電子線路課程設(shè)計報告,小功率調(diào)幅發(fā)射機

..>電子線路課程設(shè)計總結(jié)報告課題名稱：小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計內(nèi)容摘要：本次課程設(shè)計實現(xiàn)小功率發(fā)射機的理論設(shè)計，本文介紹了設(shè)計的理論和步驟。根據(jù)設(shè)計指標、要求和可行性，選擇適合設(shè)計方案，并對設(shè)計方案進展必要的論證。設(shè)計具體包括以下幾個步驟：一般性理論設(shè)計、具體電路的選擇、根據(jù)指標選定適宜器件并計算詳細的器件參數(shù)、用multisim進展設(shè)計的仿真、根據(jù)仿真結(jié)果檢驗設(shè)計指標并進展調(diào)整。小功率調(diào)幅發(fā)射級主要包括四個單元電路：載波發(fā)生電路、低頻調(diào)制信號發(fā)生器、調(diào)制電路、高頻放大電路。先完成各單元電路設(shè)計及仿真，然后將各單元連接進展調(diào)試仿真完成設(shè)計指標的要求。最后對整個設(shè)計出現(xiàn)的問題，和心得體會進展總結(jié)。關(guān)鍵字：調(diào)幅發(fā)射機、理論設(shè)計、multisim仿真一、設(shè)計內(nèi)容及要求1.確定小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計方案，根據(jù)設(shè)計指標對既定方案進展理論設(shè)計分析，并給出各單元電路的理論設(shè)計方法和實用電路設(shè)計細節(jié)，其中包括元器件的具體選擇、參數(shù)調(diào)整。2.利用multisim仿真軟件，對設(shè)計電路進展仿真和分析，依據(jù)設(shè)計指標對電路參數(shù)進展調(diào)整直至滿足設(shè)計要求。3.小功率調(diào)幅發(fā)射機設(shè)計的技術(shù)指標：載波頻率,輸出功率，負載阻抗，輸出信號帶寬，單音調(diào)幅系數(shù)，平均調(diào)幅系數(shù)，發(fā)射效率。二、方案選擇及系統(tǒng)框圖1.設(shè)計方案概述和系統(tǒng)框圖：發(fā)射機的主要作用是完成有用的低頻信號對高頻信號的調(diào)制，并通過天線向外輻射攜帶有有用信號、具有一定帶寬和滿足功率要求的已調(diào)信號。調(diào)幅發(fā)射機主要包括三個局部:載波發(fā)生器〔主振級〕、音頻局部和調(diào)制電路。此外本系統(tǒng)依然用到了射隨器〔緩沖級〕以滿足隔離條件，用放大器以滿足載波電壓和末級發(fā)射功率的要求。對于實現(xiàn)一樣功能的單元電路，實現(xiàn)方法不唯一：載波發(fā)生器可以利用克拉潑電路、西勒電路、晶體振蕩電路等；音頻局部可以使用集成運放電路、三極管低頻放大電路；AM調(diào)制局部可以使用高電平調(diào)制〔三極管集電極調(diào)幅電路等〕、低電平調(diào)制〔乘法器〕兩種不同方法。無論各單元電路使用何種方法，小功率調(diào)幅發(fā)射機的系統(tǒng)框圖大同小異，如以下圖所示：振蕩器器振蕩器器射隨器器調(diào)制信號高頻功放振幅調(diào)制高頻放大小功率調(diào)幅發(fā)射機主要有四局部組成:載波發(fā)生器〔振蕩器〕、音頻信號、調(diào)制電路〔乘法器〕和高頻功放電路。乘法器用MC1496以實現(xiàn)低電平調(diào)制，因為其輸出功率較小，在發(fā)射之前需要功率放大，為防止放大級對之前的電路造成影響，乘法器輸出的普通調(diào)幅波先經(jīng)過緩沖級。2.各單元電路具體方案選擇：a)振蕩器：振蕩器就是高頻載波發(fā)生器，本次課程設(shè)計選用的載波頻率為10MHz。