小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī) 大連大學(xué)

小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)論文大連大學(xué)論文學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：張玉霞專業(yè)：通信工程課題名稱：小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)完成日期：大連大學(xué)DalianUniversity大連大學(xué)論文總計(jì): 論文頁(yè)表格表插圖幅指導(dǎo)教師：評(píng)閱人：完成日期：小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本原理1.1小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的總體認(rèn)識(shí)發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號(hào)對(duì)高頻載波的調(diào)制,將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過(guò)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(jí)與末級(jí)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(jí)往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響。低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級(jí)、低頻功率放大級(jí)與末級(jí)低頻功率放大級(jí)。低頻信號(hào)通過(guò)逐漸放大，在末級(jí)功放處獲得所需的功率電平，以便對(duì)高頻末級(jí)功率放大器進(jìn)行調(diào)制。因此，末級(jí)低頻功率放大級(jí)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(hào)上去的過(guò)程。所以末級(jí)高頻功率放大級(jí)則成為受調(diào)放大器。1.2調(diào)幅發(fā)射機(jī)的原理臺(tái)小型晶體管調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常由下面幾部分組成：主振級(jí)、被調(diào)級(jí)、推動(dòng)級(jí)及功率放大級(jí)等。由功率放大級(jí)輸出的高頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)天線以及電磁波的形式向空間發(fā)射，調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本組成框圖如圖1.1.1、2所示。圖1.1.1圖1.1.21.3電路各部分工作原理1.3.1主振級(jí)工作原理主振級(jí)是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來(lái)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(hào)作為載波信號(hào)。該級(jí)電路通常采用晶體管LC正弦波振蕩器。主振器就是高頻振蕩器，根據(jù)載波頻率的高低，頻率穩(wěn)定度來(lái)確定電路型式。高頻電子線路所討論的工作頻率是幾百千赫到幾百兆赫，而課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的最高頻率受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，一般選在30兆赫以下。頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，表示一定時(shí)間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程度，振蕩頻率的相對(duì)變化量越小，則表明振蕩頻率穩(wěn)定度越高。改善頻率穩(wěn)定度，從根本上來(lái)說(shuō)就是力求減少振蕩頻率受溫度等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此，改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措施是提高振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持諧振頻率不變的能力。這就是通常所謂的提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性。提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性，除了采用高Q值和高穩(wěn)定的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數(shù)電感作相反變化的負(fù)溫度系數(shù)電容，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)淖饔茫虿捎貌糠纸尤氲姆椒ㄒ詼p小不穩(wěn)定的晶體管極間電容和分布電容對(duì)振蕩頻率的影響。1.3.2高頻電壓放大器工作原理高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。需要使用幾級(jí)放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時(shí)，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級(jí)高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。