广播发射调幅系统

通信电子电路

课 程 设 计 报 告

学 号

姓 名 学 院 专 业 班 级 指导教师

李文翔

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2012 年 3

月 18 日

评阅意见 成绩 指导教师： 年 月 日 题目 设计要求 波形失真小 fc=465khz,输出电压1V±0.3V 通频带fo±4khz 输出电压≥100mv 灵敏度≤5mv P0max ≥200mW 广播发射调幅系统 .*

器件 电阻 电容 二极管 三极管 导线 原理（仅用文字描述） 高频振荡器产生一个固定频率的高频载波信号，它的输出经过缓冲级之后送至调制器；音频放大器放大来自话筒的语音信号，该放大器为低频功率放大器，其输出也送至调制器；调制器将经过放大的语音信号调制，输出是已调幅的高频信号；该已调信号输出经带通或低通滤波器滤波，最后由功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率，然后通过天线向外发射电磁波。 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,此次主振级采用西勒振荡器电路，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。 调幅发射机通常由主振级、缓冲级、倍频级、中间放大级、振幅调制、音频放大和输出网络（功率放大级）组成。根据设计要求，载波频率f=6MHz ，主振级采用西勒振荡电路，输出的载波的频率可以直接满足要求，不需要倍频器。缓冲级使用射极跟随器电路，音频放大级使用运算放大器电路，调制电路使用单二极管开关调幅电路。 各组成部分的的作用如下： 振荡级：产生频率为6MHz的载波信号。 缓冲级：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。 音频放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。 功率放大级：对前级送来的信号进行功率放大，通过天线将已调高频载波电流以电磁波的形式发射到空间。 .*

设计方案（具体的思路、硬件功能模块、计算过程、子电路图设计） 1主振级-高频振荡器 本级用来产生6MHz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，这里我采用改进型的西勒振荡电路，可以满足要求。 为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾，常采用部分接入方式。由前述可知，为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振，当静态工作点确定后，晶体管内部参数YgmICQ26mVYf的值就一定，对于小功率晶体管可以近似认为f，反馈系数大小应在0.15～0.5范围内选择。 如图3.1西勒振荡器电路所示，一般小功率振荡器的集电极电流Icq大约在0.8到4mA之间选取，在本实验电路中，选择Icq=15mA,Vcq=0.5V,β=40，则有： RE+RC==3kΩ ………………………3.1 为提高电路稳定性Re值适当增大，取Re=1KΩ，Rc=2KΩ，则有： VEQ=ICQ*RE=1.5mA*1k=1.5V ………………………3.2 IBQ=ICQ/β=2mA/40=0.05mA ………………………3.3 取Rb2的电流为10 IBQ，则有： Rb2==4.4KΩ ………………………3..4 可取Rb1=5kΩ，这样额定电流为2mA,接入系数C2和C3不能过大或者过小，否则不容易起振，一般为1/8到1/2。振荡器的总电容与振荡频率为： CΣ= F0=+C6C5+C6 ………………………3..5 ………………………3.6 在LC振荡中，F0=6MHZ，L=10uH，C5+C6=70pF,取C5为30Pf,C6为100pF的可调电容，并且C2、C4远远大于C5、C6，C2/C4在1/8到1/2之间，所以C2=120pF，C4=560Pf。 在如图3.1的西勒振荡电路中，R1、R2、R3、R5提供偏置电压使三极管工作在放大区，C1起到滤波作用。由于C6和L并联，所以C6变化不会影响回路的接入系数，如果使C5固定，可以通过改变C6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。 .*

图3.1 西勒振荡器 2 缓冲级-射级跟随器 为了减少调制级对主振级振荡电路振荡频率的影响，采用缓冲级，设计如图3.5。主振级与缓冲级联调时会出现缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况，可通过增大缓冲级的射极电阻R5来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C7，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现，同时负载R6也会对缓冲的输出波形也有很大影响。 无论是在低频电路还是高频电路的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路。调节射极电阻RE2，可以改变射极跟随器输入阻抗。如果忽略晶体管基极体电阻rb'b的影响，则射极输出器的输入电阻Ri以及输出电阻R0为 Ri=RB总//βRL总 …………………………3.7 RL总=(RE1+RE2)//RL …………………………3.8 R总=RB1//RB2 …………………………3.9 R0=（RE1+RE2）//r0 …………………………3.10 式中，r0很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源。电压放大倍数Av为： Av=（gm +RL总）/（1+gm*RL总）…………………………3.11 式中，gm为晶体管的跨导，一般情况下gm*RL总 1。所以，图3.5所示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似等于1的特点。晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取VCEQ=0.5VCC，ICQ=3～10mA. 对于图3.5所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA,若晶体管的电流放大倍数β=40，则 .*

RE1+RE2=VEQ/ICQ ……………………3.12 取RE=1kΩ,RE2=1kΩ,有： RB2=VBQ/10IBQ=β（VCC-VCEQ+VBE)/10ICQ ……………………3.13 RB1=(VCC-VBQ)RB2/VBQ ……………………3.14 可以估算出，，即射随器的负载电阻RL，并可计算出射随器的输入电阻Ri，即 ： Ri=RB'//βRL' ……………………3.15 输入电压Vi为 Vi= ……………………3.16为减小射随器对前级振荡器的影响，耦合电容C7不能太大，一般为数十微法。 图3.5 缓冲级电路 3 音频放大级 本课程设计中，音频信号用如图3.7所示的电压源代替，采用3354BM运算放大器进行功率放大。本运算放大器电路为同相放大电路中，电容C8和C11为去耦电容，用来消除自激，使放大器稳定工作；电阻R9可控制输入电压，R12为负载，供测电压使用；根据同相放大电路电路中的虚短和虚断有：Vp和Vn大约相等，ip=in=0，所以可以知道： Vi=VpVn=Vf=从而得到电压增益为： *Vn …………………………3.17 .*

