《高频电子线路》课程设计报告小功率调幅发射机设计.doc

目录中文摘要IAbstractII1 对调幅发射机的认识和了解21.1 总体认识21.2 电路型式选择21.2.1 主振器21.2.2 高频电压放大器31.2.3 振幅调制器31.2.4 高频功率放大器42 调幅发射机的设计选择、及其原理框图42.1方案的选择42.1.1设计选择的原因42.1.2 功率分配及电源电压的确定52.1.3 各级晶体管的选择52.1.4 放大级管子的选择：52.2 调幅发射机方框图62.3 调幅发射机的电路形式及工作原理62.3.1 高频振荡器电路62.3.2 隔离放大电路72.3.3 受调放大级电路82.3.4 话筒和音频放大电路92.3.5 传输线与天线103 调幅发射机各级电路的计算及调试103.1 各级电路的计算103.1.1 被调级参数的计算103.1.2 放大级的计算113.1.3 振荡级的计算113.2 电路的调试113.2.1 本振级调试113.2.2 放大级调整113.2.3 末级调试123.2.4 统调124 总结13参考文献14附录1：发射机电路原理图15附录2：元件清单16中文摘要高频电子线路课程设计是继通信电子线路理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用orcad、multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。此设计思路为将超外差式调频接收机分成摄入调谐贿赂、高频放大、混频、本机振荡、中频放大、鉴频、低频功放等几个个部分，分别讲天线接收到的高频信号进行选频、放大、混频，最后解调出低频调制信号等功能。将设计参数要求分解到各模块的设计中以分别实现。【关键词】：振荡器、高频功率放大器、调幅AbstractHigh-frequency electronic circuits course design is the "electronic communication lines," the study of theory and experiment after another important teaching of practical teaching links. Its mission is the master and students have basic knowledge of electronic technology unit and circuit design capabilities, enable students to make comprehensive use of high-frequency electronic circuit knowledge, the actual high-frequency system design, installation and test for use orcad, multisim, and other relevant Software design, improve their overall ability to apply knowledge, analysis and problem-solving abilities of electronic technology practical skills to enable students to learn high-frequency electronic communications technology in the field of industrial production application status and development trends. For the future of electronic technology in the field of engineering design to lay a solid foundation. This design concept for the superheterodyne FM receiver will be divided into intake tuning, bribery, high-frequency amplification, mixing, the local oscillation, If amplification, frequency, low-frequency amplifier, and several other parts, respectively, said the antenna to receive High-frequency signals selected frequency, amplification, mixing, the final demodulator to low-frequency modulation signals, and other functions. Decomposition will require the design parameters of various modules in the design were to achieve.1 对调幅发射机的认识和了解1.1 总体认识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、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以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、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。1.2 电路型式选择调幅发射机是由主振器，缓冲级，高频电压放大 器，振幅调制器，高频功率放大器等电路组成。 1.2.1 主振器主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路型式。高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。 改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。提高振荡回路标准性，除了采用高Q值和高稳定的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容，实现温度补偿的作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响（详见参考资料）。 1.2.2 高频电压放大器高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。 