諧振放大器的調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同，首先應(yīng)調(diào)整每一級(jí)所需的直流工作點(diǎn)，但要注意一點(diǎn)：在多級(jí)諧振放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測(cè)試其直流工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先用示波器觀察放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振蕩，應(yīng)先設(shè)法排除它，然后再測(cè)試其直流工作點(diǎn)。否則，所測(cè)數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。對(duì)于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動(dòng)態(tài)范圍的調(diào)整及測(cè)試，一般有兩種方法，一種是逐點(diǎn)法；一種是掃頻法。后者比較簡(jiǎn)單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對(duì)于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測(cè)試。1.3.3高頻功率放大器工作原理高頻功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的末級(jí)，它的任務(wù)是要給出發(fā)射機(jī)所需要的輸出功率。本設(shè)計(jì)研究的是小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類功率放大器，如果一級(jí)不能滿足指標(biāo)要求，可以選用兩級(jí)。一般末級(jí)功率放大器工作在臨界狀態(tài)，中間級(jí)可以工作在弱過(guò)壓狀態(tài)。1.3.4音頻功率放大工作原理音頻信號(hào)通過(guò)放大器后放大相應(yīng)的倍數(shù)。高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。需要使用幾級(jí)放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時(shí)，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級(jí)高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。1.3.5振幅調(diào)制工作原理振幅調(diào)制器的任務(wù)是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)幅波的調(diào)制形式傳送出去。通常采用低電平調(diào)制和高電平調(diào)制兩種方式。采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法是屬于低電平調(diào)制，輸出功率小，必須使用高頻功率放大器才能達(dá)到發(fā)射功率的要求。采用集電極調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方式屬于高電平調(diào)制。如果集電極調(diào)幅電路的輸出功率能夠滿足發(fā)射功率的要求，就可以在調(diào)制級(jí)將信號(hào)直接發(fā)射出去。2設(shè)計(jì)思路2.1設(shè)計(jì)方案的確定要將無(wú)線電信號(hào)有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號(hào)的波長(zhǎng)為同一數(shù)量級(jí)。為了有效地進(jìn)行傳輸，必須將攜帶信息的低頻電信號(hào)調(diào)制到幾十kHz～幾百M(fèi)Hz以上的高頻振蕩信號(hào)上，再經(jīng)天線發(fā)送出去。低頻小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)是將待傳送的音頻信號(hào)通過(guò)一定的方式調(diào)制到高頻載波信號(hào)上，放大到額定的功率，然后利用天線以電磁波的方式發(fā)射出去，覆蓋一定的范圍。由于設(shè)計(jì)任務(wù)所要求的調(diào)幅發(fā)射機(jī)輸出功率小，因此可選用最基本的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，由主振、推動(dòng)、放大和被調(diào)級(jí)構(gòu)成。由石英晶體構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生載頻，通過(guò)隔離放大網(wǎng)絡(luò)加載到受調(diào)放大電路上，同時(shí)將調(diào)制信號(hào)也加載到受調(diào)放大電路中，利用三極管集電極調(diào)幅進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行功率放大并通過(guò)天線輻射出去。由于晶體穩(wěn)定性好、Q值很高，故頻率穩(wěn)定度也很高。因此，主振級(jí)采用晶體振蕩器，以滿足所需的頻率穩(wěn)定度。因電路工作在較低的4MHz頻率，一般的晶體振蕩器都能實(shí)現(xiàn)，而無(wú)須進(jìn)行倍頻。由于發(fā)射功率小，一級(jí)末級(jí)功放就能達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)的末級(jí)功放采用串聯(lián)反饋方式，電源靠近的一端雜散電容小，可減小對(duì)諧振回路的影響，使電路穩(wěn)定工作。