【高频电子线路课程设计】调幅发射机

目录

高频电子线路课程设计

摘要：

1绪论

1.1设计的作用和目的

2调幅发射机的主要性能指标

2.1调幅发射机的工作原理

3小功率调幅发射机的设计

3.1方案的选择

3.1.1简易调幅发射机的工作原理框图

3.1.2功率分配及电源电压确定

3.1.3各级晶体管的选择

3.2电路形式及工作原理

3.2.1高频振荡器电路和缓冲级

3.2.2音频放大电路

3.2.4放大电路

4调幅发射机各级电路的计算与调试

4.1各级电路的计算

4.1.1载波级

4.1.2音频放大级

4.1.3调幅级

4.1.4功率放大级

4.1.5调制系数与功率

4.2电路的调试

4.2.1调幅电路仿真

4.2.2功率放大电路

5总结设计电路的特点、存在不足及改进方法

6小功率调幅发射机的安装与调试

6.1器材

6.2内容与原理

 6.4实物焊接

6.5实物调试

7总结

8参考文献

高频电子线路课程设计

摘要：

    随着科技的进步，调幅发射机的应用越来越明显。调幅发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。

通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、倍频器、缓冲隔离级、高频电压放大级、高频频功率放大级。主振荡器的作用是产生频率稳定的载波。缓冲级主要是削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡信号上去的过程。我们要实现将采集的音频信号放大调幅后播放出去。

关键字：发射机，组成，原理，功能

1绪论

1.1设计的作用和目的

通过本课题的设计、调试和仿真，加深对《高频电子线路》理论知识的进一步理解，进一步巩固理论知识，能够建立起无线发射机的整机概念，学会分析电路、设计电路的步骤和方法，了解发射机各单元之间的关系以及相互影响，从而能正确设计、计算调幅发射机的各单元电路：主振级、被调级、推动级、功率放大级、输出匹配网络等。进一步掌握所学单元电路以及在此基础上，培养自己分析、应用其他电路单元的能力。同时经过课程设计，要学会查资料、充分利用互联网等一切可利用的学习资源，增强同学们分析问题解决问题的能力，为将来的毕业设计做铺垫，也为将来走向就业岗位打下一定的基础。

2调幅发射机的主要性能指标

2.1调幅发射机的工作原理

调幅发射机的组成框图如下图2.1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，经缓冲、高频小信号放大后输入调制器；话音放大电路放大来自话筒的信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调幅了的中频信号，功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。

图2.1  调幅发射机组成框图

图中，各组成部分的作用如下：

(1)本机振荡：产生频率为3MHz的载波信号。

(2)缓冲隔离级：将晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响；将功率激励级与调制级隔离，减小功率激励级对调制级的影响。

(3)话音放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。

功率激励级：为末级功放提供激励功率。

(4)末级功放：对前级送来的信号进行功率放大，在负载上获得满足要求的发射功率。

3小功率调幅发射机的设计

3.1方案的选择

3.1.1简易调幅发射机的工作原理框图

简易调幅发射机的机构如图3.1.1所示.高频信号源作为载波,音频信号源可以是语音,可以是音乐,也可以是固定的单音频.高频信号与音频信号经幅度调制后变为调幅波,然后送往高频功放,经高频功放放大后,通过天线发射出去.

图3.1.1  调幅发射机组成框图

3.1.2功率分配及电源电压确定

由调制级输出信号幅度几十毫伏，末级功率放大器管最大输出功率为 ,所以前置放大增益为Ap=3dB（2倍），取功率放大器管功率增益为Ap＝13 dB(20倍)，则末级的最大激励功率才能符合要求，而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。

对于小型发射机，电源电压一般为9～15 V，所以取标准电源9 V。

3.1.3各级晶体管的选择

一般选取晶体管的原则是BVceo、Pcm 、Icm必须满足要求。

受调放大级：晶体管采用2N221a，是电路的核心，起电流控制和放大作用。

3.2电路形式及工作原理

3.2.1高频振荡器电路和缓冲级

主振级是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。

本级用来产生3MHz左右的高频振荡载波信号，由于整个发射机的频率稳定度由主振级决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也要有一定的振荡功率（或电压），其输出波形失真较小。为此，这里采用西勒振荡电路，可以满足要求。

