哈工大高頻課設(shè)

1、通信電子線路課程設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)：高頻電子線路課程設(shè)計(jì)院系：電子信息工程班級(jí)： XXXXXXX姓名： XXXX學(xué)號(hào)： XXXXXXXXXXX指導(dǎo)教師：XXXXXXXXX時(shí)間： 2014年 11 月一、中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的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，了解高頻振蕩器電路、高頻放大器電路、調(diào)制器電路、音頻放大電路的工作原理，學(xué)會(huì)分析電路、 設(shè)計(jì)電路的方法和步驟。2 設(shè)計(jì)要求技術(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) 30 80。調(diào)制頻率 500Hz10kHz。本設(shè)計(jì)可提供的器件如下，參

2、數(shù)請(qǐng)查詢(xún)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。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E164833 設(shè)計(jì)原理發(fā)射機(jī)包括高頻振蕩、音頻信號(hào)、 調(diào)制電路和功率放大器四大部分。正弦振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定的幅度較大的，波形失真小的高頻正弦波信號(hào)作為發(fā)射載頻信號(hào)，該級(jí)電路通常采用 LC 諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的晶體管振蕩器。選用西勒振蕩器來(lái)產(chǎn)生所需要的正弦波。在振蕩器后加一緩沖級(jí)，緩沖級(jí)將的作用是前后兩部分隔離開(kāi)，減小后一級(jí)對(duì)前一級(jí)的影響而又不影響前級(jí)的輸出。音頻處理器是提供音頻調(diào)制信號(hào)，通常采用低頻電壓放大器和功率放大電路把音頻

3、調(diào)制信號(hào)送到調(diào)幅電路級(jí)去完成調(diào)幅。振幅調(diào)制使用乘法器將高頻振蕩信號(hào)和低頻語(yǔ)音信號(hào)相乘得到高頻調(diào)制信號(hào)；再經(jīng)高頻功率放大器放大調(diào)制信號(hào)的功率，以達(dá)到發(fā)射機(jī)對(duì)功率的要求，調(diào)制電路和功率放大器要保證信號(hào)上下對(duì)稱(chēng)且不是真，否則影響發(fā)射效果。發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)框圖如下：正弦波振蕩集成乘法器高頻功率放輸出緩沖級(jí)大器器調(diào)幅電路音頻輸入音頻放大器4 具體電路設(shè)計(jì)1.正弦振蕩器設(shè)計(jì)要求頻率穩(wěn)定度 10-3 ，采用頻率穩(wěn)定度較高的西勒振蕩器， 載波信號(hào)振蕩電路的輸出需要十分穩(wěn)定的振蕩頻率，因此采用較電感三點(diǎn)式振蕩器振蕩頻率穩(wěn)定的電容三點(diǎn)式振蕩器。而一般簡(jiǎn)單的哈特萊LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度低，且不能調(diào)節(jié)頻率， 并不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)

4、的要求。因此采用西勒振蕩器而且可以在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)載波頻率。選擇振蕩頻點(diǎn)1MHz，電路如下：VCCXSC212VXFC2R1R44.1k Ext Trig123100 %27kKey=AQ1C1C3600pF99pF+_AB+_+_2N2222C5C11IO1C6R2R5C41nF5.1k R3C2L20.033 F1F1k1500pF200H125pFKey=A75 %39 %10kKey=A器件選擇振蕩頻率選擇1MHz, 三極管選用2N2222 三極管，單組電容電感均選用普通的即可。對(duì)于西勒振蕩器，振蕩頻率fc 的計(jì)算由于西勒振蕩器要求C3<<C1,C3<<C2 以

5、減弱三極管的耦合來(lái)增進(jìn)穩(wěn)定性,C4 也是一個(gè) C3 級(jí)別的小電容 ,所以反饋系數(shù) F 的選擇F 一般選擇 F0.10.5 。為滿(mǎn)足西勒振蕩器 C3<<C1 ,C3<<C2 的要求， 采用 C1=600pF,C2/C2 =0.25，經(jīng)計(jì)算，C+C =125pF,L=200uH,經(jīng)微調(diào)到穩(wěn)定輸出=1500pF,F=C1MHz 且起振時(shí)間在80ms 以?xún)?nèi)時(shí)， C3=99pF，=C3 4C4=125*39%=48.75pF 這也說(shuō)明了在模擬電路的設(shè)計(jì)中，理論計(jì)算與實(shí)際情況是有所不同的，需要進(jìn)一步調(diào)試。頻率穩(wěn)定度由于西勒振蕩器滿(mǎn)足 C22Cbe , p1,p2 可以很小 ,所以，

