高頻電子線路課程設(shè)計(jì)

1、 高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告 （2014-2015年度第一學(xué)期） 題目： AM 波的調(diào)制與解調(diào) 學(xué)院： 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)： 通信工程B班 姓名： 學(xué)號： 組員： 指導(dǎo)老師： 2014年11月7日 目錄1、 摘要.32、 設(shè)計(jì)指標(biāo).43、 原理概述及框圖.4四、實(shí)際電路設(shè)計(jì).6五、設(shè)計(jì)評價(jià).20六、心得體會.21七、參考文獻(xiàn).21 一、內(nèi)容摘要 本文用設(shè)計(jì)并仿真了波的調(diào)制與解調(diào)，在調(diào)制單元先設(shè)計(jì)了一個振蕩器產(chǎn)生的載波信號，然后與頻率的調(diào)制信號經(jīng)過一個集電極調(diào)幅電路產(chǎn)生了一個信號，在解調(diào)單元，將調(diào)制單元輸出的信號通過一個包絡(luò)檢波電路將調(diào)制信號從信號中提取出來。最后再設(shè)計(jì)一個低通濾波器，將高于調(diào)

2、制信號頻率的噪聲濾除。 在設(shè)計(jì)單元電路時，對每部分的電路設(shè)置參數(shù)，進(jìn)行仿真、調(diào)參，對結(jié)果進(jìn)行分析，由于后續(xù)電路或者負(fù)載的影響會導(dǎo)致電路參數(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)際參數(shù)有差距，再設(shè)置一個緩沖電路以減小后級電路對前級的影響，然后在考慮實(shí)際參數(shù)的基礎(chǔ)上觀察波形是否失真從而選出合理的原件數(shù)值，反復(fù)調(diào)試后，得出結(jié)果和心得體會?！娟P(guān)鍵詞】：波 調(diào)制解調(diào) 集電極調(diào)幅 低通濾波器 仿真 二、設(shè)計(jì)指標(biāo) 設(shè)計(jì)波的調(diào)制解調(diào)電路，要求分別設(shè)計(jì)高頻振蕩器、集電極調(diào)幅電路、包絡(luò)檢波電路和低通濾波器。通過信號發(fā)生器產(chǎn)生一個調(diào)制信號與振蕩器產(chǎn)生的高頻載波加入集電極電路，輸出一個載波幅度隨著調(diào)制信號變化的調(diào)幅信號，將該調(diào)幅信號加入包絡(luò)檢波

3、器，輸出原調(diào)制信號，考慮到輸出信號中會帶有噪聲，故在調(diào)制信號輸出前增加了一個低通濾波器濾除噪聲，且在電路前后級又加了一個緩沖級電路用來減少后級電路對前級的影響。各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：輸入調(diào)制信號：100KHZ 5V 正弦波 調(diào)制載波信號：1MHZ 4mV 正弦波 解調(diào)載波信號：100KHZ 4.5V 正弦波 三、原理概述及框圖設(shè)計(jì)原理總框圖 圖一 設(shè)計(jì)原理總框圖3.1 AM波調(diào)制原理 圖二 AM波產(chǎn)生原理圖調(diào)幅信號的時域表達(dá)式： （1）調(diào)幅信號的頻域表達(dá)式： （2） 圖三 AM信號的波形和頻譜 由AM波的圖形可以看出，AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號的形狀完全一樣，因此，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)

4、制信號。3.2 高頻振蕩器 本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的高頻載波是由高頻振蕩器振蕩得到，考慮各種振蕩器產(chǎn)生頻率的穩(wěn)定度，最終確定選擇高穩(wěn)定度LC振蕩器電路，也即西勒電路。實(shí)際的西勒電路原理圖如下圖： 圖四 西勒電路原理圖由圖四知：回路的總的等效電容： 振蕩頻率： 西勒電路特點(diǎn)：（1）通過調(diào)節(jié)C4來實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)； （2）C4的改變不會影響接入系數(shù)和反饋系數(shù)； （3）適合于振蕩頻率需要在較寬范圍內(nèi)可調(diào)的場合（最高振蕩頻率/最低振蕩頻率可達(dá)1.61.8）,改變振蕩頻率中，振蕩信號的幅度比較平穩(wěn)，穩(wěn)定度最高，振蕩頻率也最高； （4）其余性質(zhì)與克拉潑電路相同。MULTISIM仿真圖西勒電路圖五西勒電路仿真圖

