小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)

1、1.1設(shè)計(jì)的作用和目的通過本課題的設(shè)計(jì)、調(diào)試和仿真，加深對高頻電子線路理論知識的進(jìn)一 步理解，進(jìn)一步鞏固理論知識，能夠建立起無線發(fā)射機(jī)的整機(jī)概念， 學(xué)會(huì)分析電 路、設(shè)計(jì)電路的步驟和方法，了解發(fā)射機(jī)各單元之間的關(guān)系以及相互影響，從而 能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算調(diào)幅發(fā)射機(jī)的各單元電路：主振級、被調(diào)級、推動(dòng)級、功率放 大級、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)等。進(jìn)一步掌握所學(xué)單元電路以及在此基礎(chǔ)上， 培養(yǎng)自己分 析、應(yīng)用其他電路單元的能力。同時(shí)經(jīng)過課程設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)查資料、充分利用互 聯(lián)網(wǎng)等一切可利用的學(xué)習(xí)資源，增強(qiáng)同學(xué)們分析問題解決問題的能力， 為將來的 畢業(yè)設(shè)計(jì)做鋪墊，也為將來走向就業(yè)崗位打下一定的基礎(chǔ)。1.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)要求設(shè)

2、計(jì)一個(gè)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)。主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率：f=6 MHz調(diào)幅波功率：POmax > 200mW調(diào)制系數(shù)：Ma> 50%頻率穩(wěn)定度：fff 10 52小信號調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀?一中心頻率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。通常，發(fā)射機(jī)包括三個(gè)部分：高頻部分，低頻部分，和電源部分。高頻部分一般包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動(dòng)級與 末級功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。 為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級 往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級，以削弱后級對主振器的影響。低頻部分包括話筒、低

3、頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率放大 級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電平， 以便對高頻末 級功率放大器進(jìn)行調(diào)制。因此，末級低頻功率放大級也叫調(diào)制器。調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩（載頻）信號上去的過程。所以末 級高頻功率放大級則成為受調(diào)放大器。調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要包括三個(gè)組成部分：高頻部分、音頻部分和電源部分。此圖 省去了電源這一部分。發(fā)射機(jī)的主要作用是完成有用的低頻信號對高頻信號的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀?一個(gè)中心頻率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射出去的電磁波。調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常由主振級、緩沖級、倍頻級、中間放大級、振幅調(diào)制、音頻 放大和輸出網(wǎng)絡(luò)組成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，

4、載波頻率 f=6MHz，主振級采用西勒振蕩 電路，輸出的載波的頻率可以直接滿足要求，不需要倍頻器。系統(tǒng)原理圖如圖 2.1所示：振級緩沖級放大級,AM調(diào)制寸 輸出話筒二D音頻放大圖2-1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖圖2-1中，各組成部分的的作用如下：振蕩級：產(chǎn)生頻率為6MHZ勺載波信號。緩沖級：將晶體振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對晶體振蕩級的影響。音頻放大級：將話筒信號電壓放大到調(diào)制級所需的調(diào)制電壓。功放以及調(diào)幅級：增大載波輸出功率，將話音信號調(diào)制到載波上，產(chǎn)生已調(diào) 波。輸出網(wǎng)絡(luò)級：對前級送來的信號進(jìn)行功率放大，通過天線將已調(diào)高頻載波電 流以電磁波的形式發(fā)射到空間。3各部分電路的具體設(shè)計(jì)和分

5、析3.1主振級主振級是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小的高頻正弦波信號作為載波信號。該電路通常采用晶體管LC正弦波振蕩器。常用的正弦波振蕩器包括電容三點(diǎn)式振蕩器即考畢茲振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。本級用來產(chǎn)生6MHz左右的高頻振蕩載波信號，由于整個(gè)發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定 度由主振級決定，因此要求主振級有較高的頻率穩(wěn)定度，同時(shí)也要有一定的振蕩功率（或電壓），其輸出波形失真較小。一般LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度為10 3 10 4, 克拉潑和西勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度為10 4 10 5。為此，這里采用西勒振蕩電路， 可以滿足要求。LC振蕩器電路圖如圖所示。振蕩頻率由晶振

6、的等效電容和電感決定， 電路中靜態(tài)工作點(diǎn)由R1、R2 R3 R4決定。在設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先設(shè)定 晶體管的集電極電流I cq，般取0.5mA 4mA，Icq太大會(huì)引起輸出波形失真， 產(chǎn)生高次諧波。設(shè)晶體管 B =60, Icq 2mA，J （1/22/3）Vg，則可以取 R1=10K R2=10K R3=3K R4=1K為了解決頻率穩(wěn)定度和振蕩幅度的矛盾，常采用部分接入方式。由前述可知， 為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅及容易起振， 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后，晶體管部 參數(shù)Yf的值就一定，對于小功率晶體管可以近似認(rèn)為 Yf gm I CQ / 26mV ,反饋 系數(shù)大 小應(yīng) 在0.150.5圍選擇

