哈工大高頻課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告（結(jié)題）題目：中波電臺(tái)發(fā)射和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)電子信息工程_學(xué)生 _XXX _學(xué)號(hào)11305201XX_授課教師趙雅琴 _日期2015-05-24 _哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制目錄一、仿真軟件介紹 .1二、中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求.12.2系統(tǒng)框圖 .12.3各模塊設(shè)計(jì)與仿真 .22.3.1主振蕩器設(shè)計(jì)與仿真.22.3.2緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真 .32.3.3高頻小信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真 .52.3.4振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真 .62.3.5高頻功率放大器與仿真 .82.3.6聯(lián)合仿真 .9三、中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求.103.2 系統(tǒng)框圖.113.3各模塊設(shè)計(jì)與仿

2、真 .113.3.1混頻電路設(shè)計(jì)與仿真 .113.3.2中頻放大電路設(shè)計(jì)與仿真 .133.3.3二極管包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)與仿真 .143.3.4低頻小信號(hào)電壓放大器 .16四、 總結(jié)與心得體會(huì) .17五、 參考資料 .17亠、仿真軟件介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于 板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語 言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理 圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)

3、和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。二、中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHZ載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負(fù)載51 Q，總 的輸出功率50m，調(diào)幅指數(shù)30% 80%。調(diào)制頻率500Hz10kHz本設(shè)計(jì)可提供的器件如下（也可以選擇其他元器件來替代），參數(shù)請(qǐng)查詢芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。 高頻小功率晶體管3DG6高頻小功率晶體管3DG12集成模擬乘法器XCC, MC1496咼頻磁環(huán)NX0-100運(yùn)算放大器卩A74l集成振蕩電路E164832.2系統(tǒng)框圖發(fā)射機(jī)包括三個(gè)部分：高頻部分，低頻部分和電源部分。高頻部分

4、一般包括主振器、緩沖器、高頻小信號(hào)放大器、振幅調(diào)制電路、高頻功率放大 器。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。主振器里比較穩(wěn)定的是西勒振蕩器，再在后面 接一個(gè)射極跟隨器來減小級(jí)間影響。發(fā)射主振器匸A（緩沖器*A器半*玉幅 1 調(diào)制器ff- 、高碩功率 放大器低頻信號(hào)圖1：發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)框圖1 / 19容方便調(diào)節(jié)。由于穩(wěn)定性的要求，C4要比C2和C3小許多，那么設(shè)C2=2000pF,C3=1000pF,C4=300pF,由公式可得 C5=144.913pF。2.3各模塊設(shè)計(jì)與仿真2.3.1主振蕩器設(shè)計(jì)與仿真主振級(jí)是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小 的高頻正弦波信號(hào)作

5、為載波信且主振器就是高頻振蕩器，根據(jù)載波頻率的高低，頻率穩(wěn)定度來確定電路型式。該電路通 常采用晶體管LC正弦波振蕩器。常用的正弦波振蕩器包括電容三點(diǎn)式振蕩器即克拉潑振 蕩器、西勒振蕩器。本級(jí)是用來產(chǎn)生1MHz左右的高頻振蕩載波信號(hào)，由于整個(gè)發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度由主振 級(jí)決定，因此要求主振級(jí)有較高的頻率穩(wěn)定度，同時(shí)也要有一定的振蕩功率，其輸出波形 失真較小。為此，這里我采用西勒振蕩電路，可以滿足要求。電路圖如下：ksKrt/ f. -5- n/ :. 2 X 斑G M岸如毗d Xtix- .2I 葉UCL DIFR4ft5Ikfl各參數(shù)計(jì)算:直流電路分析：設(shè)直流電源Vcc為12V。主振電路應(yīng)具有合

6、適的靜態(tài)工作點(diǎn)，若靜態(tài)工 作點(diǎn)較低，正反饋較強(qiáng)則管子容易進(jìn)入乙類，丙類放大狀態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)較高，則容易在 振蕩部分周期內(nèi)進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生失真。為此，我們將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在遠(yuǎn)離飽和區(qū)，靠 近截止區(qū)的位置。設(shè) R4=3kQ，R3=6k Q，由公式 U BQ b1 ?Vcc ，UBQ=4V。因?yàn)?UBE=0.7V，Rbl Rb2UEQ=3.3V。設(shè) R2=2.5k Q， IEQ =1.32mA。由公式 Re= UBQ UBE，設(shè) UCEQ=0.7V，則1 EQR1=8V/1.32mA=6.06k Q。西勒電路中，L、CE需要諧振于f。，現(xiàn)設(shè)振蕩頻率為1.2MHZ,設(shè)L=50卩F,則由254pF。其中