5、振蕩器輸出波形3.3 集電極調(diào)幅電路 所謂的集電極調(diào)幅，就是用調(diào)幅信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。其工作原理如下：集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。實(shí)際上，它是一個集電極電源受調(diào)制信號控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。 （1）集電極調(diào)幅的基本原理電路如圖六所示：圖六 集電極調(diào)幅原理電路 圖中，設(shè)基極激勵信號電壓（即載波電壓）為：則加在基射極間的瞬時電壓為 （2）集電極電流脈沖的變化時的分析如下：調(diào)制信號電壓加在集電極電路中，與集電極直流電壓

6、串聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為 式中，為集電極固定電源電壓； 為調(diào)幅指數(shù)。由上式可見，集電極的有效電源電壓隨調(diào)制信號壓變化而變化。如圖五所示，圖七 同集電極電壓相對應(yīng)的集電極電流脈沖的變化情形圖中，由于與不變，故為常數(shù)，又不變，因此動態(tài)特性曲線的斜率也不變。若電源電壓變化，則動態(tài)線隨值的不同，沿平行移動。由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)由變至臨界）時，集電極電流脈沖的振幅與通角變化很小，因此分解出的的變化也很小，因而回路上的輸出電壓的變化也很小。這就是說在欠壓區(qū)內(nèi)不能產(chǎn)生有效的調(diào)幅作用。 （3）集電極調(diào)幅波形圖當(dāng)動態(tài)特性曲線進(jìn)入過壓區(qū)后，等于、等，集電極電流脈沖的振幅下降，出現(xiàn)凹陷，甚至可能使脈

7、沖分裂為兩半。在這種情況下，分解出的隨集電極電壓的變化而變化，集電極回路兩端的高頻電壓也隨而變化。輸出高頻電壓的振幅，不變，隨而變化，而是受控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨變化，因而實(shí)現(xiàn)了集電極調(diào)幅。其波形如圖八所示。 圖八 集電極調(diào)幅波形圖MULTISIM仿真電路圖九 集電極調(diào)幅仿真電路得到的AM波波形圖十 AM波輸出波形分析：集電極調(diào)幅的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。實(shí)際上，它是一個集電極電源受調(diào)制信號控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。要完成無線電

8、通信，首先必須產(chǎn)生高頻率的載波電流，然后設(shè)法將電報(bào)、電話等信號“加到”載波上去。將聲音電流加在高頻電流上，這個過程稱為調(diào)制。一個載波電流有三個參數(shù)可以改變，即振幅、頻率和相位。本次設(shè)計(jì)要求采用調(diào)幅方式。它的基本原理是，將要傳送的調(diào)制信號（這里我們以話音信號為例）從低頻率搬移到高頻，使它能通過電離層反射進(jìn)行傳輸，在遠(yuǎn)距離接收端我們用適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)裝置再把原信號不失真的恢復(fù)出來，就達(dá)到了傳輸話音低頻信號的目的。即載波的頻率和相角不變，載波的振幅按照信號的變化規(guī)律而變化，高頻振幅變化所形成的包絡(luò)信號就是原信號的波形。通過載波傳輸聲音信號，一是高頻產(chǎn)生電磁波的要求，二則增添了許多頻率段可供人們選擇使用，便

9、于濾波。集電極調(diào)幅電路具有調(diào)制線性好，集電極效率高的優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機(jī)中。所需調(diào)制信號功率大是該調(diào)制電路的缺點(diǎn)。振幅調(diào)制電路的功能是將輸人的調(diào)制信號和載波信號通過電變換成高頻調(diào)幅信號輸出。普通調(diào)幅波調(diào)輻電路的輸出電壓是普通調(diào)幅信號是載波信號振幅按調(diào)制信號規(guī)律變化的一種振幅調(diào)制信號，簡稱調(diào)幅信號。 3.4 二極管峰值包絡(luò)檢波器 調(diào)幅信號的解調(diào)通常稱為檢波,分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩類.本次設(shè)計(jì)采用包絡(luò)檢波.,而檢波的實(shí)質(zhì)就是信號源通過二極管向負(fù)載電容C充電和負(fù)載電容C向負(fù)載電阻R放電的過程.對于C而言,充電快放電慢,經(jīng)過若干個周期后,檢波器的輸出電壓在充放電過程中逐步建立