1.2.3 振幅调制器振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。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，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就可以在调制级将信号直接发射出去。 1.2.4 高频功率放大器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。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通常采用丙类功率放大器，如果一级不能满足指标要求，可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。2 调幅发射机的设计选择、及其原理框图2.1方案的选择2.1.1设计选择的原因根据课程设计要求，其工作频率为7MHz,输出载波频率为0.5W。由于输出功率小，所以它具有结构简单，体积小和质量轻等特点。基于以上要求，可选用最基本的发射机结构。该结构由主振、放大和被调级构成。由于晶体稳定性好，Q值很高，故频率稳定度也很高。因此，主振级采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。末级采用串联馈电的方式。由于电源靠近的一端，杂散电容小，从而对回路的影响也小，使电路稳定工作。为了有较高的效率，本级采用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。由于本机输出载波功率为0.5W,所以，只需一级功率放大器就能达到要求；而其工作在较低的7MHz频率,一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度高，无须进行倍频。为了提高工作效率，采用丙类集电极调幅方式。因而，本机由最基本的发射机所应有的三级构成。2.1.2 功率分配及电源电压的确定本机输出的最大功率(Po)max=(1+ma)2×Po=4×Po4×0.5W=2W。设输出变压器的效率，则末级功率放大器管最大输出功率为(Po)max=2W/0.8=2.5 W,取功率放大器管功率增益为Ap13 dB(20倍)，则末级的最大激励功率应为125mW,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915 V，所以取标准电源12 V。2.1.3 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。末级功率放大器管：工作频率为7 MHz ,最大输出功率为2.5W，且集电极瞬时电压为 , 其最大值为：当ma1时，4×Vcc 4×1248 V，可选用3DA1B，其参数为：BVceo50V,Pcm=7.5W,Icm=0.75A,f=70MHz10f0,Ap=13dB。2.1.4 放大级管子的选择：集电极瞬时电压为 ，其最大值为，当ma1时，Vc,max 24V。集电极输出的功率为156.25mW（末级激励功率125mW），若取Ap10 dB（10倍），则末级激励功率为156.25mW/10=15.6mW,可选用3DG12B，其参数为Icm300mA, fT200MHz, BVceo45V,Pcm=0.7W,振荡管的选择，要求BVceo50, fT10f0,仍选用3DG12B。2.2 调幅发射机方框图图2-1 调幅发射机方框图2.3 调幅发射机的电路形式及工作原理2.3.1 高频振荡器电路图2-2 高频振荡器电路电路如上图所示，振荡器是无线电发射的心脏部分高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波,它的频率叫做载频。 由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。因此，主振级(高频振荡器)采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。此电路中其工作在较低的7MHZ频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而其频率稳定度高，无须进行倍频。频率输出需要通过C4微调。C1、C2为回路电容，改变C8可以改变耦合程度，R1、R2为偏置电阻，R3为集电极负载电阻，R4为发射极电阻，C3为旁路电阻，Z1为高频扼流圈，C6、C7为电容去耦电容。高频振荡器所输出的波形如下图所示：图2-3 高频振荡器输出波形2.3.2 隔离放大电路图2-4 隔离放大电路电路如上图所示。该电路采用自给负偏压方式，通过R4可改变电位器改变负偏压大小。回路谐振在工作频率，通过改变变压器B1耦合输出。Z2、Z3为高频扼流圈，C10为旁路电容，C11、C12为回路电容，C16、C17为耦合电容，C14、C15为电源去耦电容 。隔离放大级的输出波形如下图所示：图2-5 隔离放大器输出波形此图与图一的区别是输出波形幅度变大，而频率不变。2.3.3 受调放大级电路图2-6 受调放大级电路电路如上图所示。末级采用串联馈电的方式。为了有较高的效率，本级利用集电极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。为加强耦合度，可在变压器初次级之间接一个小耦合电容C22,C20和C21为回路电容。受调放大电路的输出波形如下所示：图2-7 受调放大级的输出波形2.3.4 话筒和音频放大电路如下图：音频放大器采用LA4101。电源由14脚接入，3脚接地，10脚与地之间接去耦电容C20，12脚与地之间接有源滤波退耦电容C21。信号由9脚输入，经放大后由1脚经数出电容C26送到受调放大级。6脚到地之间接入C19和Rf组成的负反馈电路，决定放大倍数的大小。Rf越小，电路增益越高；反之，增益越小。13、14之间接入自举电容C24 、C22和C23，以防止产生寄生振荡。图2-8 话筒和音频放大电路信号经过话筒、音频放大电路和调制器后的波形如下所示：图2-9 调制器输出波形2.3.5 传输线与天线这部分的作用是把已调高频信号由传输线送至天线，变成电磁波，辐射到空间去，实现无限电波的发射。3 调幅发射机各级电路的计算及调试3.1 各级电路的计算3.1.1 被调级参数的计算已知条件：Vcc=12V，f0=7MHz，Ql=5，P0=0.5W， RL51，hfe=10, ，Q0=150，系数P1=0.15,P2=0.2，三级管型号3DA1B。