調(diào)幅發(fā)射與接收課程設(shè)計(jì)報(bào)告完結(jié)版

1、信息學(xué)院高頻電子線路三級項(xiàng)目調(diào)幅發(fā)射機(jī)與接收機(jī)仿真設(shè)計(jì) 負(fù) 責(zé) 人：姜升殿 組 員：李林 黃品程 劉鵬 陳敏 左園葉 班 級：電子信息工程2班 指導(dǎo)老師：李英偉 日 期：2014.11.23摘 要 隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，通信已經(jīng)成為人類社會必不可少的一環(huán)。我們常聽到的廣播，就是在發(fā)射機(jī)產(chǎn)生調(diào)制信號，通過天線向外發(fā)射電磁波，再由接收機(jī)解調(diào)制得到原信號。本項(xiàng)目探究的是調(diào)幅波的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的仿真設(shè)計(jì)。調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要包括：主振模塊、功率放大器模塊、調(diào)幅調(diào)制模塊、音頻放大器模塊、緩沖隔離模塊。調(diào)幅接收機(jī)主要包括：高頻小信號放大器模塊、本振電路模塊、混頻器模塊、中頻放大器模塊、包絡(luò)檢波器模塊、低頻功率放大

2、器模塊。最終可實(shí)現(xiàn)的功能是發(fā)射機(jī)發(fā)射6MHz載波的已調(diào)波信號；接收機(jī)接收處理已調(diào)幅6MHz的無線電信號。本項(xiàng)目使用multisim軟件進(jìn)行仿真。關(guān)鍵字：調(diào)幅發(fā)射機(jī) 調(diào)幅接收機(jī) 檢波器 AM調(diào)幅與解調(diào)前 言 調(diào)頻和調(diào)幅是目前應(yīng)用最廣泛兩種無線電傳播方式，其中調(diào)幅的發(fā)射與接收又尤為重要。過去的條幅發(fā)射機(jī)與接收機(jī)都采用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)而且需要人工操作，使得設(shè)備不僅所占空間巨大而且操作起來極為不便。而目前采用的方式工作穩(wěn)定、靈敏度高、選擇性好，同時(shí)失真度也比較小。 本項(xiàng)目的意義在于通過調(diào)幅發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的制作，掌握multisim仿真軟件的使用，加深對電路理論的理解，掌握通過文獻(xiàn)查閱、上網(wǎng)查詢等方式獲取

3、知識的能力，最終了解無線電信號調(diào)幅傳播方式的整個過程，并學(xué)會將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際生活中。 本項(xiàng)目最終將實(shí)現(xiàn)的功能是發(fā)射機(jī)發(fā)射6MHz載波的已調(diào)波信號；接收機(jī)接受處理已調(diào)幅6MHz的無線電信號，最終經(jīng)過混頻、檢波和一系列放大還原出源信號。項(xiàng)目組分工發(fā)射機(jī)組：姜升殿：調(diào)制模塊制作和總體電路聯(lián)調(diào)、PPT制作、項(xiàng)目報(bào)告書寫劉鵬：主振模塊產(chǎn)生6MHz的高頻載波和緩沖級模塊的電路仿真設(shè)計(jì)陳敏：音頻放大模塊和高頻末級功放模塊的電路仿真設(shè)計(jì)接收機(jī)組：李林：本地振蕩器及混頻器模塊設(shè)計(jì)與仿真、書寫項(xiàng)目報(bào)告、接收機(jī)PPT制作黃品程：包絡(luò)檢波器設(shè)計(jì)與仿真、各模塊連接后的仿真與整體調(diào)試、相關(guān)模塊報(bào)告書寫左園葉：三個放大

4、電路模塊設(shè)計(jì)與仿真、相關(guān)模塊報(bào)告書寫研究報(bào)告正文1、 調(diào)幅發(fā)射機(jī)部分：1.1 調(diào)幅發(fā)射機(jī)整體設(shè)計(jì)思想 本部分使用multisim軟件進(jìn)行所有電路設(shè)計(jì)與仿真。整機(jī)電路由本地振蕩器、音頻放大器、振幅調(diào)制電路和功率放大電路組合而成。本地振蕩器輸出為6MHz載波信號，可通過本地振蕩模塊調(diào)節(jié)載波信號幅值；音頻放大器輸出為調(diào)制信號，兩者通過振幅調(diào)制電路進(jìn)行模擬相乘得到調(diào)制后的信號，即高頻信號振幅隨調(diào)制信號變化而變化，將調(diào)制信號由低頻段搬移到高頻段；然后再經(jīng)過功率放大器進(jìn)行功率放大，發(fā)射出去，從而達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。調(diào)幅發(fā)射機(jī)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1-1-1所示：圖1-1-1調(diào)幅發(fā)射機(jī)總體設(shè)計(jì)框圖1.2主振級模

