小功率调幅发射机的设计课程设计报告

电气与电子信息工程学院高频电子线路课程设计报告

设计题目：小功率调幅发射机

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

本次课程设计的目的是：

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。

设计内容：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

小功率调幅发射机的工作原理是：由振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信

号经缓冲级送至振幅调制电路，缓冲级将振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响，放大级将低频信号放大至足够的电压后送到振幅调制电路，振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器，高放级将载频信号的功率放大到所需的发射功率。

调幅发射机常用于通信系统与其他无线电系统中，在中短波领域应用极为广泛，由于调幅简便，占用频带窄，设备简单等优点，因此在发射机系统中应用非常广泛。

在实际的广播发射系统中，中波调幅的频率范围为535 ～1605 千赫，音频信号中的高音频率应该被限制在 4.5 千赫以下，发射功率需要达到300W以上才能使空间覆盖面达到比较好的状态，此次设计需要在实验室环境中研究发射机的工作原理与原件选择，因此，根据实验室条件适当降低技术指标，载波频率采用实验室较为常用的6MHz，单音频调制信号选择1KHz，发射机功率初步定为1W。

四、总体方案

由于在无线通信系统中，只有馈送到天线上的信号波长与天线的尺寸相比拟时，天线才能有效的辐射和接受电磁波因此需要对信号进行调制，使其以高频的信号辐射出去。

发射机的主要任务是是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。

通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。

高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。

低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。

调幅发射机主要包括三个组成部分:高频部分、音频部分和电源部分。在此此可以省去省电源这一部分。

调幅发射机通常由主振级、缓冲级、倍频级、中间放大级、振幅调制、音频放大和输出网络组成。根据设计要求，载波频率f=10MHz ，主振级采用克拉泼振荡电路，输出的载波的频率可以直接满足要求，不需要倍频器。系统原理图如图所示：

图1 总体方案框图

五、单元电路设计

1.主振器

对于普通信号其频率稳定度一般要求在10^-4和10^-5之间，而克拉泼电路的频稳度大体在10^-4和10^-5之间，满足设计要求，而且电路比较简单，容易分析，因此主振器选取克拉泼电路。

R1 、R2 、R3 、R4是三极管的直流偏置电阻，使三极管获得正常的工作点，工作于放大区，C4是基极旁路电容，目的是使三极管基极获得交流地电位，组成高频共基极放大器。电路的相位条件自然满足“射同它异”原则；幅度条件是需保证共基极放大器的闭环功率增益大于OdB ，按照这样的依据去计算回路器件值就可以确保电路能够起振。C1、C2 、C3 、L1 的器件值决定了振荡回路的工作频率。根据交流等效原则，可以知道这是一个电容反馈三点式振荡器。C2 与C1 的容抗比值决定了电路的电压反馈系数，调整它们的比例可以改变振荡幅度。在回路中多了一个与电感L1 相串联的电容器C3 ，通过调整C3 ，可以连续改变振荡频率。

晶体管3DG12B，其参数为Icm＝300mA, fT≥200MHz, V(BR)CEO≥45V,P cm=0.7W,

已知条件：

Vcc=12V，fc=10MHz，选择的晶体管型号是3DG12B，其放大倍数β=50，ICQ=3mA，VCEQ=6V,VEQ=0.2VCC.依据电路计算：

fosc=1/1/

取L3=25μH,则C3=10pF,反馈系数kf取0.2，kf=C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400pF，振荡器电路图如图2所示

VCC

图2振荡器电路图

振荡器电路仿真图形如图3所示：

图3 主振器仿真波形

2.缓冲器

缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响,因为功放级输出信号较大,工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，缓冲放大器需将振荡器输出电压，以提高电平调幅电路所需的载波输入信号，所以要有合适且可调的增益。如图4所示：

图4 缓冲器电路图

调节射极电阻2E R ，可以改变射极跟随器输入阻抗，如果忽略晶体管基极体电阻'b b r 的影响，则射极输出器的输入电阻

''//i B L R R R β=

输出电阻

()0120//E E R R R r =+

式中，0r 很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源，电压放大倍数

1m i

V m i

g R A g R =

+

仿真器仿真电路图如图5所示：

图5 缓冲器电路仿真图

R1、R2、R3、R4是偏置电阻，通过调节R6可以连续改变输出正弦波的幅值 输入为图6所示时

图6 仿真器输入信号

当R6接入0%时的仿真图形为图7所示：

图7 缓冲器输出波形1 R6接入21%时的仿真图形为图8所示：

图8 缓冲器输出波形2 R6接入100%时的仿真图形为图9所示

图9缓冲器输出波形3

可以看到调节R6可以得到所需幅值的正弦波。

3.高频放大器

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。采用集电极调幅电路，就要使用一级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。

