哈工大通信专业高频课程设计--高频发射机和超外差接收机

高频电子线路课程设计学院：电子与信息工程学院专业班级：姓名：学号:日期：目录高频电子线路课程设计 (1)一问题重述与分析 (3)1.1 调幅发射机分析 (3)1.2 超外差接收机分析 (3)二中波电台发射系统的设计 (4)2.1 模块电路设计与仿真 (4)2.1.1正弦波振荡器及缓冲电路及仿真 (4)2.1.2高频小信号放大电路及仿真 (8)2.1.3.振幅调制电路及仿真 (9)2.1.4功率放大电路及仿真 (11)2.2整体电路设计及仿真 (11)三中波电台接收系统设计 (12)3.1混频器电路及仿真 (12)3.2 检波电路及仿真 (14)3.3 低频功率放大器及仿真 (15)四心得与体会 (17)五参考文献 (18)一：问题重述与分析本次设计中的两个系统，第一个是中波电台发射系统，设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试。

本设计中试用是基本调幅发射机。

第二个是中波电台接收系统，设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。

1.1调幅发射机系统系统框图如下图图一：调幅发射机系统框图本设计将声电变换部分，及其之后的前置放大器，低频放大器都省略，用一个低频的正弦波交流电源表示，输出部分的天线模块也用规定的输出负载代替。

现在结合题目所给性能指标进行分析：载波频率535-1605KHz ，载波频率稳定度不低于10-3：正弦波振荡器产生的正弦波信号频率f为535 KHz到1605KHz，当震荡波形不稳定时，最大波动频率围f 与频率f之比的数量级应该小于10-3。

输出负载51Ω ：输出部分，即电路最终端的输出负载为51Ω。

总的输出功率50mW ：即输出负载上的交流功率，调幅指数30％~80％ ：设A 为调幅波形的峰峰值，B 为谷谷值，则由调幅指数计算公式有100%a A B m A B-=⨯+。

在振幅调制电路中可通过更改调制信号振幅和外加直流电源实现此指标。

调制频率500Hz~10kHz ：调制信号频率，由输入信号的频率来决定。

1.2 超外差调幅接收系统系统框图如下图二天线接收到信号后输入到输入回路进行初步处理，此为输入部分。

输入信号与正弦波振荡器产生的等幅振荡信号经过混频器产生固定频率的中频信号。

经过一系列处理之后由扬声器输出声音。

实际计算中为方便将输出部分视为功率放大电路。

现在结合题目所给性能指标进行分析：载波频率535-1605KHz ：正弦波振荡器产生波形的频率f 为535-1605KHz ，通过有关知识设计电路即可。

中频频率465KHz ：混频器输出信号频率为465KHz ，混频器实际上是将两个输入信号频率进行相减，所以本性能指标说明良品率相减后得到频率为465KHz 的信号。

输出功率0.25W ：输出模块，即低频功率放大器输出功率为0.25W 。

负载电阻8Ω：输入模块的输出电阻，由电路相关知识进行计算可匹配该指标灵敏度1mV ：灵敏度用来表征网络特性对元件参数变化的敏感程度，网络函数H 或网络响应R(统一用T 来表示) 对某元件相关参数p (p 可以是元件参数或影响元件参数的温度、湿度、压力等)变化率称为网络函数对该参数的绝对灵敏度，记作：T H p∂=∂。

在仿真软件中有灵敏度测试，可以直接使用对电路进行分析。

二：中波电台发射系统设计2.1模块电路设计2.1.1可调式正弦波振荡器及缓冲电路设计与仿真已知条件：cc V 取+12V ，晶体管2N2222，150β=，导通电压0.6BZ U V =。

主要技术指标：载波频率535-1605KHz ，载波频率稳定度不低于10-3。

（1）LC 振荡器的设计1.确定电路形式，设置静态工作点在本设计中，由于中心频率0f 不高，而对频率稳定度要求较高。

在我们所学的多种振荡器中，在不要求使用晶体振荡器的情况下，唯有高精度的西勒振荡器满足要求。

所以所需的LC 振荡器按照西勒振荡器设计。

振荡器的静态工作点取1CQ I mA =。

电路图如下：图三：西勒振荡器①估算c R ：c R 的取值对于振荡电路的直流和交流的工作状态都有很大影响，根据经验可得，通常c V 值为（0.6~1）cc V ，所以这里取9c V V =，由此：(129)31cc c c cQ V V V R k I mA--===Ω ②估算e R ：e R 与c R ，还有二极管D 对cc V 分压，其中假设7.5ceQ V U =，可得：(127.5) 4.51cc ceQe c cQ V U V R R k I mA--+===Ω1.5e R k =Ω③估算1b R ，2b R ：为了保证在确定静态工作点的时候能实现直流偏置，可以取120b bQ I I =， 因此： 0.6 2.1b eQ V V V V =+=，/bQ cQ I I =β=6.67μA所以： 12()*b bQ b b I I R V -=，216.5b R k =Ω取标称值216b R k =Ω。

而 212*b b cc b b R V V R R =+，275b R k =Ω 虽然数据都很明确，但在电路仿真时为了防止由元件误差引起的失真，这里使用40k Ω和70k Ω变阻器代替1b R ，变阻器一般接在50%处。

