通信電子線路課程設計

1、harbin institute of technology通信電子線路課程設計課程名稱： 通信電子線路 院 系： 電子與信息工程學院 班 級： 姓 名： 學 號： 1130520103 教 師： 哈爾濱工業(yè)大學2015年5月通信電子線路課程設計報告一、概述設計目的要求掌握最基本的小功率調幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝調試。設計任務1、針對每個系統(tǒng)給出系統(tǒng)設計的詳細功能框圖。2、按照任務技術指標和要求及系統(tǒng)功能框圖，給出詳細的參數(shù)計算及方案論證、器件選擇的計算過程。3、給出詳細的電路原理圖，標出電路模塊的輸入輸出，給出詳細的數(shù)學模型和計算過程。4、對整個電路進行ads、multisim等計算機軟件仿真

2、，給出功能節(jié)點及系統(tǒng)的輸入輸出仿真波形及分析。二、總體方案介紹，具體電路實現(xiàn)及仿真結果（一）中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設計技術指標載波頻率535-1605khz頻率穩(wěn)定度不低于輸出負載輸出功率50mw調幅指數(shù)30%-80%調制頻率500hz-10khz發(fā)射機包括三個部分：高頻部分，低頻部分和電源部分。高頻部分一般包括主振蕩器、緩沖放大、中間放大、功放推動級與末級功放。主振器的作用是產生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級可以采用西勒電路，并在它后面加上緩沖級，以削弱后級對主振器的影響。低頻部分包括聲電變換、低頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率 放大級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得

3、所需的功率電平，以便對高頻末級功率放大器進行調制。電源部分需要采用穩(wěn)壓電源，以減少對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。設計框圖如下：1、主振蕩器的設計與仿真在無線電技術中，采用振蕩器來產生5351605 khz的高頻電流。振蕩器可以看做將直流電能轉變?yōu)榻涣麟娔艿膿Q能器。振蕩器是無線電調幅發(fā)射機的基本單元，常見的有三點式電容電路，克拉潑電路，西勒電路等。由于本設計要求頻率穩(wěn)定度在 量級，指標較高，故本次設計采用穩(wěn)定度較高的西勒電路，電路原理圖如下：（1）參數(shù)設定晶體管的選擇：三極管的選擇應滿足：特征頻率比系統(tǒng)要求的最大頻率大，最大管耗比系統(tǒng)要求的輸出功率大，三極管跨導要大。為計算方便本次設計采用理想晶體管，后續(xù)

4、設計不逐一說明。靜態(tài)工作點：根據習慣，將vcc設為12v，由r1，r2，re,rc為三極管提供靜態(tài)工作點。晶體管的一般取36v，取25ma，不妨設=6v，=2ma。于是設。另在兩側并聯(lián)一個旁路電容，取。不妨設振蕩電路：根據西勒電路圖可知，共同構成了諧振回路。其中，為可變電容，從而實現(xiàn)載波的的可調。西勒振蕩電路的振蕩頻率可近似認為是其中由于題目要求，振蕩器產生的頻率需在5351605khz范圍內，而由滿足相位平衡條件的基本準則可知，與的電抗性質相反，所以與l一起成感性。因此的電容值要比小得多。根據起振條件af1，即，且越小，振蕩器達到穩(wěn)定的時間越短，故參數(shù)設計如下： （2）電路仿真 對電路進行仿

5、真得到波形圖，并對頻率，幅度進行相應測量，結果如下： 經測量，符合技術指標。 （3）誤差分析 由仿真結果可以看出，輸出頻率與理論值之間存在較大差距。這是因為計算是將晶體管看成理想情況，但實際電路中有結電容等存在，電路的要更大，從而所獲得的輸出振蕩頻率比理論值小。 2、射極跟隨器的計算與仿真 緩沖隔離級將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。因為功放級輸出信號較大，工作狀態(tài)的變化會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。緩沖級采用射級跟隨器，信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出的放大器。其特點為輸入阻抗高，輸出阻抗低，常作阻抗變換和級間隔離用，以減少電路間直接相連所帶來的影響，起緩沖作