高频放大器仿真电路图如图10所示：

图10 高频放大器仿真电路图

高频放大器输出波形如图11所示：

图11 高频放大器输出波形

4.音频放大器仿真电路图如图12所示：

XFG1

图12 音频放大器仿真电路图

输入如下频率为1kHZ幅值为1v的正弦波时（图13所示）

图13 音频放大器输入信号

音频放大器仿真波形图形为图14所示：

图14 音频放大器输出波形

通过调节R3可以改变放大倍数

5.振幅调制

集电极调幅电路具有调制线性好，集电极效率高的优点。广泛用于输出功率较大的发射机中。所需调制信号功率大是该调制电路的缺点。

振幅调制仿真电路图如图15所示：

XSC1

图15 振幅调制仿真电路图

振幅调制输出波形图如图16所示：

图16 振幅调输出波形图

输出波形原理分析

载波C U 直接加到放大器的基极。调制信号0c U 加到集电极电路且与直流电源相串联。集电极谐振回路LC 调谐在载频C ω 上。

由于0c U 与C E 相串联，因此，丙类被调放大器集电极等效电源CC U 将随0C U 变化，从而导致被调放大器工作状态发生变化，在过压状态下，集电极电流C I 的基波分量振幅1C I 随0C U 成正比变化，从而实现调幅。 6. 功率放大器

功率激励级—为末级功放提供激励功率。

末级功放—将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，本题要求50%η≥，故选用丙类功率放大器较好。隔离的作用是为了防止发射的部分高频信号对载波信号产生干扰；放大的作用是为下一级提供足够的功率，采用自给负偏压丙类谐振功率放大器，通过改变电位器改变负偏压大小。回路谐振在工作频率，可以改变变压器耦合输出。

功率放大器电路如图17所示：

VCC

图17 功率放大器电路图

公路放大器输出波形如图18所示：

图18 功率放大器输出波形

7. 整体电路原理

首先由克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让振荡器与振幅调制器隔离开来，不影响载波频率的稳定，然后经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行普通调幅，再进行功率放大，经天线输出普通调幅波。系统总原理图见附录一。

六、电路设计总结

整体电路共分为六个模块，分别为主振器，缓冲器，高频电压放大器，音频放大器，集电极振幅调制器，高频功率放大器。首先由克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让振荡器与振幅调制器隔离开来，不影响载波频率的稳定，然后经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行普通调幅，然后进行丙类功率放大，经天线输出普通调幅波。

由于选用的仿真软件为multisim,有些元件在元件库里没有，仿真时就选用了理想的虚拟元件，比如型号为BJT_NPN_VIRTUAL的三极管就是理想的三极管，由于改变了三极管的型号，所以在实际仿真调试时改变了好多偏置电阻的阻值以便是电路输出所需的波形

七、收获、体会

这次课程设计对于自己来说是一次很大的挑战，做起来我感觉比较吃力，虽然刚刚学完了高频电子线路，但是一直有种云里雾里的感觉，虽然知道应该由哪几部分构成，每一部分的原理也知道，但是实际做起来就很吃力了，要根据实际元件的特性去设计元件的参数，感觉无从下手，，但是有困难不能够放弃，于是我查阅了一些资料，和同学们一起讨论计算，并且去请教学长，慢慢的我有了一点眉目，接着我便开始设计各个单元模块，对于各个模块的比较选择还是比较容易，就是参数设计比较困难，主要原因是因为对于电路的分析不清楚，我只有接着查找资料，结合老师所将知识，慢慢的一点点的明白计算，最终才算是有些明白。

然而在使用软件进行仿真时有些三极管找不到，就是用了理想化的模型进行了代替，致使在仿真的过程中修改了一些电阻的阻值，使电路正常工作。

当然这次课程设计也教会了我许多，首先它将我平时的所学结合在一起，有了一个系统的框架，然后再去补充这个框架的内容，使我有了一个课程设计的基本方向和目的，不至于太过盲目；其次也锻炼了我查阅资料的能力，以及对有用资料的筛选能力；再者通过跟同学们的讨论研究，我懂得了合作的重要性。

课程设计是一项很能锻炼人的实践，虽然它看起来充满着困难，但是不管怎么样我们都得敢于去挑战，以后还有毕业设计，这将是一次更大的考验，不管是从设计原则，设计思路以及报告格式还有心理上来说都是一次很好的锻炼。

八、参考文献

[1]曹才开.高频电子线路原理与实践.湖南：中南大学出版社.2010

[2]康光华.电子技术基础.模拟部分(第五版).北京：高等教育出版社.2006

[3]谢自美.电子线路设计.实验.测试(第三版).武汉：华中科技大学出版社.2000

[4]王尧.电子线路实验. 南京：东南大学出版社.2000.

[5]曾兴雯.高频电路原理与分析.西安：西安电子科技大学出版社.2002.

[6]李新平.实用电子仿真技术.北京：机械工业出版社.2003

附录一：系统总电路图

附录二：系统元件清单