调幅发射机

目录

一、设计总体思路，基本原理和框图 (2)

二、单元电路设计分析 (4)

1、本机振荡 (4)

2、倍频电路 (5)

3、缓冲电路 (6)

4、音频放大电路 (6)

5、调制电路 (7)

6、高频功率放大 (10)

四、附录 (13)

五、整机原理图 (14)

六、总结与体会 (15)

七、参考文献 (16)

一、设计总体思路，基本原理和框图

1. 调幅发射机系统设计

通信系统中的发送设备是将信息发送者送来的非电量原始信息（信源）如语音、文字和图像等转变成电信号，再把信号处理成适合于信道传输的信号形式送至信道。信源信号在通信系统中称为基带信号。基带信号是频谱在零频附近的宽带信号，这种信号一般具有从零频开始的较宽的频谱，而且在频谱的低端分布较大的能量，所以称为基带信号，这种信号不宜直接在信道中传输。如果将消息信号对频率较高的载波进行调制，就能使信号的频谱搬移到适合信道的频率范围内进行传输。例如声音基带信号的频率范围是20Hz～20kHz，这样的基带信号是不能在无线信道上传输的。即使在某些可以传输直流的有限信道上，为了提高信道的通信容量，基带信号的传输方式也很少采用。

一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。

在通信系统中，调制有三个主要作用：1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2调制的另一个重要作用是实现信道复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，以提高信道容量；3调制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。

而所谓振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。

由于发射功率小，一级末级功放就能达到要求。本设计的末级功放采用串联馈电方式，电源靠近的一端杂散电容小，可减小对谐振回路的影响，使电路稳定工作。为了有较高的效率，可采用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类一级放大的状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。

通信系统中的发送设备若采用调幅方式则称为调幅发射机，一般调幅发射机的组成框图如图所示，工作原理是：本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲倍频送至振幅调制电路；话音放大电路将低频信号（例如语音信号）放大至足够的电压送到振幅调制电路；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

4的载波频率。

本机振荡：产生频率为MHz

缓冲：将振荡级与调制级隔离，减小调制级对振荡级的影响；将功率放大级与调制级隔离，减少功率放大级对调制级的影响。

倍频：将频率较低的信号通过倍频变换成频率较高的信号。

调制级：将低频信号调制到载波上产生调幅信号。

高频功率放大：就是将信号功率放大到要求所需要的大小（500mw）

输出匹配网络：高效率输出所需功率。

二．单元电路设计分析

1、本机震荡

本机振荡电路的输出是发射机的载波信号，它要求的振荡频率应十分稳定，一般的LC 振荡电路，其频率稳定度约为3210~10--，晶体振荡电路的Q 值可高达数万，其频率稳定度可达6510~10--。因此，本实验给出的振荡电路采用4MHz 晶体振荡器。

2、缓冲电路：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，如图1-1所示。

一般取CC CEQ V V 2

1=，()mA I CQ 10~3=，对于图示电路，若取Vc EQ =6V ，I CEQ =4mA ，则

Ω==+5.121CQ EQ E E I V R R

取Ω=k R EQ 1电阻，Ω=k R E 12电位器

()Ω=+-==k I V V V I V R CQ BE CEQ CC BQ

BQ

B 1010102β Ω=-=k R V V V R B BQ

CC B 9.721

根据宽带功率放大器中已计算出功率激励级的输出阻抗为325Ω，即射极跟随器的负载电阻Ω=325L R ，则射极跟随器的输入电阻为

Ω==k R R R L B i 6.3//'

'β

输入电压 V R P V i i i 1.2==

3、倍频电路

倍频电路采用1496MC 模拟乘法器电路，只需将两个信号输入端接入同一载波信号即可。同时输入电压为5mv ，各级输入的电压和功率如上框图表示。由于调制电路也采用1496MC 模拟乘法器电路，所以1496MC 的具体应用将在调制级介绍。