7、。結(jié) 合C2,C3的值遠(yuǎn)大于C4，C5，取 C3=300pF,C2=600Pf,C4為 30pF可變電容，C5為 350pF 可變電容。圖西勒振蕩器電路所示R1、R2 R4提供偏置電壓使三極管工作在放 大區(qū)，C1起到濾波作用。輸出電路的總電容：C2C3C3C4C2C4C5C4C53-1-1振蕩頻率為:r 11I osc 2 . LC3-1-22 丄1GC5)在此西勒振蕩器電路中，由于C5和L并聯(lián)，所以C5變化不會(huì)影響回路的接 入系數(shù)，如果使C4固定，可以通過改變C5來改變振蕩頻率，因此，西勒振蕩器可用作波段振蕩器，適用于較寬波段工作12Vn3 k _ RIlk. VAKFC1圖3.1.1 西勒

8、振蕩器西勒振蕩電路仿真結(jié)果:5ensitivity( RMS)Trigger LevelCouplingI- 5low Change signal3圖3.1.2 載波頻率圖3.1.3西勒振蕩器的輸出波形3.2緩沖級為了減少后級對主振級振蕩電路振蕩頻率的影響， 米用緩沖級。緩沖級常米 用射級電壓跟隨器，它的特點(diǎn)是電壓增益小于 1而接近于1,輸出電壓與輸入電 壓同相；輸入電阻高，從信號源吸收電流??；輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)。將它 作為中間級以隔離前后級間的相互影響，在電路中起阻抗變換作用。主振級與緩沖級聯(lián)調(diào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況， 可通過增大緩沖級的射極電阻 R4來提高緩沖

9、輸入級輸入阻抗，也可通過減小C2, 即減小晶振級與緩沖級的耦合來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)負(fù)載 R5也會(huì)對緩沖的輸出波形也有 很大影響。XF1rLir圖3.2.1 緩沖級電路T/-T1ITimeChannel AChannel B131.771 us7Q,71imV6Q.60Q mV1 191.771 us70.713 mW60.600 mW0.00010.000 VCLDOtMRevierseScale 1OO FTiV/DIVSaveExt. TriggerrTioietoaseScdle 100 nt/Diyy position 1.2X position| Y/T AddCharnel A匚hanne

10、l BScale 100 mV/DiVoLevelDCType7 position 'l.i圖322緩沖級的輸出波形TriggerAuto None3.3音頻放大本課程設(shè)計(jì)中，音頻信號用如圖所示的函數(shù)發(fā)生器代替，采用高增益 的集成運(yùn)算放大器UA741進(jìn)行功率放大。音頻放大器主要是對語音信號進(jìn)行放 大和限頻，經(jīng)過放大的音頻信號送到調(diào)制器對高頻載波進(jìn)行調(diào)制。圖3.3.1 音頻放大電路圖3.3.2音頻放大輸出波形3.4 AM調(diào)制電路調(diào)幅是使高頻載波信號的振幅隨調(diào)制信號的瞬時(shí)變化而變化。也就是說，通過用調(diào)制信號來改變高頻信號的幅度大小，使得調(diào)制信號的信息包含入高頻信號 之中，通過天線把高頻信號

11、發(fā)射出去。調(diào)幅器可分為高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅： 大功率廣播和通信多采用高電平調(diào)平， 這種調(diào)幅機(jī)輸出功率大、效率高；載波機(jī) 和各種電子儀器多采用低電平調(diào)幅，它們對輸出功率和效率要求不高，可以選用 調(diào)幅特性較好的電路中。常見的調(diào)幅方法主要有乘法器調(diào)幅、 開關(guān)型調(diào)幅電路、晶體管調(diào)幅電路，其 中晶體管調(diào)幅又分為基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅。本課程設(shè)計(jì)采用三極管集電極調(diào)幅 電路進(jìn)行調(diào)幅，三極管集電極調(diào)幅電路也是最簡單的調(diào)制電路。 音頻信號和載波 信號分別通過集電極與基極輸入到調(diào)制電路，然后經(jīng)三極管進(jìn)行調(diào)制，最后經(jīng) LC諧振回路輸出調(diào)制結(jié)果。圖3.4.1三極管調(diào)幅電路圖調(diào)制電路仿真調(diào)試結(jié)果如圖所示:Time73.