10、起來該電壓對二極管形成一個大的負(fù)電壓,從而使二極管的輸入電壓的峰值附近才導(dǎo)通,導(dǎo)通時間很短,電流通腳也很小.當(dāng)充放電達(dá)到平衡時, 按高頻周期做鋸齒狀波動,其均值是穩(wěn)定的,且變化規(guī)律與輸入的調(diào)幅信號變化規(guī)律相同從而實(shí)現(xiàn)AM信號的解調(diào).電路 等效電路 圖十一 包絡(luò)檢波原理電路圖 圖十二 包絡(luò)檢波器等效電路圖而輸出電壓包括兩個部分,直流電壓和低頻分量; 即 =+由分析得,輸入信號理論波形及頻譜 圖十一 輸入信號理論波形及頻譜輸出信號理論波形及頻譜圖十二 輸出信號理論波形及頻譜圖仿真過程 (1) 選擇元器件，二極管型號為1BH62. C6為200nF， 為40 ，為10為（2）將上級調(diào)制出的AM波接入

11、包絡(luò)檢波器中（3）連接頻率計(jì)和示波器對輸出波形進(jìn)行觀察，并調(diào)試出品質(zhì)較好的波形。MULTISIM仿真電路圖圖十四 包絡(luò)檢波器仿真圖包絡(luò)檢波器檢波輸出波形圖十一包絡(luò)檢波器檢波輸出波形分析：得到解調(diào)后的波形含低頻調(diào)制信號和直流分量，故波形有輕微抖動輸出波形頻率為99.989kHz，接近于調(diào)制信號頻率100kHZ，誤差為0.011%。符合設(shè)計(jì)要求3.5理想低通濾波器理想低通濾波器只允許截止頻率以內(nèi)的頻率的波形通過.利用R,L,C所組成的濾波電路稱作無源濾波器.原理電路圖及頻譜圖 圖十七 理想低通濾波器電路圖 圖十八 理想低通濾波器電路頻譜圖 MULTISIM仿真圖圖十九 理想低通濾波器仿真圖截止頻率

12、. =9.95kHZ分析：不可能得到理想的低通濾波器，所有信號有所損失，但對于最后的結(jié)果沒有太大的影響。得到的輸出低頻信號圖十二 低通濾波器輸出輸出低頻信號頻率為97.937kHz，誤差率為2.063%符合設(shè)計(jì)要求圖二十一 理想低通濾波器仿真輸出波形頻率檢測最后總電路為 圖十三 MULTISIM仿真設(shè)計(jì)總電路圖問題：1.直接將單元電路連接成總電路時，有時候某些模塊波形會產(chǎn)生較大的失真，這是為什么，如何解決？ 答：將單元電路直接連接成總電路時，因?yàn)檩斎胼敵鲐?fù)載發(fā)生了變化，所以各部分相互影響，因而會使波形出現(xiàn)不同程度的失真。在容易發(fā)生級聯(lián)影響的模塊之間采用變壓器耦合方式，就能夠解決此類問

13、題。 2.用理論計(jì)算得出的元件參數(shù)連接電路，有時候波形也會出現(xiàn)失真，如何解決？ 答：理論計(jì)算結(jié)果是理想的，實(shí)際操作中往往不能達(dá)到這種狀態(tài)，所以就會產(chǎn)生波形的失真。通過分析波形失真原因，然后對電路中某些元件參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整就可以解決此類問題。 3.西勒振蕩電路有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：西勒振蕩電路中集電極和基極電流可通過對諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高效諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減小。具有波形更加接近于正弦波，且頻率穩(wěn)定度高，適于高頻段工作等優(yōu)點(diǎn)。4.集電極調(diào)幅電路的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)與改進(jìn)？ 答：集電極調(diào)幅的優(yōu)點(diǎn)：與基極調(diào)幅相比，集電極調(diào)幅的線

14、性好，此外，由于集電極調(diào)幅始終工作在臨界弱電壓區(qū)，故效率高。 集電極調(diào)幅缺點(diǎn)：與基極調(diào)幅相比，調(diào)制信號接在集電極回路中，供給的功率大改進(jìn)：要使回路的線性良好，則Ec既不進(jìn)入強(qiáng)過壓區(qū)，也不要進(jìn)入欠壓區(qū)，而是在調(diào)制過程中始終保持在弱過壓臨界狀態(tài)，這樣既可改善調(diào)制信號的線性特性，又可保持較高效率。心得體會通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)高頻電子線路方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲齲最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可!元器件清單序號名稱型號數(shù)量1電阻200-3若干2電容500pF33電容200pF14電容200nF15電容100