5、塊和緩沖級模塊電路設(shè)計(jì)與仿真本地振蕩電路采用的是西勒振蕩電路，調(diào)整R6可改變靜態(tài)工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)R5可改變輸出波形振幅，調(diào)節(jié)C4、C3可調(diào)整振蕩頻率。另外，此模塊還在振蕩電路后面接一級緩沖級，由射極跟隨器組成，可減小后級電路對振蕩電路的影響。電路圖如圖1-2-1所示：圖1-2-1 本地振蕩電路振蕩頻率，其中L=L1=15，C=C3+C4=47pF，計(jì)算得，而實(shí)際調(diào)整電路結(jié)果為6.002MHz考慮到忽略參數(shù)較多，理論結(jié)果存在誤差，因此可以此初步確定可變電容值，然后在進(jìn)行微調(diào)即可得到想要結(jié)果。主振級加緩沖級輸出波形如圖1-2-2所示，產(chǎn)生的頻率如圖1-2-3所示：圖1-2-2 主振級和緩沖級輸出波形圖

6、1-2-3 主振級和緩沖級產(chǎn)生頻率1.3 音頻放大模塊電路設(shè)計(jì)與仿真音頻放大模塊采用的是TDA2030音頻放大芯片。TDA2030A是一種音頻功放電路，該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)。并具有內(nèi)部保護(hù)電路。本音頻放大模塊采用的是功放芯片技術(shù)手冊（詳情見網(wǎng)址 2szAuXKsDaJ5JPOnCkPe5hS52daH4_UA_B0mNKyafs6VBOaWj8P8iOqzJNWalBF4KeWPZyMgK）上的雙電源供電方式，電路仿真設(shè)計(jì)如圖1-3-1所示，音頻測試信號、產(chǎn)生的波形如圖1-3-2：圖1-3-1 TDA2030音頻放大器電路

7、圖1-3-2 音頻測試信號及音頻放大器產(chǎn)生的波形1.4 調(diào)幅調(diào)制級電路的設(shè)計(jì)與仿真振幅調(diào)制即用低頻信號去控制高頻信號，使輸出的信號幅值隨低頻信號變化，實(shí)現(xiàn)將低頻信號搬移到高頻段，達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。振幅調(diào)制功能采用模擬相乘器實(shí)現(xiàn)，MC1496模擬相乘器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-4-1所示，調(diào)幅調(diào)制級電路如圖1-4-2所示，調(diào)幅調(diào)制級模塊產(chǎn)生的波形如圖1-4-3所示，調(diào)節(jié)滑動變阻器R7，可以獲得不同調(diào)幅度Ma輸出信號波形：圖1-4-1 MC1496模擬乘法器內(nèi)部電路圖1-4-2 調(diào)幅調(diào)制仿真電路圖1-4-3 調(diào)制模塊產(chǎn)生波形1.5 末級功放模塊設(shè)計(jì)與仿真功率放大電路主要功能是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，對前級送來的信

8、號進(jìn)行功率放大，使負(fù)載上獲得滿足要求的發(fā)射功率，為了給末級功放提供足夠的功率，如果發(fā)射功率不大就很難把同頻的載波信號發(fā)射出去，將前級送來的信號進(jìn)行受調(diào)放大，使負(fù)載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機(jī)效率較高，則應(yīng)采用丙類功率放大器；若整機(jī)效率要求不高，若整機(jī)的工作效率小于50%，波形失真要小時(shí)，則可以采用甲類功率放大器。但是本設(shè)計(jì)要求工作效率不小于50%，故選用丙類功率放大器較好電路圖如圖1-5-1所示，由于模擬相乘器輸出信號幅值較小，因此加一級激勵放大電路，本次設(shè)計(jì)要求發(fā)射效率大于50%，所以采用丙類功率放大器。圖1-5-1 功率放大器模塊仿真電路1.6調(diào)幅發(fā)射機(jī)整體電路設(shè)計(jì)與仿真

9、圖1-6-1 調(diào)幅發(fā)射機(jī)整機(jī)電路圖 仿真結(jié)果如圖1-6-2所示，從圖中可以看出，仿真波形有失真，不太符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。圖1-6-2 調(diào)幅發(fā)射機(jī)輸出波形1.7 模塊聯(lián)調(diào)問題與分析本振與緩沖聯(lián)調(diào)時(shí)：在輸出端應(yīng)接負(fù)載電阻RL，RL應(yīng)與下一級電路的等效輸入阻抗相等。采用multisim的交流分析可以完成模塊電路的輸入阻抗的測量。方法是在測量加上探針，利用multisim中交流分析表達(dá)式mag(V(探針)/mag(I(探針)測量阻抗幅值，表達(dá)式ph(V(探針)-ph(I(探針)測量阻抗角度。圖1-7-1為測量調(diào)制級的輸入阻抗，電路的阻抗幅值為51.5980，相位為62.0194。圖1-7-1 模塊阻抗測