為了有較高的效率，可采用基極電流的直流分量在基極偏置電阻上產(chǎn)生所需要的負(fù)偏壓，使其工作在丙類狀態(tài)。輸出回路采用變壓器耦合式諧振回路，利用電感抽頭實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，調(diào)整末級(jí)功放管的工作狀態(tài)，從而達(dá)到有效的集電極調(diào)幅，有最佳的功率輸出。2.2參數(shù)計(jì)算2.2.1技術(shù)指標(biāo)發(fā)射機(jī)工作頻率：fc=4MHz發(fā)射功率：P0>=200mW發(fā)射效率：η>=50%調(diào)幅度：Ma>=30%殘波輻射：<40db2.2.2計(jì)算晶體管2N2222A參數(shù)：Vceo=40V,Vcbo=75V,Vebo=6V,Ic=600mA已知條件Vcc=12V，fc=4MHz,選擇的晶體管2N2222A，其放大倍數(shù)β=50，ICQ=3mA,VCEQ=6V,VEQ=0.2Vcc.根據(jù)電路計(jì)算；取L1=25uH,C3≈67pF,反饋系數(shù)取Kf=0.2，Kf=C1/c2,取C1=480PF，C2=2400PF。4總體電路設(shè)計(jì)4.1總體電路4.2等效電路5電路仿真5.1調(diào)試步驟及結(jié)果本次設(shè)計(jì)電路分為六個(gè)小模塊，分別為主振級(jí)、緩沖級(jí)、高頻放大級(jí)、音頻放大級(jí)、調(diào)幅級(jí)、功率放大級(jí)。5.1.1主振級(jí)（1）仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析觀察仿真輸出波形知，參考LC正弦波振蕩器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。5.1.2緩沖級(jí)仿真圖形仿真結(jié)果當(dāng)R10取0%時(shí)當(dāng)R10取10%時(shí)當(dāng)R10取100%時(shí)(3)仿真結(jié)果分析本級(jí)的輸入信號(hào)為前面主振級(jí)的輸出信號(hào)，由圖可看出本實(shí)驗(yàn)波形仍為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。觀察萬(wàn)用表數(shù)值知負(fù)載兩端電壓大于0.7V。比較三個(gè)輸出波形可知，改變R10的值可以改變輸出信號(hào)的幅度。R10的值越大，輸出信號(hào)幅度越大。5.1.3高頻放大級(jí)仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析該級(jí)的輸入信號(hào)為緩沖級(jí)的輸出波形，即A通道的波形，輸出為B通道波形，觀察比較兩波形可知，高頻放大級(jí)放大了輸入的信號(hào)，而其他的并未改變。該級(jí)將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，使用一級(jí)高頻電壓放大器，滿足了集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。5.1.4音頻放大級(jí)：仿真電路圖仿真結(jié)果當(dāng)R17取20%當(dāng)R17取55%當(dāng)R17取70%時(shí)仿真結(jié)果分析觀察兩波形，該級(jí)的輸入信號(hào)為為正弦波，即通道A，輸出也為正弦波，為通道B,B相較于A有放大。觀察分析當(dāng)R17取20%時(shí)，放大倍數(shù)=1.996，當(dāng)R17取55%時(shí)，放大倍數(shù)=2.002，當(dāng)R17取70%時(shí)，放大倍數(shù)=2.108，所以改變R17的值可以改變放大倍數(shù)。5.1.5調(diào)幅級(jí)仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析該級(jí)以音頻放大后的信號(hào)作為輸入信號(hào)。設(shè)置了調(diào)幅度Ma>=0.3.5.1.6功率放大級(jí)仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析高頻信號(hào)源的信號(hào)送到功率放大輸入端作為輸入。本級(jí)采用的是丙類功率放大，放大的作用是為下一級(jí)提供足夠的功率，采用自給負(fù)偏壓丙類諧振功率放大器，通過(guò)改變電位器改變負(fù)偏壓大小。5.2整體電路仿真電路圖仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析整體電路聯(lián)合了以上六個(gè)分模塊，將他們整合在一起每一級(jí)的輸出均輸入到下一級(jí)。首先由克拉波振蕩器產(chǎn)生頻率為10MHZ的載波信號(hào)，再經(jīng)過(guò)緩沖級(jí)，讓振蕩器與振幅調(diào)制器隔離開來(lái)，不影響載波頻率的穩(wěn)定，然后經(jīng)過(guò)高頻電壓放大器，將輸入電壓進(jìn)行放大，使輸出電壓滿足高電平的集電極調(diào)制器，接著將調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻放大器放大，最后將載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)輸入到集電極調(diào)制電路進(jìn)行普通調(diào)幅，再進(jìn)行功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。雖然最后的結(jié)果并不理想，沒有出現(xiàn)理論上的波形?？赡苁怯捎诟麟娐烽g的阻抗匹配不符合要求。