7、 CC2C3C4C3C4C2C3 C2C4C5。我們將C5設(shè)成可調(diào)電2 / 19仿真結(jié)果如下:高頻載波波形圖V: 577 -TV吶：1.47 V 氏EJ: 525 rr V Y S5 EVI; W.4 3 Ip): 2兀 A IfMis: 713 IA萱呈：l.M討Hr插入探針后的數(shù)據(jù)如下，基本穩(wěn)定在 1.2MHZ穩(wěn)定度大于千分之一，滿足頻率穩(wěn)定 度要求。2.3.2緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真為了減少后級(jí)對(duì)主振級(jí)振蕩電路振蕩頻率的影響，采用緩沖級(jí)。它的輸入阻抗高，對(duì)前 級(jí)電路影響小，可以作為多級(jí)放大器的第一級(jí)；輸出阻抗低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以作為多 級(jí)放大器的輸出級(jí)；由于它的前面兩個(gè)特點(diǎn)，可以在多級(jí)放大器

8、里做緩沖級(jí)。電路圖如下：3 / 19緩沖級(jí)電路參數(shù)計(jì)算過程如下：這里的靜態(tài)工作點(diǎn)的射極與本振器相同，電阻和電壓的設(shè)置使工作在放大狀態(tài)不失真即可?，F(xiàn)選擇 R6=1kQ, R7=8kQ, R8=2kQ。與主振器相連后，仿真結(jié)果如下：緩沖級(jí)波形圖V:嗎立mV1.22 V443 ITVV(dc):rrVI:OA1.22 pAI(nns): Q A0 A霍式123 W七由仿真結(jié)果可得，波形無明顯失真，滿足技術(shù)指標(biāo)。Vrms變成了 443mV，略減小了4 / 19233咼頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)與仿真在經(jīng)過緩沖級(jí)后，載波的電壓和電流值都較小，所以需要通過高頻小信號(hào)放大電路進(jìn)行 放大。電路圖如下：參數(shù)計(jì)算過程如

9、下：靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)在放大區(qū)，且要使整個(gè)過程在放大區(qū)內(nèi)。設(shè)R5=2kQ, R3=1kQ，所以Ub 4V，UEQ=3.3V,設(shè) R2=10kQ，得 lBQ=0.33mA.由選頻電路中心頻率為 f。1.2MHz，1設(shè)L1=50卩F，由f0- 得C 351.8 pF，同樣為了調(diào)節(jié)方便，將電容改為可變電容。2 TLc取一個(gè)負(fù)載電阻Rp=20kQ。仿真過程如下：高頻小信號(hào)放大電路fit5 / 19高頻小信號(hào)放大電路波形圖與載波波形圖6 / 19從示波器示數(shù)可知，波形無失真，且起到了電壓放大作用。由探針數(shù)據(jù)可知，輸入信號(hào)f仁458mV 輸出信號(hào) f2=4.02V，Au0= f2/f仁8.78=9.44db。2

10、.3.4振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真-V: +23- mJ:79閃：左9 Wmc： +5S mV 比銳：150 uV 1:0 A lip巧：12SDA:10Tfi:0 A-Hdc： :0A 如：:20 4-2V：-5.10 V wrt： 11.v 蹌斶：斗JOE” 就亡0-30耳 15.1JO3A Id ： LL4 “ 100：+JtEp dc):0 A 七左：:iOM4：振幅調(diào)制我們用比較簡(jiǎn)單的乘法器調(diào)制。電路圖如下:fraAfraA-te-te mlml w w d d 7 T-T- 1 1 JiJi 峻設(shè)直流電源為2V,調(diào)制信號(hào)設(shè)為有效值1V,頻率為10KHz，載波是上一級(jí)的輸出(Vrms=

