哈工大高頻電路課設(shè)

1、B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 1 - 頁 共 15 頁 高頻電子線路課程設(shè)計高頻電子線路課程設(shè)計學(xué)學(xué) 院：院：電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級：專業(yè)班級： 1105102 班班 姓姓 名：名： 蘇新蘇新學(xué)學(xué) 號號: 1111900211 日日 期：期：2013 年年 11 月月 9 日日 B406713AC8487221

2、F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 1 - 頁 共 15 頁 一 設(shè)計要求1.1 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容1.中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計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，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù) 3080。調(diào)制頻率 500Hz10kHz。2

3、.中波電臺接收系統(tǒng)設(shè)計中波電臺接收系統(tǒng)設(shè)計本課題的設(shè)計目的是要求掌握最基本的超外差接收機的設(shè)計與調(diào)試。任務(wù)：AM 調(diào)幅接收系統(tǒng)設(shè)計主要技術(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 8，靈敏度 1mV。1.2 設(shè)計要求必做任務(wù)（針對每個系統(tǒng)）：必做任務(wù)（針對每個系統(tǒng)）：1.針對每個系統(tǒng)給出系統(tǒng)設(shè)計的詳細(xì)功能框圖。2.按照任務(wù)技術(shù)指標(biāo)和要求及系統(tǒng)功能框圖，給出詳細(xì)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(xì)的電路原理圖，標(biāo)出電路模塊的輸入輸出，給出詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型和計算過程。選作任務(wù)（針對每個系統(tǒng)）：這部分完成有額外的加分選作任務(wù)（針對

4、每個系統(tǒng)）：這部分完成有額外的加分4.對整個電路進行 ADS 等計算機軟件仿真，給出功能節(jié)點及系統(tǒng)的輸入輸出仿真波形及分析。二二 中波電臺發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計與仿真中波電臺發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計與仿真2.12.1 小功率調(diào)幅發(fā)射機的系統(tǒng)設(shè)計小功率調(diào)幅發(fā)射機的系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)原理圖如圖 2.1 所示：正弦振蕩器緩沖電路高頻小信號放大振幅調(diào)制電路聲電變換前置放大器低頻放大高頻功率放大天線調(diào)調(diào)制制信信號號載載波波信信號號圖 2-1 小功率調(diào)幅發(fā)射機的系統(tǒng)設(shè)計框圖B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713

5、AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 2 - 頁 共 15 頁 10/29/20212.2 工作原理及說明圖 2-1 中，各組成部分的的作用如下：正弦震蕩器：產(chǎn)生頻率為 MHz 的載波信號。緩沖級：將正弦振蕩器與調(diào)制電路隔離，減小調(diào)制級對正弦振蕩器的影響。低頻放大級：將話筒信號電壓放大到調(diào)制級所需的調(diào)制電壓。調(diào)幅級：將話音信號調(diào)制到載波上，產(chǎn)生已調(diào)波。功放及天線：對前級送來的信號進行功率放大，通過天線將已調(diào)高頻載波電流以電磁波的形式發(fā)射到空間?，F(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標(biāo)進行分析：載波頻率 535-

6、1605KHz ，載波頻率穩(wěn)定度不低于 10-3：正弦波振蕩器產(chǎn)生的正弦波信號頻率為 535 KHz 到 1605KHz，當(dāng)震蕩波形不穩(wěn)定時，最大波動頻率與頻率之比的數(shù)量級小于 10-3 fff。輸出負(fù)載 51 ：輸出部分，即高頻功率放大器的輸出負(fù)載為 51?？偟妮敵龉β?50mW ：即高頻功率放大器的輸出功率，結(jié)合計算公式可進行分析，1cmc mPUI實現(xiàn)指標(biāo)。調(diào)幅指數(shù) 3080 ：設(shè) A 為調(diào)幅波形的峰峰值，B 為谷谷值，則由調(diào)幅指數(shù)計算公式有。在振幅調(diào)制電路中可通過更改調(diào)制信號振幅實現(xiàn)此指標(biāo)。100%aABmAB調(diào)制頻率 500Hz10kHz ：調(diào)制信號頻率，由輸入信號的頻率來決定。2.