電容三點式振蕩器的輸出波形比電感三點式振蕩器的輸出波形好。這是因為電容三點式振蕩器中，反響是由電容產(chǎn)生的，高次諧波在電容上產(chǎn)生的反響壓降較小，輸出中高頻諧波??；改進型電容三點式〔Clapp〕電路具有更高的頻穩(wěn)性，這是因為電容三點式的不穩(wěn)定性主要來自三極管極間電容影響，增大和同時減小可同時滿足振蕩頻率和頻穩(wěn)度的要求；使用晶體振蕩器有更高的頻率穩(wěn)定性。考慮到multisim仿真的可行性，故振蕩器選擇Clapp電路。b)射隨器：其作用是防止高頻放大電路對振蕩電路的振蕩頻率和頻穩(wěn)性造成影響，采用射隨器。b)高頻放大：獲得較高的載波電壓以滿足振幅調(diào)制的要求，采用甲類高頻放大電路。c)振幅調(diào)制：該單元實現(xiàn)將音頻信號加載到載波上以調(diào)幅波形式發(fā)送出去，有高電平調(diào)制和低電平調(diào)制兩種方法。高電平調(diào)制優(yōu)點的是可以不必使用效率較低的線性功率放大器，可提高整機效率，另外其輸出功率足夠大有時可直接向外發(fā)送，缺點是調(diào)制線性度差；低電平調(diào)制的優(yōu)點是調(diào)制線性好，缺點是輸出功率小，必須使用高頻功率放大器才能到達發(fā)射功率的要求。此次涉及對調(diào)制線性度要求不高，為使電路簡化，選擇高電平調(diào)制——集電極調(diào)幅電路。d)功率放大電路：為獲得較大的發(fā)射功率和效率，末級功放采用丙類諧振功放，又為使丙類功放獲得較大的鼓勵功率，在丙類功放之前加寬帶放大器。因此高頻放大電路由寬帶放大器和丙類諧振功放兩級電路組成。三、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇1.振蕩器設(shè)計器設(shè)計：本單元采用改進型電容三點式——克拉潑電路，以產(chǎn)生Vcc=12V，fo=6MHz的高頻載波，設(shè)計電路圖，如下所示：首先要設(shè)置靜態(tài)工作點，依據(jù)2SC2786的參數(shù)設(shè)置各直流電阻的參數(shù)如以下圖，設(shè)計要求滿足振蕩器的起振條件和平衡條件。取C3=120pF，C4=470pF，相當于在基極和發(fā)射極之間并接大電容，其作用是減輕溫度變化引起發(fā)射結(jié)電容變化造成對振蕩頻率穩(wěn)定性的影響。電容電感參數(shù)計算：，，取C5=23pF，則L1=取C1=C2=0.01uH，為高頻旁路電容，C13為高頻耦合電容，具有隔直流同時將振蕩器的輸出電壓作為輸入信號加到下一級電路。仿真輸出電壓幅值Vp-p=3V，輸出頻率，滿足設(shè)計要求。仿真波形如以下圖：圖1.3振蕩器輸出波形SEQ圖1.3_振蕩器輸出波形\*ARABIC1圖振蕩器輸出信號頻率2.射隨器的設(shè)計：緩沖級接成射隨器，以滿足隔離條件。高頻交流通路為共集極組態(tài)，因為其交流輸入阻抗很大,輸出阻抗很小，從而起到緩沖作用已到達隔離效果，防止后級放大電路對振蕩器的振蕩頻率造成影響，影響振蕩器頻率和穩(wěn)定性。圖射隨器原理圖首先設(shè)置靜態(tài)工作點：取，，解得、，為了便于調(diào)節(jié)本級的輸出電壓，采用30kΩ固定電阻并接30kΩ滑動變阻器。考慮到β值，且由和分壓得到，取。由仿真結(jié)果可得幅值Vp-p=2V，，幅值比輸入略有降低但滿足要求。圖射隨器輸出波形圖圖射隨器輸出載波的頻率3.高頻放大器的設(shè)計：次級為高頻放大電路，以便獲得較高的電壓滿足下一級集電極高電平調(diào)制的條件，三極管工作在放大狀態(tài)，設(shè)置靜態(tài)工作點與上一個單元電路類似，放大電路的放大電壓在由集電極耦合輸出。下一級的輸入電壓作為本級電路的負載。