小功率调幅发射机

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1小功率调幅发射机整体概述
小功率调幅发射机的初步认识
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。

调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设
备简单，所以调幅发射机广泛地应用于播送发射。

所谓调幅，就是指，使振幅随调制信号的变化而变化，严格的讲，就是指载
波振幅与调制信号的大小成线性关系，而它的频率和相位不变。

振幅调制分为4 种方式：AM〔普通调幅〕、DSB〔抑制载波双边带调幅〕、SSB〔单边带调幅〕、VSB 〔残留边带调幅〕。

本设计调幅发射机指的是 AM调幅发射机。

通常，发射机包括三个局部：高频局部，低频局部和电源局部。

高频局部一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末
级功放。

主振荡器的作用是产生频率稳定的载波。

缓冲级主要是削弱后级对主振
器的影响。

低频局部包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级。

调制是将要传
送的信息装载到某一高频振荡信号上去的过程。

小功率调幅发射机的主要技术指标
在设计调幅发射机时，主要遵循如下性能指标：
工作频率围：调幅制一般适用于中、短波播送通信，其工作频率围为
300kHz~30MHz。

发射功率：一般是指发射机送到天线上的功率。

只有当天线的长度与发射频
率的波长可比较时，天线才能有效地把载波发射出去。

波长λ与频率 f 的关系
为λ=c/f 。

调幅系数：调幅系数 ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数， ma的取值围为 0~1，通常以百分数的形式表示，即 0%~100%。

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频率稳定度：发射机的每个波道都有一个标称的射频中心工作频率，用f0表示。

工作频率的稳定度取决于发信本振源的频率稳定度。

设实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值为 f ，那么频率稳定度的定义为K=f0/ f 。

式中为 K 为频率稳定度。

非线性失真〔包络失真〕：调制器的调制特性不能跟调制电压线性变化而引
起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。

线性失真：保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅度特性变化称
为线性失真。

噪声电平：噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，播送发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于 1%。

总效率：发射机发射的总功率 PA与其消耗的总功率 PC之比称为发射机的总效率η，即η=PA/PC。

本次课程设计要求的技术指标如下：
工作频率 f=8MHz，发射功率 P0>=300mW，调制度 ma=50%，整波效率大于 40%，频率稳定度： f f510 4。

2小功率调幅发射机的系统设计
系统原理框图
调幅发射机的系统原理框图如下列图图1 所示，其工作原理是：高频振荡器产生一个固定频率的高频载波信号，它的输出经过高频小信号谐振放大器之后送至
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。

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图 1 小功率调幅发射机系统原理框图
本机振荡：产生高频率的载波信号。

缓冲隔离级：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；将功率鼓励级与调制级隔离，减小功率鼓励级对调制级的影响。

话音放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。

调制级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。

功率鼓励级：为末级功放提供鼓励功率。

末级功放：对前级送来的信号进行功率放大，在负载上获得满足要求的发射
功率
单元电路设计方案
高频振荡器
高频振荡器即为本机振荡器，根据载波频率的上下和频率稳定度来确定电路
形式。

一般采用三点式振荡器，其根本电路如下列图图2所示。

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。

这是因为电容三点式振荡器中，
反应是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反应压降较小，输出中高频谐波小；而在电感三点式振荡器中，反应是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的
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反应压降较大。

另外，电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器
的高。

这是因为在电感三点式振荡器中，晶体管的极间电容与回路电感相并联，
在频率高时可能改变电抗的性质；在电容三点式振荡器中，极间电容与电容并联，频率变化不改变电抗的性质。

因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。

在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用克拉泼，西勒电路。

频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器，也可以采用单片集成振荡电路。

频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间围或一定的
温度、湿度、电源电压等变化围振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量
越小，那么说明振荡频率稳定度越高。

本机放大电路的输出是发射机的载波信号源，要求它的振荡频率应十分稳
定。

一般的 LC 振荡电路，其日频率稳定度约为 10-2~10-3 ，晶体振荡电路的 Q 值可达数万，其日频率稳定度可达 10-5~10-6. 因此，在本设计中本机振荡电路
c c c
x3
b L C
b
x1C1b
L1
x2
e C2L2
e e
(a)(b)(c)
采用晶体振荡器。