7、3 各部分的具體設(shè)計及分析各部分的具體設(shè)計及分析 2.3.1 正弦波振蕩器及緩沖電路正弦波振蕩器及緩沖電路正弦波振蕩器是用來產(chǎn) 0.5351.605MHz 左右的高頻振蕩載波信號，由于整個發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由主振級決定，因此要求主振級有較高的頻率穩(wěn)定度，同時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，為了減少后級對主振級振蕩電路振蕩頻率的影響，采用緩沖級。緩沖電路采用射極跟隨器，特點為輸入阻抗高，輸出阻抗低，因而從信號源索取的電流小而且?guī)ж?fù)載能力強。用它連接兩電路，可以減少電路間直接相連所帶來的影響，起到緩沖作用。振蕩器與緩沖級聯(lián)調(diào)時會出現(xiàn)緩沖級輸出電

8、壓明顯減小或波形失真的情況，可通過增大緩沖級的射極電阻來提高緩沖輸入級輸入阻抗，也可通過減小，即減小主振級與緩沖級的耦合來實現(xiàn)，同時負(fù)載也會對緩沖的輸出波形也有很大影響。電路圖如圖 2-2 所示。如圖西勒振蕩器電路三極管工作在放大區(qū)。B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 3 - 頁 共 15 頁 10/29/2021圖 2-2點擊運行即可得

9、到輸出的波形和電壓電流值。結(jié)果如下：B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 4 - 頁 共 15 頁 10/29/2021靈敏度為 1mV，頻率為 1.166MHz，頻率計數(shù)器不浮動，十分穩(wěn)定，頻率穩(wěn)定度穩(wěn)定。滿足技術(shù)指標(biāo)。 參數(shù)計算：先選擇合適的三極管，參數(shù)如圖本次試驗為仿真時調(diào)節(jié)方便快捷，采用理想晶體管 2sc945，相關(guān)參數(shù)近似 901

10、3。（因為沒在仿真軟件中找到 9013，而百度元器件又只有 9013，所以在仿真中找個差不多的）。直流偏置電路參數(shù)：假設(shè)電源為 12V，為了防止電源直接接入電路，因為突變對電路安全及CCU穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，并聯(lián) 100uF 的電解電容。振蕩器的工作狀態(tài)與靜態(tài)工作點的選擇和正負(fù)反饋強弱相關(guān)，偏置電路采用分壓式電流反饋偏置電路，使得靜態(tài)工作點更穩(wěn)定。令7.5V， =3mA。CEQUCQI由公式（2.1）可計算得=1.5K。12CeeRRR （2.1）12CCCEQCQCeeUUIRRR （2.2）12()BQCQeeBEQUIRRU （2.3）112bBQCCbbRUURR為獲得較大反饋，發(fā)射極電阻

11、應(yīng)盡量大，取=560，=47，=1 K。由（2.2）計CR1eR2eRB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 5 - 頁 共 15 頁 10/29/2021算得=3.76V。BQU由公式（2.3）可知=0.31。為方便調(diào)節(jié)，用一個 22 K串聯(lián)一個 100 K的可調(diào)電阻。112bbbRRR為了穩(wěn)定度，用一些其他的電容電感，在這里不再贅述。西勒

12、電路振蕩參數(shù)：令頻率為 1.166MHz，L=56，則總電容 =300。不妨設(shè)HpF=470，=1000，=270，=150（為方便調(diào)節(jié)參數(shù)，將之拆為 100固定1CpF2CpF3CpF4CpFpF電容與 100可調(diào)電容并聯(lián)） 。pF （2.4）1234121323C C CCCC CC CC C （2.5）012fLC緩沖電路參數(shù)：取 Uceq=8.7V，取=3.1mA。 。不妨取為 1 K變阻器，Re 為 560電阻。CQI2xR 結(jié)合（2.2）與（2.3） ，令 Rb22=11K，Rb21 =4.7 K。2.3.22.3.2 高頻小信號放大電路高頻小信號放大電路三極管選用理想晶體管，放大

13、倍數(shù)=100。 取9V， =1.2mA。所以 R5=2.5k 。 CEQUCQI則=3.7V。由（2.3）可知，令=5K，R2 為 100 K可調(diào)電阻。5BQCQBEQURIU1R由中心頻率=1.166MHz，結(jié)合公式（2.5）可知，L=80，=300，兩電容并聯(lián)便于調(diào)0fHCpF節(jié)。放大倍數(shù)：Yfe=0.046S （2.6） (2.7 )0oeLgggg 其中為三極管輸出電導(dǎo)，理想三極管條件下為零。為負(fù)載電導(dǎo)，等于，即oegLg115K0.067mS，為電感電導(dǎo)，等于，即 0.05mS。故=0.117mS。0g120Kg 0feuyAg（2.8）由（2.12） ，放大增益=51.89dB。0

14、uAB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 6 - 頁 共 15 頁 10/29/2021整體電路如圖所示 B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8

15、487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 7 - 頁 共 15 頁 10/29/2021可以看到本電路可以實現(xiàn)在 1.166MHz 附近時最大放大，增益為 53.454dB，與計算結(jié)果相近。2.3.32.3.3 振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路采用雙平衡四象限式乘法器經(jīng)過上述乘法器后得到的信號為：。為載波信號幅度，( )(1cos)coscmacu tUmttcmU為載波信號頻率，為調(diào)制信號頻率，有題設(shè)可知，在 500Hz 到 1KHz 之間。c (2.9)aABmAB 其中 A 為調(diào)幅信號的峰峰值，B 為調(diào)幅信號的谷谷值。在本電路中Ma30%B406713AC8487221F3AE

