位器VCC VBQRB1RB2 = 7.9 k1.1RB2 VBQIOIbq VCC -Vceq VBEIOIcq根據(jù)寬帶功率放大器中已計算出功率激勵級的輸出阻抗為325,即射極跟隨器的負載電阻F =3251，則射極跟隨器的輸入電阻為Ri 二 Rb R =3.6k輸入電壓M = RR =2.1V4.調(diào)制電路設(shè)調(diào)制信號為f t ,其平均值7(t)=0o f(t)疊加直流Ao后對載波的幅 度進行調(diào)制，就形成了常規(guī)調(diào)幅信號，也稱為標準調(diào)幅信號或完全調(diào)幅信 號，其時間波形表達式為Sam (t) = Ao f t CoS J 七式中* c為載波信號的角頻率，無為載波信號的起始相位(通常取弋

12、=0)設(shè)調(diào)制信號ft二Am COSmt，則調(diào)幅信號為Sam (t) = Ao 1： am COS mt CoS 吐由時間波形可知，當滿足條件=冬1時，已調(diào)信號的包絡與調(diào)制信Ao號成正比，用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調(diào)制信號；當A:am1就會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象。-AM =1時則為滿調(diào)幅。在實際系統(tǒng)Ao中，通常取-：am在30%60%之間。當TM （即m）分別等于1,小于1,大于1時，調(diào)幅的波形如下所示。nFl由上述分析可知，振幅調(diào)制信號就是載波與調(diào)制信號相乘所產(chǎn)生的。由于 兩個信號都是模擬信號，所以需要使用模擬乘法器完成這一過程。MC1496模擬乘法器是一種能完成兩個模擬量的相乘的電子元件。

13、高 頻電子線路中的振幅調(diào)制就是載波和調(diào)制信號相乘的過程 MC 1496構(gòu)成 的振幅調(diào)制電路如圖所示。vcc其中，載波信號VC經(jīng)高頻耦合電容C2從腳Vx端輸入，C3為高頻旁路電容，使腳交流接地；調(diào)制信號V ，經(jīng)低頻耦合電容G從腳Vy端輸入，C4為低頻旁路電容，使腳接地調(diào)制信號Vo從匚腳單端輸出。采用雙電源供電，所以腳的偏置電阻R5接地，靜態(tài)偏置電流Is或I。為R 500 1腳與間接入負反饋電阻Re，以擴展調(diào)制信號V ，的線性動態(tài)范圍，Re 增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。電阻R6、R7、R8及Rci、Rc2提供靜態(tài)偏置電壓。保證乘法器內(nèi)部各個晶體管工作在放大狀態(tài)，所以阻值的選取應滿足

14、V廠 Mo，Vi “4，H2V (VV8 )15V2.7V V8 -V, 15V2.7V _ V, -V5 _15VR、R2與電位器RP組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變 RP的值可以改變調(diào)幅系 數(shù)。5 高頻功率放大高頻功率放大電路由寬帶功放和丙類功放兩級組成。丙類諧振功率放大器是利用選頻網(wǎng)絡作為負載回路的功率放大器。 如 圖所圖X 2.1諧振功率放大電路原理圖下面所介紹的是丙類功率放大器的工作原理及基本特性。功率放大器是依靠激勵信號對放大管電流的控制， 起到把集電極電源 的直流功率變換成負載回路的交流功率的作用。在同樣的直流功率的條件 下，轉(zhuǎn)換效率越高，輸出的交流功率越大。(1).集電極電源Vcc提供的

15、直流功率式中IcO為余弦脈沖的直流分量。1 CO = 1 cM0-C式中IcM為余弦脈沖的最大值；:-0 VC為余弦脈沖的直流分解系數(shù)。U bz VbbBC =arccosU bm式中U bz為晶體管的導通電壓；Vbb為晶體管的基極偏置；U bm為功率放大 器的激勵電壓振幅。(2)集電極輸出基波功率2Po= Ucm 1 c1m1 2_1 U cm1 c1m RP = 2 2 Rp式中：Ucm為集電極輸出電壓振幅；I cim為余弦電流脈沖的基波分量；Rp為諧振電阻1 ci mU cmc1 mRp(3) 集電極效率nPoUcm I c1 m1 r a(P = 2Vcc Ico2 ao( )式中：宇

