调幅发射机(共34页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上课题名称： AM调幅发射 接收系统 第一部分 AM调幅发射机的设计摘 要AM调幅发射系统的设计采用简单的组合模块化方法来实现。一般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。其中高频振荡器产生高频率的等幅正弦波，经过缓冲级的保护与电压放大器耦合连接，其将振荡电压放大以后送到集电极振幅调制器，然后经振幅调制器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。而高频功率放大器的任务是要给出发射机所需要的输出功率。这就组成了一个简单的AM调幅发射系统。一 设计目的：设计并掌握最基本的小功率调幅发射系统。二 设计指标 ：调幅

2、发射机的主要技术指标：载波频率fo ，载波频率的稳定度，输出负载电阻RL，发射功率PL，发射机效率，调幅系数ma，调制频率Fo。工作频率范围： 调幅一般适应于中波，短波广播通信，工作频率范围约为535KHZ1605KHZ。调幅度ma： 是调幅信号对高频载波信号振幅的控制程度，一般ma=30%-80%。发射功率PL： 指发射机输送到天线上的功率，而只有当天线的长度与发射电磁波的波长相比拟是，天线才能有效地将已调波发射出去。 载波频率： 约为10MHZ。载波频率稳定度：表示一定时间范围内和一定的温度下，振荡频率的绝对变化量 f和标称频率f0之比。 f = 要求不低于10-3。总效率： 发射系统发射

3、的总功率与其消耗的总功率之比称为发射系统的总效率。三 系统框图： AM调幅发射机系统框图四 各单元电路设计与说明：1.高频振荡器设计：因课程设计涉及频率要求较低。一般在30MHZ以下，且要求波段范围内频率连续可调，故可采用电容三点式振荡器。因为电容三点式中，反馈是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小，输出中高频谐波小；而电感三点式中，反馈是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的反馈压降较大。故电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。高频振荡器如下图所示:高频振荡器产生的高频信号如下图：电路组成：本设计采用克拉波振荡器，产生约为1.7MHz的高频信号，由R2来改变集电

4、极电流，控制高频信号的振幅。LC回路构成选频网络。图中：R1、R2、R3、R4构成直流偏置电路；C2、C3、C4和L1为电路的振荡元件。偏置电路采用固定偏压与自偏压相结合的混合反馈偏置电路，小功率振荡器的静态工作点应远离饱和区而靠近截止区。电路分析：振荡器振荡频率由谐振回路的电感和电容决定：振荡器中直流电源VCC可补充由振荡回路所产生的能量损失。维持等幅振荡。电路中C2选取对电路性能影响很大，C2越大越容易起振，但振荡频率的调节范围越小反之C2越小，振荡频率的覆盖范围越大，但也越难以起振。所以，一般在保证起振条件的前提下，尽量减小C2的值。因此可调节图中电感和电容的参数来确定振荡频率的大小。U

5、cQ=（10.6）Vcc（集电极对地电压） UEQ=0.2VCC（发射机对地电压）R4=UEQ/IC R1(56)R4 R2(VCC-UBQ)R1/UBQ电路所取各元件值大小如上图，使集电极电流工作在0.5至2mA之间。电路参数计算：C1=400pF C2=50PF C3=560pF C4=800pF L1=1mH,C总=（C2*C3*C4）/（C2*C3+C3*C4+C2*C4）=1.9e-12F L总=L1=10e-4H C总+*L总=1.9e-15 f0=1/(6.28*1.9e-8)=800KHz2 缓冲级：作用是将主振级与激励级进行隔离，以减轻后面各级工作状态变化对振荡频率稳定度的影

6、响以及减小振荡波形的失真。其实质是在电路中起其阻抗变换作用。缓冲级电路图如下图所示：输出波形：电路分析：观察输出波形与输入，知输出器的电压增益是小于1的，但一般情况下都有h1时，称为过调幅，检波解调时，将出现严重失真。七 设计总电路图：第二部分 超外差式调幅接收机的设计摘 要超外差式调幅接收机的解调就是把信号发生器产生的调幅信号送入变频器，本振信号（等幅高频信号）与接收到的高频信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接收信号调制规律相同的固定中频调幅信号。该中频调幅信号再经中频放大器将电压放大，以通过二极管峰值包络检波器，滤除剩余中频分量，把原信号解调出来，最终实现检波输出。该电路主要由混频器，

