1、吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子信息工程 111 學(xué)生姓名： 夏純 學(xué) 號(hào)： 10211134 指導(dǎo)教師： 王超 高曉紅 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014.12.082014.12.19 教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī) 評(píng)閱教師 日期 15一、 設(shè)計(jì)題目小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)目的、內(nèi)容及要求本次課程設(shè)計(jì)的目的是：1、加深對(duì)高頻電子線路理論知識(shí)的掌握，使所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)、深入地貫穿到實(shí)踐中。2、提高同學(xué)們自學(xué)和獨(dú)立工作的實(shí)際能力，為今后課程的學(xué)習(xí)和從事相應(yīng)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)（1）掌握小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理；（2）設(shè)

2、計(jì)出實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能的電路圖；（3）應(yīng)用Multisim軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。技術(shù)指標(biāo)：載波頻率f0=1MHz 10MHz；低頻調(diào)制信號(hào)1KHz正弦信號(hào)；調(diào)制系數(shù)Ma=50±5；負(fù)載電阻RA=50。三、 工作原理小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作原理是：由振蕩產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的載波信號(hào)，載波信號(hào)經(jīng)緩沖級(jí)送至振幅調(diào)制電路，緩沖級(jí)將振蕩級(jí)與調(diào)制級(jí)隔離，減小調(diào)制級(jí)對(duì)晶體振蕩級(jí)的影響，放大級(jí)將低頻信號(hào)放大至足夠的電壓后送到振幅調(diào)制電路，振幅調(diào)制電路的輸出信號(hào)經(jīng)高頻功率放大器，高放級(jí)將載頻信號(hào)的功率放大到所需的發(fā)射功率。調(diào)幅發(fā)射機(jī)常用于通信系統(tǒng)與其他無(wú)線電系統(tǒng)中，在中短波領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，由于調(diào)幅簡(jiǎn)便

3、，占用頻帶窄，設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。 在實(shí)際的廣播發(fā)射系統(tǒng)中，中波調(diào)幅的頻率范圍為535 1605 千赫，音頻信號(hào)中的高音頻率應(yīng)該被限制在 4.5 千赫以下，發(fā)射功率需要達(dá)到300W以上才能使空間覆蓋面達(dá)到比較好的狀態(tài)，此次設(shè)計(jì)需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中研究發(fā)射機(jī)的工作原理與原件選擇，因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件適當(dāng)降低技術(shù)指標(biāo)，載波頻率采用實(shí)驗(yàn)室較為常用的6MHz，單音頻調(diào)制信號(hào)選擇1KHz，發(fā)射機(jī)功率初步定為1W。四、 總體方案由于在無(wú)線通信系統(tǒng)中，只有饋送到天線上的信號(hào)波長(zhǎng)與天線的尺寸相比擬時(shí)，天線才能有效的輻射和接受電磁波因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其以高頻的信號(hào)輻射出去。發(fā)射

4、機(jī)的主要任務(wù)是是有用的低頻信號(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。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)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。在此此可以省去省電源這一部分。主振器緩沖器低頻放大高頻功放振幅調(diào)

5、制高頻放大話筒調(diào)幅發(fā)射機(jī)通常由主振級(jí)、緩沖級(jí)、倍頻級(jí)、中間放大級(jí)、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，載波頻率f=10MHz ，主振級(jí)采用克拉潑振蕩電路，輸出的載波的頻率可以直接滿(mǎn)足要求，不需要倍頻器。系統(tǒng)原理圖如圖所示：圖1 總體方案框圖五、 單元電路設(shè)計(jì)1. 主振器對(duì)于普通信號(hào)其頻率穩(wěn)定度一般要求在10-4和10-5之間，而克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體在10-4和10-5之間，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而且電路比較簡(jiǎn)單，容易分析，因此主振器選取克拉潑電路。R1 、 R2 、 R3 、 R4是三極管的直流偏置電阻，使三極管獲得正常的工作點(diǎn)，工作于放大區(qū)， C4是基極旁路電容，目的是使三極管基極獲得

6、交流地電位，組成高頻共基極放大器。電路的相位條件自然滿(mǎn)足“射同它異”原則；幅度條件是需保證共基極放大器的閉環(huán)功率增益大于 OdB ，按照這樣的依據(jù)去計(jì)算回路器件值就可以確保電路能夠起振。 C1、C2 、C3 、L1 的器件值決定了振蕩回路的工作頻率。根據(jù)交流等效原則，可以知道這是一個(gè)電容反饋三點(diǎn)式振蕩器。 C2 與C1 的容抗比值決定了電路的電壓反饋系數(shù)，調(diào)整它們的比例可以改變振蕩幅度。在回路中多了一個(gè)與電感 L1 相串聯(lián)的電容器 C3 ，通過(guò)調(diào)整 C3 ，可以連續(xù)改變振蕩頻率。晶體管3DG12B，其參數(shù)為Icm300mA, fT200MHz, V(BR)CEO45V,Pcm=0.7W,已知條