10、試 本振級、隔離放大級、音頻放大級以及調(diào)制級聯(lián)調(diào)時(shí)，經(jīng)常會出現(xiàn)過調(diào)幅?？赡苁墙?jīng)發(fā)射極跟隨器輸出的本振電壓偏小或是話音放大級輸出的調(diào)制電壓V過大。調(diào)節(jié)使Vo=100mV150mV，并測量調(diào)制器輸出波形。調(diào)整話音放大級的增益，以滿足要求。 本振緩沖級與調(diào)幅調(diào)制級聯(lián)調(diào)時(shí)，出現(xiàn)低頻調(diào)制、輸出功率小、波形失真大等現(xiàn)象。我們選擇在每一級單元電路的電源上加低、高頻去耦合電路，以消除來自電源的串?dāng)_。二、調(diào)幅接收機(jī)部分：2.1 調(diào)幅接收機(jī)整體設(shè)計(jì)思想 本部分使用multisim軟件進(jìn)行所有電路設(shè)計(jì)與仿真。 調(diào)幅發(fā)射機(jī)調(diào)幅后的信號（頻率6MHz、調(diào)制頻率1kHz）輸入高頻小信號放大器，高頻小信號放大器主要實(shí)現(xiàn)將所

11、需6MHz信號放大和抑制其他干擾信號，然后輸出放大后的調(diào)幅信號；本振電路用于產(chǎn)生6.465MHz正弦波信號；混頻器將高頻小信號放大器輸出的6MHz信號和本地振蕩器輸出的6.465MHz信號混頻后經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)輸出465kHz中頻信號，該信號與高頻小信號放大器輸出波形包絡(luò)相同；中頻放大器用于放大混頻器輸出的中頻信號，供給下一級；包絡(luò)檢波器輸入放大后的465kHz中頻信號，經(jīng)檢波輸出該信號的包絡(luò)信號，即所需的源信號；低頻功率放大器用于放大該信號的功率，經(jīng)輸出提供給喇叭。調(diào)幅接收機(jī)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1-1：圖2-1-1 接收機(jī)總體設(shè)計(jì)框圖2.2高頻小信號放大電路設(shè)計(jì)與仿真圖2-2-1 高頻小信號放大器

12、仿真圖 圖2-2-1是高頻小信號放大器的仿真電路圖。 輸入信號為發(fā)射機(jī)發(fā)出的已調(diào)幅小信號，經(jīng)過放大和選頻，輸出信號頻率如圖2-2-2：圖2-2-2 頻率計(jì)讀數(shù)輸入與輸出電壓值如圖2-2-3所示：圖2-2-3 輸入與輸出電壓表讀數(shù)此時(shí)電壓增益為84。圖2-2-4所示為輸入與輸出波形圖：圖2-2-4 高頻小信號放大器輸入輸出波形圖可以看出該高頻小信號放大器實(shí)現(xiàn)了不改變頻率的幅度放大功能。2.3本振電路設(shè)計(jì)與仿真圖2-3-1 本振電路仿真圖 圖2-3-1所示為電容反饋式三端式振蕩器電路，作為本振電路。它由C6、C7、C1、C2、L1構(gòu)成振蕩回路，因?qū)嶋H電路中電感不容易改變，所以并聯(lián)可變電容C2用于改

13、變C1、C2、L1構(gòu)成的等效電感的值。 圖2-3-2和圖2-3-3為輸出波形及放大波形圖： 圖2-3-2 輸出頻率和輸出電壓讀數(shù)圖2-3-3 本振電路輸出波形圖 可以看出，本地振蕩器輸出1V、6.465MHz失真較小的正弦波，該波形基本符合下一級混頻器對本振信號要求。2.4混頻器電路設(shè)計(jì)與仿真圖2-4-1 混頻器電路仿真圖 圖2-4-1為混頻器電路圖，V3為高頻小信號放大器輸出的放大后的6MHz調(diào)幅信號，V2為本地振蕩器輸出的6.465MHz、1V正弦波。此時(shí)輸出頻率及輸入輸出波形如圖2-4-2和圖2-4-3所示：圖2-4-2 輸出頻率讀數(shù)圖2-4-3 混頻器輸入與輸出波形圖 可見，混頻器實(shí)現(xiàn)

