哈工大高頻課設(shè)模版5課件

1、一、前言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科技越來(lái)越改變我們的生活。在這信息時(shí)代，通信技術(shù)對(duì)我們生活的影響更是無(wú)處不在。這學(xué)期，我們學(xué)習(xí)了通信電子線路這門(mén)課，讓我的對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)有了更詳細(xì)和全面的了解和認(rèn)識(shí)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，可以檢驗(yàn)自己的理論知識(shí)學(xué)習(xí)情況，同時(shí)也能對(duì)中波電臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行更深入地學(xué)習(xí)和研究，提高自己的運(yùn)用理論知識(shí)能力和設(shè)計(jì)能力。二、課設(shè)任務(wù)書(shū)及技術(shù)指標(biāo)1. 中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負(fù)載51，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)3080。調(diào)制頻率500Hz10kHz。

2、本設(shè)計(jì)可提供的器件如下，參數(shù)請(qǐng)查詢芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。所提供的芯片僅供參考，可以選擇其他替代芯片。高頻小功率晶體管 3DG6高頻小功率晶體管 3DG12集成模擬乘法器 XCC，MC1496高頻磁環(huán) NXO-100運(yùn)算放大器 A74l集成振蕩電路 E164832. 中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。任務(wù)：AM調(diào)幅接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHz，中頻頻率465KHz，輸出功率0.25W，負(fù)載電阻8，靈敏度1mV。本設(shè)計(jì)可提供的器件如下，參數(shù)請(qǐng)查詢芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。所提供的芯片僅供參考，可以選擇其他替代芯片。晶體三極管 3DG6晶體二極管

3、 2AP9 集成模擬乘法器xCC，MCl496中周 10A型單片調(diào)幅接收集成電路 TA7641BP三、發(fā)射系統(tǒng)3.1發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)原理及框圖 發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率的載波上具有一定的寬帶，并適用于天線發(fā)射的電磁波。 一般，發(fā)射機(jī)包括三大部分：高頻部分、低頻部分和電源部分。高頻部分主要包括主振器、緩沖器、模擬乘法調(diào)制電路和功率放大器。主振器的功能是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的高頻載波。為了滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，本設(shè)計(jì)中采用希勒振蕩器。緩沖器的功能則是避免后邊電路對(duì)主振器的影響。模擬乘法調(diào)制電路則是實(shí)現(xiàn)低頻對(duì)高頻的調(diào)制。高頻功率放大的作用是將已調(diào)高頻信號(hào)進(jìn)行功率放

4、大以達(dá)到想要的功率。低頻部分包括低頻信號(hào)和低頻放大器。調(diào)幅發(fā)射機(jī)的原理框圖如圖所示：主振器緩沖器乘法調(diào)制器高頻功率放大器調(diào)制信號(hào)低頻放大器低頻放大器3.2單元電路與仿真結(jié)果 3.2.1主振器模塊設(shè)計(jì)與仿真主振器電路輸出的是發(fā)射機(jī)的載波信號(hào)，本課設(shè)的發(fā)射機(jī)要求的技術(shù)指標(biāo)是載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，故選用希勒振蕩器結(jié)構(gòu)，以滿足要求。電路原理圖如下：靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置：由R1、R2、R3和R4為三極管提供偏置電壓和電流，同時(shí)要考慮到避免底部失真和削頂失真的出現(xiàn)，經(jīng)調(diào)試，取，對(duì)應(yīng)的偏置電阻R1、R2、R3、R4分別取、，三極管放大倍數(shù)約為60倍。 電感L2為高頻扼流圈，穎應(yīng)采用較大的電感，這里取20