5.3調(diào)試過(guò)程中遇到的問題剛開始調(diào)試時(shí)，有了幾次仿真實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，各個(gè)分模塊都進(jìn)行的很順利，能很快的出現(xiàn)波形。當(dāng)進(jìn)行到調(diào)幅模塊時(shí)，參考上次實(shí)驗(yàn)，晶體管選擇了2N2222A型號(hào)的，但是出來(lái)的調(diào)幅波出現(xiàn)嚴(yán)重的失真，能觀察到明顯的毛刺，最后用TRANSISTORS_VIRTUAL中的BJT_NPN型號(hào)的三極管替換后，觀察到理想的調(diào)幅波。在整體電路調(diào)試中先是觀察最后輸出波形出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤結(jié)果，后來(lái)依次檢查每個(gè)電路，并用示波器觀察，發(fā)現(xiàn)高頻放大的波形不對(duì)，經(jīng)查閱資料，在電路上的電源旁分別加入了0.10uF的電容后，出現(xiàn)放大倍數(shù)為1:1的電壓比。檢查音頻放大級(jí)時(shí)發(fā)現(xiàn)在分機(jī)模塊中正常，而在整機(jī)電路中不能正常運(yùn)行，而且在新建設(shè)計(jì)中也會(huì)出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，經(jīng)查閱多種資料仍未發(fā)現(xiàn)問題所在。在整機(jī)電路調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)了正弦波，但把波形加密時(shí)觀察總體波形趨勢(shì)仍不是所需要的結(jié)果，經(jīng)多次反復(fù)檢查及查閱資料還是沒有找出具體問題所在，不知如何修改。6心得體會(huì)通過(guò)一個(gè)多星期的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，我們小組收獲頗大。高頻電子電路與實(shí)際生活緊密聯(lián)系，但它的知識(shí)點(diǎn)對(duì)于我們而言復(fù)雜難懂，不易理解。但這次實(shí)驗(yàn)加深了我們對(duì)這門課程的了解，學(xué)會(huì)了基本的電路連接，提高了我對(duì)高頻電子元器件及電路的應(yīng)用能力，提高了對(duì)高頻電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試能力，提高了綜合應(yīng)用高頻知識(shí)的能力和分析問題的能力。本次的課題實(shí)驗(yàn)是小功率調(diào)幅實(shí)驗(yàn)，該課程設(shè)計(jì)要求我們要有扎實(shí)的理論知識(shí)和很強(qiáng)的動(dòng)手能力，因此我們根據(jù)個(gè)人的情況進(jìn)行了明確的分工，小組合作比較順利，而且增強(qiáng)了同學(xué)之間的友情，也提高了自己對(duì)這門課程的了解，這對(duì)我們今后的發(fā)展有很大的幫助。

在我們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，課程設(shè)計(jì)和平時(shí)的理論學(xué)習(xí)有很大的不同，需要密切的和實(shí)際相聯(lián)系，因?yàn)檎n本上我們接觸的很多的理論知識(shí)是在各種理想條件下的，所以理解接受起來(lái)容易，但應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)很大的誤差，甚至得不到結(jié)果，這就要求我們要靈活的運(yùn)用理論知識(shí)，并且要善于學(xué)習(xí)沒有接觸過(guò)的知識(shí)，多查資料，多思考。在遇到困難，我們會(huì)翻閱書籍以及上網(wǎng)搜查，解決自己的問題。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們回顧了部分學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容，這一周過(guò)的非常充實(shí)，也很有意義。嘗試了很多次，終于各個(gè)部分的小電路得到理想波形，但在總電路設(shè)計(jì)時(shí)，電路出現(xiàn)失真現(xiàn)象。作為在校學(xué)生，這不僅是一項(xiàng)課程設(shè)計(jì)，更要求我們要有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，鍛煉我們的動(dòng)手能力。因此感謝老師為我們提供這么珍貴的機(jī)會(huì)，我也期待著能有更多的機(jī)會(huì)能夠參與到更多的設(shè)計(jì)活動(dòng)中。7原件清單名稱規(guī)格數(shù)量晶體管2N2222A3電容0.01uF7電容480pF1電容24oopF1電容67pF1電容1uF1電容225pF1電容100pF1電感100uH1電感25uH1電感22uH4電感1uH1電阻15K1電阻5.1k1電阻1.92k1電阻8001電阻4001電阻56k1電阻560k1電阻510k1電阻1k1電阻701電阻10k1電阻501電阻18k1滑動(dòng)電阻1k2電源VCC3電源GND3示波器XFSC14名稱規(guī)格數(shù)量示波器XFC11輸入信號(hào)XFG12耦合線圈T11電壓源12V1萬(wàn)用表XMM11運(yùn)算放大器LM358P2參考文獻(xiàn)[1]《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試》第三版，謝自美主編，華中科技大學(xué)出版社[2]《高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》，楊翠娥主編，哈爾濱工程大學(xué)出版社[3]《高頻電路設(shè)計(jì)與制作》，何中庸譯，科學(xué)出版社[4]《模擬電子線路》Ⅱ