7、件：Vcc=12V，fc=10MHz，選擇的晶體管型號(hào)是3DG12B，其放大倍數(shù)=50，ICQ=3mA，VCEQ=6V,VEQ=0.2VCC.依據(jù)電路計(jì)算：R3=Vcc-(VCEQVEQ)ICQ=12-6+0.2×12V3mA=1.92kR4=VCEQICQ=0.2×12V3mA=800IBQ=ICQ=3mA50=0.066MaR1=(VCC-VBQ)10IBQ=(12-3.1)V0.6×mA=15KR2=VBQ10IBQ=(VEQ+0.7)V10×0.06×mA=5.1Kfosc=1/2LC1/2L1C3=10MHz取L3=25H,則C3=1

8、0pF,反饋系數(shù)kf取0.2，kf=C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400pF，振蕩器電路圖如圖2所示圖2振蕩器電路圖振蕩器電路仿真圖形如圖3所示： 圖3 主振器仿真波形2. 緩沖器緩沖隔離級(jí)將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離,以減小功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響,因?yàn)楣Ψ偶?jí)輸出信號(hào)較大,工作狀態(tài)的變化會(huì)影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。為減小級(jí)間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級(jí)。緩沖隔離級(jí)經(jīng)常采用射極跟隨器電路，緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓，以提高電平調(diào)幅電路所需的載波輸入信號(hào)，所以要有合適且可調(diào)的增益。如圖4所示：圖4 緩沖器電路圖調(diào)節(jié)射極電阻，可以改變射極跟隨器輸入阻抗，如果忽略晶體

9、管基極體電阻 的影響，則射極輸出器的輸入電阻輸出電阻 式中，很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個(gè)恒壓源，電壓放大倍數(shù) 仿真器仿真電路圖如圖5所示：圖5 緩沖器電路仿真圖R1、R2、R3、R4是偏置電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)R6可以連續(xù)改變輸出正弦波的幅值輸入為圖6所示時(shí)圖6 仿真器輸入信號(hào)當(dāng)R6接入0%時(shí)的仿真圖形為圖7所示：圖7 緩沖器輸出波形1R6接入21%時(shí)的仿真圖形為圖8所示：圖8 緩沖器輸出波形2R6接入100%時(shí)的仿真圖形為圖9所示圖9緩沖器輸出波形3可以看到調(diào)節(jié)R6可以得到所需幅值的正弦波。3. 高頻放大器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

10、。采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一級(jí)高頻電壓放大器，以滿(mǎn)足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。 高頻放大器仿真電路圖如圖10所示：圖10 高頻放大器仿真電路圖高頻放大器輸出波形如圖11所示：圖11 高頻放大器輸出波形4. 音頻放大器仿真電路圖如圖12所示：圖12 音頻放大器仿真電路圖輸入如下頻率為1kHZ幅值為1v的正弦波時(shí)（圖13所示）圖13 音頻放大器輸入信號(hào)音頻放大器仿真波形圖形為圖14所示：圖14 音頻放大器輸出波形通過(guò)調(diào)節(jié)R3可以改變放大倍數(shù)5. 振幅調(diào)制集電極調(diào)幅電路具有調(diào)制線性好，集電極效率高的優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機(jī)中。所需調(diào)制信號(hào)功率大是該調(diào)制電路的缺點(diǎn)。振幅調(diào)制仿真電路圖如圖1

11、5所示：圖15 振幅調(diào)制仿真電路圖振幅調(diào)制輸出波形圖如圖16所示：圖16 振幅調(diào)輸出波形圖輸出波形原理分析載波 直接加到放大器的基極。調(diào)制信號(hào) 加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。集電極諧振回路LC調(diào)諧在載頻 上。由于與 相串聯(lián)，因此，丙類(lèi)被調(diào)放大器集電極等效電源 將隨變化，從而導(dǎo)致被調(diào)放大器工作狀態(tài)發(fā)生變化，在過(guò)壓狀態(tài)下，集電極電流 的基波分量振幅 隨成正比變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。6. 功率放大器功率激勵(lì)級(jí)為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率。 末級(jí)功放將前級(jí)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，使負(fù)載（天線）上獲得滿(mǎn)足要求的發(fā)射功率。如果要求整機(jī)效率較高，應(yīng)采用丙類(lèi)功率放大器，本題要求，故選用丙類(lèi)功率放大器較好。隔離的作用

