超外差式调幅发射机

目录

摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 2

第一章课程设计的目的及意义‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2

第二章课程设计的基本要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 3 第三章课程设计的指标及要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 3

第四章仿真软件Multisim简介‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4

第五章超外差调幅发射系统的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6

5.1 超外差发射机的基本原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6

5.2 发射单元的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 6

参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 16

设计体会‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 16

附图‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 18

摘要

调制和解调电路是现代通信设备中重要组成部分。用待传输的低频信号去控制高频载波的某个参数电路称为调制电路；解调是调制的逆过程，从高频已调信号中还原出原调制信号称为解调电路。本设计完成了一个采用同步检波法来实现解调的双边带调制解调电路。本文首先介绍了调幅的调制解调原理，然后详细的给出了其设计过程，并应用Multisim软件对调幅调制解调电路进行了仿真分析。实验结果表明：该电路能够完成一个信号的调幅调制解调，但它与理论波形相比存在一个较小的失真。

关键词：调幅发射机Multisim 仿真

一、课程设计目的及意义

通信电子线路已成为现代通信的基础，它广泛应用在广播、电视、卫星、移动等通信领域。调制与解调方式有多种,如调幅、调频、调相等，其中角度调制具有话音传送质量高，抗干扰性好等优点而被广泛应用。角度调制属于非线性调制，即调制后信号的频谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很多新的频率成分。当调频指数βFM>π/6，则称为宽带调频。1930年发现，WBFM占用频带宽，曾被认为不经济，甚至认为无应用价值。1936年，阿姆斯特朗认识到了WBFM具有消除噪声的优良性质，证明了它的使用价值。其次高频谐振功率放大电路,解调电路是高频电路的基础知识之一，等幅发射电路现在也仍在使用。

本次课设的目的就是通过学习和掌握电路设计与仿真软件的基础上，按要求设计一个通信电子线路并仿真，综合应用所学知识，进行一次比较全面的训练，为今后的学习和工作积累经验。

此外，该题目还涵盖了《通信原理》、《电路分析》、《模拟电子》等主要课程的知识点，学生通过该题目的设计过程，可以初步掌握各种元器件工作原理和电路设计、开发原理，得到系统的训练，提高解决实际问题的能力。

二、课程设计的基本要求：

1、学习掌握幅度调制信号的调制与解调电路原理；

包括：①幅度调制信号电路的分析；

②解调电路的分析。

2、学习和初步掌握电路设计仿真软件（软件可自选，如Multisim）；

包括：①原理图设计的基本操作。

②电路仿真的基本操作。

要求：会用电路仿真软件仿真基本的电原理图

3、设计一个调幅发射电路并仿真，绘制其电路图；

包括：①调幅发射电路设计。

②电路仿真及结果分析。

4、设计一个调幅接收电路并仿真，绘制其电路图；

包括：①调幅接收电路设计。

②电路仿真及结果分析。

注: 3、4 任选一项。

三、课程设计的指标及要求

要完成本次设计需要查阅相关资料，学习和掌握幅度调制和解调电路设计方法，熟悉相关元器件的工作原理和基本参数，设计一个调幅发射电路。学习并掌握电路设计仿真软件的基本操作等。主要包括：

1、幅度调制与解调电路原理分析；

2、电路设计；

3、电路分析；

4、仿真结果和分析。

四仿真软件Multisim简介

Multisim 11.0是加拿大 Interactive Image Technologies公司 2010 年推出的 Multisim 最新版本。可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路。

它有丰富的元件库，为用户提供元器件模型的扩充和技术；虚拟测试仪器仪表种类齐全，其操作方法与实际仪器十分相似；具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等 18 种电路分析方法，基本上能满足一般电子电路的分析设计的要求；提供了多种输入输出接口，Multisim2001 可以与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件Pspice之间的文件接口，也能通过Windows 电路图送往文字处理系统中进行编辑排版，同时还支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。

