高频课程设计--调幅发射机

说明书目录一．设计总体思路，基本原理和框图 (4)1. 调幅发射机系统设计 (4)（1）点频调幅发射机框图 (5)（2）各部分的作用 (5)二．单元电路设计分析 (6)1．本机振荡 (6)2倍频电路 (7)3缓冲电路 (7)4．调制电路 (9)5．高频功率放大 (12)V提供的直流功率 (12)（1）.集电极电源CC（2）.集电极输出基波功率 (13)（3）.集电极效率ηc (13)（4）、偏置电路 (16)6．匹配网络 (17)四．附录 (19)五．总结与体会 (20)六．参考文献 (22)七．整机原理图 (23)一．设计总体思路，基本原理和框图1. 调幅发射机系统设计通信系统中的发送设备是将信息发送者送来的非电量原始信息（信源）如语音、文字和图像等转变成电信号，再把信号处理成适合于信道传输的信号形式送至信道。

信源信号在通信系统中称为基带信号。

基带信号是频谱在零频附近的宽带信号，这种信号一般具有从零频开始的较宽的频谱，而且在频谱的低端分布较大的能量，所以称为基带信号，这种信号不宜直接在信道中传输。

如果将消息信号对频率较高的载波进行调制，就能使信号的频谱搬移到适合信道的频率范围内进行传输。

例如声音基带信号的频率范围是20Hz～20kHz，这样的基带信号是不能在无线信道上传输的。

即使在某些可以传输直流的有限信道上，为了提高信道的通信容量，基带信号的传输方式也很少采用。

一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。

在通信系统中，调制有三个主要作用：1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2调制的另一个重要作用是实现信道复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，以提高信道容量；3调制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。

对不同的信道，根据经济技术等因素，可以采用不同的调制方式。

以模拟信号为调制信号，对连续的正（余）弦载波进行调制，亦即载波的参数随着调制信号的作用而变化，这种调制方式称为模拟调制。

而所谓振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。

这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。

通信系统中的发送设备若采用调幅方式则称为调幅发射机，一般调幅发射机的组成框图如图所示，工作原理是：本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲倍频送至振幅调制电路；话音放大电路将低频信号（例如语音信号）放大至足够的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器，高放级将载频信号的功率放大到所需的发射功率，然后经天线输出。

由调幅发射机的工作原理和给定的参数，得（1）点频调幅发射机框图（2）各部分的作用本机振荡：产生频率为MHz4的载波频率缓冲级：将振荡级与调制级隔离，减小调制级对振荡级的影响；将功率放大级与调制级隔离，减少功率放大级对调制级的影响。

低频放大级：将低频信号放大到调制器所需的电压()V1。

调制级：将低频信号调制到载波上产生调幅信号。

匹配网络：高效率输出所需功率。

二．单元电路设计分析1．本机振荡本机振荡电路的输出是发射机的载波信号，它要求的振荡频率应十分稳定，一般的LC 振荡电路，其频率稳定度约为3210~10--，晶体振荡电路的Q 值可高达数万，其频率稳定度可达6510~10--。

因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。

晶体振荡器的电路如图所示，电路采用负电源供电，2C 、1C L 、3C 构成直流电源滤波器。

1R 、2R 、4R 为晶体管的偏置电路，用以确定静态工作点。

3R 、2C L 构成放大器的负载，2C L 为高频扼流圈。

1C 为基极旁路电容，8C 、9C 为输出电容分压器，以减小实际负载对谐振回路的影响，该电路又称为西勒电路。

谐振回路的总电容等于9876541111111C C C C C C C +++++= pF pF 6.11101101152.212012.811=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+++++= 由此，可求得该振荡器的振荡频率为MHz Hz LC f 4106.111013*********=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯==--ππ 2倍频电路 4MHz8MHz倍频电路采用1496MC 模拟乘法器电路，只需将两个4MHz 信号输入端接入同一载波信号即可。

由于调制电路也采用1496MC 模拟乘法器电路，所以1496MC 的具体应用将在调制级介绍。

3缓冲电路缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响,因为功放级输出信号较大,工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。

为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。

缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，如图所示。

调节射极电阻2E R ，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b b r '的影响，则射极输出器的输入电阻''//L B i R R R β=输出电阻()0210//r R R R E E +=式中，0r 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im i m V R g R g A +=1 一般情况下，1>>i m R g ，所以图示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似于1的特点。

