調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)

1、小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測一 設(shè)計(jì)目的訓(xùn)練學(xué)生對高頻電子元器件及電路的應(yīng)用能力、高頻電路的設(shè)計(jì)與調(diào)測能力，高頻電子小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)測能力，提高綜合應(yīng)用高頻知識的能力、分析解決問題的能力。二 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)，指標(biāo)為：中心頻率6MHz;頻率穩(wěn)定度10-4;輸出AM波峰包功率200mW；調(diào)制系數(shù)ma50%；包絡(luò)基本不失真，用短波調(diào)幅收音機(jī)收聽到的聲音清晰且不失真。限定條件：天線阻抗50，話筒為駐極體話筒XD-18。三 方案的確定與電路圖（）系統(tǒng)方案的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，可選用圖k1.1所示的典型小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的方案。圖中，晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度10-5的基本不

2、失真的6MHz的正弦波。由于晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度通?？蛇_(dá)10-6以上，因此一般滿足頻率穩(wěn)定度10-5的要求。緩沖放大器用于減小高電平調(diào)幅電路對振蕩器工作的影響，并對振蕩器輸出信號進(jìn)行放大，其增益應(yīng)該合適而且可調(diào)，以便滿足高電平調(diào)幅電路，不難達(dá)到發(fā)射機(jī)的功率和失真要求。調(diào)制系數(shù)可以通過uB(t)和u(t)的大小來滿足，uB(t)的大小通過緩沖放大器的增益來調(diào)節(jié)，u(t)的大小通過音頻放大器的增益來調(diào)節(jié)。音頻放大器的作用是不失真地放大音頻信號，其增益應(yīng)該合適而且可調(diào)。綜上可見，高電平調(diào)幅電路是滿足系統(tǒng)要求的關(guān)鍵，應(yīng)首先設(shè)計(jì)該電路，然后根據(jù)該電路對信號uB(t)和u(t)的要求確定其它電路。音頻放大

3、器話筒高電平調(diào)幅緩沖放大器晶體振蕩器 圖 k1.1 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖 （二）單元電路的設(shè)計(jì)1.高電平調(diào)幅電路的設(shè)計(jì) （1）電路及工作狀態(tài)的選擇。高電平調(diào)幅電路主要有基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅和集電極-基極雙重調(diào)幅電路。由于輸出功率較小，故可選用效率雖較低但調(diào)制線性好、電路較簡單的基極調(diào)幅電路。導(dǎo)通角通常選擇70o左右，采用自給偏置，電路如圖k1.2所示。為了提高調(diào)制線性度，應(yīng)使電路工作在欠壓區(qū)。 O+Vcc C2 C3 Lc + CC TA L TB CB1 C4 C5 RAuB(t) RE +CB2 LB1 C1U LB2 圖k1.2 高電平調(diào)幅電路方案（2）基本原件的選擇。圖中，CB1、

4、CB2、CC為隔直耦合電容，C1、C2為高頻濾波電容。由于載波頻率fc=10MHZ,音頻信號頻率F20Hz20KHZ,故取CB1=CB2=CC=0.033f,C1=C2=1f。C3為電源去耦電容，C3=10f。扼流圈LC在該電路中主要起隔離高頻信號、耦合電源的作用，通常取10mH。LB2=51Mh。LB1為高頻扼流圈，其作用是隔離高頻載波信號，耦合低頻的音頻信號，因此取LB1=470H。RE為負(fù)反饋電阻，用以改善波形及測試工作狀態(tài)，通常取10。 （3）濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。L、C4和C5構(gòu)成型濾波匹配網(wǎng)絡(luò),為確定它們的值,需要先確定集電極諧振電阻Re。電路的最大輸出功率在臨界狀態(tài)時(shí)達(dá)到，考慮到匹

5、配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際傳輸效率，應(yīng)選擇臨界狀態(tài)時(shí)的最大輸出功率 POmax>2.5倍輸出峰包功率=2.5×220mW=550mW故選擇POmax=1.2W。設(shè)集電極飽和壓降UCES=1V，電源電壓VCC=12V,則臨界狀態(tài)時(shí)的高頻信號幅度為Ucmmax=11V，可得集電極諧振電阻為 Re=U2cmmax/(2Pomax)50考慮到功放匹配電路中Qe1、Qe2不宜太大，否則諧振曲線太尖銳，不易調(diào)整，而且傳輸效率降低，故取Qe1=2。由于Qe1=wcReC4,因此得 C4=2/(6×106×2×100)=530PF實(shí)際可取560PF，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)整。 由于 R