图3.2.1高频振荡和缓冲电路

如图3.2.1西勒振荡器电路所示R5、R6、R8提供偏置电压使三极管工作在放大区，起到滤波作用。如果使 固定，可以通过改变 来改变振荡频率，因此，西勒振荡器可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。

3.2.2音频放大电路

如下图3.2.2所示：音频放大器采用UA741CD。电源由7脚接入，4脚接地。信号由3脚输入，经放大后由6脚经输出电容C15送到受调放大级。2脚到地之间接入C14和R25组成的负反馈电路，决定放大倍数的大小。R2越小，电路增益越高；反之，增益越小。

图3.2.2 音频放大电路

3.2.3调制电路

通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。由于集电极调幅工作在过压状态，所以能量转换效率比较高适用于较大功率的调幅发射机。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，但经过放大，能满足设计要求。故采用模拟乘法器调制。

1．创建模拟乘法器MC1496 电路模块

MC1496 是根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的乘法器芯片，用来实现调幅电路具有电路简单，创建MC1496 内部结构如图3.2.3（a）所示，子电路如图3.2.3 （b）所示。

（a）

 

（b）

图3.2.3MC1496电路模块

（a）MC1496的内部结构图 （b）MC1496子电路图

2．选定调幅电路图

图3.2.3调幅电路

仿真中，我们主要关注的是载漏电阻Rp，调节Rp可以实现AM调幅和DSB调幅，引脚5 连接的对地电阻R9及2、3 引脚间的电阻Ry。R9 决定了模拟乘法器的静态工作电流Io，为了保证MC1496 工作于小信号放大状态，R9必须选择合适的值。Ry来调正调制信号的输入线性动态范围，同时控制乘法器的增益。

3.2.4放大电路

高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。 将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如 而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。

图3.2.4功率放大电路

4调幅发射机各级电路的计算与调试

4.1各级电路的计算

4.1.1载波级

－般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中：静态工作点确定后，晶体管内部参数Yf的值就一定，对于小功率晶体管可以近似认为 ，反馈系数大小应在0.15～0.5范围内选择。

输出电路的总电容：

 

振荡频率为：

接入系数：

在西勒振荡器电路中，由于 和 并联，所以 变化不会影响回路的接入系数，如果使 固定，可以通过改变 来改变振荡频率，因此，西勒振荡器可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。

4.1.2音频放大级

由话筒转化的电信号是毫伏级的，而MC1496调幅电路的输入的调制信号幅度不能太大，所以采用UA741CD集成运放，增益不能太大，所以按下面的式子选择合适的电阻。

4.1.3调幅级

根据MC1496 的特性参数，实际应用时，静态偏置电压（输入电压为0 时）应满足下列关系：

                 

引脚V14接负电源, V5脚通过电阻R9 接地,因此改变R9 也可以调节IO 的大小,即:

根据MC1496的性能参数,器件的静态电流小于4mA,一般取IO≈ IS =1mA左右。器件的总耗散功率可得:

                        

PD应小于器件的最大允许耗散功率(33mW) 。

的动态范围与外接电阻RY的关系：

4.1.4功率放大级

调谐频率设计，以及频带宽度计算：

 

4.1.5调制系数与功率

调制系数、输出最大功率计算：

 

4.2电路的调试

4.2.1调幅电路仿真

以模拟乘法器 MC1496为核心构成的振幅调制电路如图4.2.1所示.

图4.2.1  振幅调制电路

通常所要传送的信号(如语言、音乐等)的波形是很复杂的,包含了许多频率成分.为简化分析,在本文中分析调制时,可以认为信号是正弦波形.因为复杂的信号可以分解为许多正弦波分量,因此,只要已调波能够同时包含许多不同调制频率的正弦调制信号,复杂的调制信号也就如实地被传送出去了.设置调制信号为单频信号,频率1kHz; 高频载波信号幅值300 mV,频率为3MHz,运行仿真开关,打开示波器观察窗口,可得仿真输出调幅波如图4.2.1.2所示.