11、4V f=1.2MKZ)。取負(fù)載電阻R仁51 Q (去滿足發(fā)射器輸出阻抗的調(diào)節(jié)，若輸出 功率滿足，就可以直接輸出)。仿真過程如下：7 / 19用agile nt示波器的光標(biāo)，可得 Vmmax=2.28, Vmmi n=0.41，其調(diào)制指數(shù)為V: 245 n-vVp): 333 VVnrs): 373 mV30.1 dV I: 2 mA13-pi: 53 mA Irrraj: 17.1 mA 瓦de): 5 nA 蘭壬：IQ MHi由探針示數(shù)得 RL Vrms873V51.05RL，I rms 17.1 mAP Vrms I rms 873mV 17.1mA14.9283mW，功率比要求，所以需

12、要高頻功率放大電路。T1 不帚|時(shí)回力17了 msAB Aaw B囹兩科1?皿a、T2-T10,000 a0 JOC V懷逹，so db3iv劃償1刻竝：s vrtnv71.A |E犧位【飢蠟：。丫啊1圧詣器注0丫恤儉移c槁h o水豐=0V匕替癱気|匕膽|宓韻1 u L曲.(丸充i| p 蚯J【單決|踴H自功區(qū)，Vm max Vm min maVm max Vm min73%，在要求范圍內(nèi)| ilk |mi _ HMA _血汨匕 _加盤乘法器仿真結(jié)果8 / 19235高頻功率放大器的設(shè)計(jì)與仿真高頻功率放大電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可按教科書上的設(shè)計(jì) 電路圖如下：參數(shù)計(jì)算過程如下:1諧振選頻部分，取C3

13、=50y F,由f0 1 ，可得L1=351.8pH。電源是調(diào)制電源,2 TLc參數(shù)為振幅調(diào)制器的輸出信號(hào)參數(shù)。仿真結(jié)果如下：高頻功率放大電路波形圖9 / 19V: 135 VWHO： 237 V Vrrrrs）: 159 V V（dc；i： -533 JVI: -M.6 mAIg咆I： 562 TA I：nn町：312 mA Ude）: -lfljfi uA C=： 1-M M4i波形無失真，P=Vrms*lrms=49.767mW，滿足要求236聯(lián)合仿真總電路圖如下：仿真過程如下:10 / 19聯(lián)合仿真波形圖V: *1.77 V V：p-p): 15 V W(rffls): LJM V15

14、2 uVI： -ME mATAM：工M TA UrrTTsj: 32.1 TT4T兇：二齊5 席巫：1,20 MP=Vrmslrms=52.644mW波形滿足要求，且功率基本滿足要求。三、中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。任務(wù)：AM調(diào)幅接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率 535-1605KHz中頻頻率465KHz 輸出功率0.25W,負(fù)載電阻8Q,靈敏度1mV本設(shè)計(jì)可提供的器件如下（也可以選擇其他元器件來替代），參數(shù)請(qǐng)查詢芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。 晶體三極管3DG6晶體二極管2AP9集成模擬乘法器xCC, MC1496中周10A型單片調(diào)幅接收集

15、成電路TA7641BP3.2系統(tǒng)框圖接收機(jī)主要由輸入電路、混頻電路、中放電路、檢波電路、低頻放大電路、功率放大電 路等組成。其系統(tǒng)框圖見下：11 / 19接收機(jī)系統(tǒng)框圖AM信號(hào)輸入系統(tǒng)后，經(jīng)過混頻器和本地載波混頻后產(chǎn)生465kHz的中頻調(diào)幅信號(hào)，中頻信號(hào)進(jìn)入中頻濾波器取出中頻波段信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入中頻電壓放大器，經(jīng)中頻放大電壓到 0.5V以上進(jìn)入檢波器進(jìn)行檢波，輸出調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過低頻功放最好輸出。各部分功能：高頻放大：高頻放大器是用來放大高頻信號(hào)的器件（在接收機(jī)中，高放所放大的對(duì)象是 已調(diào)信號(hào)，它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量）。根據(jù)高放的對(duì)象是載頻信號(hào)這一情況，一般 采用管子做放大器件，而且并