變壓器采用1:1的高頻變壓器；C7為高頻耦合電容為10pF；C8為高頻旁路電容，取0.01uF；R12為發(fā)射級鏈接的51Ω小電阻，以防止發(fā)生寄生振蕩；圖高頻功率放大器通過調(diào)節(jié)前一級射級跟隨器滑動變阻器的分壓值，最終通過高頻放大器輸出的載波的幅值有所不同，以下圖中左為最大值Vp-p=10V，右圖為較小值為0.8V，調(diào)節(jié)滑動變阻器得到輸出電壓在0.8V~10V之間變化的電壓，可以滿足下一級集電極調(diào)幅電壓的要求。放大級輸出電壓：4.調(diào)幅電路的設(shè)計：圖集電極調(diào)幅電路采用集電極高電平調(diào)幅，三極管工作在丙類狀態(tài)過壓狀態(tài)。基極偏置采用自給偏壓，由R16，R18和C10組成，各參數(shù)如以下圖以保證其工作在丙類狀態(tài)。調(diào)制低頻信號由信號源直接參加取。輸出采用諧振回路，因集電極電流為余弦尖脈沖，為得到不失真的波形，集電極負載采用LC并聯(lián)諧振回路，濾出所需頻率得到不失真的波形，濾波網(wǎng)絡(luò)的中心頻率為調(diào)幅波載波頻率。諧振回路電感采用變壓器，變壓器的初級回路電感量和電容C11諧振，電容值和變壓器的初級線圈的電感滿足：。取C11=11pF，則變壓器的初級線圈電感量L=23uH。對調(diào)幅電路進展波特圖的測試，以驗證集電極諧振回路的頻率特性，由波特圖看到諧振回路的中心頻率為10M，則該諧振濾波網(wǎng)絡(luò)滿足要求。圖集電極調(diào)幅電路的波特圖負載上輸出的調(diào)幅波的波形：圖集電極調(diào)幅波輸出四、整體電路設(shè)計及工作原理 將各單元電路連接在一起，組成集電極調(diào)制電路，即小功率調(diào)幅發(fā)射機。該電路由四個單元電路組成：振蕩級采用克拉潑電路，只要該單元電路滿足起振條件、穩(wěn)定條件則可產(chǎn)生固定頻率的正弦波，LC諧振回路的諧振頻率為10MHz，則其產(chǎn)生一定幅值的載波電壓；緩沖級采用射隨器以滿足隔離條件；高頻放大放大載波幅值以滿足調(diào)制的要求；調(diào)制電路為集電極調(diào)制以產(chǎn)生普通調(diào)幅波。天線用50Ω電阻代替，在實際設(shè)計時可將50Ω電阻用相應(yīng)阻抗的天線代替完成發(fā)射任務(wù)。系統(tǒng)元器件清單器件器件參數(shù)器件器件參數(shù)器件器件參數(shù)器件器件參數(shù)C1μFC10150pFR22kΩR11390ΩC2μFC1111pFR347kΩR1251ΩC3120pFC1220pFR4ΩR1310ΩC4470pFL112μHR53kΩR1450ΩC523pFQ12SC2786R630kΩR155kΩC65pFQ22SC2786R730kΩR16ΩC710pFQ32SC2786R8(RP)30kΩR172kΩC8μFQ42N2222AR910kΩ變壓器T1C9μFR147kΩR1010kΩ變壓器T2六、電路設(shè)計總結(jié) 電路設(shè)計首先要對所設(shè)計電子系統(tǒng)的功能和性能參數(shù)有一個整體的把握，然后將任務(wù)分解畫出系統(tǒng)框圖，進而利用所學知識對各單元電路進展詳細的設(shè)計。只有親手實踐，進展詳細的電路設(shè)計，才會發(fā)現(xiàn)問題，例如：三極管射隨器、放大器的靜態(tài)工作點參數(shù)設(shè)定時具體參數(shù)的設(shè)置；振蕩器直流通路的設(shè)計，要同時考慮起振條件、穩(wěn)定條件等，因此在具體參數(shù)計算時會遇到麻煩。任何問題都有解決的方法，在電路設(shè)計時可以查閱資料把問題歸類并進展具體化，從而找到解決的方法。電路設(shè)計有時依據(jù)經(jīng)歷值進展設(shè)計，例如高頻功率管β值不固定，一般取2030。只有不斷的將理論應(yīng)用于實際，進展實際的電路設(shè)計才能穩(wěn)固知識，到達學以致用的效果。