12、271 us73.Z71 usC.QQOf* 一土門Channel A -3,e7OV <.670 VQ.QQQVChannel BReverseTimebcse匚 hannel AChannel BtriggerScale h 咖“Scale 1? V/DivScale |100 mV/DivEdgerxirrjjj“Mi血 |oY pQfjtionY position1°Lewi|«*|¥/T Add| B律“膽AC- 0 DCac D rTypeNar. | AutoWaneExt. Triggerr圖342調(diào)制信號4發(fā)射機(jī)的整體電路以及調(diào)試4.1整體

13、電路卜1K： §圖調(diào)幅發(fā)射機(jī)的整體電路4.2調(diào)試并仿真從主振級出發(fā)，一步一步進(jìn)行調(diào)試，知道每一部基本符合要求的情況下再進(jìn)行下一步級聯(lián)，調(diào)試的最終結(jié)果如下所示:圖421調(diào)試與仿真結(jié)果4.3整機(jī)調(diào)試故障分析晶振級與緩沖級聯(lián)調(diào)時(shí)緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況。產(chǎn)生的 主要原因是緩沖級的輸入阻抗不夠大，使晶振級負(fù)載加重。這可通過增大緩沖級 的射極電阻RP1來提高緩沖輸入級輸入阻抗，也可通過減小 C4,即減小晶振級 與緩沖級的耦合來實(shí)現(xiàn)。本機(jī)振蕩級、緩沖級、話語放大級以及調(diào)制級聯(lián)調(diào)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn) 象。產(chǎn)生的原因可能是經(jīng)射級跟隨器輸出的本振電壓V0偏小或者是音頻放大級輸出的調(diào)制電

14、壓V過大。調(diào)整話音放大級增益，以滿足調(diào)幅度ma=50%的技術(shù)指標(biāo)要求。參考文獻(xiàn)1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M.（第四版）.:高等教育,1999.1331492 林春方.高頻電子線路M.（第二版）.:電子工業(yè)，2001. 6586.3 翠娥.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.工程大學(xué),2003. 2132454 才開，屏，周細(xì)風(fēng).高頻電子線路原理與實(shí)踐M.:中南大學(xué)，2010. 66158在學(xué)習(xí)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益 求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛 的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)

15、心支 持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感和崇高的敬意！另外，感校方給予我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并在這 個(gè)過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在這學(xué)期快要結(jié)課的時(shí)候，能夠?qū)W(xué)到 的只是應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的 能力。感所有任課老師和所有同學(xué)在這三年來給自己的指導(dǎo)和幫助 ，是他們教會(huì)了 我專業(yè)知識，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在 各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的意。感寢室里的舍友，是你們 三年來對我的關(guān)照使我的擁有一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境是我能專心學(xué)習(xí)生活。最后， 我要向百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱，評

16、議和參與本人課程設(shè)計(jì)的各位老師表 示感。心得與體會(huì)通過對高頻知識的掌握，利用Multisim軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)。 我根據(jù)先局部后整體的設(shè)計(jì)方案，先將小信號調(diào)幅發(fā)射機(jī)的各部分電路設(shè)計(jì)出 來，并且單獨(dú)進(jìn)行仿真和調(diào)試，然后再進(jìn)行調(diào)試并且仿真。在設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)中都 遇到了很多問題：首先，參數(shù)的選定很難，課堂上基本上是分析電路的原理功能 和計(jì)算電路的性能指標(biāo)，很少親自選定器件的參數(shù)，從資料或網(wǎng)上得到的數(shù)據(jù)很 多都有問題；必須經(jīng)過修正和調(diào)試才能確定出器件的參數(shù)，只有正確的參數(shù)，才能夠設(shè)計(jì)出我們所想要的輸出結(jié)果，參數(shù)的正確性可以說決定著設(shè)計(jì)成功的 50%其次，有些時(shí)候理論上符合要求的電路，仿真后卻得不到相應(yīng)的結(jié)果，尤 其是整機(jī)聯(lián)接的時(shí)候出現(xiàn)了更多問題， 也花費(fèi)了很多時(shí)間（其實(shí)差不多一半的時(shí) 間都在進(jìn)行整機(jī)調(diào)試和修正），比如主振級與緩沖級聯(lián)調(diào)時(shí)緩沖級輸出電壓明顯 減小并且波形失真嚴(yán)重，開始的時(shí)候，主振級甚至起振不起來，還有就是調(diào)幅失 真，問題更加復(fù)雜。當(dāng)然也正是由于問題的出現(xiàn)，我才學(xué)到了更多的知識，以及 設(shè)計(jì)的技巧，對Multisim 軟件的應(yīng)用