課程設計〔說明書〕簡易振幅調制器的設計班級/學號學生姓名指導教師簡易振幅調制器的設計摘要：在當今時代，電子科技已經十分興旺，而通信和播送等領域也隨之高速開展。有時為了提高通信質量和處理信號方便，需要在將語音、圖象等有用信息經過調幅后再發送出去，這就無疑需要一種振幅調制電路來實現。現介紹一種簡易的振幅調制電路，該電路的載波由高頻信號發生器產生，經放大后和調制信號經乘法器后，輸出抑制載波的雙邊帶調幅波，輸出的雙邊帶調輻波與放大后的載波再經過相加器后，即可產生普通調幅波，本電路的設計思路十分清晰，原理較為易懂，結構簡單明了，使用起來方便、穩定且實用價值較高。關鍵詞：高頻；載波；調幅；調制信號；功率放大器。一、概述1、設計任務要求設計一個簡易的振幅調制器，其載波由高頻信號發生器產生，經高頻功率放大器放大后，作為調幅波的載波，低頻信號發生器產生的低頻信號作為調制信號，載涉及調制信號經乘法器后產生普通調幅波和抑制載波的調幅波。2、技術指標=1\*GB3①振幅調制的載波局部采用高頻信號發生器輸出幅值為0.5V，頻率為6MHz的正弦波。=2\*GB3②設計高頻功率放大器，輸出信號的幅值U>1V，集電極利用效率大于70%。=3\*GB3③振幅調制器的設計采用乘法器產生普通調幅涉及抑制載波的雙邊帶調幅波，其中普通調幅波的調幅度0.3<ma<1。=4\*GB3④低頻信號可以利用已有的信號發生器產生，輸出1~5KHz的正弦波信號，幅值根據實際需要自行確定。=5\*GB3⑤根據要求選定高頻三極管，以及各個諧振回路的元件參數。3、課題所涉及的范圍及理論意義本課題主要涉及模擬電子線路中的放大器工作原理、通信電子線路中高頻功率放大器的工作原理，以及對振幅的普通調制和雙邊帶調制原理。除此之外，本課題還涉及到電子領域中一些比擬根底的概念，例如：乘法器、加法器、選頻網絡等等。本課題其理論意義十分廣泛且重要，涉及方面廣，而且對電路根底、模擬電子線路、通信電子線路中的一些根底知識要求較高，對以往學過的知識是一次全面的復習。同時也將理論知識應用到設與計與實踐中。二、方案分析1、整體方案分析本課題的原理框圖〔圖1〕如下：圖1原理框圖載波由高頻信號源直接產生即可，然后經過高頻功率放大器進行放大，作為調幅波的載波，調制信號由低頻信號源直接產生，二者經過乘法器后即可產生雙邊帶的調幅波，工作原理如圖2。圖2雙邊帶調幅波產生原理框圖假設在輸出端添加一個相加器，將雙邊帶調幅波和一個幅度適當的載波相加，便可得到標準調幅波，如圖3。圖3普通調幅波的產生原理框圖2、局部電路方案分析〔1〕放大局部方案分析根據設計要求，放大局部需要由丙類放大器才能滿足其技術指標，原理框圖如圖4。第一級由甲類放大器進行輸入信號的第一級放大，第二級采用丙類放大，其最大優點是效率比擬高。如圖4。圖4功率放大器的原理框圖〔2〕調幅電路的方案分析方案一：采用模擬集成運放構成的加法器時，由于輸入的是頻率高的信號，因此這要就導致輸出的波形會嚴重失真，而且電路極其不穩定，故舍棄此方案。方案二：乘法器、加法器局部直接采用集成乘法器和集成的加法器，其優點是效率較高而且輸出穩定，此方案可行，應選擇此方案。三、電路工作原理及設計說明1、高頻功率放大器局部〔1〕工作原理〔原理圖見圖5〕第一級甲類放大器先將輸入信號放大，然后通過一個LC選頻網絡選擇有用的頻率信號，抑制無用的諧波，通過一個耦合電容輸出給下一。，其中，靜態工作點是由滑變和電阻分壓，通過滑變來調節，發射極與地之間接直流反應電阻和交流反應電阻，以保證靜態工作點的穩定。第二級為丙類放大器，是典型的基極為無直流偏置電壓的丙類放大器。只有載波的正半周且幅度足夠大時才能使功率管導通，其集電極負載為LC選頻諧振回路，諧振回路以選出有用的基波信號，因此可獲得較大的功率輸出。通過發射極所接滑變可調節丙類放大器的功率增益。