七、參考文獻1."最新通用晶體三極管置換手冊"，本書編書組編，機械工業(yè)出版社2."高頻電子線路實驗與課程設(shè)計"，楊翠娥主編，哈爾濱工程大學出版社3."高頻電路設(shè)計與制作"，何中庸譯，科學出版社4."模擬電子線路"Ⅱ，謝沅清主編，成都電子科大5."高頻電子線路"第三版，張肅文主編，高教出版社6."高頻電子線路輔導"，曾興雯陳健劉乃安主編，西安電子科大出版社八、收獲、體會1.對小電子系統(tǒng)設(shè)計步驟有了更深的理解，穩(wěn)固了高頻知識通過本次課程設(shè)計我建立小功率發(fā)射機的整機概念，了解發(fā)射機整機各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，能正確設(shè)計、計算發(fā)射機的各個單元電路：主振級、鼓勵級、輸出級、調(diào)制級、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)及音頻放大器。初步掌握小型調(diào)幅波發(fā)射機的調(diào)整及測試方法。在設(shè)計電路時，要首先將總體電路分成假設(shè)干個不子模塊，使每個模塊有各自的不同的任務(wù)；再對各相對簡單的子模塊進展單獨設(shè)計；最后將各個子電路組合在一起完成整個電路。這樣做法分工明確，層次清晰，使設(shè)計者能更宏觀的把握設(shè)計的總體步驟。而且設(shè)計單獨的子電路降低了工作難度，使設(shè)計工作更有條理性。在檢查電路時，也可根據(jù)各種情況分析是哪個子系統(tǒng)出了問題，再單獨檢查該出問題系統(tǒng)，可以提高檢查的效率。增強了用protel繪制原理圖的能力，對畫圖的步驟和方法進展了復習穩(wěn)固。理論聯(lián)系實際的重要性在設(shè)計過程中，深刻明白了只動腦和動手做之間的天壤之別。原本設(shè)想的很完美的東西一動手做起來就困難重重，各種想象不到的困難都出現(xiàn)在眼前。認識到只有動手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題不能只空想要動手實踐，從實際中發(fā)現(xiàn)問題?；貞浾麄€漫長復雜的設(shè)計過程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必將面對更多更加復雜的設(shè)計工作，此次設(shè)計過程對我的各個方面都有了許多積極的影響，使我做事情更加細心有耐心。這次設(shè)計過程啊讓我認識到了只有付出才能有收獲，看著做完的電路圖，讓我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就會有收獲。我收獲的不僅僅是完成了一次任務(wù)，更重要的是讓我更清楚的認識了自己的缺乏，鍛煉了自己的能力。3.要勤思考，多動手通過這次課程設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們通過這個方案包括設(shè)計了一套電路原理和用multisim進展仿真，以前對知識的了解僅限于理論知識，而且是有的能夠理會，有的卻保持是懂非懂的狀態(tài)。對于器件就不知道有什么用途，也就更加難以理解。但這一周之后，我對電子技術(shù)有了更深的理解，知道了自己的缺乏，同時也明白了所學知識的重要性，培養(yǎng)了自己對課程學習的興趣。報告成績：報告成績：評閱時間：教師簽字：實驗報告班級：電子111：**：同組人：課程名稱：電子線路課程設(shè)計實驗室：第一實驗室實驗時間：2014年3月3日—7日實驗工程名稱：小功率調(diào)幅發(fā)射機的安裝與調(diào)試一、實驗目的：通過此次小功率調(diào)幅發(fā)射機的安裝調(diào)試，掌握非線性電子線路的設(shè)計思路和方法。