16、Ucm為集電極電壓利用系數(shù)；:1乙為余弦脈沖的基波分解系數(shù)。Vcc功率放大器的設(shè)計原則是在高效率下取得較大的輸出功率。在實際運用中，為兼顧高的輸出功率和高效率，通常取 入=60 -80丙類諧振功率放大器的負載特性若Ubb、Ucc和Ubm三個參數(shù)固定,肥發(fā)生變化,動態(tài)線、Ucm以及P0、 n等性能指標的變化就是諧振功放的負載特性。由下圖可知,Ubb和Ucc固定意味著Q點固定,Ubm固定進一步意味著B也固定。根據(jù)公式，放大區(qū)動態(tài)線斜率1將僅隨金而變化。圖中給Rd出了三種不同斜率情況下的動態(tài)線。動態(tài)線A1B1的斜率最大，即對應的負載R最小，相應的輸出電壓振 幅U cml也最小，晶體管工作在放大區(qū)和截

17、止區(qū)。動態(tài)線&B2的斜率較小，與特性曲線相交于飽和區(qū)和放大區(qū)的交點 處（此點稱為臨界點）,相應的輸出電壓振幅Ucm2增大，晶體管工作在臨界點、放大區(qū)和截止區(qū)。動態(tài)線A3B3的斜率最小,即對應的負載 甩最大,相應的輸出電壓振幅U cm3比Ucm2略為增大,晶體管工作在飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。根據(jù)輸出電壓振幅大小的不同，這三種工作狀態(tài)分別稱為欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)和過壓狀態(tài)，而放大區(qū)和飽和區(qū)又可分別稱為欠壓區(qū)和過壓區(qū)。注意，在過壓狀態(tài)時，J波形的頂部發(fā)生凹陷，這是由于進入過壓區(qū)后轉(zhuǎn)移特性為負斜率而產(chǎn)生的。下圖給出了負載特性曲線。由圖可以看到，隨著 肥的逐漸增大，動態(tài)線的斜率逐漸減小，由欠 壓狀態(tài)進入臨

18、界狀態(tài)，再進入過壓狀態(tài)。在臨界狀態(tài)時，輸出功率Po最 大，集電極效率n接近最大，所以是最佳工作狀態(tài)。負載特性所反映的電壓、功率和效率的變化關(guān)系，可以幫我們認識功 率放大器的不同特點，并且根據(jù)不同工作狀態(tài)的特點，使放大器得到合理 的利用，滿足高頻設(shè)備提出的要求。(4)、偏置電路女口圖是三種常用的電路，圖一是利用基級電流在基區(qū)擴展電阻 血上 的降壓作為偏置電壓。他的缺點是偏壓小，而且隨晶體管 rbb而變，不能 保持穩(wěn)定的偏壓。優(yōu)點是電路簡單，在大功率丙類功放中得到廣泛的應用。圖2是利用基級電流的直流分量在 Rb上的降壓得到偏置電壓，Cb是高頻 旁路電容。他的優(yōu)點是偏置電壓隨輸入信號電壓的大小起自動

19、調(diào)節(jié)的作用。圖3是利用發(fā)射極電流的支流分量在 Re上建立偏壓，Ce是高頻旁路 電容。避免Re上產(chǎn)生交流反饋，其RC時間常數(shù)應滿足ReCe 35。 它可以自動維持放大器的穩(wěn)定工作，當激勵信號加大時 ，le。加大，負偏壓 加大，使得leo相對增加量減少。這實質(zhì)上就是支流負反饋的作用，可以 使放大器工作狀態(tài)變化不大。缺點是由于 Re上建立了一定大小的直流偏 壓，減小了電源電壓的利用率，因此Re不宜取得過大，以免影響放大器的輸出功率。而且在高頻工作時， 發(fā)射極很難完全接地，故在頻率很高的丙類功放中使用較少。(a)(b)(c)丙放工作狀態(tài)計算LiL 26.匹配網(wǎng)絡LC選頻匹配網(wǎng)絡有倒L型、T型、n型等幾

