课程设计报告--小功率调幅发射机的设计

课程设计报告--小功率调幅发射机的设计高频电子线路课程设计报告设计题目：小功率调幅发射机设计一、设计题目小功率调幅发射机的设计。

二、设计目的、内容及要求设计目的：《高频电子线路》是一门理论与实践密切结合的课程,课程设计是其实践性教学环节之一，同时也是对课堂所学理论知识的巩固和补充。

其主要目的是加深对理论知识的理解，掌握查阅有关资料的技能，提高实践技能，培养独立分析问题、解决问题及实际应用的能力。

(1)加深对高频电子线路理论知识的掌握，使所学的知识系统、深入地贯穿到实践中。

(2)提高同学们自学和独立工作的实际能力，为今后课程的学习和从事相应工作打下坚实基础。

任务及要求：小功率调幅发射机的设计(1)掌握小功率调幅发射机原理；(2)设计出实现调幅功能的电路图；(3)应用multisim软件对所设计电路进行仿真验证。

技术指标：载波频率f0=1MHz~ 10MHz；低频调制信号1KHz正弦信号；调制系数Ma=50％±5％；负载电阻R A=50Ω。

三、工作原理3.1 小功率调幅发射机的认识目前，虽然调频技术以及数字化技术突飞猛进，其应用范围覆盖了无线通信技术的80%以上，但是由于小功率调幅发射机具有调制解调电路简单、调试容易、信号带宽窄和技术成熟等优点，因此仍然使其能够在中短波通信中广泛得以应用。

课题以电子线路课程设计实践教学为应用背景，在仿真软件与实验室中完成一个完整的调幅发射机，并实现无线电报功能。

发射机的主要任务是利用低频音频信号对高频载波进行调制，将其变为在适合频率上具有一定的带宽，有利于天线发射的电磁波。

一般来说，简易发射机主要分为低频部分、高频部分、以及电源部分。

高频部分主要包括：主振荡器、缓冲放大级、中间放大级、功放推动级以及末级功放级。

低频部分主要包括：话筒、低频电压放大级、低频功率放大级以及末级低频功率放大级等。

3.2 小功率调幅发射机的工作原理一条调幅发射机的组成框图如下图图1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，它的输出送至调制器；话音放大电路放大来自话筒的信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调幅了的中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源，一般选第二本振频率fo2是第一本振f1与发射载频foc之和，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，是输出载频fc=fo2-fo1;功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。

图1 调幅发射机组成框图四、设计方案4.1总体电路设计发射机的主要任务是要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[2]。

发射机一般分为三个部分：高频部分，低频部分和电源部分[3]。

高频部分一般包括：主振荡级，缓冲放大级，中间放大级，功率推动级以及末级功放级。

低频部分一般包括话筒，低频电压放大级，低频功率放大级和末级低频功率放大级。

低频信号通过各级放大级的层层放大，最终在末级功放处获得所需的功率电平，从而可以对高频功率放大器进行调制。

采用典型的调幅发射机设计方案即可达到设计指标的要求，发射机的主要单元电路见图2。

图2发射机的主要单元电路图中各部分主要作用为：主震级：有晶体振荡器产生频率为6MHz的震荡载波信号。

缓冲级：将晶体震荡级与振幅调制级隔离，减少振幅调制级对晶体震荡器的干扰。

音频放大：将话筒发出的信号放大到调制电路所需要的调制电压。

振幅调制级：将音频信号加入到高频载波中，从而产生调幅波。

高频功放：对信号进行功率放大，加入到天线中，从而向空间辐射。

4.2单元电路形式选择1.本机振荡电路振荡电路选择要根据载波频率的高低和频率稳定度来确定，在频率稳定度要求不是很高的情况下，可以采用电容反馈式振荡电路，如克拉泼电路，希勒电路等。

在频稳度要求较高的情况下，一般可以选用晶体振荡电路，也可以选用单片集成电路。

本机设计要求频稳度，一般的LC振荡电路就可达到要求。

2.高频电压放大器高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。

需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。

如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。

当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。

如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。

谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。

因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察放大器的输出端是否有自激振荡波形。

如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。

否则，所测数据是不准确的。

对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。

后者比较简单、直观。

但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。

3.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”到高频震荡电压中，从而以调幅波的形式将已调信号发射出去。

通常调制分为低电平调制和高电平调制，采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，低电平调幅电路具有输出功率小的特点，适用于功率较低的系统。

4.功率激励级由模拟乘法器调制电路输出的已调信号较小，不能满足末级功放的输入要求，因此，要在模拟乘法器后边加上功率激励级来放大已调调制的信号功率，从而满足后级电路的输入要求。

5.功率放大级功率放大器是调幅发射机的最末级，它的主要任务就是要发射出发射机设计指标所要求的输出功率。

本机所设计的为小功率调幅发射系统，通常采用丙类谐振功率放大器，如果一级放大器不能满足要求，可以选用两级或者三级。

6.传输线与天线天线的主要作用是把已调制的高频信号变成电磁波，辐射到空间去，从而实现无线电的发射功能。

由于无线设备本身的传播距离的限制，因此，若想达到比较理想的传播距离，必须外接天线。

这里面就必须涉及到两个概念：(1)频率范围频率范围指的是天线的工作频段，这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。