掌握非線性電子線路的特點、性能參數(shù)及二者之間的內(nèi)在聯(lián)系；根據(jù)設(shè)計要求、系統(tǒng)性能指標學會在具體電路中合理地選擇電子器件。提高電子線路的設(shè)計、仿真、裝配、調(diào)整和測試能力，培養(yǎng)獨立分析、綜合解決問題的能力。學會電子線路的相關(guān)仿真軟件進展輔助設(shè)計。提高文檔整理能力，對設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題進展總結(jié)形成標準化文檔。二、實驗內(nèi)容：熟悉實驗電路原理，熟悉并測試電路元件參數(shù)。熟悉印刷版與電路、元件的對應(yīng)關(guān)系電路焊接、調(diào)試、測試、并記錄參數(shù)、對調(diào)幅發(fā)射機的各性能指標進展驗證。整理并總結(jié)實驗結(jié)果。三、實驗原理：音頻信號號高頻功放音頻信號號高頻功放放振蕩器器振蕩器器射隨器器寬帶放大緩沖級乘法器圖小功率條幅發(fā)射機系統(tǒng)框圖小功率調(diào)幅發(fā)射機主要有四局部組成:載波發(fā)生器〔振蕩器〕、音頻信號、調(diào)制電路〔乘法器〕和高頻功放電路。乘法器用MC1496以實現(xiàn)低電平調(diào)制，因為其輸出功率較小，在發(fā)射之前需要功率放大，為防止放大級對之前的電路造成影響，乘法器輸出的普通調(diào)幅波先經(jīng)過緩沖級。小功率調(diào)幅發(fā)射機設(shè)計的技術(shù)指標：載波頻率,輸出功率，負載阻抗，輸出信號帶寬，單音調(diào)幅系數(shù)，平均調(diào)幅系數(shù)，發(fā)射效率，調(diào)制信號的F=1KHz。圖小功率調(diào)幅發(fā)射機電路圖圖小功率調(diào)幅發(fā)射機PCB圖載波發(fā)生器采用晶體接成并聯(lián)型晶體振蕩器，其穩(wěn)定性比LC振蕩器高一個數(shù)量級，振蕩頻率等于晶振的固有頻率。調(diào)節(jié)RP0可以使振蕩器滿足起振條件。后一級為緩沖器，晶體三極管接成共集組態(tài)放大器，以滿足隔離條件。音頻信號發(fā)生器 低頻信號可以通過J2參加電路，亦可以通過圖中U1A組成的RC文氏橋路振蕩產(chǎn)生。振蕩頻率由圖中R12、R13，C8、C9決定，振蕩頻率。D1、D2和R11組成電橋的一個臂，起穩(wěn)定振幅的作用，調(diào)節(jié)R11可以得到波形失真較小，且工作穩(wěn)定的波形。R9是為抑制二極管的死區(qū)而設(shè)計。 U1B接成同向放大器，調(diào)節(jié)RP4可以改變放大器的放大倍數(shù)，輸出在一定范圍可調(diào)的電壓，以滿足下一級調(diào)制的需求。乘法器調(diào)制電路理論上只有當乘法器1、10引腳輸入電壓幅值小于等于26mV時才是理想的乘法器，否則會會出現(xiàn)雜波：高頻分量。由于本電路為改進型差分對管平衡調(diào)制器，電壓得到擴展，只要可滿足相乘條件。高頻放大電路 T3組成構(gòu)成射隨器，以增強其負載能力；T4為高頻寬帶放大器，以使后級丙類功放電路獲得較大的鼓勵電壓；T5構(gòu)成丙類諧振功率放大器，其負載采用諧振回路，諧振回路具有選頻和阻抗匹配的作用；其負載為75Ω電阻，亦可用阻抗為75Ω的天線代替。功率放大電路局部前一級高頻磁環(huán)為24:8，后一級的磁環(huán)為9:5。四、實驗器材〔設(shè)備、元器件、軟件工具、平臺〕：1.雙蹤示波器2.數(shù)字萬用表3.電烙鐵及支架、鑷子、螺絲刀、焊錫、偏口鉗、尖口鉗4.