4、音频放大电路

如下图1-2所示的音频放大电路，采用UA741运算放大器对由话筒或CK 插座输入的语音信号进行不失真的放大。各种元件的具体参数在图中有标明。

图1-2 音频放大电路原理图

音频放大电路仿真的输出波形如下图1-3所示，可以看出语音信号被很好的放大了。

图1-3 仿真的音频输出波形

由电路图可以得出Vo=A*V3 可得出放大增益A=200Vo=1V

5、调制电路

设调制信号为()t f ，其平均值______

)(t f =0。f(t)叠加直流0A 后对载波的幅度进行调制，就形成了常规调幅信号，也称为标准调幅信号或完全调幅信号，其时间波形表达式为 ()[]()C C AM t t f A t S θω++=cos )(0

式中C ω为载波信号的角频率，C θ为载波信号的起始相位（通常取C θ=0）。 设调制信号()()t A t f m m ωcos =，则调幅信号为

()[]()t t A t S t m AM AM ωωβcos cos 1)(0+=

由时间波形可知，当满足条件10

≤=A A m AM β时，已调信号的包络与调制信号成正比，用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号；当10

>=A A m AM β就会出现过调幅现象。1=AM β时则为满调幅。在实际系统中，通常取AM β在30%~60%之间。

当AM β（即m ）分别等于1，小于1，大于1时,调幅的波形如下所示。

由上述分析可知，振幅调制信号就是载波与调制信号相乘所产生的。由于两个信号都是模拟信号，所以需要使用模拟乘法器完成这一过程。

MC模拟乘法器是一种能完成两个模拟量的相乘的电子元件，下1496

图1-4则为MC1496内部电路图。

图1-4

高频电子线路中的振幅调制就是载波和调制信号相乘的过程

MC构成的振幅调制电路如下图1-5所示。

1496

图1-5

其中，载波信号C V 经高频耦合电容2C 从⑩脚x V 端输入，3C 为高频旁路电容，使⑧脚交流接地；调制信号ΩV 经低频耦合电容1C 从①脚y V 端输入，4C 为低频旁路电容，使④脚接地。调制信号0V 从脚单端输出。采用双电源供电，所以⑤脚的偏置电阻5R 接地，静态偏置电流5I 或0I 为

mA R V

V I I EE 15007.0505=Ω+--==

脚②与③间接入负反馈电阻E R ，以扩展调制信号ΩV 的线性动态范围，E R 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。

电阻6R 、7R 、8R 及1C R 、2C R 提供静态偏置电压。保证乘法器内部各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足

108V V =，41V V =，126V V =

()()()??

???≤-≤≤-≤≤-≤V V V V V V V V V V V V 157.2157.2152511886

1R 、2R 与电位器RP 组成平衡调节电路，改变RP 的值可以改变调幅系数。

5．高频功率放大

高频功率放大电路由宽带功放和丙类功放两级组成。

丙类谐振功率放大器是利用选频网络作为负载回路的功率放大器。如图所。

下面所介绍的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性。

功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。

（1）.集电极电源CC V 提供的直流功率 CC CC I V P ==

式中I c0为余弦脉冲的直流分量 ()C cM C I I θα00= 式中cM I 为余弦脉冲的最大值；()C θα0为余弦脉冲的直流分解系数。

bm bb bz C U V U θ-=arccos

式中bz U 为晶体管的导通电压；bb V 为晶体管的基极偏置；bm U 为功率放大器的激励电压振幅。

（2）.集电极输出基波功率 P

cm P m c m c cm R U = R I = I = U P 221102121 式中：cm U 为集电极输出电压振幅；m c I 1为余弦电流脉冲的基波分量；P R 为谐振电阻。

()c cM m c I I θα11= P m c cm R I U 1=

（3）.集电极效率ηc c η=

=P P 0=012c cc m c cm I V I U =21ξ)(θα)(θαc c 01 式中：ξ=cc

cm V U 为集电极电压利用系数；()c θα1为余弦脉冲的基波分解系数。 （4）、偏置电路

如图是三种常用的电路，图一是利用基级电流在基区扩展电阻bb R 上的降压作为偏置电压。

丙放工作状态计算

6．匹配网络

LC 选频匹配网络有倒L 型、T 型、π型等几种不同组成形式，其中倒L 型是基本形式。现以倒L 型为例，说明其选频匹配原理。

1R =S R =22)