5、mH。 諧振回路的計(jì)算： 諧振頻率計(jì)算公式： 當(dāng)C2C4,C3C4時(shí)，起振條件是：AF1, 其中F=C3/C4。根據(jù)任務(wù)要求，這里振蕩頻率取1MHz，L2取100uH， 根據(jù)，可以的得出C4+C5=252pF。仿真時(shí)，得出的頻率有些偏差，又稍微調(diào)整下，最終頻率穩(wěn)定在1.001MHz左右。Multisim仿真結(jié)果： 3.2.2緩沖器的設(shè)計(jì)與仿真 為了減小級(jí)間電路的互相影響，通常會(huì)在中間插入緩沖隔離器。本設(shè)計(jì)的緩沖器采用設(shè)計(jì)跟隨器形式，電路圖如下：計(jì)算過(guò)程如下： 一般情況下，這里取，則 對(duì)應(yīng) ，R1取10，則R2約為。Multisim仿真結(jié)果：3.2.3低頻放大器設(shè)計(jì)與仿真本部分電路是將較弱的低頻

6、輸入信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸入到調(diào)制電路中。本設(shè)計(jì)采用3554BM運(yùn)放塊構(gòu)成的反饋式放大器，電路圖如下：計(jì)算過(guò)程：根據(jù)運(yùn)放的“虛斷”“虛短”，可得放大倍數(shù)。Multisim仿真結(jié)果：注：最開(kāi)始使用uA741運(yùn)放塊，其他電路跟此電路一樣，但是仿真結(jié)果則是不正確的，輸出的結(jié)果有波形，但還沒(méi)有輸入的信號(hào)大，嘗試幾次依然找不到原因，后來(lái)?yè)Q成3554BM運(yùn)放塊則正常。3.2.4調(diào)幅調(diào)制模塊設(shè)計(jì)與仿真本部分采用的核心器件是MC1496模擬乘法器，但Multisim12中并沒(méi)有此器件，故自己根據(jù)的內(nèi)部電路，搭建了一個(gè)子電路，并進(jìn)行封裝。其內(nèi)部電路圖如下：設(shè)輸入信號(hào)， ，則MC1496乘法器的輸出U0與反饋電阻R

7、E 及輸入信號(hào)、的幅值有關(guān)。 不接負(fù)反饋電阻（腳2和3短接）、和皆為小信號(hào)時(shí)，由于三對(duì)差分放大器均工作在線性放大狀態(tài)，則輸出電壓U0可近似表示為 （3.2.4-1）式中，乘法器的乘積系數(shù)，與器件外接元件參數(shù)有關(guān)，即 （3.2.4-2）式中， 溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)T=300K時(shí)，輸出負(fù)載電阻。式（3.2.4-1）表明，輸入均為小信號(hào)時(shí)，MC1496可近似為一理想乘法器。輸出信號(hào)中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差頻分量。、為小信號(hào)，為大信號(hào)（大于100mV）時(shí)，由于雙差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，其電流波形將是對(duì)稱的方波，乘法器的輸出電壓可近似表示為 （n為奇數(shù)） （3.

8、2.4-3）輸出信號(hào)中包含、等頻率分量。 接入負(fù)反饋電阻由于的接入，擴(kuò)展了的線性動(dòng)態(tài)范圍，所以器件的工作狀態(tài)主要由決定，分析表明：、當(dāng)為小信號(hào)時(shí)，輸出電壓可表示為 （3.2.4-4）式中 （3.2.4-5）接入負(fù)反饋電阻后，為小信號(hào)時(shí)，MC1496近似為一理想的乘法器，輸出信號(hào)中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差頻。、當(dāng)為大信號(hào)時(shí)，輸出電壓可近似表示為 (3.2.4-6)上式表明，為大信號(hào)時(shí)，輸出電壓與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。 通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解到MC1496用于AM調(diào)制的外部經(jīng)典電路，所以此部分的的設(shè)計(jì)電路圖如下：Multisim仿真結(jié)果：調(diào)節(jié)電位器R15，最終使ma=（115-31）/（115+3