6、從而3<<C1,C3<<C2,C =P1Cce+P2C滿(mǎn)足所需頻率穩(wěn)定度。仿真得到的正弦波如下，輸出頻率穩(wěn)定在1.001MHz，輸出振幅 210mV.2.緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)使用緩沖級(jí)的目的是消除后級(jí)對(duì)前級(jí)的影響并便于進(jìn)行阻抗匹配， 利用射極跟隨器的輸出阻抗高，電壓放大倍數(shù)為的特性，構(gòu)成緩沖級(jí)。設(shè)計(jì)的電路圖如下：VCC12VR26XSC15kQ10INC13Ext Trig0.02 FC14+2N2222_AB+_+_R24R270.02 FC156kR25OUT1.0k 1kKey=A1F25 %為方便對(duì)需求電壓的調(diào)節(jié)， 在輸出端設(shè)置一個(gè)變阻器來(lái)輸出分壓以使輸出達(dá)到所要求的幅

7、值。輸入輸出都設(shè)置了隔絕直流的耦合電容。射級(jí)跟隨器隨輸出，輸出幅度220mV，前級(jí)輸出210mV，振幅基本沒(méi)有改變，達(dá)到要求。3.調(diào)幅電路設(shè)計(jì)在幾可以完成調(diào)幅的電路中，模擬乘法器調(diào)幅電路是集成化的調(diào)幅電路，具有調(diào)幅性能好，雜波頻率少的優(yōu)點(diǎn)， 且方便使用，而且有相應(yīng)的典型電路可以作參照， 可以極大提高設(shè)計(jì)進(jìn)度。因此調(diào)幅電路選用模擬乘法器調(diào)幅電路， 模擬乘法器采用 MC1596 乘法器， 內(nèi)部電路如下圖所示：IO6IO9IO8Q2Q3Q5Q4IO72N22222N22222N22222N2222IO4Q6Q7IO12N22222N2222IO2IO5Q8Q9IO3D12N22222N22221BH

8、62R8R7R6500500500IO10由于輸出會(huì)有其它頻率分量，所以在輸出端應(yīng)設(shè)置諧振回路。回路要選出 1MHz 的頻率，根據(jù)前面的計(jì)算，得到LC=2.5e-14選擇 L=1mH,C=25pF。為方便重復(fù)使用， 對(duì) MC1596 模擬乘法器進(jìn)行了封裝， 下面就是使用封裝的 MC1596 電路塊設(shè)計(jì)的調(diào)幅電路，如下圖所示：XWM2VIVCCR1112VR14C71.0k R10R9調(diào)幅輸出3.9k 3.9k 1.0k 0.1 FC10R13載波輸入 C8510.033 FR21R229 6IO8L1IO7I IC1230k0.033 FO OR235kIO41mH25pFR15IO10.1

9、F500IO5IO2R12調(diào)制輸入IO33.0k R17R166.8k IO10C9R18R19 5151SC31k1kMC1596XSC4R20VEE4.7k Ext TrigKey=A75 %-8V+_AB_+本次設(shè)計(jì)的元件參數(shù)采用了MC1596 模擬乘法器典型設(shè)計(jì)，其中圖上兩個(gè)輸入端口是音頻輸入和載波輸入，輸出則是未經(jīng)放大的調(diào)幅信號(hào)。調(diào)節(jié)變阻器Rp 可以調(diào)節(jié)載波信號(hào)的電位對(duì)稱(chēng)，通過(guò)調(diào)節(jié)振蕩器的輸入和音頻輸入，應(yīng)使調(diào)制輸出信號(hào)應(yīng)該滿(mǎn)足調(diào)制深度為30%80%的要求。載波信號(hào)采用射級(jí)跟隨器的輸出信號(hào)， 頻率 1MHz，幅度內(nèi)置的函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行模擬，設(shè)置模擬的音頻輸入信號(hào)頻率220mV 。音頻信

10、號(hào)使用1KHz。Multisim得到的調(diào)制信號(hào)輸出：可以測(cè)試輸出波形的包絡(luò)頻率為1KHz，調(diào)制度68%，滿(mǎn)足對(duì)輸出調(diào)制深度要求。4.高頻功率放大器設(shè)計(jì)高頻功率放大器采用簡(jiǎn)單的高頻小信號(hào)放大器來(lái)得到功率放大。由于選頻回路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，所以在后面加以選頻以保證輸出波形的穩(wěn)定。 并采用電容耦合阻抗變換來(lái)得到較大的放大倍數(shù)。高頻功率放大器電路圖如下VCC12VL3C27R28200pF1mH8.3k C20IO2R371.2k C290.033 FIO1C16Q1130pF66 %Key=A0.033 F2N2222R293.7k R32C186001F使用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)來(lái)計(jì)算放大器的電壓放大倍數(shù)