16、聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號(hào)諧振在信號(hào)載頻將從天線上接 受到的微弱高頻信號(hào)進(jìn)行放大?；祛l：將放大后的咼頻信號(hào)與本地振蕩的信號(hào)進(jìn)行混頻，是原咼頻信號(hào)包絡(luò)不變但是頻率變?yōu)?65kHzo中放：將變頻后的信號(hào)進(jìn)行放大便于以后的檢波。檢波：利用MC1496S行檢波，將原基帶信號(hào)還原出來。前置低放：將還原出來的音頻信號(hào)進(jìn)行電壓、功率放大，使其能推動(dòng)揚(yáng)聲器工作。3.3分模塊設(shè)計(jì)3.3.1混頻電路設(shè)計(jì)與仿真混頻器的作用是將調(diào)幅的高頻信號(hào)變成調(diào)幅的中頻信號(hào)。完成這個(gè)任務(wù)它需要三個(gè)部 分：第一，一個(gè)能夠產(chǎn)生比外來信號(hào)頻率高或低 465kHz的本機(jī)振蕩；第二，能夠?qū)⑼鈦?信號(hào)和本級(jí)振蕩信號(hào)混合在一起而產(chǎn)生中頻信號(hào)的混

17、頻電路；第三，能夠?qū)?465kHz的中 頻信號(hào)從混頻電路中選出來的選頻電路。12 / 19混頻電路圖參數(shù)計(jì)算過程如下:中頻頻率465kHz，設(shè)。由于輸入信號(hào)為1.2MHz，所以本地震蕩頻率為735KHz。設(shè)本 地振蕩的頻率為1V，接收的信號(hào)要由實(shí)際傳輸遙遠(yuǎn)損耗大電壓很小，設(shè)為 5mAo FI為 465kHz，所以L1與C2諧振與465kHz。取L=50V卩H，可計(jì)算的C2=2342.96pF。選通頻R帶為200kHz，由于B ，可得R=10Q。L仿真波形如下:混頻電路波形圖Vt mVv( (p-p) )i lasV( rims)! i-76 mV W(dc)： 651 nV 1： Ml 5I(

18、p-p)i L占 mA ifrrrts); 276 uA (ek)i E.l PA 新;E :紙?zhí)杒H2II tl tl B I3.3.2中頻放大電路設(shè)計(jì)與仿真中頻放大器的主要作用是將混頻器中輸出的 465kHz的中頻信號(hào)進(jìn)行選頻放大，使其幅 度達(dá)到二極管包絡(luò)檢波的要求。 這里采用三極管調(diào)諧放大器，混頻后的中頻信號(hào)從基極輸 入，在集電極加選頻網(wǎng)路進(jìn)行選頻放大。電路圖如下：13 / 19參數(shù)計(jì)算過程如下：選頻網(wǎng)路采用電感部分接入的LC并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為465KHz設(shè)C 200 pF,由fo - ，ffo 465 KHZ2 JLC111L2.2 9480 H4foC43.14465 103

19、2 10 10設(shè)L2400uH 丄380uH，為保證品質(zhì)因數(shù)取Rc1 500k，RC22k 。由此可求得：L3R丄孔導(dǎo) 72kR63kQ449，可知選頻網(wǎng)路的PL2L36PoL選頻效果較好符合要求。設(shè)Rb1 15k， Rb25k ，保證三極管工作在放大狀態(tài)，L1防止交流流入直流電源，其余電容為隔直電容仿真過程如下:14 / 19示波器前后波形對(duì)比波形合理，由探針數(shù)據(jù)得， Au=Vrms /Vrms=226.44=23.55db。3.3.3二極管包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)與仿真本設(shè)計(jì)的檢波電路采用二極管包絡(luò)檢波。 對(duì)于二極管包絡(luò)檢波電路，因?yàn)槎O管只是 在輸入信號(hào)正半周的峰值附近一部分時(shí)間導(dǎo)電， 二極管一直處于充放電狀態(tài)，形成鋸齒狀 波形。電路圖如下：15 / 19二極管包絡(luò)檢波電路圖參數(shù)計(jì)算過程如下：這個(gè)過程容易產(chǎn)生失真，在課本上提到的失真由兩種：惰性失真和負(fù)峰切割失真。Jl_ m 2不產(chǎn)生惰性失真的條件為：RC- 由