图 2 三点式振荡器的根本电路
语音放大器
语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大的音频信号送到调
制器对高频载波进行调制。

本机语音放大器采用UA741。

UA741是高增益的集成运算放大器。

可用于此处放大低频语音信号。

其管脚图如下列图图 3 所示。

图 3 UA741 管脚图
振幅调制电路
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到达发
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。

低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统。

它的电路形式有多种，
如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟
乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器 MC1496调幅。

这种集成电路
的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且本钱很低。

高电平调幅电路输出功率大，一般在系统末级直接产生满足发射要求的调幅波。

它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。

集电极调幅电路的优点是
效率高，晶体管获得充分的应用；缺点是需要大功率的调制信号源。

基极调幅电路的优缺点正好与之相反，它的平均集电极效率不高，但所需的调制功率很小，
有利于调幅发射系统整机的小型化。

本设计中，采用模拟乘法器MC1496构成调幅电路，其引脚图如下列图图 4 所示。

用它可以容易的实现两信号的相乘，将放大的语音信号同高频载波相乘，从而得到调制信号。

图 4 MC1496引脚图
2.2.4 高频功率放大器
功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类〔限于推挽电路〕、丙类功放，根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。

采用低电平调幅电路的系统，由于调制器输出信号为调幅波，其后的功率放大器必须是线性的〔如甲类、甲乙类或乙类功放〕；而采用高电平调幅电路的系统，那么在末级直接产生到达输出功率要求
的调幅波，多以丙类放大器作为此时的末级电路。

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。

调幅发射机的各单元电路可以用分立元件组成的电路完成，也可以用集成电路
来完成。

本次设计采用别离的原件组成的电路完成。

3单元电路设计
3.1 高频振荡器和语音放大电路
高频振荡器是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较
大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。

本级用来产生8MHz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，这里采用西勒振荡电路，可以满足要求。

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为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾，常采用局部接入方式。

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，晶体管部
参数Y f
的值就一定，对于小功率晶体管可以近似认为
Y f g m I CQ 26mV
，反应
系数大小应在 0.15 ～0.5 围选择。

如图 3-1-1 西勒振荡器电路所示R
1、
R
2、
R
4提供偏置电压使三极管工作
在放大区，C
1起到滤波作用。

输出电路的总电容：
C2C3C4
C C5C4C5
C2C3C3C4C2C4
振荡频率为：
f osc11
2 LC 2 L1(C4 C5 )
在此西勒振荡器电路中，由于C
5和 L 并联，所以
C
5变化不会影响回路的接
入系数，如果使C
4固定，可以通过改变
C
5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。

晶体振荡器和话音放大电路的电路图如图 3 所示。

其中，晶体、 C1、 C2、C3
与 T1 构成改良型电容三点式振荡电路〔克拉泼电路〕，振荡频率由晶振的等效电容
和电感决定，电路中 T1 构成静态工作点由 R1、R2、R3决定。

在设置静态工作点时，应首先设定晶体管的集电极电流 ICQ，一般取 0.5mA~4mA， ICQ太大会引起输出波
形失真，产生高次谐波。

设晶体管β=60，Icq=2mA，VEQ=〔1∕2~1∕3〕
Vcc，那么可算出 R1， R2、R3。

如下列图图 5 所示。

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图 5 晶体振荡器和话音放大电路
3.2 调制电路
调制电原理图
根据上面的方案设计，选定模拟乘法器 MC1496构成的调幅电路如下列图图 6 所示。

X 通道两输入端 8 和 10 脚直流电位均为 6V，可作为载波输入通道； Y 通道两输入端 1 和 4 脚之间有外接调零电路；输出端 6 和 12 脚外可接调谐于载频的带通滤波器； 2 和 3 脚之间外接 Y 通道负反应电阻 R8。