直流穩(wěn)壓電源名稱參數(shù)數(shù)量名稱參數(shù)數(shù)量名稱參數(shù)數(shù)量電阻1/4W10110K3二極管IN4148251450K1三極管805011001500K1901841501瓷片電容100pF1IC座8P15102150pF114P11K7300pF1端子1套222pF213K28集成電路MC1496112漆包線16K22LM358210K104高頻磁環(huán)18mm2150K1電解電容10uF3電阻1W501電感56uH2可調(diào)電容5~30pF1電位器1K1晶振6MHz1五、實驗步驟：1.熟悉焊接電路原理圖，明白各單元電路的原理，見"三、實驗原理〞局部內(nèi)容。2.依據(jù)元件清單核對元器件。3.焊接電路：從較小、較矮的元件開場焊接，然后再焊接較大的、較高的元件；逐級進展焊接，而且每一級焊接完畢檢查無誤后立即測試該級的波形圖及相關(guān)的參數(shù)是否在正確的范圍之內(nèi)，假設(shè)有則及時修改電路圖，以確保電路整體在正常的工作狀態(tài)。焊點要呈光亮的錐形，焊好后逐級檢查，防止虛接和短接及元器件的錯誤焊接。4.調(diào)試電路：分別調(diào)試各單元電路，然后將各單元電路連接再進展調(diào)整。振蕩級調(diào)試：接入電源，斷開JP1，調(diào)節(jié)RP0在測試點可觀察到不是真的波形，調(diào)節(jié)RP1，RP2在JP1處可得到不是真的，幅值在10mV1V可調(diào)的電壓則滿足要求，最后將電壓定格在幅值50mV。音頻級調(diào)試：調(diào)節(jié)R11直到在JP6處得到幅值可調(diào)不是真的低頻信號，調(diào)節(jié)RP4將JP2處的電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定子50mV為止，最后得到穩(wěn)定的波形。乘法器調(diào)試：接上JP1，JP2，在乘法器輸出觀測輸出波形，調(diào)節(jié)振蕩級、音頻電路以及乘法器輸入的直流電壓，直到乘法器的輸出為普通調(diào)幅波為止。放大級調(diào)試：連接JP3，調(diào)節(jié)各級電路，最終在Tr1上得到幅值為5V的普通調(diào)幅波，調(diào)節(jié)可變電容使得丙類諧振功放諧振，在負載端得到失真最小調(diào)幅度的普通調(diào)幅波為止。六、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：對JP1進展測試，得出主振蕩電路最終輸出的經(jīng)放大了的振蕩信號，作為載波信號,如以下圖：圖載波的頻率為f=6MHz，Vpp=140mv連接JP6，對JP2進展測試，得出音頻放大電路最終輸出的音頻信號，作為調(diào)制信號,因輸出幅值較小，故輸出波形稍微有些失真，如以下圖所示：圖音頻信號Vpp=220mv連接JP1、JP2、JP6，可以分別通過調(diào)節(jié)RP2、RP4來改變載波與調(diào)制信號的幅值，使其能正確調(diào)幅；然后用示波器測試Jp3端口，輸出為普通調(diào)幅波，如以下圖：圖調(diào)幅電路輸出波形的測量連接JP1、JP2、JP3、JP6，用示波器測試JP4端口，輸出為經(jīng)過功率放大后的信號，如以下圖：輸出波形的幅值約為3V，較設(shè)計值5V較小。圖寬帶放大器的輸出連接JP1、JP2、JP3、JP4、JP5、JP6，用示波器測試負載RL處，因乘法器的輸如波形較大，其輸出的普通調(diào)幅波存在高頻無用分量造成失真，因為其沒有加濾波器或者丙類諧振網(wǎng)絡(luò)諧振特性不理想，導致負載端波形失真，可以滿足發(fā)射要求，但是功率較小且存在雜音。如以下圖所示：圖負載端的波形七、實驗結(jié)論：經(jīng)過原理圖熟悉、清點元器件、焊接、調(diào)試、發(fā)現(xiàn)故障排除問題的小功率調(diào)幅發(fā)射機的安裝調(diào)試過程，最終在末級負載得到有較小失真的調(diào)幅波形，與理論設(shè)計相符合。只有不斷的論證，并且將正確的理論具體化，才能