7、本地振荡器，中频放大器，包络检波器组成。电路采用晶体三极管，二极管等设计实现，中频放大器是提高电压增益的作用，包络检波器作用是把调制信号从调幅信号中取出。一 设计目的：设计并掌握简单超外差式调幅接收机系统。二 设计原理：简单的超外差式调幅接收机的解调就是把由信号发生器产生的调幅信号送到混频器与本地振荡所产生的等幅高频信号进行混频，通过变频级把外来的调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率465KHz（中频）。即在其输出端得到波形包络形状与输入高频信号的波形完全相同，但频率由原来高频变化为中频的调幅信号，然后再经过中频放大送到二极管峰值包络检波器，检出原调制信号。三 设计指标：1.本地振荡器

8、产生输出信号频率为1000KHz，幅值为1V的正弦波。2.调幅波信号由信号发生器产生，输出信号载波为535KHz的正弦波，调幅度为1V ，调幅信号为1V的正弦波。3.设计混频器能够很好的输出465KHz的中频信号，且不失真。4.包络检波部分采用二极管包络检波器检波。四 超外差式调幅接收机的优点：1.容易得到足够大而且比较稳定的放大量。2.具有较高的选择性和较好的频率特性。这是因为中频频率465KHz 是固定的，所以中频放大器的负载可以采用比较复杂但性能较好的有源或无源网络。3.中频放大器的负载回路或滤波器是固定的，在接收不同频率的输入信号时不需要调整。五 系统框图：简单超外差式调幅接收机的框图

9、六 各单元电路设计与说明：1.混频电路的设计混频电路中，高频调幅信号Us（t）与本机振荡器产生的高频等幅振荡信号UL（t），在混频器中进行混频，混频器的输出信号送入中频选频回路，经中频选频回路选出465KHz低中频信号UI，再被送入中频放大电路进行放大。经过变频，输出的中频调幅波与输入的高频调幅波的包络形状完全相同：变频器的组成：要求：1） 整个接收频段范围内，应始终保持本级振荡信号频率比输入的高频信号频率高465KHz，即有良好的跟踪特性。2） 混频电路的工作稳定性要好，噪声系数要小，增益要适当。3） 混频器不仅要求频率特性好,而且还要求变频器工作在非线性不太严重的区域,使之既能完成频率变换

10、,又能抑制各种干扰（混频器的干扰和失真主要有组合频率干扰、副波道干扰、交调失真和互调失真等）。本设计的混频器是由二级管混频电路组成，主要利用其电路的对称性，协助选频网络滤除不需要的频率成分，得到较好的中频信号。电路组成原理：1）非线性器件二极管D3，D4在两个信号的作用下，除产生两个信号的谐波频率外，还产生差频及和频，即组合频率成分。公式或 式中p，q分别为-2，-1，0，1，2.2）选频网络选出所需的频谱分量。如果选频网络调谐在差频fi=fo-fs上，就可获得中频信号输出。3）两个高频变压器线圈匝数之比1：2，所以次级电压为初级电压的两倍。4）本振电压在电路中起着开关作用，在本振电压的正半周

11、D4导通，负半周D3导通。4谐振回路的计算：465KHz=1/LC=可取L=1nF=1e-9 F C=100uH=100e-6 H 来满足条件。高频调幅信号波形：混频后波形：2 本地振荡器的设计：本振电路的基本任务是产生高频等幅振荡信号，其频率比输入的已调信号频率高一个中频（465KHz）。如下图所示：电路组成原理：本设计采用克拉波振荡器，与发射系统的高频振荡类似，产生约为1MHz的高频信号，由R2来改变集电极电流，控制高频信号的振幅。LC回路构成选频网络。图中：R7、R8、R9、R10构成直流偏置电路；C6、C7、C8，C9和L3为电路的振荡元件。偏置电路采用固定偏压与自偏压相结合的混合反馈

