2013最新版小功率调幅发射机的设计

电子线路课程设计总结报告

学生姓名：王翠红

学号： 108005

专业：电子信息工程

班级：电子C102

报告成绩：

评阅时间：

教师签字：

河北工业大学信息学院

2013年3月

课题名称：小功率调幅发射机理论设计

王翠红

电子C102 108005

摘要

小功率调幅发射机具有实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单的优点，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得到了广泛应用。本次课程设计采用PROTEl99SE软件对小功率条幅发射机电路进行设计与绘制，从理论上对电路进行分析，选择适合的元器件，设计出满足技术指标的小功率调幅发射机。此设计思路为将调幅发射机分成本机震荡、高频放大、缓冲、振幅调制、高频功放等几个个部分。低频信号采用音频放大器对调制信号进行放大，以便对高频末级功率放大器进行调制；高频部分包括主振荡器、缓冲放大、末级功放三部分，主振器采用频率稳定度高的石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响，经过音频放大后的信号在高频部分的末级功放实现对载波信号的调幅。

关键词：晶体振荡器，振幅调制

一、设计内容及要求

1.1 内容：

本次课程设计内容为小功率振幅发射机的设计

1.2技术指标：

载波频率：f0 =10MHZ，载波频率稳定度不低于10-3；

输出负载：RL=50Ω；

总的输出功率：500mW≥PA≥200mW；

调幅系数平均值：ma≥30%，单音调制ma≥80%；

调制频率：f = 20Hz～10kHz；

输出信号带宽：BW=9kHz （双边带）

残波辐射：不要求

二、方案选择及系统框图

2.1方案论证与比较

（1）本级振荡模块

方案一：RC正弦波振荡器。其中RC振荡电路是用电阻与电容器组成的，因此并无调谐电路。所以不能够抑制高谐波的产生，不适于当做高频的振荡电路。

方案二：石英晶体振荡器。石英晶体振荡器具有很高的稳定度，可高达10-4~10-11量级。频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器。

方案三：三点式LC正弦波振荡器。三点式振荡电路有电容三点式和电感三点式之分。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。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。LC回路由于受到标准性和品质因数的限制，其频率稳定度只能达到10-4量级。

因此，作为高频的振荡电路通常使用的是LC振荡电路或晶体振荡电路。与LC回路相比，技术指标要

求频率稳定度不低于10-3

，因此LC 振荡器与晶体振荡器均符合要求。本设计选用晶体振荡电路。

（2）缓冲隔离电路

为了减小调制电路对主振荡电路的影响，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。缓冲隔离级电路如下：

（3）音频振荡模块

方案一：电容三点式LC 正弦波振荡器 方案二：石英晶体振荡器 方案三：RC 正弦波振荡器

音频振荡部分频率大概在1KHz 左右，石英晶体振荡器提供的频率过高，用LC 或RC 正弦振荡器都可实现音频振荡部分的功能，与LC 振荡电路相比，

RC 振荡电路具有电路简单、参数计算容易的特点，因此音频部分采用RC 振荡电路。 （4）振幅调制模块

方案一：二极管平衡电路。在电路中为减少无用组合频率分量，应使二极管工作在大信号状态，即控制电压的信号（载波信号的电压）的幅值至少应大于0.5V 以上。

方案二： MC1496模拟相乘器的核心电路是差分对模拟相乘器，实现调幅和同步检波。MC1496线性区和饱和区的临界点在15~20mV 左右，仅当输入信号电压均小于26mV 时，器件才有理想的相乘作用，否则电压中会出现较大的非线性误差。在2、3引脚之间接入1k Ω反馈电阻，可扩大调制信号的输入线性动态范围，满足设计需要。