Multisim 11.0 把所有的元件分成13类库，再加上放置分层模块、总线、登录网站共同组成元件工具栏。

Multisim 11.0提供了18种仪表，仪表工具栏通常位于电路窗口的右边，也可以用鼠标将其拖至菜单的下方，呈水平状。

Multisim 10具有以下特点:

(1)Multisim 11.0是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可以很方便地在工程设计中使用。

(2)Multisim 11.0 的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测量仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

(3) Multisim 11.0 具有较详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声和失真分析、

离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等，以帮助设计人员分析电路的性能。

(4) Multisim11.0可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的过程中还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据。

Multisim11.0是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。它用软件的方法模拟电子线路元器件和仪器仪表，实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。 Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，该软件为电子工程师提供了一个电路设计与仿真平台，不仅与国际著名的模拟电路仿真软件spice兼容，而且具有较强的 VHDL和 Verilog设计与仿真功能。它具有界面形象、直观易懂、采用图形方式创建电路的特点；它丰富的元件库中提供了超过16000个组件，全部采用世纪模型，确保了仿真结果的真实性和实用性；它采用开放式的库管理模式，能自动地生成模拟和数字组件模型，这对新器件的补充十分有利。multisim10.0的虚拟测试仪器种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流、交流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

Multisim11.0具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

MultiSim（电子工作平台）软件，是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为“计算机里的电子实验室”。其特点是图形界面易操作，易学、易用，快捷方便、真实、准确。使用MultiSim可实现大部分硬件电路实验的功能。最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是MultiSim软件的一大特色。它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。

Multisim11.0 可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及微机接口电路等；可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和数据。

五超外差调幅发射系统的设计

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，合适通过天线发射的电磁波。

5.1超外差发射机的基本原理

超外差式调幅发射机是由主振器，缓冲级，高频电压放大器，振幅调制器，高频功率放大器等电路组成。

其基本组成框图为

图1 发射机的基本组成框图

5.2 发射机单元的设计

5.2.1. 主振器

主振器就是高频振荡器，是发射机的核心部件。根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路型式。高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。基本电路图如下：

图2 主振器电路图

在此图中，反馈信号通过电容时，频率越高，容抗越小，反馈越弱，所以可以削减高次谐波分量，输出波形越好。而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。

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，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。

改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。

这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。除了采用高Q值和高稳定的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容，实现温度补偿的作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响。

以下为输出波形：

图3 主振器波形

5.2.2 缓冲放大器

缓冲放大器通常是在振荡器后面，一方面起隔离缓冲作用，同时还要把高频信号加以放大推动功放末级工作。因此该级还需有一定的功率输出。以1M 频率放大电路：

图4 1M 频率放大电路

RB1、 RB2、RC 、RE 组成偏置电路使三极管工作，

C 、 CE 、C

D 为隔直通交流电容，缓冲放大电路是一个分压是偏置电路，直流电源VCC=12V ，各电阻依次为RB1=70k 、RB2=15k 、RL=20k 、 RE=2k 时， 由公式

Vin out V ÷=Av =])1([)//(RE r RC RL be ββ++÷=200

或仿真图可以看出放大200倍，Vin=10mV 、Vout=2V 。

V1为输入信号，V2为输出放大信号。

放大波形如下图：

图5 放大器波形

5.2.3 低频放大器

如下图是低频放大电路的具体电路，话筒产生的音频信号是一个典型的低频信号，此次设计中设原始音频信号为1kHZ的低频信号，图采用的是低频放大电路，电容C1、C2为隔直流耦合电容，避免直流电源和交流信号相互影响，利用这样一个电路便可以把原始的音频信号放大成我们需要的调制信号。

图6 低频放大电路

R1、R4、R2组成偏置电路，

C1、 C2为隔直通交流电容，

电路中直流电源选用的是12V ，通过合理设置各电阻的值，

让R1=50k 、R2=1.5k 、R3=10k 、R4=15k ，

经过公式计算

Av = rbe R R )