圖5高頻功率放大器原理圖〔2〕電路的主要器件選擇與參數計算直流供電電壓Vcc選擇12V，由于輸入信號的頻率較高，考慮到穩定性和頻率特性，以及上、下限截止頻率，第一級放大器的三極管選擇2SC2655，而第二級放大器的三極管選擇2N2222A。調整第一級放大器靜態工作點由滑變R1完成，因此基極偏壓采用固定偏壓形式，靜態工作點ICQ=7mA。而LC選頻網絡應滿足頻率為6MHz，由公式，并考慮到選頻的效果和放大的倍數，電感L就選14mH,而電容C選擇6pF。其增益由R3的調節來控制。C3為旁路電容，而C4為耦合電容，因此，選擇C3=0.01uF，C4=1nF。其中增益由公式得出：AQUOTE=5。RL后級等效負載阻抗，因此，計算出的放大倍數為估算值。QUOTE=5=2.5V。式中QUOTE為輸出電壓，而則為輸入電壓丙類放大器為第二級放大，目的是為了提供大功率，因此LC選頻回路是必不可少的，其諧振頻率同樣為6MHz左右，這樣才能選出有用的基波分量，抑制無用的諧波。但考慮到由于是第二級放大，無用的干擾比擬大，所以采用局部接入法，來增加電路的Q值，提高選頻回路的選擇性，由于丙類只有載波的正半周且幅度足夠才能使功率管導通，因此應選大電容來使波形的恢復失真最小，如圖6，采取電感局部接入法，計算得出L6=L7=0.5mH，C6=700pF。其中R5來控制放大器的增益，從而控制輸出的功率。效率而本局部效率計算值與實際值誤差較大，因此估算后主要用通過調節來實現效率大于70%。L8為高頻扼流圈，C9、C10和C12為旁路電容，由于失真較大，因此需要較大的耦合電容C8=10uF。A=QUOTE=2.5，RL后級等效負載阻抗，而QUOTE為前級的等效輸入阻抗。QUOTE=2.5=6V,式中，QUOTE丙類放大器的輸入電壓，即前級放大的輸出電壓，而QUOTE為高頻功率放大器放大后最后輸出電壓,經放大后的載波電壓幅值。效率：設導通角為θ=QUOTE，則集電極電壓利用效率設為90%，則效率η=79%。2、調幅電路局部〔1〕工作原理〔原理圖見圖6〕圖6調幅電路工作原理圖經放大后的載波與調制信號經過乘法器MC1596后，可觀察到雙邊帶的調幅波。其表達式為：其中,可變電阻RP是用來抑制載波信號的,假設要得到雙邊帶調幅波,在調制信號為0的根底上，調節RP，使輸出端的載波信號電壓值為0V，然后再加上調制信號，此時輸出的則是抑制載波的雙邊帶調幅。而標準調幅波的工作原理：調節RP，使其不抑制載波信號，在調制信號為0的根底上，調節RP，使輸出端有載波信號電壓輸出，其幅值可根據需要而自行調節，而本電路中，將輸出端的載波信號幅度調成為6V。然后再加上調制信號，經乘法器后，輸出有載波的標準調幅波。其表達式為：式中的稱為調幅系數，亦稱做調幅度。〔2〕電路的主要器件選擇與參數計算設調幅度為0.5，載波的幅值為QUOTE=6V,，將QUOTE估算成0.6時，QUOTE=5V。低頻調制信號取幅值為5V，頻率為3KHz。為了方便的觀察波形，將其衰減系數設置為0.1V/V。標準調幅波波形如圖9。圖9標準調幅波波形圖四、電路性能指標的測試1、高頻功率放大局部測試〔1〕甲類放大器功能測試可在LC諧振回路串連一個可調電容，用以調諧，濾除無用諧波，調整R1來改變三級管的靜態工作點，因此可改變電路的增益，而改變R3來穩定靜態工作點，因而來控制輸出波形的穩定，如圖10所示，經放大后輸出幅值約為2V，頻率為6MHz的正弦波。圖10第一級甲類放大器的測試電路圖〔2〕丙類放大器的功能測試同樣在諧振回路上加一個可調電容，用以調諧，使波形失真最小。如圖11。圖11丙類放大器的功能測試電路圖經過丙類放大后，幅值約為5V，頻率仍為6MHz的正弦波，此信號即作為下一級調幅電路的載波信號。2、調幅電路功能測試〔1〕雙邊帶調幅波電路的測試仿真電路如圖12所示圖12雙邊帶調幅電路的仿真電路圖雙邊帶調幅：將調幅波中的載頻分量抑制掉，僅將上、下邊帶向外發送。又稱為抑制載波的雙邊帶調幅。其理想波形如圖13所示：圖13雙邊帶調幅的理想波形圖由調制信號的波形與其包絡比擬后得到以下結論：雙邊帶調幅波的包絡已經不能反映調制信號的變化規律。