由于MC1496模拟相乘器混频输出电流频谱纯净，组合频率分量少，允许输入信号动态范围较大，有利于减少交调和互调失真，因此选用MC1496芯片。 2.2

调制信号

图2-2系统框图

图2-1 缓冲隔离级电路

三、单元电路设计、参数计算和器件选择

3.1单元电路设计

调幅发射机是由本级振荡电路、缓冲级，振幅调制电路，高频功率放大，音频放大电路等电路组成。

3.1．1、本级振荡电路

图3-1本级振荡电路图

本级振荡电路采用改进型晶体振荡电路（克拉伯振荡电路），振荡频率由晶振决定，为6MHz，三极管的静态工作点由RP0控制，集电极电流ICQ，一般取0.5mA～4mA,ICQ过大会产生高次谐波，导致输出波形失真。调节RP1可使输出波形失真较小、波形较清晰，RP2用来调节本振信号的幅值，以便得到适当幅值的本振信号作为载波。

3.1.2、振幅调制级电路

图3-2调制级电路图

振幅调制级电路使用MC1496模拟相乘器进行调制，C21、C22使本振信号和音频信号振幅衰减，均小于26mV，这样MC1496芯片才能不失真调制。电阻RE可提高音频信号变化的线性度。RP3用来调节调制系数Ma。

3.1.3、功率放大电路

图3-3 功率放大级电路图

功放电路由三部分组成：缓冲级、激励级、功放级。缓冲级为射极跟随器，主要起缓冲和滤波的作用，使输出的调幅信号较为清晰，由于MC1496相乘器输出的电压非常小，不满足功放级的要求，因此须接激励级，然后再连接到功放级。双联电容通过调节输出电压，使输出功率达到最大，可调节范围比较小。

3.1.4、音频放大电路

图3-4 音频放大电路图

该部分为音频振荡部分，可使用音频振荡电路，也可通过话筒输入，使用音频振荡部分时，将JP6短路，话筒不接信号。调节R11可使振荡电路谐振，振荡频率在4.5KHz 左右。RP4可调节放大倍数，使音频信号放大2~3倍，RP5用来调节音频信号的幅度。

3.2、器件选择及参数计算

3.2.1、本振级部分

三极管发射极的电流一般在0.5~4mA 左右才能正常工作，不出现较大失真。偏置电阻R4、R5分压，使三极管的基极偏置电压为7V 左右，发射极与基极近似相等，固选择1K 电阻和1K 电位器，即可使发射极电流不至于过大而失真。

设晶体管β=60，I cq =2mA ，cc eq V V )3

1

~21(

，由三极管的回路计算方法可推算出 R 1=150k Ω，R 2=100Ω，R 3=3k Ω。 3.2.2、音频放大部分 RC 振荡电路振荡频率为

fosc=1/(2πRC)

要求输出信号为双边带信号，信号带宽9KHz ，因此fosc 应取4.5KHz 左右，才能达到设计要求。

令

R=7K Ω，C=0.005uF

由此可得出计算出振荡频率为4.5KHz 左右，能够达到设计要求。

四、整体电路设计及工作原理

4.1、调幅发射机整体电路设计

图4-1 整体电路图

4.2、工作原理

整机电路由本地振荡器、音频放大器、振幅调制电路和功率放大电路组合而成。本地振荡器输出6ＭＨｚ载波信号，可通过本地振荡模块调节载波信号幅值；音频放大器输出调制信号，两者通过振幅调制电路进行模拟相乘得到调制后的信号，即高频信号振幅随调制信号变化而变化，将调制信号由低频段搬移到高频段；然后再经过功率放大器进行功率放大，发射出去，从而达到远距离传输的目的。

六、电路设计总结

通过本次设计小功率调幅发射机电路，复习了以前学过的高频电子线路的理论知识，加深了对高频电子线路的理解。掌握了电子线路设计的一般过程，将小功率调幅发射机电路分成若干功能模块，逐级进行设计。

该电路采用模块化设计方式，将各功能模块分级设计，从而将复杂的问题简单化。逐级设计另一大好处就是层次清晰，思路明确，便于检测与修正。

但是，该电路也存在串扰的问题。各功能模块不能互相屏蔽，容易产生干扰，从而影响电路功能的实现，在以后的逐级测试过程中则显示出了这种存在干扰的问题，是的测试得出的图形及数据与理论值存在一定的误差。

七、参考文献

1 查光明，熊贤祚. 《扩频通信》西安：西安电子科技大学出版社，1990

2 王秉钧等. 《扩频通信》天津：天津大学出版社，1993

3 梅温华，杨义先. 《调频通信地址编码理论》北京：国防工业出版社，1996

4 朱近康. 《CDMA通信技术》北京：人民邮电出版社，2001.