通过计算,可得：Icm1=0.156A，Icm=0.238A，Ico=0.06A，P=Ico×Vcc=0.72W，Po= Icm1×Icm1×RL/2=0.622，Pc=P= - Po =0.098W，= Po / P=86.8%，Ap=1010（Po/PD）=13dB(20倍)，所以，激励功率PiPo/20=31.25mW，Ibm=Icm/hfe=0.0238A，Ibm1=0.01A，Vbm=2×Pi/Ibm1=6.24V，Vbb=1.86V，Ibo=6mAR5=|Vbb|/Ibo=310W,标称值可取R5390。取耦合电容C22=8pf,旁路电容C18=C190.033uF,高频扼流圈Z4=Z5=100uH,从而得到各项功率的计算。3.1.2 放大级的计算已知条件：Vcc=12V, f0=7mHZ,末级激励功P1=31.25mW, ,系数P1=0.2,P2=0.4,管子选3DG12B,其Ap=10,Cbc=15pF。同理，取C1285.5pF,则L26 uH，用Q表测得其圈数n=12匝，n1=P1×n=2匝，n2=P2×n=5匝.C02×Cbc=30pF，折合到回路上从而算出回路所需电容为80.8pF.若取C12=68pF,C11=0.25pF, R5=1K，, C14=0.047uF，C15=100uF， Z3=Z2=100uH，C100.033uF。3.1.3 振荡级的计算已知条件：Vcc=12V，f0=7mHZ，选晶体型号为3DG12B，IcQ3mA,VceQ=6V,VeQ=0.2Vcc。从而通过计算可得：R3=1.2kW,R4=800，取标称值R4810，BQ=0.06mA,R2=5.1K，R1=15k。取C4=0.25pF,C5=20pF,则F0.5mA,C4/C5<<C1,C4/C5<<C2,令C1=470pF，则C2940pF,取标称值C21000pF。3.2 电路的调试3.2.1 本振级调试按设计电路安装后，将后级断开，调整晶体管的工作点，使振荡管静态电流为3mA左右；适当调整C4，输出频率为7MHz，幅度为3V的正弦波。3.2.2 放大级调整将前级的振荡输出通过耦合电容接入放大器的输入端，断开末端，接入约80的假负载；在B1的次级，改变回路电容CL1，使电表读数指示最小，即回路对工作频率发生谐振；然后改变变压器抽头，使放大器工作在临界状态，在假负载上输出约200MW的功率。3.2.3 末级调试前两级调试通过后，通过耦合电容接入末级输入，并按天线的等效电阻接入B2的次级，调整回路电容C20，使回路谐振，集电极电流指示最小，将调制信号短路，改变抽头，使载波最大点工作于临界状态，输出功率大于0.5W，且有较好的正弦波输出。3.2.4 统调由于将最后一级接上后，其输入阻抗不可能就等于假负载的阻值，因而接入电路后，会改变前级的反射阻抗，使其回路失谐，影响工作波形和输出，所以必须进行统调。重新改变抽头位置，逐次对Cl1、Cl2进行调整，且改变级间耦合电容，反复调试，达到要求为止。最后将末级电源断开，接入另一级电源进行模拟调制，调试时要注意观察调制特性，即逐级改变末级直流电压后，观察末级集电极回路电表指示的变化。若在均匀改变电源电压的过程中，电流表指示均匀变化没有突变的现象，则在允许调幅度的情况下，有较好的调制特性，如果调制特性不好，则说明末级工作状态不对，应改变B2的抽头，重新使载波的最大点工作在临界状态。调好后，接入1KHz的调制信号，观察调幅波形，改变音频信号发生器输出电压，使音频电压幅值变化，观察包络的变化，则调试完毕。在调试过程中，会出现输出功率不够，输出波形不纯，有谐波分量等问题，需细心调试。4 总结(1)巩固了高频电路知识的该课程设计使我建立无线电发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，能正确设计、计算发射机的各个单元电路：主振级、激励级、输出级、调制级、输出匹配网络及音频放大器。初步掌握小型调幅波发射机的调整及测试方法。在设计电路时，要首先将总体电路分成若干个不子模块，使每个模块有各自的不同的任务；再对各相对简单的子模块进行单独设计；最后将各个子电路组合在一起完成整个电路。这样做法分工明确，层次清晰，使设计者能更宏观的把握设计的总体步骤 。而且设计单独的子电路降低了工作难度，使设计工作更有条理性。在检查电路时，也可根据各种情况分析是哪个子系统出了问题，再单独检查该出问题系统，可以提高检查的效率。增强了用protel绘制原理图的能力，对画图的步骤和方法进行了复习巩固。(2)明白理论联系实际的重要性在设计过程中，深刻明白了只动脑和动手做之间的天壤之别。原本设想的很完美的东西一动手做起来就困难重重，各种想象不到的困难都出现在眼前。认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题不能只空想要动手实践，从实际中发现问题。回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必将面对更多更加复杂的设计工作，此次设计过程对我的各个方面都有了许多积极的影响，使我做事情更加细心有耐心。这次设计过程啊让我认识到了只有付出才能有收获，看着做完的电路图，让我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就会有收获。我收获的不仅仅是完成了一次任务，更重要的是让我更清楚的认识了自己的不足，锻炼了自己的能力。(3)自省回顾这一次的课程设计，真是收益匪浅。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和用protel连接图，以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的却保持是懂非懂的状态。对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程学习的兴趣。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 高频电子线路实验与课程设计，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社3 高频电路设计与制作，何中庸译，科学出版社4 模拟电子线路，谢沅清主编，成都电子科大5 高频电子线路第三版，张肃文主编，高教出版社6 高频电子线路辅导，曾兴雯 陈健 刘乃安主编，西安电子科大出版社附录1：发射机电路原理图附录2：元件清单表1 元件清单元件名称元件符号元件数目电阻R7电容C14可调电容C4极性电容C2石英晶体振荡器JT1晶体三极管BT3变压器TR4高频扼流圈Z2本科生基础强化训练成绩评定表姓 名性 别专业、班级题 目：小功率调幅发射机设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2009 年 12 月 30日