〔2〕普通調幅波電路測試仿真電路如圖14圖14普通調幅電路的測試電路圖標準調幅波也稱普通調幅波或正常調幅波，即高頻信號的振幅按照低頻信號的瞬時值變化。其理想波形如圖15所示。圖15普通調幅波的理想波形圖由波形可以估算出其調幅度大約為50%。〔3〕分析由以上數據可以看出，所設計的電路根本上滿足技術指示。但本電路還有一處缺乏之處，即當丙類放大器提供大功率輸出時〔效率較高時〕，輸出的波形不穩定，且失真較為嚴重，而放大電路局部的主要目的是為下一級的調幅電路提供放大后的高頻載波即可，為了使整體電路功能更加完善，輸出穩定，因此，有時需以犧牲效率為代價，使波形失真到達最小，輸出較為穩定，這樣才能使調制信號的有用信息能夠更準確更高效的發送出去。對效率問題的詳細分析：丙類功率放大器的基極偏置電壓uBE是利用發射極電流的直流分量IEO〔≈ICO〕在射極電阻RE2上產生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號為正弦波時，則集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓uc1,電流ic1。其中為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；Ro為集電極回路的諧振阻抗。為集電極輸出功率。為電源Vcc供應的直流功率；ICO為集電極電流脈沖ic的直流分量。最后得到效率：在測試中發現，由于電路設計所致，效率79%時，波失真較為嚴重，因此考慮到電路整體輸出，調整電路時發現，不得不將效率降低到70%左右，這也是本電路設計的一個缺乏之處，有待改良。五、課設體會及合理化建議通一個星期左右的課程設計，深深的體會出將平時所學的本領知識，應用到實際中是一件十分困難的事情，但經過努力拼搏和勤奮思考后，成功的喜悅更是令人興奮得難以忘懷。在以往的學習和實驗、實踐中，大局部電路都是已給定的，而本次課題是通過自己所學，自行設計一個電路，給我的感觸頗深。而通信電子線路與模擬電子線路有著很大的差異與區別，在設計之初，通過計算得到的參數與最終確定的參數相差很大，而起決定性因素的并不是計算，而是通過定性分析，估算后，對電路的調整，這也讓我深深的明白了通電子電路的這個特點，這同時也是通信電子線路與模擬電子線路之間所存在最大的差異與區別。這次課程設計對我來說，不僅僅是一次考驗，也是一次挑戰，同時還是對以往學過的知識一次全面的回憶與總結。使我全面復習了本學期所學的有關通信電子線路的知識的同時，還鍛煉了我的意志品質，當調整電路無數次失敗時，并沒有使我灰心，讓我放棄，而是通過自己不懈的努力，弄懂了這局部知識。因此，本次課設對我以后無論是學習還是工作，都有著較大的幫助。建議：迫切的建議應增加類似本次課設的實踐活動，同時應將實踐活動，貫穿到整個學期之中，即增實驗的學時，使得學到的理論知識都能更好、更多的應用到實踐當中去。在現如今的高速開展的電子領域中，大局部工作都不是一個人所能完成的，因此可以看出團隊合作尤其重要，因此希望在以后的實踐中能夠增加些團隊合作的工程與課題，在增加自己個人的動手實踐能力的同時，也應該注重團隊的配合。參考文獻1.謝沅清,鄧鋼.通信電子線路.[M]北京:電子工業出版社,2007年。2.李秀人.電子技術實訓指導.[M]北京:國防工業出版社,2006年。3.R.F.格拉夫.電子電路百科全書〔第二卷〕.[M]北京:科學出版社,1989年。4.王衛東,傅佑麟.高頻電子線路.[M]北京:電子工業出版社,2004年。5.鈴木雅臣.晶體管電路設計.[M]北京:科學出版社,2004年。6.何希才.新型電子電路應用實例.[M]北京:科學出版社,2005年。附錄=1\*ROMANI元器件清單序號編號名稱型號數量1Q1高頻三極管2SC26551個2Q2高頻三極管2N2222A1個3C1電容120pF1個4C2電容