高频电子线路课程设计-调幅发射机与接收机整机设计

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高频电子线路课程设计报告
课题：调幅发射机与接收机整机设计
学院：信息科学技术学院
专业：通信工程
姓名：
组员： 5
二零一四年十一月
摘要
本次课程设计，我们利用高频载波的克拉泼震荡电路产生正弦波，利用共集电极调幅电路进行调幅，产生AM调幅波。

然后将调幅波通过包络检波器进行包络检波，由于波形失真较严重，我们在后面添加了LC式集中选择性滤波器。

借助Multisum12.0仿真软件进行仿真。

得到了较理想的波形。

【关键词】Multisum AM波调制解调多级RC滤波器
一．设计目的
1.熟悉使用仿真软件Multisum1
2.0，掌握仿真操作；
2.加深对通信电子线路设计的认识；
3.加深对振荡器，调幅电路，解调的理解；
4.了解电路的工作原理以及参数变化所带来的影响；
二.设计的实现
1．系统概述
调幅波的设计可以分成两个主要的模块，高频载波信号采用了克拉泼震荡电路来产生；调幅电路由集电极调幅电路来产生。

克拉泼电路是西勒电路的进一步改进，提高了频率的稳定度，减少了外界的不稳定的因素，但是也存在少许误差。

集电极调制，调制信号控制集电极电源电压，以实现调幅。

优点，集电极效率高，晶体管获得充分的利用，缺点是，已调波的边频带功率由调
制信号供给，因而需要大功率的调制信号源。

电路实现模块：如图
调制信号集电极调制调幅波
1、振荡电路
原理分析：
振荡电路一般分为两种工作原理，其一为反馈式振荡器，其二是负阻式振荡器，本实验中采用的是反馈式。

反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。

它由放大器和反馈网络两大部分组成。

放大器通常以某种选频网络（如振荡回路）作负载, 是一种调谐放大器；反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。

其通过噪声产生起振，从而形成一个起振、非线性放大、反馈，再放大、最终趋于稳定的过程。

在该过程中需要满足三个条件，即起振条件，平衡条件以及稳定条件。

起振条件要求ＡＦ>1,且相位相反（πφφn F A 2=+）。

为使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡。

平衡条件要求ＡＦ＝１，且相位相反（πφφn F A 2=+）。

稳定条件要求0|<∂∂=VoQ Vom om
V A 且0<∂∂w z ϕ。

0|<∂∂=VoQ Vom om
V A 振幅稳定条件 要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。

具体来说，就是在平衡点附近，当不稳定因素使振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减小。

0<∂∂w
z ϕ相位稳定条件 同理，要使相位稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止相位变化的能力。

其中振荡器起振条件要求ＡＦ>1，振荡器平衡条件为ＡＦ＝１，它说明在平衡状态时其闭环增益等于1。

在起振时A>1/F ，当振幅达到一定程度后，由于晶体管工作状态由放大区进入饱和区，放大倍数A 迅速下降，直至AF=1，此时开始产生谐振。

假设由于某种因素使AF<1，此时振幅就会自动衰减，使A 与1/F
逐渐相等。

原理电路图：
图 2
实际电路图：
图3
上图为改进型克拉波电路，电路中C1>>C3，C2>>C3，Cb 为基极耦合电容，C3为可变电容，他的作用是把L 与1C 、2C 分隔开，使反馈系数仅仅取决于1C 与2C 的比值。

而振荡频率则基本上由C3和L 决定。

这样C3就减弱了晶体管和
震荡回路之间的耦合，从而提高了频率的稳定度。

另一方面，不稳定电容（如分布电容）与1C 、2C 并联，基本上不会影响振荡频率。

C3越小，则频率的稳定性越好，但起振也越困难。

所以3C 不能无限制的减小。

回路的总电容：
电路的振荡频率：
选频回路由C1,C2,C3,和L 构成。

参数设置
Cb=300PF ，Rb1=10K Ω，Rb2=15K Ω，Re=15K Ω，Rc=15K Ω，Ce=1nF ，Cc=100PF ，C1=100PF ，C2=400PF ，C3=100PF,L=30uH ，Vcc=10V ；
理想波形：
图4
仿真波形：
图5
频谱图：
图6
仿真分析：
理论计算所得的f0=5MHZ 幅值为2V
实际振荡产生的f=4.505MHZ左右，幅值约等于2V，结果有一定误差，但与理论
波形接近。

2.集电极调幅模块；用集电极调幅电路实现的调幅波电路
电路原理分析：
集电极调幅就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。

低频调制信号t V ΩΩcos 与直流电源V CC 相串联，放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。

因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化。

于是得到调幅波输出。

在过压状态下，集电极电流的基波分量Icm1随集电极电源电压成正比变化，因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形变化而变化，于是得到调幅波。

在集电极调幅中，需要低频调制信号提供边频功率，所以需要较大的低频信号，且调制效率较高。

在设计调幅电路的过程中需要注意的有如下几点：
（1）工作于(甲乙类)过压状态。

（2）注意VBB1与VCC1的取值，VBB1较小，VCC1较大。

（3）Vbe=VBB1+Vc 由于集电极调幅效率较高，其中Vc 比较小。

（4）Vce=VCC1+V Ω由于集电极调幅需要较大功率的V Ω。

（5）调制系数ma 不能太大，不然容易产生过调制。

图7
实际电路：
图8 仿真波形
图10 频谱图
图11
3．包络检波器
电路如图所示：
图12
原理分析
因U AM经由非线性器件后输出电流中含有能线性反映输入信号包络变化规律的音频信号分量（即反映调制信号变化规律）。