16、48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 8 - 頁 共 15 頁 10/29/20212.42.4 聯(lián)合仿真聯(lián)合仿真 三三 中波電臺接收系統(tǒng)的設(shè)計中波電臺接收系統(tǒng)的設(shè)計3.13.1 超外差調(diào)幅接收系統(tǒng)超外差調(diào)幅接收系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如下天線混頻器中頻放大器檢波器低頻電壓放大器低頻功率放大器正弦振蕩器輸入回路 B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406

17、713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 9 - 頁 共 15 頁 10/29/2021現(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標(biāo)進行分析：載波頻率 535-1605KHz：正弦波振蕩器產(chǎn)生波形的頻率為 535-1605KHz，通過有關(guān)知識設(shè)計電f路即可。中頻頻率 465KHz：混頻器輸出信號頻率為 465KHz，混頻器實際上是將兩個輸入信號頻率進行相減，所以本性能指標(biāo)說明兩頻率相減后得到頻率為 465KHz 的信號。輸出功率 0.25W：

18、輸出模塊，即低頻功率放大器輸出功率為 0.25W。負(fù)載電阻 8：輸入模塊的輸出電阻，由電路相關(guān)知識進行計算可匹配該指標(biāo)靈敏度 1mV：靈敏度用來表征網(wǎng)絡(luò)特性對元件參數(shù)變化的敏感程度，網(wǎng)絡(luò)函數(shù) H 或網(wǎng)絡(luò)響應(yīng) R(統(tǒng)一用 T 來表示) 對某元件相關(guān)參數(shù)(p 可以是元件參數(shù)或影響元件參數(shù)的溫度、濕度、壓力等)變化率p稱為網(wǎng)絡(luò)函數(shù)對該參數(shù)的絕對靈敏度，記作：。THp在仿真軟件中有靈敏度測試，可以直接使用對電路進行分析。3.2.1 本地振蕩器本地振蕩器同理可運用發(fā)射系統(tǒng)的西勒電路來產(chǎn)生振蕩。3.2.2 混頻器電路設(shè)計混頻器電路設(shè)計 根據(jù)要求中心頻率為 465Khz,所以本地振蕩器的頻率為 fL=fs+

19、465Khz=1.631MHZ.在此不再調(diào)試，后續(xù)的電路中直接用頻率為 1.631MHZ 的正弦波代替?；祛l器相關(guān)公式為： （3.1）cos()cos()coscos2可以這樣理解，為調(diào)幅信號頻率量，為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。混頻原理圖如下： B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 10 - 頁 共 15 頁 10/29/2021 示波器波形

20、如下，左圖為調(diào)幅信號波形，頻率為 465KHz。右圖為將時間軸拉開以后的波形，可以看到波形并無失真，并與前期理論分析所要求的波形一致。 3.3 檢波電路檢波電路 3.3.1 檢波電路設(shè)計檢波電路設(shè)計小信號檢波是高頻輸入信號的振幅小于 0.2v，利用二極管伏安特性彎曲部分進行頻率變換，然后通過低通濾波器實現(xiàn)檢波。B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF

21、第 - 11 - 頁 共 15 頁 10/29/2021對于二極管包絡(luò)檢波的一個重要問題就是防止失真，產(chǎn)生失真的來源主要有三種：（1）二極管伏安特性非線性引起的失真；（2）檢波負(fù)載時間常數(shù)過大引起的惰性失真；（3）檢波負(fù)載交、直流值不同造成的平底切削失真。對于二極管伏安特性非線性引起的失真，可以給二極管加一個微小的正向偏壓，使它的靜態(tài)工作點處于導(dǎo)通點附近，從而減少二極管導(dǎo)通電壓不為零造成的失真。任何瞬間都不產(chǎn)生惰性失真的條件為：a2amm-1RC （3.2）而， 調(diào)制頻率。所以0.33am 3022 3.14 10006.28 10frad s （3.3）不妨取2331 0.330.456 1

22、00.33 6.28 10RC，。15RK125CnF任何瞬間都不產(chǎn)生削底失真的條件為：，其中amACDCRR (3.4)12/ /ACRRR （3.5）1DCRR又=5，因此取=10。取隔直電容=10。1RK2RK2CF 得輸出波形如下，白色為調(diào)制信號，紅色為包絡(luò)檢波輸出。可以看到保真性良好B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDF第 - 12 - 頁 共 15 頁 10/29/2021。 3.4 低頻電壓放大電路低頻電壓放大電路 3.4.1 低頻電壓放大電路設(shè)計低頻電壓放大電路設(shè)計在輸出端連接示波器觀察波形是否失真，利用波特儀觀察幅頻特性等值，并測量頻率，電壓電流，電路圖如下：B406713AC8487221F3AE48E002737B2C.PDFB406713AC8487221F3AE4