1(1R Q e + 11

2-=R R Q 1

21222R R R R Q R X e -==

1X =S X =e Q 1R =)(121R R R 由上述计算可知，采用这种电路可以在谐振频率处减小负载电阻的等效值。

四．附录

3DG100三极管

5个 3DG130三极管 5个 电阻

32个 MC1496芯片 2片 滑动变阻器

3个 UA741放大器 1个 电容

25个 天线 1根 电感

3个 电源 若干 高频扼流圈

2个 NXO-10磁环 一个 变压器

2个 UA741

一个

五、整机原理图

两个4MHz晶振通过MC1496模拟乘法电路倍频得到8MHz频率，然后载波震荡和调制信号通过MC1496模拟乘法器得到调制后的信号，最后在进行功率放大，和匹配网络输出，发出信号

六、总结与体会

高频电子线路是上学期我们学习的课程中最难的，它涵盖了电子技术基础中的模拟电子和电路理论中的电路分析，最重要的是它还包括了通信技术。通过这两周的课程设计让我深深体会高频电子线路的抽象！同时也看到了它的实用价值和潜在的价值！对于课程设计刚开始的时候不知道何从下手，因为高频点电子线路我学的很差，只能勉强应付考试，因此这个课程设计也就变得很棘手了。但是没办法，我只有尽最大的努力去熟悉这次课程设计任务——条幅发射机的设计。查阅资料，上网看各种例子，向同学请教，真的是君子无所不用极致！同时我想这也是我们现代大学生应该具备的基本素质。

条幅发射机的设计我觉得有几个难点，第一是在使用4MHz的晶振作为本机震荡的时候要倍频，然后有个功率放大，各级间的放大倍数是一个比较头痛的难题。第二是载波震荡和调制信号的相乘然后得到的调制信号作为最后的信号输入，至于那个模拟乘法器电路很难理解！第三，就是最后的功率放大和匹配网路中的各种数据和静态点Q值很那算出来。最后就是各部分的仿真也是一大难点。

虽然这次课程设计我们小组一起配合完成了任务，但是我觉得我越来越搞糊涂了，貌似高频电子线路更复杂了。对于其他的同学也会有很多体验和收获。对如大家又重新捡起了上个学期的高频电子线路这本书和实验书。以前对书上的知识的记忆，有些纯粹是为了应付期末考试没有深入太多。而现在经过了这次课程设计之后，让大家明白了一些东西，感觉在高频这一块儿充实了很多。我想这对于大家以后肯定是有帮助的，尤其是我们现在正在学习的学科，这一定会帮助很大。

我觉得很多同学在这一方面和我一样都很薄弱。老师也有讲过高频是一门很难的学科，关系我们电信专业学科的基础。也会有一些同学在这方面很有天赋。有的时候会很羡慕他们作设计犹如如鱼得水般的顺利。后悔曾经没有好好去学，本来注定自己的节奏就要比别人慢半拍，但总是后知后觉不提早加快脚步，以至现在的差距越来越大。

我并没有像其他同学一样感觉到课程设计会带来多少快乐，我只是感觉每一天都生活在紧张中，但是在完成任务的时候还是很有成就感的。每当遇到问题我们经常会一起讨论，组员会经常一起来研究商讨，我也会经常到他那去研究求索。而且重要的是我得到了很多。

实习结束了，并不代表着我们掌握了。我想如果想在设计电路这一块有所作为，单单这些是远远不够的，我们这个课题只是纯软件上的东西，有的组还用到了硬件，所以要看好多书、程序，完善自己的知识积累和思

维方式。

在老师的帮助和指导下我们完成了点频调幅发射机，还要值得说的一点是，在老师的严格要求下，通过这次课程设计也让我更好的掌握了protel软件，在此，非常感谢我们的老师，他的每一个指点都是难点，让我们更快的得出结果。我相信只要自己能认真学好本专业的每门课程，这对我们毕业后找工作时很好的。最后通过这次课程设计，我明白了应该脚踏实地认真学好每一门专业课程，不能厚此薄彼，只有这样才能为你以后的发展打下一个坚实的基础。更好提升！！！

七．参考文献

1、张肃文主编.高频电子线路，（第3版），高等教育出版社。

2、谢自美主编，电子线路设计.实验.测试，华中理工大学出版社。。

3、高吉祥主编，高频电子线路，电子工业出版社。

4、杨翠娥主编，高频电子线路实验与课程设计，哈尔滨工程大学出版社。