假设实现普通调幅，可通过调节10kΩ电位器 RP1使 1 脚电位比 4 脚高错误 ! 未找到引用源。

，调制信号错
误 ! 未找到引用源。

与直流电压错误 ! 未找到引用源。

叠加后输入 Y 通道，调节电位器可改变错误 ! 未找到引用源。

的大小，即改变调制指数 M a；假设实现 DSB调制，通过调节 10kΩ电位器 RP1使 1、4 脚之间直流等电位，即 Y 通道输入信号仅为交
流调制信号。

为了减小流经电位器的电流，便于调零准确，可加大两个 750Ω电阻
的阻值，比方各增大 10Ω。

MC1496线性区好饱和区的临界点在 15-20mV左右，仅当输入信号电压均小
于 26mV时，器件才有良好的相乘作用，否那么输出电压中会出现较大的非线性误差。

显然，输入线性动态围的上限值太小，不适应实际需要。

为此，可在发射极
引出端 2 脚和 3 脚之间根据需要接入反应电阻R8=1kΩ，从而扩大调制信号的输
入线性动态围，该反应电阻同时也影响调制器增益。

增大反应电阻，会使器件增益下降，但能改善调制信号输入的动态围。

MC1496可采用单电源，也可采用双电源供电，其直流偏置由外接元器件来
实现。

1 脚和 4 脚所接对地电阻 R5、 R6决定于温度性能的设计要求。

假设要在较大的温度变化围得到较好的载波抑制效果〔如全温度围 -55 至 +125〕，R5、R6一般不超过 51Ω；当工作环境温度变化围较小时，可以使用稍大的电阻。

图 6 调制电路原理图=
3.2.2 MC1496 的搭建
模拟乘法器是完成两个模拟量〔电压或电流〕相乘的电子器件。

高频电子线路中的振幅解调，同步检波，混频，倍频，鉴频，鉴相等调制和解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。

采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单得多，而且性能优越。

课设运用 Multisim 软件对电路进行设
计，因此 MC1496需要自己搭建，其原理电路图如图7 所示。

MC1496是四象限模拟乘法器，其部电路图和引脚图如图10-1 所示。

其中V1、V2与 V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与 V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。

V7、V8为
差分放大器 V5与 V6 的恒流源。

图 7 MC1496搭建图
整体电路设计
将以上各级单元电路一次连接就构成了小功率调幅发射机整体电路原理图，
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如图 9 所示：
图 9小功率调幅发射机整体电路
4调试与仿真
4.1 晶体振荡器的调试
调晶体振荡器时，应先断开晶振，使振荡器不振荡，再用万用表测三极管的各极电压。

VEQ应满足 VEQ∕〔 R2+R3〕≈Icq=2mA，假设不满足那么可调整 R1的值。

将三极管的静态工作点调试正确以后，再接上晶振，测量振荡器的振荡频率和输出电压幅度，如图 8 所示：
图 8 晶体振荡器的调试
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4.2 调制器的测试
测调制器电路静态工作点时，应使本振信号V0=0.先测 MC1496五角的电压Vs，调整 R5 的值，是 V5∕R5=I0；然后测量各点静态工作电压，其值应与设计
值大致相同。

加本振电压v0=100mV，使调制电压 vΩ=0，调节 RP3使 mc1496输出信号为最小值，再使vΩ=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边
带信号波形，在调节RP3使输出波形为 ma=50%的调幅波，如图9 所示：
图 9调制器测试
4.3 整机联调及其常见故障分析
晶振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。

产生的主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大，使晶振级负载加重。

这可通过增大缓冲级
的射极电阻 RP1 来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C4，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。

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本机振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调幅现象。

产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压v0 偏小或者是话音放大级输
出的调制电压vΩ过大。

可以调节RP2使v0=100~150mV，并测量调制器输出的
波形。

调整话音放大级增益，以满足调幅度 ma=50%的技术指标要求。

功率鼓励级与功率放大级联调时，往往会出现低频调试、高频自激、输出功
率小、波形失真大等现象。

产生的原因可能是级间通过电源产生串扰或是甲类功放
与丙类功放的阻抗不匹配，级间相互影响。

这可在每一级单元电路的电源上加低、高频去耦电路，以消除来自电源的串扰，也可以重新调整谐振回路，使回路谐振。

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