9、1）=57.5%3.2.5高頻功率放大器設(shè)計(jì)與仿真本高頻功率放大器由丙類功率放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)組成，以達(dá)到要求的輸出功率。電路圖如下：但是仿真結(jié)果是錯(cuò)誤的，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試和改進(jìn)，仍然不能實(shí)現(xiàn)想要的功率放大輸出，最后改用普通的甲類放大，雖然效率沒(méi)有丙類的高，但仍然可以通過(guò)逐級(jí)放大達(dá)到要求的功率輸出。甲類高頻放大器電路圖：4、 接收機(jī)系統(tǒng) 4.1設(shè)計(jì)基本原理及框圖接收機(jī)的主要任務(wù)是從已調(diào)制的AM波中解調(diào)出原始的有用信號(hào)，主要由輸入電路、高頻小信號(hào)放大電路、本機(jī)振蕩電路、混頻電路、中頻放大電路、檢波電路、低頻放大電路以及低頻功率放大電路組成。本設(shè)計(jì)采用超外差式接收機(jī)，輸入電路將空氣中的許多無(wú)線電磁波通過(guò)

10、選頻網(wǎng)絡(luò)選出想要的信號(hào)，由于信號(hào)較弱，所以需要進(jìn)行高頻小信號(hào)放大，然后送進(jìn)混頻器中與本地振蕩器進(jìn)行混頻，并進(jìn)行選頻網(wǎng)絡(luò)選出固定的中頻信號(hào)，我國(guó)規(guī)定為465KHz。中頻放大器的作用則是將中頻條幅信號(hào)放大到檢波器所要求的大小。由檢波器將中頻調(diào)幅信號(hào)所攜帶的音頻信號(hào)取下來(lái)，送給低頻放大器，進(jìn)行放大，再由低頻功率放大器將音頻信號(hào)放大到足以推動(dòng)揚(yáng)聲器的功率大小，最終還原出原始聲音，以達(dá)到通信的目的。超外差接收機(jī)的原理框圖如下：高頻小信號(hào)放大低頻放大器本機(jī)振蕩檢波器中頻放大器混頻器4.2各單元電路設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果 4.2.1本機(jī)振蕩設(shè)計(jì)與仿真 為了與發(fā)射機(jī)高頻載波混頻取差頻得到465KHz，在接收機(jī)端的本機(jī)

11、振蕩頻率則應(yīng)滿足本機(jī)振蕩頻率與載波頻率1MHz的差的絕對(duì)值為465KHz，這里取535KHz，原理及計(jì)算過(guò)程與發(fā)射機(jī)的主振器一樣。設(shè)計(jì)電路圖如下:Multisim仿真結(jié)果： 4.2.2高頻小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)與仿真 由于從天線中接收到的無(wú)線電磁波的能量很小，很難處理，所以需要對(duì)接收到高頻信號(hào)進(jìn)行放大。本部分設(shè)計(jì)由高頻放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。設(shè)計(jì)的電路圖如下：靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)定：取0.1mA，取7V，則，對(duì)應(yīng)，R1取40，則相應(yīng)R2為5.。上端的選頻網(wǎng)絡(luò)諧振頻率。Multisim仿真結(jié)果：注：從圖像可以看出，輸出的波形與輸入的波形相比，有一定相位差。但對(duì)小信號(hào)進(jìn)行了放大，放大倍數(shù)大約為190倍。4.2.

12、3混頻器的設(shè)計(jì)與仿真本部分采用MC1496模擬乘法器將放大后的高頻信號(hào)與本機(jī)振蕩信號(hào)進(jìn)行相乘，取差頻信號(hào)，得到中頻信號(hào)，固定頻率465KHZ。設(shè)計(jì)電路圖如下：Multisim仿真結(jié)果：注：混頻之后的波形有些毛刺，不過(guò)經(jīng)過(guò)帶通濾波之后就會(huì)好很多。4.2.4中頻放大器設(shè)計(jì)與仿真為了使混頻器中輸出的波形能被檢波器檢波，需要對(duì)得到的中頻信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)的電路與高頻信號(hào)放大的電路類似，設(shè)計(jì)電路圖如下：Multisim仿真結(jié)果：注：從仿真結(jié)果看出，輸出的波形有點(diǎn)輕微失真，調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)，還是會(huì)有失真存在。4.2.5檢波器的設(shè)計(jì)與仿真 本處采用二極管包絡(luò)檢波結(jié)構(gòu)。 檢波原理：常用的檢波方法有包絡(luò)檢波和同