晶体管的静态工作点应位于交流负载的中点，一般取CC CEQ V V 21=，()mA I CQ 10~3=，对于图示电路，若取V V CEQ 6=，mA I CEQ 4=，则Ω==+5.121CQ EQ E E I V R R取Ω=k R EQ 1电阻，Ω=k R E 12电位器()Ω=+-==k I V V V I V R CQ BE CEQ CC BQBQB 1010102β Ω=-=k R V V V R B BQCC B 9.721根据宽带功率放大器中已计算出功率激励级的输出阻抗为325Ω，即射极跟随器的负载电阻Ω=325L R ，则射极跟随器的输入电阻为Ω==k R R R L B i 6.3//''β输入电压 V R P V i i i 1.2==4．调制电路设调制信号为()t f ，其平均值______)(t f =0。

f(t)叠加直流0A 后对载波的幅度进行调制，就形成了常规调幅信号，也称为标准调幅信号或完全调幅信号，其时间波形表达式为()[]()C C AM t t f A t S θω++=cos )(0 式中C ω为载波信号的角频率，C θ为载波信号的起始相位（通常取C θ=0）。

设调制信号()()t A t f m m ωcos =，则调幅信号为()[]()t t A t S t m AM AM ωωβcos cos 1)(0+=由时间波形可知，当满足条件10≤=A A m AM β时，已调信号的包络与调制信号成正比，用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号；当10>=A A m AM β就会出现过调幅现象。

1=AM β时则为满调幅。

在实际系统中，通常取AM β在30%~60%之间。

当AM β（即m ）分别等于1，小于1，大于1时,调幅的波形如下所示。

由上述分析可知，振幅调制信号就是载波与调制信号相乘所产生的。

由于两个信号都是模拟信号，所以需要使用模拟乘法器完成这一过程。

1496MC 模拟乘法器是一种能完成两个模拟量的相乘的电子元件。

高频电子线路中的振幅调制就是载波和调制信号相乘的过程1496MC 构成的振幅调制电路如图所示。

其中，载波信号C V 经高频耦合电容2C 从⑩脚x V 端输入，3C 为高频旁路电容，使⑧脚交流接地；调制信号ΩV 经低频耦合电容1C 从①脚y V 端输入，4C 为低频旁路电容，使④脚接地。

调制信号0V 从脚单端输出。

采用双电源供电，所以⑤脚的偏置电阻5R 接地，静态偏置电流5I 或0I 为mA R VV I I EE 15007.0505=Ω+--==脚②与③间接入负反馈电阻E R ，以扩展调制信号ΩV 的线性动态范围，E R 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。

电阻6R 、7R 、8R 及1C R 、2C R 提供静态偏置电压。

保证乘法器内部各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足108V V =，41V V =，126V V =()()()⎪⎩⎪⎨⎧≤-≤≤-≤≤-≤V V V V V V V V V V V V 157.2157.21525118861R 、2R 与电位器RP 组成平衡调节电路，改变RP 的值可以改变调幅系数。

5．高频功率放大高频功率放大电路由宽带功放和丙类功放两级组成。

丙类谐振功率放大器是利用选频网络作为负载回路的功率放大器。

如图所。

下面所介绍的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性。

功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。

在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。

（1）.集电极电源CC V 提供的直流功率CC CC I V P ==式中I c0为余弦脉冲的直流分量。

()C cM C I I θα00=式中cM I 为余弦脉冲的最大值；()C θα0为余弦脉冲的直流分解系数。

bmbb bz C U V U θ-=arccos 式中bz U 为晶体管的导通电压；bb V 为晶体管的基极偏置；bm U 为功率放大器的激励电压振幅。

（2）.集电极输出基波功率Pcm P m c m c cm R U = R I = I = U P 221102121 式中：cm U 为集电极输出电压振幅；m c I 1为余弦电流脉冲的基波分量；P R 为谐振电阻。

()c cM m c I I θα11=P m c cm R I U 1=（3）.集电极效率ηcc η==P P 0=012c cc m c cm I V I U =21ξ)(θα)(θαc c 01 式中：ξ=cccm V U 为集电极电压利用系数；()c θα1为余弦脉冲的基波分解系数。

功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。

在实际运用中，为兼顾高的输出功率和高效率，通常取c θ= 8060-。

丙类谐振功率放大器的负载特性若bb U 、cc U 和bm U 三个参数固定, R Σ发生变化, 动态线、cm U 以及Po 、η等性能指标的变化就是谐振功放的负载特性。

由下图可知, bb U 和cc U 固定意味着Q 点固定, bm U 固定进一步意味着θ也固定。