6、e/（1+Q2e1）=RA/（1+Q2e2） 故可得 Qe20.61 C5=Qe2/(wcRA)=325PFC5可取350PF，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)整。 L=L1+L2=(Qe1/wc)×(Re/(1+Q2e1)+ (Qe2/wc)×(Re/(1+Q2e1) =0.86H故L取為1.0H.（4）三極管的選擇。設(shè)導(dǎo)通角70o,根據(jù)三極管臨界工作狀態(tài)時(shí)的高頻信號振幅Ucmmax=11V，可求得臨界狀態(tài)時(shí)集電極電流為 icmax=Icmmax/1()=Ucmmax/Re1(70o)=11/(100×0.44)=0.25A臨界狀態(tài)時(shí)的管耗為 PC=PD-Pomax=icmax0

7、()Vcc-Pomax=0.25×0.25×12-0.6=150Mw由于失諧管子的管耗大大增加，因此PCM的選擇應(yīng)有足夠余量。 三極管的最大集電極電壓為uCEmax2VCC=24V查手冊知：NPN高頻中功率管9013的參數(shù)為fT300MHz，PCM=700Mw,ICM=300Ma,U（BR）CEO=30V,所以滿足上述要求。9013的管角如圖k1.3（b）所示。（5）載波電壓幅值Ubm與調(diào)制電壓幅值Um的選擇。由于采用自給偏置，因此Ubm應(yīng)大于0.5V。為便于調(diào)整、提高調(diào)幅性能，應(yīng)使Ubm在0.5 3V內(nèi)可調(diào)，Um在0.11v內(nèi)可調(diào)，然后通過實(shí)驗(yàn)確定它們的合理取值。綜上所述

8、，確定高電平調(diào)幅電路如圖k1.3(a)所示 LC 10mH C310f C310f CC 0.033f L 1.8f C5 350PF C4 560PF RA CB1 0.033f LB1 470H RE 10 50 CB2 10f C1 1F LB2 51Mh (a) 9013 e b c (b) 圖k1.3 高平調(diào)幅電路 （a）電路 （b）9013管腳排列 2. 電源的選擇除高電平調(diào)幅以外的電路，信號的大小和功率都比較小，且對電源無特殊要求，故可根據(jù)高電平調(diào)幅電路的電源要求將各電路的電源選為VCC=12V。3. 音頻放大電路的設(shè)計(jì)音頻放大電路的輸入信號由駐極體話筒提供，其值較大，可達(dá)100

9、mV，為使Um能在0.11V內(nèi)可調(diào)且有一定的調(diào)節(jié)余量，可確定音頻放大電路增益為0.120，帶寬20Hz 20kHz。音頻放大電路的Ri應(yīng)遠(yuǎn)大于Rs,由于駐極體話筒XD-18的Rs較高（約幾K），因此可取RI=20K。擬采用圖k1.4所示的單電源放大電路。圖中12V電源通過68k電阻為話筒提供直流偏置電壓，這是話筒XD-18工作所要求的。隔直耦合電容C6和旁路電容C7根據(jù)下列式子確定C6（3 10）/（2fLR1） C7（310）/（2fL（R2/R3）由于Aumax=20,fmax=20kHz,而集成運(yùn)放LM741的單位增益帶寬為BWG=1MHzAumaxfmax=4×105Hz,故

10、集成運(yùn)放可選用LM741，其管腳排列如圖k1.5所示。 Rf 400k o A C6 10f R1 20K 7 +12V_ + + 68K uin 2 - fduu 6 o uo +12V 3 LM741 +12v O R2 30 K 4 R3 30 k C7 10f 圖 k1.4 音頻放大電路 NC VCC OUT 調(diào)零端1 調(diào)零端1 IN- IN+ VSS 圖 k1.5 LM741 管腳排列4晶體振蕩器的指標(biāo)要求：fosc=6MHz,頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5 波形大小穩(wěn)定，失真小，故可按頻率指標(biāo)設(shè)計(jì)，然后通過實(shí)驗(yàn)確定幅度。(1) 電路形式的選擇。采用應(yīng)用較廣的并聯(lián)型晶體振蕩電路。由于頻率不高

