高頻電子線路課程設(shè)計

1、H7'Z胎出大琴12高頻電子線路課程設(shè)計報告（2014-2015年度第一學期）題目AM波的調(diào)制與解調(diào)學院專業(yè)姓名信息科學技術(shù)學院通信工程B班學號組員指導老師:2014年11月7日一、摘要二、設(shè)計指標三、原理概述及框圖四、實際電路設(shè)計五、設(shè)計評價六、心得體會七、參考文獻目錄202121、內(nèi)容摘要在調(diào)制單元先設(shè)本文用 Multisim10 設(shè)計并仿真了 AM 波的調(diào)制與解調(diào)，計了一個振蕩器產(chǎn)生f0 3.5MHz 的載波信號，然后與頻率 f10KHz 的調(diào)制信將調(diào)制單元輸出號經(jīng)過一個集電極調(diào)幅電路產(chǎn)生了一個 AM 信號，在解調(diào)單元， 的 AM 信號通過一個包絡(luò)檢波電路將調(diào)制信號從 AM 信號

2、中提取出來。 最后再設(shè) 計一個低通濾波器，將高于調(diào)制信號頻率的噪聲濾除。在設(shè)計單元電路時，對每部分的電路設(shè)置參數(shù)，進行仿真、調(diào)參，對結(jié)果 進行分析，由于后續(xù)電路或者負載的影響會導致電路參數(shù)的設(shè)計與實際參數(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，反復調(diào)試后，得出結(jié) 果和心得體會。關(guān)鍵詞】： AM 波 調(diào)制解調(diào) 集電極調(diào)幅 低通濾波器 仿真二、設(shè)計指標設(shè)計 AM 波的調(diào)制解調(diào)電路， 要求分別設(shè)計高頻振蕩器、 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

3、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 RC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。各項參數(shù)設(shè)計指標如下:輸入調(diào)制信號：100KHZ5V正弦波調(diào)制載波信號：1MHZ4mV正弦波解調(diào)載波信號：100KHZ4.5V正弦波三、原理概述及框圖設(shè)計原理總框圖圖一設(shè)計原理總框圖3.1 AM波調(diào)制原理m(t)Sm(t)A0cos ct圖二AM波產(chǎn)生原理圖調(diào)幅信號的時域表達式：Sam (t) Ao m(t)cosct Ao cos ct m(t)c

4、os ct(1)調(diào)幅信號的頻域表達式:Sm( ) A0(c)(c)12m(c) M(c)(a)iu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m(t)的形狀完全一樣, 因此，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復原始調(diào)制信號。3.2高頻振蕩器本次實驗設(shè)計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。實際 的西勒電路原理圖如下圖：c-RL圖四西勒電路原理圖由圖四知:振蕩頻率：回路的總的等效電容:1C:C 4 C 3 C 41 11C1 C 2 C 312 TlC2 g C4)西勒電路特點:（1）通過調(diào)節(jié)

5、C4來實現(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VGCXSC112VVCCR4LR1lOkO： : : : : >4kO :XFC1 LqQJ :U13QIC9'匚 S±：1：nF：:2222fisR2LR338 ； ； >2hQ : _1 .:-C3:存叫 傘 J :10圖五西勒電路仿真圖振蕩器輸出波形1可V液蓋“X

6、SCl974.799 kHz-測里頻率mV脈沖觸發(fā)電平丁韁蠻信號丄毛比RsA亡DCu3譜分舌* XWl4975.207khzfT重瑕住制 "韻垂5檔 1 詩壬理InW11- 11葉0 1中間1虻h-M-1；1詞(sih 1lEfol范園V.-Div昱隹I州|r.aijl-iH：7.813 kH?I辰KM,專1$請一JB |d3n|g3.3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

