調(diào)幅發(fā)射機(jī)的仿真設(shè)計

1、專業(yè)： 電子信息工程 學(xué)號： 高頻電子線路課程設(shè)計 題 目： 調(diào)幅發(fā)射模塊設(shè)計 院（系、部）： 機(jī)電工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 2013年 月 日 學(xué)院教務(wù)處制 摘 要高頻電子線路是通信系統(tǒng)，特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是無線通信設(shè)備的重要組成部分，其研究對象是通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接受設(shè)備的高頻“功能”電路功能的基本組成和原理。調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。本設(shè)計以高頻電子線路為基礎(chǔ)，完成了小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本理論設(shè)計。本文詳細(xì)的設(shè)計了系統(tǒng)的本地振蕩器、低頻放大器、調(diào)幅調(diào)制電路和功率

2、放大電路，并用multisim軟件對單元電路進(jìn)行了仿真，以及部分電路理論的計算，并結(jié)合protel99se完成了總體電路的原理圖及PCB設(shè)計。關(guān)鍵詞： 高頻；multisim；調(diào)幅發(fā)射；protel目 錄摘 要I1設(shè)計任務(wù)及要求11.1設(shè)計任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)11.2設(shè)計要求12 方案論證22.1主振蕩器模塊.22.2振幅調(diào)制模塊.22.3高頻功率放大模塊.32.4低頻放大模塊.33 單元電路設(shè)計33.1主振蕩器模塊.33.2振幅調(diào)制模塊.63.3高頻功率放大模塊.83.4低頻放大模塊.94 電路原理圖及PCB版圖95 總結(jié)3附錄及參考文獻(xiàn)3 1 設(shè)計任務(wù)及要求 1.1 設(shè)計任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)（1）學(xué)會

3、multisim等電子電路仿真軟件分析電路、設(shè)計電路的方法和步驟；（2）進(jìn)一步掌握所學(xué)單元電路及在此基礎(chǔ)培養(yǎng)自己分析、應(yīng)用其他單元電路的能力；（3）了解高頻振蕩器電路、高頻放大器電路、調(diào)制器電路、音頻放大電路的工作原理；（4） 輸出功率P>10W，發(fā)射效率 ，工作頻率f0=11MHz，調(diào)幅度ma>0.3， 電源電壓12V；（5）畫出調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理圖，方案的確定，晶體振蕩器設(shè)計計算；（6）完成PCB版圖的制作。1.2 設(shè)計要求2 方案論證2.1主振蕩器模塊方案一：RC正弦波振蕩器由電阻和電容組成，沒有調(diào)諧回路，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但不能抑高制次諧波的產(chǎn)生，因此不適合用于高頻電路。方案

4、二：LC三點(diǎn)式振蕩器，包括電容三點(diǎn)式振蕩器和電感三點(diǎn)式振蕩器。其中電容三點(diǎn)式振蕩器的輸出波形比電感三點(diǎn)式振蕩器的輸出波形好。為提高頻率穩(wěn)定度，可采用改進(jìn)三點(diǎn)式振蕩電路，如克拉波振蕩電路、西勒振蕩電路。方案三：晶體振蕩器，晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度高，振蕩頻率不易受外界因素（溫度、濕度、電壓變化等）影響。 因此，RC振蕩器不符合要求，可以采用西勒振蕩器或者晶體振蕩器，由于晶體振蕩器不易受外界因素影響，故本設(shè)計選用晶體振蕩器作為本振信號源。2.2振幅調(diào)制模塊方案一：模擬乘法器調(diào)幅，模擬乘法器是對兩個模擬信號（電壓或電流）實(shí)現(xiàn)相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個互不相關(guān)信號相乘，即輸出信號與兩輸

5、入信號相乘積成正比。采用模擬相乘器實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方法是低電平調(diào)制，輸出功率較小，必須使用高頻功率放大器才能達(dá)到發(fā)射功率的要求。方案二：高電平調(diào)幅，采用集電極調(diào)幅實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方法屬于高電平調(diào)制，輸出功率基本能夠滿足發(fā)射功率要求。本次設(shè)計采用集電極調(diào)幅實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方法，與低電平調(diào)制相比，高電平調(diào)制電路的優(yōu)點(diǎn)是不必采用效率較低的線性功率大器，直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波，多采用丙類諧振功率放大器。集電極調(diào)制電路工作在過壓狀態(tài)，用調(diào)制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。它具有調(diào)制線性好，集電極效率高，效率不變等優(yōu)點(diǎn)；但是調(diào)制信號功率大?；鶚O調(diào)制電路工作在欠壓狀態(tài)，用調(diào)制信號來改變

6、高頻功率放大器的基極偏壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。它的缺點(diǎn)調(diào)制過程中效率有變化，平均集電極的效率不是很高；但它的優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)制功率很小。2.3高頻功率放大模塊功率放大模塊有緩沖級、激勵級和功率放大級組成。因?yàn)楸敬卧O(shè)計要求發(fā)射效率 ，所以采用丙類功率放大器。2.4低頻放大模塊低頻放大是對輸入的調(diào)制信號進(jìn)行放大，本設(shè)計中采用甲類共射極放大電路作為低頻放大部分。3單元電路設(shè)計3.1主振蕩器模塊基本原理及參數(shù)選擇主振蕩器采用石英晶體振蕩器，本設(shè)計中主振電路由兩部分組成：并聯(lián)型c-b型（皮爾斯）晶體振蕩電路；三極管緩沖放大電路。c-b型并聯(lián)晶體振蕩器的典型電路如圖3-1所示，振蕩管的基極對高頻接地，晶體接集電極與基極