11、大致評(píng)估放大器放大效果的好壞。由于放大器放大對(duì)象是經(jīng)過(guò)調(diào)幅的信號(hào)，因此選頻輸出1MHz 的信號(hào)， 所以應(yīng)使用函數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生頻率 1MHz 幅度 100mV 的信號(hào)，測(cè)試信號(hào)的選取和仿真結(jié)果如下所示，結(jié)果輸出幅度為 1.447V，可知放大倍數(shù)在 15 倍左右，另外放大器產(chǎn)生了一點(diǎn)底部失真，這是在誤差允許范圍內(nèi)的， 由于放大倍數(shù)較小， 一級(jí)放大并不能滿(mǎn)足要求， 可以采用多級(jí)放大的方式來(lái)滿(mǎn)足輸出功率的要求。5.發(fā)射機(jī)聯(lián)調(diào)將各級(jí)電路封裝并連接后如圖所示如上所說(shuō)，采用了兩級(jí)放大來(lái)保證功率輸出，若需要再放大則須注意失真的問(wèn)題。聯(lián)調(diào)輸出如下：二、中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的要求掌握最基本的小功率調(diào)幅接收

12、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試， 了解已調(diào)頻信號(hào)放大器電路、混頻器電路、解調(diào)器電路、音頻放大電路的工作原理，進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析電路、設(shè)計(jì)電路的方法和步驟。2 設(shè)計(jì)要求主要技術(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(xún)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。晶體三極管3DG6晶體二極管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TA7641BP3 設(shè)計(jì)原理普通直放式接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，輸出功率較大， 適用于固定頻率的接收。但也存在缺點(diǎn)， 多個(gè)電臺(tái)接收時(shí)， 調(diào)諧比較復(fù)雜。 且高頻放大器的放大倍數(shù)在頻率

13、高端比頻率低端小，對(duì)不同的電臺(tái)的接收效果會(huì)不同。而超外差接收機(jī)克服了這一缺點(diǎn)，它的特點(diǎn)是由頻率固定的中頻放大器來(lái)完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大。電壓增益可以做大，選擇性可以做高。本機(jī)振蕩頻率的調(diào)節(jié)與混頻器輸入回路的調(diào)諧時(shí)同步進(jìn)行的，必須保持角頻率差為固定的中頻。多電臺(tái)接收只需調(diào)節(jié)本振即可，方便快捷。接收機(jī)的主要任務(wù)是從已調(diào)制AM 波中解調(diào)出原始有用信號(hào)， 主要由輸入電路、 高頻放大、混頻電路、本地振蕩、解調(diào)電路、低頻功率放大電路和喇叭或耳機(jī)組成。輸入電路把空中許多無(wú)線電廣播電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)選擇其中一個(gè)，經(jīng)過(guò)高頻放大電路送給混頻電路。 混頻將輸入信號(hào)的頻率變?yōu)橹蓄l，但其幅值變化規(guī)律不改變。 不管輸入的

14、高頻信號(hào)的頻率如何，混頻后的頻率是固定的，本次設(shè)計(jì)為465KHz。中頻放大器將中頻調(diào)幅信號(hào)放大到解調(diào)器所要求的大小。 由解調(diào)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。低頻放大器將解調(diào)出來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行放大到其功率能夠推動(dòng)揚(yáng)聲器或耳機(jī)的水平。由揚(yáng)聲器或耳機(jī)將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇?。調(diào)幅接收機(jī)系統(tǒng)原理框圖如下圖所示調(diào)幅信號(hào)高頻小信號(hào)混頻器解調(diào)器音頻放大器放大器本地振蕩器本地振蕩器1465KHz465KHz4 具體電路設(shè)計(jì)本地振蕩電路(1) 1465KHz 本地載頻中頻頻率要求為465KHz，發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)的作為載波的本地振蕩頻率為1MHz，根據(jù)fL = fS + fI可以得到混頻器本地載頻

15、應(yīng)為1465KHz。1465KHz 本地載頻是作為混頻器的載頻輸入的信號(hào)，與發(fā)射機(jī)類(lèi)似可以同樣采用西勒振蕩電路，可以通過(guò)修改發(fā)射機(jī)振蕩器來(lái)獲得所需要的載頻信號(hào)，根據(jù)前面的計(jì)算可以得到L(C3+C4)=1.18e-14即 L=50uH 時(shí)， C3+C4=236pF，經(jīng)仿真調(diào)整后得到所需要的頻率。由于混頻的載頻輸入對(duì)輸入電壓有要求，大約100mV，所以在振蕩器的輸出加一分壓電阻來(lái)控制輸出波形的幅度。下面是電路圖。VCCXSC312VXFC2R32R334.1k 27k100 %Key=AQ17C19C18700pF180pFExt Trig123+_AB_+2N2222C23C24IO1C22R3