由于本运放电路所需增益为20倍，故当R11为1kΩ时，R13为20kΩ。 Av===1+…………………………3.18 图3.7音频放大电路 4 AM调制电路 常见的调幅方法主要有乘法器调幅、开关型调幅电路、晶体管调幅电路，其中晶体管调幅又分为基极调幅、集电极调幅。本课程设计采用二极管平衡电路进行调幅，二极管平衡电路也是最简单的调制电路。音频信号和载波信号分别通过变压器T1、T3输入到调制电路，然后经二极管进行调制，最后经LC谐振回路选频输出调制结果，电路如图3.9所示。 在单二极管开关调幅电路电路中，因为电压U1很小，可以忽略，加在二极管两端的电压UD为 UD UΩ+UC ……………………………3.19 二极管可等效为一个受控开关，控制电压就是UC问，即二极管的通断主要由UC控制。当Uc＜0时，ID=0；当Uc≥0时，有： ID=gD*UD ……………………………3.20 并且有调制系数为： ma=载波频率为： 调制最大功率为： = ……………………………3.21 Pc=0.5*U2cm/R ……………………………3.22 Pmax=0.5*（1+ ma）2* U2cm/R ……………………………3.23 .*

图3.9 单二极管开关调幅电路 总电路图（电路图横向粘贴以最大化显示面积，另交电路源文件） 图4.1 调幅发射机的整体电路 .*

效果演示（运行效果—如仪表显示波形、幅值—的说明文字和图片） 1.西勒振荡器仿真数据 通过软件Multisim软件，西勒振荡电路仿真结果如下： 图3.2 载波频率 图3.3 西勒振荡器的输出波形 2射级跟随器仿真数据 通过软件Multisim软件，缓冲级电路仿真结果如下： .*

图3.6 缓冲级的输出波形 3音频放大级仿真数据 通过软件Multisim软件，音频放大级电路仿真结果如下： 图3.8 音频放大输出波形 4.调幅电路仿真数据 .*

通过软件Multisim软件，音频放大级电路仿真结果如下： 图3.10 音频放大信号 图3.11 高频载波信号 .*

图3.12 调制信号 整体电路调试并仿真 从主振级出发，一步一步进行调试，知道每一部基本符合要求的情况下再进行下一步级联，由于在将功率放大级整机联调时，由于阻抗不匹配，波形影响偏大，无法出现理想结果，最终没有添加功率放大级，故调试的最终结果如下所示： 图4.2 调试与仿真结果 .*

由整体电路图4.1可得： uc(t)Ucmcosct …………………4.1 u(t)Umcost …………………4.2 UAM=Ucm(1+macosΩt)coswct …………………4.3 根据测试结果可知Um=8mv, Ucm=12mv，所以 ma=Um／Ucm≥0.5 …………………4.4 由此可知调制度ma满足要求； ⊿f=f-fc …………………4.5 由仿真数据可知频率稳定度： P=⊿f／fc≤10-5 …………………4.6 可见稳定度还是达到要求的； P=U2／2R …………………4.7 由此可知功率P0≤200mW,故输出功率未能达到要求，需要加功率放大级才可满足课程设计任务要求指标. 总结（设计的优点、缺点，自己工作的感受） 通过对高频知识的掌握，初次利用Multisim软件设计了一个小功率调幅发射机。我根据先局部后整体的设计方案，先将小信号调幅发射机的各部分电路设计出来，并且单独进行仿真和调试，然后再进行调试并且仿真。在设计各个环节中都遇到了很多问题：首先，参数的选定很难，课堂上基本上是分析电路的原理功能和计算电路的性能指标，很少亲自选定器件的参数，从资料或网上得到的数据很多都有问题；必须经过修正和调试才能确定出器件的参数，只有正确的参数，才能够设计出我们所想要的输出结果，参数的正确性可以说决定着设计成功的50%；其次，有些时候理论上符合要求的电路，仿真后却得不到相应的结果，尤其是整机联接的时候出现了更多问题，也花费了很多时间（其实差不多一半的时间都在进行整机调试和修正），比如主振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小并且波形失真严重，开始的时候，主振级甚至起振不起来，还有就是调幅失真，问题更加复杂。 当然也正是由于问题的出现，我才学到了更多的知识，以及设计的技巧，对Multisim软件的应用也更加熟练了。出现问题的时候，首先思考出现问题的环节，然后借助于从图书馆借的几本书，有时候直接上网查询，也请教其他同学，在这个过.*

程中对以前学的知识有了更深刻的了解，也明白了所学知识的应用范围，收获颇丰。 通过这次课程设计，我再次感受到理论应用于实际中的难度，认识到理论联系实际的重要性。我做的小功率调幅发射机所应用到的理论知识都是书中经典的知识点，因此对课本知识也有了进一步的理解，也意识到自己对课本知识理解不够到位，知识面不够广，分析电路也有点吃力，我想这对我以后的学习有很大的促进作用，感谢老师们的指导。最后祝老师身体健康、工作顺利。今后，我们会更加地努力学好专业知识。