④旁路电容b C 的估算：b C 一般对电路起旁路交流的作用，所以要求在一定频率下电容的阻抗要远小于2b R 。

本设计的工作频率假定为1.6MHz ，此时应该使电容阻抗为几十欧姆一下。

选取标称值0.01b C F =μ，对应容抗满足要求。

2.估计振荡回路元件值假定所需要的频率确定值为1.6MHz，频率计算公式为：0f =荡器而言，当满足13C C >>，23C C >>时，可以认为34C C C ∑=+。

在实验尝试中发现，当C ∑较大时，由电容不稳定引起的频率失真较小，为了得到较好的频率稳定度，假设20L H =μ，则： 2626011495(2)*(2*1.6*10)*20*10C pF f L ππ∑-=== 选取标称值500C pF ∑=。

但在实验尝试中发现，由于电路中其他电阻、电容干扰或是设计时粗略等效的原因，使得当470C pF ∑=时，才能实现中心频率为1.6MHz 的要求。

所以3450C pF =，可变电容420C pF =。

为实现载波频率535-1605KHz 的要求，可变电容可调围设置为0~400pF 。

电容1C ，2C 由反馈系数及电路条件13C C >>，23C C >>决定。

若取11C nF =，F 取18到12，则23C nF =。

（2）射极跟随器的设计为了减弱外加负载对振荡器振荡波形、幅度以及频率的影响，本设计在振荡器后加上射极跟随器作为缓冲器。

射极跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数为1。

1.确定电路形式由于传输信号是高频正弦波，射极跟随器的主要作用在于使自身输入阻抗高，且工作稳定，以增大频率稳定度。

本设计选择固定分压偏置，具有稳定静态工作点的偏置电路。

如下图所示：图四：射极跟随器2.估算元件参数假定2eQ I mA =， 2.4e R k =Ω则： *2*2.4 4.8eQ eQ e V I R V ===4.80.65.4b eQ BZ V V U V =+=+=由150β=，可知/(1)13.3bQ eQ I I A =β+=μ，1*20266b bQ I I A ==μ1124.75cc b b b V V R k I -==Ω 2121.3cc b b b bQV V R k I I -==Ω- 选取125b R k =Ω，222b R k =Ω，取隔直电容0.01c C F =μ，0.01b C F =μ。

所以，总的电路图如下所示：图五：振荡器和射极跟随器仿真电路图运用multisim 软件仿真，得到的波形如下：图六 震荡波形图输出电压为220mv ，频率为1.603MHz 。

经过20组数据的对比，得到频率稳定度低于310-，该仿真电路可行。

2.1.2高频小信号放大电路及仿真在振荡器及射极跟随器之后，应当接一个高频小信号放大电路，将所获得的的正弦波放大。

本实验假定电感，电容，三极管都为理想的元器件，共发射极输入电容ie C =0 ，共发射极输出电容oe C =0。

（1）直流偏置电路的计算：假设1eQ I mA =，2e R k =Ω，则*2eQ e eQ U R I V ==，/(1)1/150 6.67bQ eQ I I mA A =β+==μ170.520*cc BZ eQb bQV U U R k I --==Ω 220.519*BZ eQb bQ U U R k I +==Ω所以，120b R k =Ω，170b R k =Ω。

隔直电容0.01c C F =μ，0.01b C F =μ。

（2）谐振电路的确定因为放大电路的谐振电路的中心频率与振荡器的中心频率是一致的，所以可以直接采用振荡器的谐振网络，数据如下：20L H =μ，3450C pF =，可变电容420C pF =，调节围：0~200pF（3）放大倍数的确定先确定正向电压传导系数fe y ：10.0382626EQfe m I mA y g S mV mV==== 总电导为0oe L g g g g ∑=++。

其中，理想三极管输出电导oe g =0，理想电感的电导值o g =0，谐振电导假设为 1/4k mS Ω=0.25则 00.25oe L g g g g mS ∑=++= 电压放大增益：030.0381520.25*10feu y A g -∑====21.8dB 输出端的隔直电容0.01o C F =μ。

整体电路图如下所示：图七：高频小信号放大器在加上一个有效值为280mV，频率为1.6MHz的正弦波之后，可以发现此时电路的电压增益只有20，与理论值相差很多；当换上一有效值只有28mV的正弦波后，电压增益变大，变为100左右；电压有效值越小，电压增益越接近理论值。

可以得到结论，此电路可用，理论上的电压增益是一个最大值，还要考虑到大信号时电路的失真状况，需要实际操作来获得想要的效果。

2.1.3 振幅调制电路的设计与仿真已知条件：输出负载51Ω，总的输出功率50mW，调幅指数30％~80％。

调制频率500Hz~10kHz。

常见振幅调制有集电极调制，基极调制，模拟乘法器等方式，本设计采用乘法器仿真。

提供的集成乘法器元件有XCC，MC1496.但在multisim软件仿真中没有所要求的型号，所以用软件中所提供的MULTIPLIER元件代替，下面是乘法器的原理图：图八；乘法器部结构原理图其中,x y V V 为输入，0V 为输出，上下接直流电源。

令x V 为载波信号输入（连接高频小信号电路输出），y V 为调制信号输入（外加输入）。