16、0R34C211nF5.1k R31C20L60.033 F1F200pF1k2000pF50HKey=A47 %10kKey=A97 %輸出波形及輸出頻率如下圖選擇 50mV/DIV ，則輸出幅度100mV，符合混頻器輸入要求。(2) 465KHz 本地載頻465KHz 載頻是同步檢波器的本地載頻輸入與1465KHz 本地載頻相同，同樣使用發(fā)射機(jī)振蕩電路進(jìn)行修改來(lái)得到所需要的465KHz，由于頻率降低，所需要的L、 C3、 C4 都會(huì)相應(yīng)變大，則需要調(diào)整 C1 和 C2 的大小來(lái)滿(mǎn)足 C3<<C1,C3<<C2 的要求。即增大C1 和 C2 的大小。根據(jù)前面的計(jì)算可以

17、得到L(C3+C4)=1.17e-13即 L=350uH 時(shí)， C3+C4=334pF，經(jīng)仿真調(diào)整后得到所需要的頻率。要控制檢波器的本地載波幅度大約100mV，所以在振蕩器的輸出加一分壓電阻來(lái)控制輸出波形的幅度。下面是電路圖。VCCXFC312VXSC6123R41R424.1k 27kExt Trig100 %Key=A+_ABQ19_+C29C281500pF300pF2N2222C33C34IO1C32R39R43C311nF5.1k R40C30L7250pF 0.033 F1F1k3000pF430HKey=A36 %10kKey=A56 %緩沖級(jí)緩沖級(jí)包括 1465KHz 本地載頻

18、的輸出緩沖級(jí)和 465KHz 本地載頻的輸出緩沖級(jí)，均直接采用發(fā)射機(jī)爭(zhēng)先振蕩器的緩沖級(jí)。1465KHz 緩沖級(jí)輸出波如下，選擇標(biāo)度 100mV/DIV,可見(jiàn)輸出波形的幅度是 100mV 符合輸入要求。465KHz 緩沖級(jí)輸出波形如下，選擇標(biāo)度100mV/DIV, 可見(jiàn)輸出波形的幅度是100mV 符合輸入要求?；祛l器混頻器的作用是將已調(diào)信號(hào)不失真的從原有頻率搬移到另一頻率稱(chēng)之為中頻上，也就是混頻器就是一種頻譜搬移電路，選用較為穩(wěn)定的模擬乘法器混頻電路，其工作原理與模擬乘法器調(diào)幅電路相似，可以復(fù)用之前封裝好的MC1596 電路塊， 而且模擬乘法器混頻電路有成熟的電路可循，得到電路圖如下VCC12V

19、R19R181.0k 1.0k C120.001FC110.001F R20uI51L1L2100H100HSC4C13L3uLC1023IO7 OOIO6II117HuSIO80.001F0.001FIO1 0C14C1552nF2nF1IO9OOIO4 IIR22R23R21MC159610kR2410k10 %51 51R2551kR266.8k Key=AVEE-8VuL 為本地載頻輸入端，uS 為調(diào)幅信號(hào)輸入端，uI 為中頻信號(hào)輸出端。得到波形如下圖：用頻率計(jì)數(shù)器測(cè)量可以得到當(dāng)前 200us/DIV 的情況下，波形包絡(luò)將在5 個(gè)格子時(shí)走過(guò)一個(gè)周期，也就是調(diào)制信號(hào)的頻率 1KHz。解調(diào)

20、電路常用的檢波方法包括包絡(luò)檢波法和同步檢波法， 這里采用同步檢波法。 同步檢波法需要一個(gè) 465KHz 的本地載頻，得到電路圖如下：VCCR10R9R512V1.0k 820C31.3k R11R12R130.1 FC210k 3k3k0.1 FR1100SC1C4音頻R40.005FC8235載頻IO7IO651OO OIO8IIIC7載波C9R140.1 F0IO9IO11O1kIO4IC6 1FR280.1 FR3R2MC1596C5C16L4C10.005 F0.005 F1k1.0k 1.0k 1mH0.1 F25F載頻端輸入465KHz，載波端輸入混頻后的中頻信號(hào)，的到輸出如下選取了半個(gè)周期，此時(shí)的時(shí)基調(diào)節(jié)在200us/DIV ，圖中信號(hào)一個(gè)周期走了5 個(gè)格，也就是 1ms 一個(gè)周期，即信號(hào)頻率 1KHz。功率放大器仍采用前面發(fā)射機(jī)使用的高頻小信號(hào)放大器。接收機(jī)聯(lián)調(diào)音頻輸入采用Multisim 內(nèi)置的 AM 信號(hào)源將前面的電路都封裝成電路塊并連接得到輸出，電路圖如下