7、實現(xiàn)調(diào)幅。實際上，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:B1 +C1B3m 調(diào)幅拡輸出Vcc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： (0 V0 cos0t則加在基射極間的瞬時電壓為B Vbe Vo cos ot(2)集電極電流脈沖的變化時的分析如下:調(diào)制信號電壓V加在集電極電路中，與集電極直流電壓Vcc串聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為VcVccVcc V cos 0t Vcc 1ma cos t 式中,Vcc為集電極固定電源電壓；ma V /Vcc為調(diào)幅指數(shù)。由上式可見，

8、集電極的有效電源電壓 Vc隨調(diào)制信號壓變化而變化。如圖五所示,圖中，由于VbB與Vb不變，故VBmax為常數(shù)，又Rp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Vcc值的不同，沿Vc平行移動。由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當Vcc由Vcci變至VcC2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Icm1的變化也很小，因而回路上的輸出電壓Vc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)幅波形圖當動態(tài)特性曲線進入過壓區(qū)后,Vcc等于Vcc3、VCC4等，集電極電流脈沖的振幅下降,出現(xiàn)凹陷，甚至可能使脈沖分裂為兩半。在這種情況下，分解出的Icm1

9、隨集電極電壓Vcc的變化而變化，集電極回路兩端的高頻電壓也隨Vcc而變化。輸出高頻電壓的振幅VcIcmi Rp，Rp不變，Icmi隨Vc而變化，而Vcc是受V控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨V變化，因而實現(xiàn)了集電極調(diào)幅。其波形如圖八所示。v (t)01V 0 (t)|"| | "| "1I'l i .111 111 '1 r ,'1 ii 1 1 1 11 L ' k1 1 1 III1 11 i 1 1 ' ! ，； 1L11'11.;卩：一 1 1丨'1iI '丨11II1 11 1'1

10、 11 , , ' i ' 11 , 11Illi,；i 1,( ri !"1il1 i ( "1 '11111 '1 ''J 'J ".JIj «l'''J "J J 1 'JHuJ 'J0W (t)11丨丨廠賣-< ii IM y I'j ill,I .H I I I I ' 7d I I ! I M I II <J I IIJ III圖八 集電極調(diào)幅波形圖MULTISIM仿真電路XSCS-'14Ct r>

11、;5lllllll角) 匚口 hr和0F“Wt :3kn :.L1 .G2_AV*6ZOuH-C4IfizHZSA 2nF5 VmaiflpF.VI0.1 V嚴%® Vrrh當:V2： : : :10 VJUX3KaA4 圖九集電極調(diào)幅仿真電路得到的AM波波形*示:吊K.站CE3週迫_a20,37 ¥邁迫O.OOC V時閭*50口 1*II *1T2劊蘭T2-T1 fe向If呆棄I E>t, Triggertf 時間袖htftJ B tse冷叼T擁捌昭I A/B 灰逼誦A比倒10怛YfO hD I DC通誦3htfsj K g*齒 |廠如 電辛 蘭L?叵L I P老聖

12、T ir RI pl I0H衛(wèi)£檢町a(chǎn)動I忑*«- 1 STi普分網(wǎng)-KE25t)&wkn4.211 VMk1卜化1啟動0 11 IT中口-廣 ,疑止11 (-1 -2siii時止J反向|7.Jk： 呢7.9 33 kHJ-tffos血I|細土 范圉忖 自g S旺圖十AM波輸出波形27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，從而實現(xiàn)調(diào)幅。 實際上，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)。要完成無線電通信，首

13、先必須產(chǎn)生高頻率的載 波電流，然后設(shè)法將電報、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 射進行傳輸，在遠距離接收端我們用適當?shù)慕庹{(diào)裝置再把原信號不失真的恢復 出來，就達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

14、擇使用，便于濾波。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。廣泛用于輸出功率較 大的發(fā)射機中。所需調(diào)制信號功率大是該調(diào)制電路的缺點。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)計采用包絡(luò)檢波.，而檢波的實質(zhì)就是信號源通過二極管向負載電容C充電和負載電容 C向負載電阻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 v0在充放電過程