5 竺南直，肖辉，刘景波.《码分多址（CDMA）移动通信系统》北京：电子工业出版社，1999

6 沈允春. 《扩谱技术》北京：国防工业出版社，1995

7 [美]A，J 维特比著.《 CDMA扩频通信原理》李世鹤等译，北京：人民邮电出版社，1997

8 祁玉生，邵世祥. 《现代移动通信系统》北京：人民邮电出版社.，1999

八、收获、体会（另附手写板）

班级：电子C102 姓名：王翠红学号： 108005 同组人：李佳音马荣

课程名称:电子线路课程设计实验室：第一实验室实验时间：20013年3月14—19日实验项目名称：小功率调幅发射机的安装与调试

一、实验目的：

1、熟悉小功率调幅发射机的工作原理，对所学高频电子线路知识加以巩固。

2、熟悉并测试电路元件参数

3、熟悉印刷版与电路、元件的对应关系

4、学会对小功率调幅发射机的整体测试。

5、通过整机装配和调试提高独立分析问题和解决问题的能力。

二、实验内容与原理：

1、实验原理图（见理论设计部分）

2、实验内容:

1)熟悉实验电路原理

2）熟悉并测试电路元件参数

3）熟悉印刷板与电路、元件的对应关系

4）电路焊接、调试

5）测试并记录参数

三、实验器材（设备、元器件、软件工具、平台）：

1、双踪示波器

2、数字万用表

3、函数信号发生器

4、电烙铁及支架、镊子，螺丝刀、焊锡、钳子等

5、直流稳压电源

四、实验步骤：

1、分析电路原理图

电路分四个部分：本级振荡电路部分、音频振荡信号部分、振幅调制电路部分、功率放大电路部分。

1）本地振荡电路采用6MHz晶体振荡电路，晶振等效为电感，构成电容三点式振荡电路，振荡电路后面接推动级，一方面起隔离缓冲作用，还把高频信号加以放大。

2）音频振荡部分采用RC振荡电路，由同相集成运算放大器与串并联选频电路组成。

3）振幅调制电路由集成模拟乘法器MC1496构成，RP3用来调节振幅调制系数，经缓冲级放大。乘法器可实现调幅和同步检波，该电路的缺点是输出功率小。后面须接功率放大器才能达到指定的发射功率。

4）功率放大电路部分前一级高频磁环为细线的12:6，后一级的磁环为粗线的6:3。

2、核对器件

3、焊接

焊接方法：从较小、较矮的元件开始焊接，然后再焊接较大的、较高的元件；逐级进行焊接，而且每一级焊接完毕检查无误后立即测试该级的波形图及相关的参数是否在正确的范围之内，若有则及时修改电路图，以确保电路整体在正常的工作状态。

焊点要呈光亮的锥形，焊好后逐级检查，避免虚接和短接及元器件的错误焊接。

4、调试电路

电路的装调顺序一般从前级单元电路开始，向后逐级进行。电路的调试顺序为先分级调整单元电路的静态工作点，测量其性能参数，然后再逐级进行联调，直到整机。最后进行整机技术指标测试。

