电子线路课程设计

电子线路课程设计总结报告

学生姓名：

学号：

专业：电子信息工程

班级：电子112班

报告成绩：

评阅时间：

教师签字：

河北工业大学信息学院

2014年2月

课题名称：小功率调幅AM发射机设计

内容摘要：小功率调幅发射机调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。本课程设计的目的即设计一个小功率调幅发射机并使之满足相应的技术指标。让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。通过设计主振器，缓冲器，音频放大器，调幅电路最终组成小功率调幅发射机。主振器是用来产生频率稳定的高频载波信号。高频放大器是将高频振荡载波信号放大到足够大得强度。高频功率放大器及调制器是将低频放大器输出的信号调制到载波上，同时完成末级功放。

一、设计内容及要求

1、内容：设计一个小功率调幅AM发射机

2、要求：

发射机工作频率f0=10MHz；发射功率Po大于等于200mW；负载电阻Ra=50Ω；输出信号带宽9kHz平均调幅系数ma大于等于30%，单音调幅系数ma=0.8；发射效率η大于等于50%；残波辐射小于等于40dB；

二、方案选择及系统框图

1、方案选择

低频小功率调幅发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。可选用最基本的发射机结构，系统框图如下图所示，由主振级、高频放大器、音频放大器、高电平调幅电路、缓冲电路结构组成。

（1）主振器

主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低、频率稳定度来确定电路型式。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；而在电感三点式振荡器中，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。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。

主要原因是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，可以采用普通三点式电路、克拉泼电路、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。本电路采用克拉拨振荡器;

（2）缓冲级

将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。功放级输出信号较大，工作状态的变化会影响到振荡器频率的稳定度或波形失真或者输出电压下降。缓冲级通常采用电压跟随器，有分立元件和集成块两种方法构成。分立元件采用三极管构成射极跟随器。

（3）高频放大器

缓冲器输出的信号很小需经过高频电压放大器将电压放大后才能调幅

（4）音频放大器

音频放大电路中左半部分RC振荡电路能够产生1KHz左右的单音信号，经过LM358进行放大，可通过调节滑动变阻器R1，改变振幅大小，当振幅过大时会产生失真。本次设计仿真只用到的单音信号，较为理想的输出波形如图所示。若实际电路需要接入话筒产生的0~4.5KH范围内的语音信号，可将R4断开，通过一个极性电容接入5号管脚。

（5）调幅电路

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达到发射功率的要求。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。本题中采用高电平调幅。

高电平调幅电路主要有基极调幅、集电极调幅和集电极-基极双重调幅电路。由于输出功率较小，故可选用效率虽较低但调制线性好、电路较简单的基极调幅电路。导通角通常选择70o左右，采用自给偏置，电路如下图所示。为了提高调制线性度，应使电路工作在欠压区。

（6）功放末级

功放末级宜采用丙类高频功率放大器，其发射效率高一般都在60%～70%，理论值达到90%。由于设计要求Po≥200mv，一般天线负载RL=50。根据Po=Ucm2/2Re.输出电压Ucm=141.4mv，因此，要求其输出电压最小要大于141.4mv。如图所示，晶体管VT1与高频变压器Tr1组成宽带功率放大器,晶体管VT2与选频网络L2、C2组成丙类谐振功率放大器.晶体管VT1与RB1、RB2RE1BF组成的宽带功率放大器工作在甲类状态.其特点是晶体管工作在线性放大区.

2、系统框图

三、单元电路设计、参数计算和器件选择

（1）主振器

缓冲器

高频放大 高电平调幅

调制信号

主振器

（2）缓冲器

由于输入阻抗极高易受周围电场干扰，通常在同向输入端对地接一各适当的电阻，取R5=1000Ω（3）音频放大器

（4）高电平调幅

基本原件的选择。图中，C B1、C B2、C C为隔直耦合电容，C1、C2为高频滤波电容。由于载波频率f c=10MHZ,音频信号频率F≈20Hz~20KH Z,故取C B1=C B2=C C=0.033μf,C1=C2=1μf。C3为电源去耦电容，C3=10μf。扼流圈L C在该电路中主要起隔离高频信号、耦合电源的作用，通常取10mH。L B2=51Mh。L B1为高频扼流圈，其作用是隔离高频载波信号，耦合低频的音频信号，因此取L B1=470μH。R E为负反馈电阻，用以改善波形及测试工作状态，通常取10Ω。

（3）滤波匹配网络的设计。L、C4和C5构成π型滤波匹配网络,为确定它们的值,需要先确定集电极谐振电阻R e。电路的最大输出功率在临界状态时达到，考虑到匹配网络的实际传输效率，应选择临界状态时的最大输出功率

P Omax>1.5倍输出峰包功率=1.5×220mW=330mW

故选择P Omax=0.6W。设集电极饱和压降U CES=1V，电源电压V CC=12V,则临界状态时的高频信号幅度为U cmmax=11V，可得集电极谐振电阻为

R e=U2cmmax/(2P omax)≈100Ω

考虑到功放匹配电路中Q e1、Q e2不宜太大，否则谐振曲线太尖锐，不易调整，而且传输效率降低，故取Q e1=2。由于Q e1=w c R e C4,因此得

C4=2/(10×106×2π×100)=318 PF

实际可取560PF，然后根据实验调整。

由于 R e/（1+Q2e1）=R A/（1+Q2e2）

故可得 Q e2≈1.22

C5=Q e2/(w c R A)=650PF

C5可取680PF，然后根据实验调整。

L=L1+L2=(Q e1/w c)×(R e/(1+Q2e1))+ (Q e2/w c)×(R e/(1+Q2e1))

=1.72μH

故L取为1.8μH.

（4）三极管的选择。设导通角θ≈70o,根据三极管临界工作状态时的高频信号振幅U cmmax=11V，可求得临界状态时集电极电流为

i cmax=I cmmax/α1(θ)=U cmmax/R eα1(70o)=11/(100×0.44)=0.25A

临界状态时的管耗为

P C=P D-P omax=i cmaxα0(θ)V cc-P omax=0.25×0.25×12-0.6=150Mw

由于失谐管子的管耗大大增加，因此P CM的选择应有足够余量。

三极管的最大集电极电压为u CEmax≈2V CC=24V

查手册知：NPN高频中功率管9013的参数为f T≥300MHz，P CM=700Mw,I CM=300Ma,

U（BR）CEO=30V,所以满足上述要求。

（5）载波电压幅值U bm与调制电压幅值UΩm的选择。由于采用自给偏置，因此U bm应大于0.5V。为便于调整、提高调幅性能，应使U bm在0.5 ~3V内可调，UΩm在0.1~1v内可调，然后通过实验确定它们的合理取值。

四、整体电路设计及工作原理

五、系统元器件清单

六、电路设计总结