12、偏置电路，小功率振荡器的静态工作点应远离饱和区而靠近截止区。参数计算：C6=500pF C7=600PF C3=800pF C9=300pF L3=100uH,C总=（C7*C9*C8）/（C7*C9+C7*C8+C9*C8）=2.3e-10F L总=L3=100e-6H C总+*L总=2.3e-14 f0=1/(6.28*1.56e-7)=1020KHz=1.02MHz本振波形如下：3 中频电压放大器的设计： 中频放大电路对中频信号进行选频和放大，以满足检波器的输入信号幅度要求，本次设计选择二极管包络检波器对输入普通调幅波信号进行检波，要求输入电压大于0.5V。中频放大电路的品质直接影响整机

13、的灵敏度，选择性和自动增益控制等性能。本电路采用三极管谐振放大器。中频放大电路的结构如图所示：中频放大器波形如图所示：电路组成与发射系统的高频放大器电路组成相同，可用其分析方法分析中频放大电路。对中频放大电路的要求：1) 增益要高。应具有6070dB的增益。2）选择性要好。可避免临近电台信号的干扰。2) 通频带要合适，中频放大电路的频带宽度应在460.5469.5KHz之间。4 二级管峰值包络检波器设计：检波过程是一个解调过程，其作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号，检波电路由检波器件，低通滤波器及负载电阻组成。中频放大电路的输出465KHz的中频信号，经检波器检波后，信号的下半部分

14、被消除，成为含有残余中频信号的低频脉动信号；再经低通滤波电路滤除残余的中频信号，即可在负载电阻上得到调制信号。二极管包络检波器仅用于对普通调幅波进行解调，它具有电路容易，易于实现的优点。其主要功能是把差频的包络检出。二级管峰值包络检波器电路如下图：检波波形与包络比较：电路组成：二极管峰值包络检波器主要由非线性器件二极管和RC低通滤波电路组成。二级管导通时，输入信号向C充电，正向导通电阻很小，充电电流很大，电容充电快；二极管截止时，C向R放电，RC远大于载波电压的周期，放电慢。在输入信号作用下，二极管导通和截止不断重复，直到充放电达到平衡后，输出信号跟踪了输入信号的包络。RC组成的低通滤波器，对

15、输入高频信号中的载频，呈现的阻抗Z（s）=0，以保证对高频具有良好的滤波能力；而对取出的低频调制信号呈现的阻抗Z（）=R，以保证具有较高的检波效率。Ma的测量方法：记录调幅波峰值A和双谷值B。用以下公式计算：Ma=（A-B）/（A+B）计算可得：ma约为0.5 本电路中输入载波信号为500KHz正弦波，调制信号为1KHz正弦波，幅值均为1V。us(t)= Usm(1+macost)cosct=(1+0.5cos0.00628t)cos1.256e-5t 电路说明：1） 电压传输系数来描述检波器把高频峰值电压的能力。高频调幅信号us(t)= Usm(1+macost)cosctKd=输出低频电压

16、振幅/输入调幅波包络变化幅度= Um/maUsmKd1, Kd越大，检波效率就越高。计算得Kd= Um/maUsm=0.32） 惰性失真RC时间常数选取过大，会使放电速度过慢，输入高频调幅波的瞬时值，在很多周期内都无法超过电容两端电压，二极管始终处于截止状态，会产生对角切割失真。减小的方法是使R C放电速度比包络下降速度快。R *C=Ma为调幅系数，为调制信号角频率。而RC常数太小，高频分量会滤不干净。3） 负峰切割失真由于检波器的交直流负载不同而引起的底部失真。隔直流电容C3，C3的值一般很大，其中直流分量将全部将在C3两端。欲避免底边切割失真，应使检波器的交流负载电阻与直流负载电阻之比，不