11、，故用共發(fā)射極組態(tài)就可以了。為便于調(diào)節(jié)fosc ，采用類似于改進(jìn)型電容三點(diǎn)式的結(jié)構(gòu)，如圖k1.6所示。（2）工作狀態(tài)的選擇。甲類工作狀態(tài)波形好、穩(wěn)定度高，但效率低；乙類、丙類則反之。由于本方案中所需的輸出功率不大，可選擇甲類。（3）元器件的選擇1）直流通路原件的確定。通常取VBQ=(510)UBEQ。由于本電路為甲類工作狀態(tài)且uo大些好（當(dāng)uo足夠大時(shí)可省去緩沖放大器），故信號動態(tài)范圍要大些，VBQ應(yīng)取大，現(xiàn)取VBQ=8.8v。偏置電阻RB1、RB2一般取幾十k，現(xiàn)取RB2=30k，則根據(jù) VBQRB2/(RB1+RB2)XVCC 即 8.8V30k/(RB1+30K) X12V可得 RB1=

12、11KRE1主要用作交流電流負(fù)反饋電阻改善波形，其取值一般比較小，現(xiàn)取RE1=510，采用1k電位器實(shí)現(xiàn)之。通常小功率振蕩器的ICQ=15mA，現(xiàn)取ICQ=3mA，故可得直流電流負(fù)反饋電阻RE2為 RE2=(VBQ-VBEQ)/ICQ-RE1=(8.8V-0.7V)/3mA-5102.2kLC為通直流阻交流的扼流圈，可取10mH。2）CE、C5的確定。CE為旁路電容，其值太小則旁路作用不佳，太大則易產(chǎn)生見習(xí)振蕩，通常按下式選取 CE（1020）/（2foscRE2）故可選CE=0.01F。C5為隔直耦合電容，可按下式選取 C5（1020）/（2foscRL）設(shè)RL=1K，則可選C5=0.01F

13、。3)回路原件選擇。因?yàn)閒osc=6MHz,故選用6MHz晶體。C3取20PF即可。C1、C2是回路電容，應(yīng)取大些以減小回路參數(shù)及分布參數(shù)的影響。由于反饋系數(shù)為 Fu-C1/C2所以C1、C2的比例影響振幅條件及輸出大小。C2/C1太小時(shí)易飽和，波形變差；太大時(shí)可能不起振。通常取C2/C1110?，F(xiàn)取c1=c2=200PF,實(shí)驗(yàn)中視需要可作調(diào)整。4）選管。因?yàn)楣茏蛹最惞ぷ鳎瑸楸ＷC管子安全工作，應(yīng)選擇 PCMICQUCEQ=3mA×(12v-8.1v)=11.7mW ICM2ICQ=6Ma U(BR)CEQ2VCC=24V應(yīng)選擇特征頻率fT（310）fosc =(310)MHz。根據(jù)前

14、面所訴的9013參數(shù)可知可選用9013。綜上所訴，可得集體振蕩器電路及其電路參數(shù)如圖k1.6所示。 +12VRB1 11K LC 10mH C5 0.01F uo 30K 1KC3 20PF RB2 RE1 200PFC16MHzCERE20.01F2.2K圖k1.6 晶體振蕩電路 C2 200pf5. 緩沖電路的設(shè)計(jì)緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓放大為0.53V的電壓，以提高電平調(diào)幅電路所需的載波輸入信號，所以要有合適且可調(diào)的增益。由于信號頻率高，故不采用普通運(yùn)放實(shí)現(xiàn)放大，應(yīng)采用集成寬帶放大器或采用三極管分立元件電路。實(shí)踐表明，采用前述高電平調(diào)幅電路時(shí)，只要Ubm達(dá)到1.2V就夠用，該晶體振蕩

15、器能滿足Ubm=1.2v的要求，因此可省去緩沖放大器 （三）總電路圖四 、列出元器件清單及所需儀器清單電阻 電容 電感10 1個(gè) 200PF 2個(gè) 1.8H 1個(gè)50 1個(gè) 560PF 1個(gè) 470H 1個(gè)2.2k 1個(gè) 680PF 1個(gè) 10 mH 2個(gè)11k 1個(gè) 0.01F 2個(gè) 51 mH 1個(gè)20 k 1個(gè) 0.033F 2個(gè)30 k 3個(gè) 1F 2個(gè) 10F 2個(gè) 其它器件電位器 三極管 集成運(yùn)放 晶振1k 1個(gè) 9013 2個(gè) LM741 1個(gè) 6MHz 1個(gè)430k 1個(gè) 面包板 直流穩(wěn)壓電源 示波器 高頻信號發(fā)生器 萬用表1 塊 1 臺 1臺 1 臺 1 臺 五、改進(jìn)意見和收獲體會改進(jìn)意見：電源線應(yīng)該接到同一個(gè)地方，方便連