1）晶体振荡器的测试

测晶体振荡器时，应先断开晶振，使振荡器不振荡，再用万用表测三极管的各极电压，VBQ应满足VBQ/(R2+R3)=ICQ=2Ma,若不满足则可以调整Rp0的值，将三极管的静态工作点调试正确后，再接上晶振，测量振荡器的振荡频率和输出电压的幅度，测量时要正确选择测试点，使仪器的输入阻抗大于电路测试点的输出阻抗，在输出端还应接负载电阻RL，RL应与下一级电路的等效输入阻抗相等，若仪器的输入阻抗较高则可选择A点测试，若仪器的输入阻抗较低，则选择B点测试，这时候耦合电容C0的取值为20pF 2）调制级的测试

测调制器电路的静态工作点时，应该使本振信号 VO=0，调制信号VΩ=0，先测MC1496地五脚上的V5，调整R5的值，使V5/R5=I0，然后测量各点静态工作电压，其值应与设计值大致相同，加本振电压VO=140mV，使调制电压VΩ=0，调节RP3使MC1496输出信号为最小值。再加VΩ=220mV,这时测得输出波形应为载波被抑制的双边带波形，再调节RP3使输出波形为ma≥30%的调幅波。

五、实验数据及结果分析

1、静态工作点的测试

2、本级振荡电路输出波形

对JP1进行测试，得出主振荡电路最终输出的经放大了的振荡信号，作为载波信号,如下图：其中该信号的振荡频率为f=6MHz，Vpp=140mv

图1 载波信号

3、音频放大电路输出波形

对JP2进行测试，得出音频放大电路最终输出的音频信号，作为调制信号,如下图：

其中Vpp=220mv

图2 调制信号

4、调幅电路输出波形的测量

连接JP1、JP2，可以分别通过调节RP2、RP4来改变载波与调制信号的幅值，使其能正确调幅；然后用示波器测试Jp3端口，输出为调幅波，如下图；通过调节电位器RP3来改变调幅度，得到实验要求的调幅度：

图3 调幅度为30%输出波形 Vmax=400mv,Vmin=200mv

图4 调幅度为100%时输出的波形 Vmax=400mv

5、功率放大电路输出波形

连接JP1、JP2、JP3、JP4、JP6，用示波器测试JP5端口，输出为经过功率放大后的信号，该信号不理想出现了失真，如下图：

图5 功率放大波形图

六、实验结论：

实验过程中本级振荡信号的波形较清晰准确，频率稳定度高，幅值适中。但是音频信号由于干扰使发生的调制信号不是很稳定，但总体可以达到基本的理论要求，且最后的调制波形图也符合调幅度分别为30%以及100%的要求，说明我们设计制作的小功率调幅发射机可以实现它的基本功能，但是由于元器件及各级之间的干扰使得输出的波形图不是很理想。

七、调试中出现的故障、原因及排除方法

1、在焊接完6MHz载波电路后，用示波器观察JP1处的波形，示波器上不显示任何波形，请来老师后，老师教我们如何正确的调试电路，先用示波器观察T2管的集电极输出正常，再观察C5的右端输出也正确，当观察RP2抽头处时，不显示任何波形，说明问题出在RP2上，最后我们终于明白了，可能是RP2的抽头调到了接地那一端，导致输出总为0，所以才无波形。反方向调RP2，果然出现了正确的波形。

2、在测试1KHz音频信号时，总显示6MHz，其他同学也反应有类似问题，所以没怀疑电路焊错，一直以为是6MHz晶振对其产生了干扰，第二天偶然发现，电路中有根线搭错位置了，重新焊好后，终于出现在正确的频率。

3、在振幅调制器部分，刚开始总不能出现包络，后来明白6MHz载波幅度调到100-120mV，1KHz音频信号调到250-300mV时，容易调出波形，将各振幅调到给定区间后，果然出现了包络，但上下不对称，后经调解电位器得到了理想的波形。

4、在验收时，我们的6MHz的幅度出现了异常，幅度最大只能调到90mV，以前最大能调到900mV的，我思考了一下，可能是示波器的探头打到了X10档，一看果然如此。实验中真是处处需要认真谨慎啊。

八、：(另附手写版)