(2)增益值增益值表示天线的功率放大倍数，增益值越大代表对输入信号的放大倍数越大，传输质量也就越好。

五、单元电路的设计1主振级与小信号电压放大级的设计主震级是调幅发射机的核心部件，其性能的好坏直接影响到发射信号的质量，因此，主震级产生的载波信号必须有较高的频率稳定度和较小的波形失真度，本机主振级备选方案可以有三种，RC正弦波振荡器，石英晶体振荡器，三点式LC正弦波振荡器等。

方案一：采用石英晶体振荡器，石英晶体振荡器具有较高的频率稳定度，在选择合适的偏置电路的情况下，频稳度可达到10-11数量级，而且，其工作状态稳定，波形失真度也比较小，因此，在频稳度要求较高的电路中，可以选用石英晶体振荡器作为主振级。

方案二：采用RC正弦波振荡器，由于RC振荡器主要是由电阻和电容组成的，在电路中并没有谐振回路，因此，RC振荡器不适合于作为高频振荡器。

方案三：采用LC三点式正弦波振荡电路，三点式振荡电路有电容三点式和电感三点式之分，相对来说，电容三点式的输出波形相对电感三点式要稳定，且频率变化不会改变电抗的性质，因此振荡器一般都采用电容三点式形式。

在频率稳定度要求不是很高的情况下，可以采用普通的电容三点式振荡电路，如克拉泼电路和西勒电路。

LC回路由于受到标准性和品质因数的限制，其频稳度一般只能达到10-4数量级。

为使整机电路简单并且频稳度度较高，本机采用LC振荡电路。

正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅值不变的正弦波输出。

本设计采用的是改进型电容三点式振荡器，即西勒振荡器。

其具有输出波形好、工作频率高、改变C调节频率时不影响反馈系数等优点，适用于波段宽、频率可调的场合。

正弦波振荡器广泛应用于各种电子设备中，特别是在通信设备中起到重要作用。

它是无线电发送部分的心脏部分，也是超外差接收机的重要部分；各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等，核心部分都离不开正弦波振荡器；并在自动控制装置和医疗设备等许多技术领域也得到了广泛的应用。

西勒振荡器由起能量控制作用的放大器、将输出信号送回到输入端的正反馈网络以及决定振荡频率的选频回路组成。

没有输入信号，而是由本身的正反馈信号代替。

当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生，经不断的对它进行放大、选频、反馈、再放大等多次循环，最终形成自激振荡，把输入信号的一部分送回输入端做输入信号，从而就产生了一定频率输出的正弦波信号输出。

2缓冲隔离级的设计为了减小调制级对主震级的影响，需要采用加入缓冲级的方法。

在缓冲隔离级的选择上不论是在低频电路还是高频电路的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路。

3语音放大级电路设计语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大后的语音信号送入调制级对高频载波信号进行调制，本机采用3354BM进行语音功率放大。

4幅度调制电路的设计所谓振幅调制就是用被传输的低频信号去控制高频振荡器，使其输出信号的幅度随着低频信号的变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带并有效进行远距离传输的目的。

完成这种调制过程的装置称为振幅调制器。

5 高频谐振放大器设计高频功率放大器是各种无线电发射机的重要组成部分，其工作频率较高，相对宽带也比较窄，一般都采用LC谐振网络作为负载构成谐振功率放大器。

由于谐振网络频率调节困难，因此谐振功率放大器主要用来放大固定频率或窄带信号，所以谐振功率放大器也称为窄带高频功率放大器。

高频功率放大器一般多用于发射机的末级电路，其电流消耗往往要占到整机耗电量的绝大部分，所以功率放大器工作状态的优劣以及工作效率的高低就相当重要。

高频功放中常采用平面工艺制作的NPN高频大功率晶体管，他能承受高电压和大电流，并有较高的特征频率ft。

晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流i b，i b控制了较大的集电极电流i c，i c流过谐振回路产生高频功率输出，从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。

晶体管工作在截至和导通（线性放大）两种状态下，基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号。

与低频功放不同的是，高频功放选用谐振回路作负载，即保证输出电压相对于输入电压不失真，还具有阻抗变换的作用，这是因为集电极电流是周期性的高频脉冲其频率分量除了有用分量（基波分量）外，还有谐波分量和其他频率成分，用谐振回路选出有用分量，将其他无用分量滤除；通过谐振回路阻抗的调节，从而使谐振回路呈现高频功放所要求的最佳负载阻抗值，即匹配，使高频功放以高效率输出大功率。

在丙类谐振功率放大器中，根据晶体管工作是否进入饱和区，可将其分为欠压临界和过压工作状态。

将不进入饱和区的工作状态称为欠压，为顶尖余弦脉冲。