7、之間，C2和C3位于回路的另外兩個電抗元件，振蕩器的回路等效電路如圖3-2所示，它類似于克拉潑振蕩器，由于Cq非常小，因此，晶體振蕩器的諧振回路與振蕩管之間的耦合電容非常弱，從而使頻率穩(wěn)定度大大提高。由于晶體的品質(zhì)因數(shù)很高，故其并聯(lián)諧振阻抗也很高，雖然接入系數(shù)很小，但等效到晶體管CE兩端的阻抗仍很高，因此放大器的增益高，電路容易滿足振幅起振條件。圖3-1 c-b型并聯(lián)晶體振蕩器實(shí)際線路圖 圖 3-2 c-b型并聯(lián)晶體振蕩器等效線路靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇：選ICQ=2mA VCEQ=6V =60，則有 為提高電路的穩(wěn)定性RE值適當(dāng)增大，取R4=1K則R3=2K則 取流過R2的電流為10IBQ 則（取=

8、0.6V） 取R2=5.1K，則 取R1=10K， W1為50K的可調(diào)電阻。確定主振回路元器件 當(dāng)為LC振蕩時， f0=11MHz 設(shè)L =2.2H 則 則取C6=100P，C2=200P 而對于晶體振蕩，只并聯(lián)一可調(diào)電容進(jìn)行微調(diào)即可。電路仿真及結(jié)果分析 圖3-3振蕩器電路原理圖通過調(diào)節(jié)示波器可以觀察到振蕩器起振時波形如圖3-4所示：圖3-4起振時波形達(dá)到振幅穩(wěn)定時波形如圖3-5所示：圖3-5振幅穩(wěn)定時波形用頻率計測量振蕩頻率為10.815MHz圖3-6頻率計示數(shù)3.2振幅調(diào)制模塊 集電極調(diào)幅的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流

9、的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。實(shí)際上，它是一個集電極電源受調(diào)制信號控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。設(shè)基極激勵信號電壓（即載波電壓）為：。則加在基射極間的瞬時電壓為。調(diào)制信號電壓 加在集電極電路中，與集電極直流電壓VCC串聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為 式中，VCC 為集電極固定電源電壓； 為調(diào)幅指數(shù)。設(shè)計仿真及結(jié)果分析圖3-7集電極調(diào)幅電路原理圖用示波器觀察仿真效果如圖3-8所示：圖3-8調(diào)幅波輸出波形為了便于分析計算，調(diào)節(jié)示波器，使輸出波形如下,計算可得：調(diào)幅度ma=1/2*(Vmax-Vmin)/Vo=46%.圖3-9調(diào)幅波輸出3.3高頻功率放大

10、模塊3.3.1 諧振功率放大器的工作原理LC諧振網(wǎng)絡(luò)為放大器的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為信號的中心頻率。作用：濾波、匹配。VBB:基極直流電壓作用:保證三極管工作在丙類狀態(tài)。VBB的值應(yīng)小于放大管的導(dǎo)通電壓Uon；通常取VBB0。VCC：集電極直流電壓作用：給放大管合理的靜態(tài)偏置，提供直流能量。功率關(guān)系：直流功率：PV=VCCICO；輸出功率：PO= Icm1Ucm；放大管功耗：PT=PV-PO；效率：= PO/PV仿真設(shè)計及結(jié)果分析仿真電路圖：圖3-10高頻功放電路原理圖用掃頻儀觀察諧振曲線如圖3-11所示：圖3-11諧振曲線使用示波器觀察到輸入輸出波形分別如下：圖3-12輸入輸出波

11、形使用功率表分別測得輸入小信號，直流輸入功率，輸出功率如下：圖3-13功率表示數(shù)有仿真結(jié)果可以計算得以下參數(shù)：輸出功率：Po=11.604W。直流輸入功率：P=14.734W. 集電極損耗功率為：Pc=P=Po=3.13W。效率：。通頻帶：。相對通頻帶：f0.7/f0=1.866/11=0.17。3.4低頻放大模塊低頻放大模塊選擇甲類放大電路。靜態(tài)工作點(diǎn)選擇晶體管Q1組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中RB1、RB2為基極偏置電阻；RE1為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RF1為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定： 式中，RF1

12、一般為幾歐至幾十歐。 圖3-14靜態(tài)等效圖仿真電路如下：圖3-15甲類放大電路原理圖圖3-16輸入輸出波形仿真結(jié)果如下：由仿真結(jié)果知電壓增益為A=41。4 電路原理圖及PCB版圖4.1電路原理圖圖4-1電路原理圖4.2 PCB版圖圖4-2 PCB版圖5總結(jié)5.1技術(shù)總結(jié)這次對高頻電子線路的課程設(shè)計基本上完成了設(shè)計任務(wù)與要求，但是本設(shè)計中還存在很多缺陷與不足。在振蕩器的設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)運(yùn)用multisim實(shí)現(xiàn)晶體振蕩器時起振過程很慢，振蕩頻率較設(shè)計要求還存在偏差：在諧振功放的設(shè)計中，諧振電路的中心頻率也是存在一定偏差。在以后的學(xué)習(xí)或?qū)嵺`中我應(yīng)該結(jié)合實(shí)際去思考問題產(chǎn)生的原因，并給出合理解釋。5.2心得體會通過這次的高頻電子線路的課程設(shè)計，我深刻的明白了實(shí)際設(shè)計電路與理論的區(qū)別，也清楚的認(rèn)識到自己所學(xué)知識的局限性。因此在這次課程設(shè)計的過程中我們遇到了很多問題。最后在同組同學(xué)和老師的幫助下，我們不斷的翻閱有關(guān)資料，才能夠順利的解決這次的課程設(shè)計，通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正解決實(shí)際問題，從而提高自己的實(shí)際動手能力和分析解決問題的能力。參考文獻(xiàn)1李哲英，駱麗. 模擬電子線路分析與multisim仿真. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200