6、用。實際電路設計圖如下： （1）參數(shù)設定 由已學知識可知，共集電路只能放大電流不能放大電壓，具有電壓跟隨的特點。且其輸入電阻大，輸出電阻小，因此常被用作隔離用的中間級。故本級電路采用晶體管共集放大電路作緩沖級。一般，在3-6v之間，故我選不妨設為耦合電感，將振蕩電路連入射極跟隨器,將整個前級電路連入后級。信號為高頻，故取為負載，姑且設為。 （2）電路仿真對電路進行仿真得到輸出電壓值，頻率值如下圖： （3）誤差分析 由輸出頻率可知，經過射隨的高頻振蕩頻率有明顯的減小，經查閱資料得知，出現(xiàn)該種情況是由于晶體管內部參數(shù)影響。經過射隨后，頻率穩(wěn)定度有所下降，但不影響實驗進行。 3、振幅調制電路的設計與

7、仿真 通信系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)遠距離地不失真地傳送信息，而直接將基帶信號進行傳輸，要實現(xiàn)多路遠距離傳輸是困難的。通常是將基帶信號加載到高頻信號上去，用高頻信號作為運載工具，就能較好地實現(xiàn)多路有選擇性的遠距離通信。 調幅電路的定義是用需傳送的信息去控制高頻載波振蕩電壓的振幅，使其隨調制信號線性關系變化。即從振幅調制電路的功能可以看出，在輸入載波頻率和調制信號頻率時，要實現(xiàn)調幅必須產生新的頻率分量。因此調幅電路的主要器件應是非線性器件，其特性必須含有載波信號和調制信號的乘積項。集成模擬乘法器mc1496能實現(xiàn)載波信號和調制信號兩電壓相乘。故本實驗采用mc1496搭配外圍電路來實現(xiàn)調幅。參考書中的參

8、數(shù)設置，結合前級輸出信號特點，實際如下電路： 在外圍電路中，r7，r9兩個的電阻與電位器r10共同作用，調節(jié)q7，q5基極電壓差。從而起到調整的作用。電容c3,c1分別將高頻載波和經過放大的低頻調制信號耦合進入乘法器，l3，c5，r12共同構成中心頻率為，帶寬為2khz的的帶通濾波器。偏置電阻r4使,向q1，q2，q8，q4的基極提供偏壓，電阻為與傳輸電纜特性阻抗匹配。 （1）參數(shù)設定 不妨設,由并聯(lián)諧振回路選頻特性得電路圖完整后調整不出波形，所以只能采用理想乘法器進行實驗。電路圖改為（2）電路仿真 根據電路圖中電位器處于100%狀態(tài)，所得出的am波形，頻率，振幅如下 （3）誤差分析 由仿真得

9、出的am波形可以看出，包絡有些許失真，產生的波形每個周期略有差異。4、高頻功率放大器 為了滿足輸出功率的要求，需要在調幅電路之后加入高頻功放電路。具體設計電路如下： (1)參數(shù)設計丙類高功率放大器的集電極電流為余弦脈沖，通角對集電極電流的分析可知，為了兼顧高的輸出功率和高的集電極效率，通常取半通角根據題目要求，輸出功率50mv，負載為，不妨設，可得：取。進一步得出：靜態(tài)偏置電壓，可得：旁路電容應選取較大值故設設可得：匹配網絡：根據型網絡的參數(shù)計算公式可知，等效電路圖如下： 因為,故故取所以得 （2）電路仿真 因為只是功率變化，故輸出的波形依然為調幅波，仿真結果如下：高頻功率放大器輸出波形輸出典

10、雅與輸入電壓對比及輸出功率情況如下： 輸入輸出幅值對比 輸出功率 (3)誤差分析 由于前級各輸入電路套用影響，輸出的波形出現(xiàn)底部失真。 至此，中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設計全部完成。（二）中波電臺接收系統(tǒng)設計技術指標載波頻率535-1605khz輸出負載輸出功率0.25w靈敏度1mv中頻頻率465khz無線電接收過程正好和發(fā)送過程相反，它的基本任務是將通過天空傳來的電磁波接收下來，并從中取出需要接收的信息信號。因相比于直接放大式接收機而言，超外差接收機具有固定頻率的中頻放大器。它不僅可以實現(xiàn)較高的放大倍數(shù)，而且選擇性也很容易滿足，具有高靈敏度和高選擇性。故本設計采用超外差式接收機結構，方框圖如下。本機振