17、得小于调幅波的调幅系数ma。电路比较：简单的峰值包络设计：检波波形：通过与前一个峰值包络检波器的比较知，前者检波输出较好，后者检波输出有失真，表现在调制信号是否也被高频信号影响。所以本设计选择第一个二极管峰值包络检波器作为检波部分。七 波形分析：总电路统调：总电路先分别调整各级静态工作点，然后从前级向后级逐级调整出输出信号。总电路输出波形如下：上面为检波输出即调制信号。下面为信号包络。经过分析，本次设计的电路基本达到了任务书的要求，部分地方发生失真。可能是某些元件没有达到设计要求。经过分析，产生误差的原因主要是以下两点：1 设计电路时选择元件不同会产生误差。2 电路的参数设置会产生误差。八 总

18、电路图：九.自设问题：1.为什么调制必须利用电子器件的非线性特性才能实现？他和小信号放大在本质上有什么不同？答：调制的过程是频谱搬移的过程，他必须要产生新的频率分量，即上下边频分量。要产生新的频率分量没有非线性器件是不行的，因此必须利用非线性器件的非线性特性才能产生新的频率分量。而小信号放大器是处于线性工作状态，他不会产生新的频率分量，即输出信号频率与输入信号频率相同。2.为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类工作状态？为什么采用调谐回路做负载？为什么要调谐在工做频率？答：高频功率放大器的输出功率高，其效率希望要高些，这样在有源器件上损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件安

19、全工作。乙类，丙类放大状态的效率比甲类高，因此高频功率放大器常选用乙类或丙类放大。乙类和丙类放大的集电极电流为脉冲状，只有通过谐振回路选出周期脉冲电流的基波分量，与调谐于基波频率的谐振回路的谐振电阻相乘，产生连续的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出波电压输出。3.什么是线性调制？常见的线性调制有哪些？答：所谓线性调制是指正弦型载波的幅度随调制信号做线性变化的过程。从频谱上说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只是频率位置发生搬移。常见的线性调制有调幅（AM），双边带（DSB），单边带（SSB）和残留边带（VSB）调制。十 调试中出现的问题及解决方法:1.缓冲级输出波形底部失真

20、：原因：输出阻抗变化，引起高频振荡器晶体管静态工作点的变化，使得晶体管的静态工作点靠近截止区。解决办法：减小缓冲级三级管的射级偏置电阻2.振荡器有输出，缓冲级没有输出：原因：振荡器带负载能力太弱解决办法：断开振荡级与缓冲级的连接，调节振荡器的偏置电阻3.振荡器不起振，没有波形输出：原因：静态工作点设置不合理。解决办法：重新设置静态工作点。十一 元件清单：元件清单型号大小 数量电容40p1560p1200p110p310n25.6n11n6100p1100n2100u151p11u2200p1100m1100f21m1电感1m1100m11h1 100m2330u1100u1电阻30K210K4

21、2K21K320K3100150K145k110k4 4k1200k1三极管2N221942N64874变压器1:15电源12V若干接地端若干直流电源0.5V1 1.5V1二极管DIODEVIRTUAL3十二 设计心得：通过对通信电子线路课程的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”这就话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的理论知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。她是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高搜我们的动手能力。在设计过程中，经常会遇到

22、这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间很多。在整个电路的设计过程中，我个人感觉输出波形的测试是最难的，因为只要电路的参数有一丁点出入的话就得不到我们需要的波形。而同时测试波形也是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短期内完成的。而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面。十三.参考文献：高频电子线路 张肃文 高等教育出版社 2004年十一月第四版高频电子线路学习与解题指导 阳昌汉 哈尔滨工程大学出版社 2004年六月第二版高频电子线路学习指导与题解 严国萍 华中科技大学出版社 2003年十月第一版高频电路原理与分析 曾兴雯 西安电子科技大学出版社 2001年八月第三版高频电子线路 高吉祥 电子工业出版社 2003年3月第一版通信电子线路基础 宁帆 人命邮电出版社 2009年一月第一版电子线路实验-模拟电路实验 沈小丰 清华大学出版社 2008年一月第一版模拟电子技术基础 华成英 高等教育出版社 2006年五月第四版专心-专注-专业