20、種不同組成形式，其中 倒L型是基本形式?，F(xiàn)以倒L型為例，說明其選頻匹配原理。倒L型網(wǎng)絡是由兩個異性電抗元件 X1、X2組成，常用的兩種電路如圖所示，其中R2是負載電阻，R是二端網(wǎng)絡在工作頻率處的等效輸入電對于圖(a)所示電路，將其中 X 與R2的串聯(lián)形式等效變換為Xp與Rp的并聯(lián)形式，如圖(c)所示。在Xi與Xp并聯(lián)諧振時，有X1 + XP=0，R = XP根據(jù)2Ri=(1 + Qe ) R2所以 由下式可以求得選頻匹配網(wǎng)絡電抗值X2 =Qe R2= . R2(R1- R2)Rii R2Xi =Xp = Ri QeRi-R2由上述計算可知，采用這種電路可以在諧振頻率處增大負載電阻的等效值。對于

21、圖(b)所示電路，將其中Xi與R2的并聯(lián)形式等效變換為Xs與Rs的串聯(lián)形式，如圖(d)所示。在Xi與XS串聯(lián)諧振時，可求得以下關(guān)系式:R =Rs =R2X21(1 Qe)R2QeXi =Xs =Qe Ri=pRi(R2 -Ri)由上述計算可知，采用這種電路可以在諧 振頻率處減小負載電阻的等效值。四附錄原件個數(shù)電阻32個滑動變阻器3個電容25個電感3個高頻扼流圈2個變壓器2個NPN 三極管5個MC1496 芯片1片放大器1個天線1根電源若干五總結(jié)與體會高頻電子線路是上學期我們學習的課程中最難的，通過這周的課程設(shè) 計我更深有體會！原因有很多吧，也許是上個學期的高頻沒有學好，然后 又沒有很用心的去思

22、考解決問題， 只是一味的做題應付考試而已。 一直覺 得動手能力不好因此這個課程設(shè)計也就變得很棘手了。 不過再棘手還是得 試試的。畢竟這是一項任務，無論結(jié)果怎樣都應該盡全力去做。這才是我 們現(xiàn)代大學生應該具備的思想。任務下達后，我就忙著去查找搜集相關(guān)資料。 圖書館，上網(wǎng)采集了一 些有用的資料?？赡芤驗樾睦餂]底吧， 在課程設(shè)計的每一天里都會很擔心， 怕完成不了任務。有時候查閱資料都會有一些心不在焉，效率很低。而且 收集的資料很凌亂使人沒有頭緒， 心情糟透了。 后來一次仔細的核對缺殘 不完整的程序進行了逐段分析后， 才突然間點恍然大悟， 感覺自己在這方 面又認識了很多，感覺又更進了一步。這次課程設(shè)計我們完成了任務， 我想對于我還是其他的同學都會有很 多體驗和收獲。 對于我而言， 我又重新?lián)炱鹆松蟼€學期的高頻電子線路這 本書和實驗書。 以前對書上的知識的記憶， 有些純粹是為了應付期末考試 沒有深入太多。而現(xiàn)在經(jīng)過了這次課程設(shè)計之后，讓我明白了一些東西， 感覺在高頻這一塊兒充實了很多。我想這對于我們以后肯定是有幫助的， 尤其是我們現(xiàn)在正在學習的學科，這一定會幫助很大。我覺得很多同學在這一方面和我一樣都很薄弱。 老師也有講過高頻是 一門很難的學科， 關(guān)系我們電信專業(yè)學科的基礎(chǔ)。 也會有一些同學在這方 面很有天賦。 有的時候會很羨慕他們作設(shè)計猶如如魚得水