（a）

（b）

图4.2.1.2幅度调制电路输出波形

设置调制信号幅度为300 mV,仿真输出波形如图4.2.1.2(a)所示.从图中可以看出该输出为普通调幅波,已调波的振幅同调制信号有相同的变化规律,即载波振幅随调制信号的规律变化. 调整调制信号幅度为1500 mV,其他参数不变,仿真输出波形如图4.2.1.2(b)所示.从图中可以看出, 已调波振幅变化与调制信号不一致,产生了严重的失真,这种情况称为过调失真,在实际应用中应尽量避免.

4.2.2功率放大电路

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件,是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换为高频交流输出.

图4.2.2.1高频功率放大电路

将前级幅度调制电路,即图4.2.1.2(a)所示信号作为该级功放输入信号,输出端接虚拟示波器,以显示输出信号.调节调谐回路可变电容参数,使回路调谐在3MHz,得到输出信号波形如图所示.

图4.2.2.2高频功率放大电路输出波形

从图4.2.2.2可以看出,输出信号仍为普通调幅波,调制规律不变,信号幅度增大,实现功能要求,可将此信号通过天线有效辐射.

5总结设计电路的特点、存在不足及改进方法

(1)载波级：按照理论值设置静态偏置，已经震荡回路后，波形出现截止失真，原因：静态偏置点过低，重新调整。

(2)缓冲级：载波级波形正常，当接上缓冲级后发现输出波形底部被截平，通过减小耦合电容，以及增大射级电阻可以明显改善波形。

(3)静态工作点选的太小。

(4)电源电压过低，使振荡管放大倍数太小。

(5)负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。

(6)回路特性阻抗ρ或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗RO太低。

(7)整体电路缺少过压过流保护，也没有对意外接错电压的保护电路，如果试验电压的正负或大小而接反，会导致整个电路的烧毁。

(8)绿波网络相对较少，而且缺少可调的滤波网络，在实际电路中会出现各种各样的噪声信号，缺少滤波网络会使得输出信号有强烈的干扰，在后面各级电路中根据输出信号的特点加入相应的滤波匹配网络对于消除干扰是极好的。

(9)在丙类谐振功率放大器，采用加偏置的互补推免电路，有效克服交越失真。

6小功率调幅发射机的安装与调试

6.1器材

(1)双踪示波器，数字频率计，数字信号源，数字万用表，双路稳压电源等仪器各一台。

(2)电烙铁，镊子，钳子，螺丝刀等工具一套。

(3)调幅发射机实验板，套件，天线，焊锡，漆包线等。

6.2内容与原理

内容：根据实验原理图，按照要求在电路板上焊接小功率调幅发射机，并安装与调试。熟悉实验原理，测量实验中各电路元件参数，并记录与分析是否完成发射机的设计要求并改进。 

原理：实验原理：发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。发射机包括：晶体振荡器、前置放大、调制与功率放大、低通滤波、音频放大。 

(1)音频放大：R2、R3为音源接入电路，SW1音量电位器，IC1音频放大芯片，C9音频耦合电容，C11、C12音频旁路电容，R1、C8组成RC滤波电路，R5、D1电源指标。

 (2)振荡源：Q1组成共基调射变压器振荡电路，产生高频等幅信号，调节CV可将频率设定在530-1600kHZ，R10、C19为正反馈网络，C18为高频旁路电容，从而实现共基极电路，C16电源滤波及高频旁路，C17电源滤波；R7、R8、R9为偏置电阻。

 (3)高频放大：Q2把Q1的高频等幅信号进一步放大，C20为耦合电容，C21高频旁路电容，R11、R12为偏置电阻；B2为高频宽带传感电感，B2次级输出高频电压。

(4)高频调制:C22、C23音频电容，调节SW3得到合适的音频电压，R15负反馈电阻，SW2、R14偏置电阻，调节SW2可改善音质;调节SW1得到合适的匹配高频电压C24耦合至Q4基极，D2为自给偏置电路，高频信号的负半周波形经D2后产业0.1V-0.2V左右的基极电压,为Q4工作在丙类提供电压条件;Q3集电极在Q4的作用下产生与音频对应叠加后的调制电压，Q4的高频电压随调制电压而变化，从而实现高频载波调幅,C25为隔直波电容; 