12、是為了防止發(fā)射的部分高頻信號(hào)對(duì)載波信號(hào)產(chǎn)生干擾；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(lèi)諧振功率放大器，通過(guò)改變電位器改變負(fù)偏壓大小。回路諧振在工作頻率，可以改變變壓器耦合輸出。 功率放大器電路如圖17所示：圖17 功率放大器電路圖公路放大器輸出波形如圖18所示：圖18 功率放大器輸出波形7. 整體電路原理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(kāi)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(mǎn)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

13、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。系統(tǒng)總原理圖見(jiàn)附錄一。六、電路設(shè)計(jì)總結(jié)整體電路共分為六個(gè)模塊，分別為主振器，緩沖器，高頻電壓放大器，音頻放大器，集電極振幅調(diào)制器，高頻功率放大器。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(kāi)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(mǎn)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，然后進(jìn)行丙類(lèi)功率放大，經(jīng)天線輸出普通調(diào)幅波。由于選用的仿真軟件為multisim,有些元件在元件庫(kù)里沒(méi)有，仿真時(shí)就選用

14、了理想的虛擬元件，比如型號(hào)為BJT_NPN_VIRTUAL的三極管就是理想的三極管，由于改變了三極管的型號(hào)，所以在實(shí)際仿真調(diào)試時(shí)改變了好多偏置電阻的阻值以便是電路輸出所需的波形七、收獲、體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)于自己來(lái)說(shuō)是一次很大的挑戰(zhàn)，做起來(lái)我感覺(jué)比較吃力，雖然剛剛學(xué)完了高頻電子線路，但是一直有種云里霧里的感覺(jué)，雖然知道應(yīng)該由哪幾部分構(gòu)成，每一部分的原理也知道，但是實(shí)際做起來(lái)就很吃力了，要根據(jù)實(shí)際元件的特性去設(shè)計(jì)元件的參數(shù)，感覺(jué)無(wú)從下手，但是有困難不能夠放棄，于是我查閱了一些資料，和同學(xué)們一起討論計(jì)算，并且去請(qǐng)教學(xué)長(zhǎng)，慢慢的我有了一點(diǎn)眉目，接著我便開(kāi)始設(shè)計(jì)各個(gè)單元模塊，對(duì)于各個(gè)模塊的比較選擇還是比

15、較容易，就是參數(shù)設(shè)計(jì)比較困難，主要原因是因?yàn)閷?duì)于電路的分析不清楚，我只有接著查找資料，結(jié)合老師所將知識(shí)，慢慢的一點(diǎn)點(diǎn)的明白計(jì)算，最終才算是有些明白。然而在使用軟件進(jìn)行仿真時(shí)有些三極管找不到，就是用了理想化的模型進(jìn)行了代替，致使在仿真的過(guò)程中修改了一些電阻的阻值，使電路正常工作。當(dāng)然這次課程設(shè)計(jì)也教會(huì)了我許多，首先它將我平時(shí)的所學(xué)結(jié)合在一起，有了一個(gè)系統(tǒng)的框架，然后再去補(bǔ)充這個(gè)框架的內(nèi)容，使我有了一個(gè)課程設(shè)計(jì)的基本方向和目的，不至于太過(guò)盲目；其次也鍛煉了我查閱資料的能力，以及對(duì)有用資料的篩選能力；再者通過(guò)跟同學(xué)們的討論研究，我懂得了合作的重要性。課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很能鍛煉人的實(shí)踐，雖然它看起來(lái)充滿(mǎn)著

16、困難，但是不管怎么樣我們都得敢于去挑戰(zhàn)，以后還有畢業(yè)設(shè)計(jì)，這將是一次更大的考驗(yàn)，不管是從設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)思路以及報(bào)告格式還有心理上來(lái)說(shuō)都是一次很好的鍛煉。八、參考文獻(xiàn)1曹才開(kāi).高頻電子線路原理與實(shí)踐.湖南：中南大學(xué)出版社.20102康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分(第五版).北京：高等教育出版社.20063謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試(第三版).武漢：華中科技大學(xué)出版社.20004王堯.電子線路實(shí)驗(yàn). 南京：東南大學(xué)出版社.2000.5曾興雯.高頻電路原理與分析.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2002.6李新平.實(shí)用電子仿真技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003附錄一：系統(tǒng)總電路圖附錄二：系統(tǒng)元件清單元件編號(hào)元件編號(hào)15 KR11KR215.1KR270R251.92KR350RL800R480p