3//2( = 250

或由仿真图也能看出放大250倍，

仿真结果如下图：

图7 放大波形

5,2.4. 振幅调制器

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。

电路图如下：

图8 集电极调幅电路

以上电路是丙类集电极高频功率放大电路，低音频信号加载到集电极，最后在通过一个LC 滤波网络，集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅输出调幅波实现调幅。R5=10K 为输出电阻。调幅工作在过压区。

集电极调幅特点：

（1)因过压工作，η高，用于大功率调幅发射机。

（2）要求v1提供较大的驱动功率。

载波频率F=1M,根据谐振频率： LC f π210≈

信号波匹配网络C4=3.1uH,L2=1mH;最后滤波网络C4=1500pF,L4=1mH. 以下为仿真结果：

图9 调幅波形

5.2.5 高频功率放大器

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。

电路图如下:

图10 乙类单电源互补对称功放电路

该电路采用一个电源的互补对称电路，当R1取适当数字时，就可给Q2、Q3提供合适的偏置，当有交流信号时，在负半周，Q2导通，Q3截止，有电流通过R4，同时向C2充电，输出正半周电压，相反则获得负半周电压。D1、D2由VCC产生正向偏置电压。由于二极管正向交流结电阻很小，可近似认为对交流短路，因此偏置电阻不影响输入信号的传输。此外，当温度升高时，D1、D2的正向压降减小，阻止了ICQ的增大，是一种具有温度补偿作用的高热稳定性偏置电路。与Q2共同对电路起到缓冲保护作用。

R1=56K,R2=435Ω,R3=250Ω,R4=8K,

C1=C2=C3=100uF,从波形图上可看出该电路能放大150倍。

放大波形如下：

图11 高频功放波形

参考文献

[1] 侯丽敏.通信电子线路.清华大学出版社.2008

[2] 谢阮清.解月珍.通信电子线路.北京邮电大学出版社.2000

[3] 沈琴.非线性电子线路.高等教育出版社.2004

[4] 谢嘉奎,冯军. 电子线路线性部分. 北京: 高等教育出版社,2010 .

[5] 许杰. 模拟电子线路. 北京: 国防工业出版社,2006.

[6] 张肃文. 高频电子线路. 北京:高等教育出版社,2009.

设计体会及致谢

通过本次设计，我系统的学习了Multisim软件。系统的掌握了我们所学的知识，并且得以应用。在设计过程认真学习了相关的知识，极大地拓宽了我的知

识面,我感到收获不小。从开始熟悉这些知识到对整体设计的了解，再从概要设计、详细设计到开始使用软件，以及最后的调试，整个过程感觉很充实。虽然遇到了不少困难，但当我通过自己查资料，向指导老师请教以及与同学互讨论，而设计出解决方案并成功实现时，那种成就感和满足感足以忘却所有的辛苦。但是由于毕业设计时间较短和自己知识的不足，所以该设计还有许多不尽如人意的地方，能在实际应用中有些功能不到位。

经过这段时间的毕业设计实习，确实学到了不少的东西，同时也深感自己知识的欠缺。虽然即将毕业，但在以后的学习工作中，一定要继续坚持不段地学习新兴的专业知识及相关的非专业知识，只有这样才能紧跟时代的潮流。

由于我的知识浅薄，经验不足及阅历颇浅，因此，该设计还存有一些不足，比如功能过少，计价有限等问题，我会在工作的使用过程中，根据工作的具体要求不断的修改，完善，争取使该系统慢慢趋向完美。

本课题在选题及设计过程中得到彭老师的悉心指导。陈老师和彭老师曾多次为我们指点迷津，帮助我们开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励。

超外差式发射机系统的设计能全部完成，并按预期的效果进行调制，震荡放大。这都是在彭老师的指导下进行的，再次衷心的感谢彭老师。

在此，我还要感谢在一起设计讨论的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本设计的顺利完成。感谢你们给予我的帮助。

在本系统的设计过程和论文编写过程中，还有很多老师、同学和朋友都给予了我许多无私的帮助，尤其是我的导师彭老师给我提出了很多宝贵的修改意见在这里，我向这些无私帮助我的人表示衷心的感谢

附图