 (5)滤波网络:L2、L3、C26、 C27为低通网络，滤除掉高次谐波，从而让波形接近正弦波，与天线相匹配。

 6.4实物焊接

6.4.1实物焊接图1 

 

6.4.1实物焊接图2

 

6.4.1实物焊接图3

6.5实物调试

经过对调幅发射机实物进行精确的调试工作，我们仔细地将其连接到示波器上。通过细致的观察和仔细的调整，在示波器上，我们清晰地捕捉到了一个完整的1.036MHz信号。

这个成功的结果为我们带来了深刻的启示。首先，它验证了我们的设计和调试方法的有效性，使我们更加坚信我们的技术路径是正确的。其次，这个1.036MHz信号的完整性在技术领域具有重要意义，它可以被广泛应用于通信、广播和无线电等领域。

此外，这一突破也向我们展示了团队协作和坚持不懈的重要性。我们在调试过程中遇到了各种技术挑战和难题，但我们团队紧密合作，相互支持，共同攻克了一个又一个难关，最终实现了这一里程碑式的成果。

6.5示波器图片

7总结

高频电子线路是上学年我们学习的课程中最重要的，它涵盖了电子技术基础中的拟电子和电路理论中的电路分析，最重要的是它还包括了通信技术。通过这次课程设计让我深深体会高频电子线路的抽象！整个电路设计很麻烦，因为同时包含很多模块，每个模块都要弄懂有什么用处，以及每个器件该选择什么型号的，过程很复杂，也很考验人的耐心。刚开始的时候我不知道何从下手，因为高频电子线路我学的不好，对于一些原理很模糊。因此我只能采取先查资料然后和同学们讨论的方法来完成我的课程设计了。所以我先去图书馆借了几本资料，上网查看各种例子，和宿舍的人进行热烈的讨论。调幅发射机的设计我觉得有几个难点，第一是在使用晶振作为本机振荡的时候要准确的产生振荡信号。之后还要对音频信号进行放大。最后还有个功率放大，各级间的放大倍数是比较难弄的事。第二是采用乘法器进行振幅调制，需要弄懂乘法器的原理，以及画图时要把这个乘法器找出来，这是非常难的一步。第三，就是最后的功率放大和匹配网路中的各种数据和静态点Q值的计算。最后就是各部分的仿真也是一大难点。因为只要一步有差错，或者是器件参数选的不对，仿真结果就会出错。我们根据自己查的资料和借鉴老师给的电路图，还要几个人互相帮助，画出了我们自己的电路图。这个过程是非常难的，我们连续做了几天才完成，可是并没有非常满意，因为自己没有思路，所以更多的是借鉴老师的想法。但是经过这几天的努力，我们还是对以前学过的知识有了进一步的认识，初步了解了发射机的原理，及发射机每一部分的组成及作用。同时我也看到了自己的弱点，对电子线路这一科学的不好，很多专业知识还没有真的变成我心里的东西。

这次课程设计，让我明白了一些东西，感觉在高频这一块儿充实了很多。我也知道了在将来的学习中我该朝着哪方面去努力，多学点专业知识，不能只限于考试，要真正的将知识弄懂。我想这对于我以后工作肯定是有帮助的。让我感觉最难的就是参数计算了，由于每一部分都有关联，参数计算关联着器件的选择，自己对知识掌握又不熟练，所以计算成了大难事，不过通过同学的帮助和自己的努力，最终解决了。

8参考文献

[1]《电子线路设计·实验·测试》 第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社

[2]《高频电子线路原理与实践》曹才开，姚屏，曾屹，周细凤编著，中南大学出版社

[3]《高频电子线路》胡宴如，耿苏燕主编  高等教育出版社

[4]曾兴雯,刘乃安,陈建.高频电路原理与分析(第四版). 西安:西安电子科技出版社,2006

[5]任丹.基于 Multisim 的高频功率放大器特性分析.辽宁 学院学报:自然科学版,2011,18(2):114~117

[6]马英.高频电子线路实验箱利弊的思考.实验科学与技 术,2007,5(2):93~94

[7]郑文.基于 Multisim 的高频功率放大器仿真分析.实验 科学与技术,2014,12(1):22~23