所以包络检波仅适用于标准调制波的解调。

1.1串联型二极管峰值包络检波器
①电路与原理
图13 电路由二极管D和 R L C 低通滤波器相串接构成。

输入U S 时,通过D的电流i在 R L C 电路产生平均电压U AV ,该电压又反作用于D上（称平均电压负反馈效应），影响通过二极管的电流。

若U s=V cm(1+M a cosΩt)cosωC t
则U AV=ηd V cm+ηd M a V cm cosΩt=V AV+U av
其中U av∝UΩ
所以实现了线性检波。

•电容两端存在锯齿脉冲电压U0 称未滤净的残余高频电压，U AV 输出平均电压反映了包络变化规律。

②检波指标
•检波效率ηd=U AV/V m（t）=cosφ≈1
•输入电阻从能量观点来看：
P i=V m2/2R i P L=V AV2/R L
P i≈P L , V m≈V AV
∴R i=R L/2
•非线性失真
a) 惰性失真
o当输入为调幅波时，过分增大R L 和 C 值，致使二极管截止期间C 通过 R L 的放电速度过慢，在某t1 时刻跟不上输入调幅波包络的下
降速度。

输出平均电压就会产生失真，称惰性失真。

图14
o为避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内,使C 通过R L 的放电速度大于或等于包络的下降速度。

单音调制时不产生惰性失真的条件，为兼顾检
波性能，工程上取
o结论：
M a 和Ω越大，包络下降速度越大，不产生惰性失真所要求的R L C
值也须越小。

在多音调制时，作为工程估算，M a 和Ω均应取最大
值(即)
b)负峰切割失真
o原因：检波器与下级电路连接时，一般采用阻容耦合电路。

C c为隔直电容，对Ω呈交流短路，C c 两.端电压为V AV 。

R i2为下级电
路输入电阻，V AV在R L、R i2分压后在R L两端得V A电压反作用到二极管
两端，若V A>V smmin ，D截止，使输出调制信号电压在其负峰值附近将被削平，出现负峰切割失真。

o现象
图15
o克服失真条件：为了克服负峰切割失真，要求V A≤V smmin可得到克服失真的条件
(RΩ为交流负载)
可见，交直流负载电阻越接近，不产生负峰切割失真所允许的M a值越接近于1。

M a一定时，交直流负载电阻值的差别受到不产生负峰切割失真的限制。

o克服办法：
I) 若R i2很大，可将R L分为
R L1+R L2
取，
图17
RΩ=R L1+R L2∥R i2≈R L1+R L2=R L
II) 若R i2很小，则在R L与R i2之间接一射随器
（高输入阻抗低输出阻抗）起到阻抗匹配的作用。

仿真波形
图18
频谱图
图19
4、LC滤波器电路
由于级间电路的相互影响，波形失真较严重，在上次的基础上，我们添加了LC式集中选择性滤波器，框图如下。

图20 5、总电路原理图
图21 三、问题讨论：
1、集电极调幅电路为什么要工作在过压状态？
答：集电极调幅就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。

低频调制信号与直流电源Vcc相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。

在过压状态下，集电极电流的基波分量Icm1随集电极电源电压成正比变化。

因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形变化而变化，于是得到调幅波输出。

集电极调幅电路必须总是工作在过压状态。

2、为什么采用电容三端式振荡电路？
答：电感反馈震荡电路容易起振，改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈系数，但其振荡波形不够好。

而电容三端振荡器的优点是输出波形较好，更接近于正弦波。

调节电容三端振荡电路的C1或者C2来改变振荡频率时，反馈系数也会改变。

而克拉波振荡电路实质是电容三端振荡电路的改进型，在L
两端并上一个可变电容器，并令C1与C2为固定电容，则在调整频率时，基本不会影响反馈系数。

3、产生惰性失真的原因以及如何避免失真？
答：当输入为调幅波时，过分增大R L 和 C 值，致使二极管截止期间C 通过 R L 的放电速度过慢，在某t1 时刻跟不上输入调幅波包络的下降速度。

输出平均电压就会产生失真，称惰性失真。

为避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内,使C 通过R L 的放电速度大于或等于包络的下降速度。

四、心得体会
在实际的电路仿真过程中，我们遇到了许多的问题，理论知识不足，所以我们需要大量的查阅资料，这给我们工作带来了挑战。

我先做的是电容三端式震荡电路，但遇到了许多的问题，经过不断的调整参数和修改电路，终于得到了较理想的结果。

在接下来的部分里，我们也遇到了许多的问题。

虽然每个模块都能独立工作并出结果，但当将它们进行组合时又变的很糟糕，所以还要进行修正。

本次设计让我感受到了从无到有，从迷糊到清楚的一个变化过程。

其中的成长和对理论知识的熟练掌握程度有着十分大的提高。

我感到了自己理论知识方面的不足，所以在接下来的学习里，要学好基础知识，提高自己的动手能力，还有分析问题解决问题的能力。

总之，这次的课程设计我学会了很多。