14、了將本振信號與已調(diào)幅信號混頻的功能，最終得到所需的465kHz的中頻信號，輸出波形與輸入波形的包絡(luò)相同。2.5中頻放大電路設(shè)計(jì)與仿真圖2-5-1 中頻放大電路仿真圖圖2-5-1為中頻放大器電路圖。其原理與高頻小信號放大器基本一致，輸入經(jīng)一系列處理后的465kHz中頻調(diào)幅波。輸入與輸出電壓見圖2-5-2：圖2-5-2 輸入輸出電壓讀數(shù)電壓增益為100。輸出頻率及波形如圖2-5-3和圖2-5-4所示：圖2-5-3 輸出頻率讀數(shù)圖2-5-4 中頻放大器輸入與輸出波形圖 可得，中頻放大器實(shí)現(xiàn)了頻率不變的幅度放大功能。2.6檢波電路設(shè)計(jì)與仿真圖2-6-1 檢波器仿真圖 圖2-6-1為包絡(luò)檢波器電路圖。輸

15、入由上一級中頻放大器提供。輸入輸出波形如圖2-6-2所示：圖2-6-2 包絡(luò)檢波器輸入與輸出波形 可得，包絡(luò)檢波器實(shí)現(xiàn)了檢波功能，成功得出輸入信號的包絡(luò)波形，即已經(jīng)基本完成對源信號的還原。2.7 低頻功率放大電路設(shè)計(jì)與仿真圖2-7-1 低頻功率放大器仿真圖 圖2-7-1所示為低頻功率放大器電路圖，輸入為上一級包絡(luò)檢波器輸出信號。低頻功率放大器為調(diào)幅接收機(jī)最后一級，用于將前面已經(jīng)處理過的信號最后進(jìn)行功率放大提供給喇叭。 兩個功率表讀數(shù)如圖2-7-2所示：圖2-7-2 輸入與輸出功率表讀數(shù)功率增益為106。輸出波形見圖2-7-3所示：圖2-7-3 低頻功率放大器輸入與輸出波形圖2.8整機(jī)電路圖見附

16、錄一2.9整機(jī)輸出波形圖圖2-9-1 接收機(jī)未連接低頻功率放大器時(shí)的輸出波形注：該波形為未鏈接低頻功率放大器時(shí)的輸出波形。結(jié) 論主要工作： 本項(xiàng)目全稱為“調(diào)幅發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的仿真設(shè)計(jì)”，項(xiàng)目的主要工作是利用multisim軟件，進(jìn)行調(diào)幅發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)完成后，利用該軟件的仿真功能對電路進(jìn)行仿真分析，并對仿真結(jié)果進(jìn)行評價(jià)并得出相關(guān)結(jié)論。調(diào)幅發(fā)射機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的功能是發(fā)射6MHz載波的已調(diào)波信號；調(diào)幅接收機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能是接收發(fā)射機(jī)發(fā)射出的符合接收機(jī)接收條件的已調(diào)幅信號、對已調(diào)幅信號進(jìn)行還原得出所需源信號，并在最后對該信號進(jìn)行功率放大提供給喇叭。前者進(jìn)行信號源調(diào)制便于傳播，后者接收調(diào)制

17、信號進(jìn)行解調(diào)制還原信號源。主要結(jié)果： 調(diào)幅發(fā)射機(jī)基本上可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射6MHz載波的已調(diào)幅信號。 調(diào)幅接收機(jī)由于技術(shù)原因，在未連接最后一級低頻功率放大器時(shí)，可正常輸出波形；但鏈接低頻功率放大器后無法正常工作。心得感受： 項(xiàng)目開展至結(jié)束，短短一周左右，收獲頗豐。 這次我們采用分組方式來開展我們的課題，合理的分組是成功的一半，兩個合理的分組則是本次項(xiàng)目的圓滿成功。我們分成了發(fā)射機(jī)組和接收機(jī)組，每組都配備兩名男生和一名女生，所謂“男女搭配干活不累”，在這次分組開展的研究中體現(xiàn)的淋漓盡致。男生熱愛鉆研，沖勁十足，是小組攻堅(jiān)的信心來源和決斷力來源；女生心思細(xì)膩，做事謹(jǐn)慎，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及后期材料整理方面貢獻(xiàn)了重要力量。 活動期間，我們進(jìn)行了兩次討論。第一次是分組討論，這次討論安排在研究初期，主要討論內(nèi)容為整體電路設(shè)計(jì)思路以及模塊分工；第二次是全體討論，各分組先單獨(dú)匯總分組結(jié)果，然后兩組合在一起互相講