13、步檢波兩種。有載波振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)。圖示是檢波器檢波前后的頻譜二極管包絡(luò)檢波的工作原理當(dāng)輸入信號(hào)較大(大于0.5伏)時(shí)，利用二極管單向?qū)щ娞匦詫?duì)振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，稱為大信號(hào)檢波。大信號(hào)檢波原理電路如圖4.2.5（a）所示。檢波的物理過(guò)程如下：在高頻信號(hào)電壓的正半周時(shí)，二極管正向?qū)ú?duì)電容器C充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流iD很大，使電容器上的電壓VC很快就接近高頻電壓的峰值。充電電流的方向如圖中所示。這個(gè)電壓建立后通過(guò)信號(hào)源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時(shí)二極管導(dǎo)通與否，由電容器C上的電壓VC和輸入信

14、號(hào)電壓Vi共同決定.當(dāng)高頻信號(hào)的瞬時(shí)值小于VC時(shí)，二極管處于反向偏置，管子截止，電容器就會(huì)通過(guò)負(fù)載電阻R放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓的周期，故放電很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時(shí)，調(diào)頻信號(hào)第二個(gè)正半周的電壓又超過(guò)二極管上的負(fù)壓，使二極管又導(dǎo)通。如圖4.2.5（b）中的tl至t2的時(shí)間為二極管導(dǎo)通的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)又對(duì)電容器充電，電容器的電壓又迅速接近第二個(gè)高頻電壓的最大值。在圖4.2.5（b）中的t2至t3時(shí)間為二極管截止的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)電容器又通過(guò)負(fù)載電阻R放電。這樣不斷地循環(huán)反復(fù)，就得到圖4.2.5（b）中電壓 的波形。因此只要充電很快，即充電時(shí)間常數(shù)RdC很小(Rd為二極管

15、導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻)：而放電時(shí)間常數(shù)足夠慢，即放電時(shí)問(wèn)常數(shù)RC很大，滿足RdCRC，就可使輸出電壓 的幅度接近于輸入電壓 的幅度，即傳輸系數(shù)接近l。另外，由于正向?qū)щ姇r(shí)間很短，放電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓周期(放電時(shí) 的基本不變)，所以輸出電壓 的起伏是很小的，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號(hào)的形狀相同，故輸出電壓 就是原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，達(dá)到了解調(diào)的目的。設(shè)計(jì)電路圖如下：注：設(shè)計(jì)二極管包絡(luò)檢波時(shí)應(yīng)防止惰性失真和飽和切割失真，綜合各方面因素，總后確定的電容電阻組織如電路中所示。Multisim仿真結(jié)果：4.2.6低頻放大器設(shè)計(jì)與仿真本部分采用運(yùn)放塊反饋式放大器，設(shè)計(jì)電路圖如下：Multisim仿真結(jié)果：五、總體設(shè)計(jì)電路 5.1發(fā)射機(jī)總體電路圖 5.2接收機(jī)總體電路圖六、課設(shè)總結(jié)與心得回顧本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)我個(gè)人來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，也是一次突破。經(jīng)過(guò)許多個(gè)忙碌的日子以及數(shù)個(gè)熬夜的努力，雖然還存在著很多的不足和問(wèn)題，但終于在規(guī)定的期限內(nèi)完成任務(wù)，當(dāng)看著自己多天來(lái)的努力成果，雖然很累，但覺(jué)得很欣慰也很充實(shí)。在此次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)到了很多東西，也內(nèi)心也得到了鍛煉。在做的過(guò)程中有失敗失落過(guò)，也有戰(zhàn)勝自我，獲得成功的欣喜。學(xué)習(xí)好書(shū)上的理論知識(shí)很重，但我們更需要去實(shí)踐，去運(yùn)用這些知識(shí)來(lái)解