15、中逐步建立起來該電壓對二極管形成一個大的負電壓，從而使二極管的輸入電壓的峰值附近才導通，導通時間很短，電流通腳也很小.當充放電達到平衡時，v0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)律相同從而實現(xiàn)AM信號的解調(diào).電路等效電路丄RTCfl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vdc和低頻分量v ;V0=Vdc + v t由分析得，輸入信號理論波形及頻譜1叭圖十輸入信號理論波形及頻譜輸出信號理論波形及頻譜輸出信號理論波形及頻譜圖輸岀信號頻譜仿真過程(1)選擇元器件，二極管型號為 1BH62. C6為200nF,R5為 4

16、0k，R6為 10kC7 為100 F(2 )將上級調(diào)制出的 AM波接入包絡(luò)檢波器中(3)連接頻率計和示波器對輸出波形進行觀察，并調(diào)試出品質(zhì)較好的波形。MULTISIM仿真電路圖D11BH2CIOL21UF嚴1T圖十四包絡(luò)檢波器仿真圖X5CSXPC5C7MHlaouFQLO1BlJHiW OdDOi oaoo» 0.000 5il百AIIB比創(chuàng) iQMSav比制歸ME憂制a v/hvJcf±3E |o心 P屯平ItTF址戟亙比1 AjgJ|az d |dc| e1 AC 0 , X 1 -1 r魚道 Acm” CM” c.?»vFlEjit Triggerrrr屯

17、廠b L 一訂0 正弓玄1析溝自動壬仔類垂計-KF匚5X&9.989 kHzr 靈 ilJlCRWE)別里一丨砸率脈沖 I上升/F曄I觸岌電平1耦合ACDC毎縮比16 J圖一包絡(luò)檢波器檢波輸出波形0星準0|dBLQUr頃封1睦境止lJUh|r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lOOkHZ誤差為0.011%。 符合設(shè)計要求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V,圖十七理想低通濾波器電路圖圖十八 理想低通濾波器

18、電路頻譜圖MULTISIM仿真圖圖十九理想低通濾波器仿真圖H =1=9.95kHZ2 200 80 10-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jJ-1 ±±1時閭 l.OSCiims誦倉A'3.635 il_e反向2主±1 Ofir mv1.635 inO.iOCW s0.0)0 V時間Bii A誦道eft蝮比例|1D由掃V比例 |5 VA)iv比剎 |aoo mVAivk士 FA以細1他 |ovfei h伽 1-1,2電平|QVF/FMl 昭|a/b|亦 0 1CC 1r Q j 匠-1

19、6奘型正整丨球堆1自圳壬：CxL. TrlcjQerr1普活剩寸I巒 1年丿11 伽 IfUiT|陽£苕國h10Hr1準0中間1131畦筠止20；H;1：1歸4.M0kHz1甸倍止11 .J三竺1dp-注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)計要求££圖二理想低通濾波器仿真輸出波形頻率檢測最后總電路為wcTl2VVC匚ZUiJiiJlLilg'HOMU -1*1*iokn31Clqd.3icXEcm:Z3»drcs _半沖iF1丄V* JI中1廳 J*SirT1kflH|«lh0.1 VZS

20、C5|HH1CC-IF圖十三ce半 FKi|U=一nHlOWlWAr imLiMULTISIM 仿真設(shè)計總電路圖II'vaiir崔i；）OhHC4W VRaYZJOEjCTUtC4jcSCb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， 因為輸入輸出負載發(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，就能夠解決此類問題。2. 用理論計算得出的元件參數(shù)連接電路，有時候波形也會出現(xiàn)失真，如何解 決？ 答：理論計算結(jié)果是理想的，實

21、際操作中往往不能達到這種狀態(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？ 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。4. 集電極調(diào)幅電路的優(yōu)點、缺點與改進？ 答：集電極調(diào)幅的優(yōu)點：與基極調(diào)幅相比，集電極調(diào)幅的線性好，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： 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：要使回路的線性良好，則 Ec 既不進入強過壓區(qū)，也不要進入欠壓區(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