11、蕩器超外差式接收機方框圖輸入電路把空中許多無線電廣播電臺發(fā)出的信號選擇其中一個，送給混頻電路?；祛l將輸入信號的頻率變?yōu)橹蓄l，但其幅值變化規(guī)律不改變。不管輸入的高頻信號的頻率如何，混頻后的頻率是固定的，我國規(guī)定為465khz。中頻放大器將中頻調幅信號放大到檢波器所要求的大小。由檢波器將中頻調幅信號所攜帶的音頻信號取下來，送給低頻放大器。低頻放大器將檢波出來的音頻信號進行電壓放大。再由功率放大器將音頻信號放大，放大到其功率能夠推動揚聲器或耳機的水平。由揚聲器或耳機將音頻電信號轉變?yōu)槁曇簟?、混頻器的設計與仿真 變頻電路的功能是將已調波的載波頻率變換成固定的中頻載波頻率，而保持其調制規(guī)律不變，也就是

12、說它是一個線性頻譜搬移過程。通常變頻器由輸入回路、非線性器件、帶通濾波器與本機振蕩器四部分組成。其中將輸入回路、非線性器件、帶通濾波器三部分稱為混頻器。常見的混頻器有晶體三極管混頻器，場效應管混頻器，二極管混頻電路及模擬乘法器混頻器。相比于其他電路，模擬乘法器混頻電路科工作在高頻或甚高頻信號下進行混頻。與其他集中混頻器相比，其優(yōu)點是輸出電流中組合頻率分量小，干擾小；對本振電壓振幅要求不很嚴格，不會產生嚴重失真；隔離性能好，頻率牽引小。故本次設計采用模擬乘法器混頻電路，電路圖如下： （1）參數(shù)設計 內部電路為書中所提供的mc1496模擬乘法器。本機振蕩器由交流信號源v3承擔，輸入信號為發(fā)射系統(tǒng)所

13、發(fā)出的經過功放和天線傳輸?shù)恼{幅信號。c1，c3為耦合電容，分別將本機震蕩信號和乘法器輸出信號接入下一級。電路中l(wèi)2，c4，r15共同構成濾波器，由于發(fā)射系統(tǒng)產生的信號頻率為890khz，故本機振蕩器輸入頻率為不妨設可得 (2)電路仿真 由于混頻器實現(xiàn)的是頻率的線性搬移，對幅度無影響，故輸出的仍為調幅波，只是頻率降低。所得波形圖如下：混頻輸出波形圖 混頻輸出電壓幅度 混頻輸出頻率當輸入幅度為1mv時輸出有示數(shù)，故符合靈敏度要求 （3）誤差分析 所得仿真結果與實際值差別不大，此處不做說明。 2、中頻放大器的設計與仿真 信號經過混頻電路后輸出的幅值要想滿足最后輸出的功率條件，在進行檢波解調前要先通過

14、中頻放大器將信號放大。 外圍電路： 輸出頻率：參數(shù)設計選頻網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，由， 設，為保證品質因數(shù)取，。由此可求得：， ，可知選頻網路的選頻效果較好符合要求。設，保證三極管工作在放大狀態(tài)，防止交流流入直流電源，其余電容為隔直電容。 3、檢波電路的設計與仿真 振幅檢波器的功能是從調幅信號中不失真地解調出原調制信號。從信號的頻譜老看，檢波電路的功能是將已調波的邊頻或邊帶信號頻譜搬移到原調制信號的頻譜處。根據輸入的調幅信號的不同特點，檢波電路可分為兩大類，包絡檢波和同步檢波。同步檢波器是由相乘器和低通濾波器兩部分組成，它主要用于進行sb和ssb解

15、調，也可用于am解調。故本實驗設計電路如下： （1）參數(shù)設計 通過參考書中177頁的集成同步檢波器電路圖，畫出mc1596以及以上的外圍電路。其中r11，r12r7，r8，r9為偏置電阻，為mc1596內部電路提供靜態(tài)偏置。c3，c4為旁路電容均設置為。c1，c2，c9為耦合電容，分別將中頻放大電路輸出信號，本地載波信號和檢波輸出信號接入下級電路。c7，c8，r13為型網絡濾波器，實現(xiàn)低通濾波性能。 （2）電路仿真 將輸入輸出同時接入雙蹤濾波器，得到如下波形：檢波輸入輸出波形圖由圖可知，輸出頻率為1.11k，輸出波形與輸入波形包絡具有線性關系。 （3）誤差分析 由圖可知，輸出波形存在底部失真，可見在參數(shù)設定時不能全部遵循書中參數(shù)，要根據自己得出的中頻放大信號來對電路作出調整。（三）結語 通過本次課程設計，收獲比較大，主要有一下幾方面：1. 對發(fā)