小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測(cè)

1、小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測(cè)設(shè)計(jì)目的訓(xùn)練學(xué)生對(duì)高頻電子元器件及電路的應(yīng)用能力、高頻電路的設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)能力，高頻電子小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)能力，提高綜合應(yīng)用高頻知識(shí)的能力、分析解決問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)，指標(biāo)為：中心頻率6MHz;頻率穩(wěn)定度10-4;輸出AM波峰包功率200mW調(diào)制系數(shù)maA50%包絡(luò)基本不失真，用短波調(diào)幅收音機(jī)收聽(tīng)到的聲音清晰且不失真。限定條件：天線阻抗50Q,話筒為駐極體話筒XD-18。方案的確定與電路圖()系統(tǒng)方案的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，可選用圖k1.1所示的典型小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)的方案。圖中，晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度v10-5的基本不失真的6M

2、Hz的正弦波。由于晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度通常可達(dá)10-6以上，因此一般滿足頻率穩(wěn)定度v10-5的要求。緩沖放大器用于減小高電平調(diào)幅電路對(duì)振蕩器工作的影響，并對(duì)振蕩器輸出信號(hào)進(jìn)行放大，其增益應(yīng)該合適而且可調(diào)，以便滿足高電平調(diào)幅電路，不難達(dá)到發(fā)射機(jī)的功率和失真要求。調(diào)制系數(shù)可以通過(guò)UB(t)和UQ(t)的大小來(lái)滿足，UB(t)的大小通過(guò)緩沖放大器的增益來(lái)調(diào)節(jié)，uq(t)的大小通過(guò)音頻放大器的增益來(lái)調(diào)節(jié)。音頻放大器的作用是不失真地放大音頻信號(hào)，其增益應(yīng)該合適而且可調(diào)。綜上可見(jiàn)，高電平調(diào)幅電路是滿足系統(tǒng)要求的關(guān)鍵，應(yīng)首先設(shè)計(jì)該電路，然后根據(jù)該電路對(duì)信號(hào)UB(t)和UQ(t)的要求確定其它電路。圖k1.1

3、小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖(二)單元電路的設(shè)計(jì)1. 高電平調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)電路及工作狀態(tài)的選擇。高電平調(diào)幅電路主要有基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅和集電極基極雙重調(diào)幅電路。由于輸出功率較小，故可選用效率雖較低但調(diào)制線性好、電路較簡(jiǎn)單的基極調(diào)幅電路。導(dǎo)通角通常選擇70o左右，采用自給偏置，電路如圖k1.2所示。為了提高調(diào)制線性度，應(yīng)使電路工作在欠壓區(qū)。CUB(t)-O+Vcc+CUB2圖k1.2高電平調(diào)幅電路方案基本原件的選擇。圖中，Gi、Cb2CC為隔直耦合電容，G、C2為高頻濾波電容。兀由于載波頻率fc=6MHZ音頻信號(hào)頻率F20H乙20KHk,故取Cbi=Cb2=CC=0.033f,Ci=G=偵f。為電

4、源去耦電容，。=10f。扼流圈Lc在該電路中主要起隔離高頻信號(hào)、耦合電源的作用，通常取10mHLB2=51MhLbi為高頻扼流圈，其作用是隔離高頻載波信號(hào)，耦合低頻的音頻信號(hào)，因此取Lbi=470H。RE為負(fù)反饋電阻，用以改善波形及測(cè)試工作狀態(tài)，通常取10Q。(1) 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。L、C4和C5構(gòu)成兀型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，為確定它們的值，需要先確定集電極諧振電阻R。電路的最大輸出功率在臨界狀態(tài)時(shí)達(dá)到，考慮到匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際傳輸效率，應(yīng)選擇臨界狀態(tài)時(shí)的最大輸出功率Poma>1.5倍輸出峰包功率=1.5X220mW=330mW故選擇FOma=0.6W。設(shè)集電極飽和壓降UbES=1V,電源電壓V

5、cc=12V，則臨界狀態(tài)時(shí)的高頻信號(hào)幅度為UCmma=11V,可得集電極諧振電阻為Re=U2cmma/(2Pomax)100Q考慮到功放匹配電路中Q1、Q2不宜太大，否則諧振曲線太尖銳，不易調(diào)整，而且傳輸效率降低，故取Q1=2。由于Q1=wcRQ,因此得C4=2/(6X106X2兀X100)=530PF實(shí)際可取560PF,然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)整。由于Re/(1+C2e1)=R/(1+成2)故可得Qe21.22C5=CW(wcRa)=650PFC5可取680PF,然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)整。L=L1+L2=(Qe1/Wc)X(Re/(1+Q2e1)+(Qe2/wc)X(Re/(1+QL)=1.72NH故L取為1

6、.8H.三極管的選擇。設(shè)導(dǎo)通角0-700,根據(jù)三極管臨界工作狀態(tài)時(shí)的高頻信號(hào)振幅ULmmaX=11V,可求得臨界狀態(tài)時(shí)集電極電流為icma)=Icmma/(X1(0)=Ucmma/Rea1(70°)=11/(100X0.44)=0.25A臨界狀態(tài)時(shí)的管耗為Pc=Pd-Poma=icmax(X0(0)Vcc-Pomax=0.25X0.25X12-0.6=150Mw由于失諧管子的管耗大大增加，因此PCM的選擇應(yīng)有足夠余量。三極管的最大集電極電壓為UCEma&2Vc(=24V查手冊(cè)知：NPNM頻中功率管9013的參數(shù)為fQ300MHzPcM=700Mw,IcM=300Ma,Ugce

7、o=30V,所以滿足上述要求。9013的管角如圖k1.3(b)所示。載波電壓幅值Ubm調(diào)制電壓幅值UQm的選擇。由于采用自給偏置，因此Ubm應(yīng)大于0.5V。為便于調(diào)整、提高調(diào)幅性能，應(yīng)使Um在0.53V內(nèi)可調(diào)，UQm在0.11v內(nèi)可調(diào)，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定它們的合理取值。綜上所述，確定高電平調(diào)幅電路如圖k1.3(a)所示ebc(b)圖k1.3高平調(diào)幅電路(a)電路(b)9013管腳排列2. 電源的選擇除高電平調(diào)幅以外的電路，信號(hào)的大小和功率都比較小，且對(duì)電源無(wú)特殊要求，故可根據(jù)高電平調(diào)幅電路的電源要求將各電路的電源選為VCc=12V。3. 音頻放大電路的設(shè)計(jì)音頻放大電路的輸入信號(hào)由駐極體話筒提供，

8、其值較大，可達(dá)100mV為使UQm能在0.11V內(nèi)可調(diào)且有一定的調(diào)節(jié)余量，可確定音頻放大電路增益為0.120，帶寬20Hz20kHz。音頻放大電路的R應(yīng)遠(yuǎn)大于R,由于駐極體話筒XD-18的Rs較高(約幾KQ)，因此可取R=20KQ。擬采用圖k1.4所示的單電源放大電路。圖中12V電源通過(guò)68kQ電阻為話筒提供直流偏置電壓，這是話筒XD-18工作所要求的。隔直耦合電容C6和旁路電容C7根據(jù)下列式子確定GA(310)/(2兀flR)C7>(310)/(2兀fL(R/R3)由于Auma=20,fmax=20kHZ,而集成運(yùn)放LM741的單位增益帶寬為BWG=1MH>AumaXfmax=4

9、X105Hz,故集成運(yùn)放可選用LM741，其管腳排列如圖k1.5所示。3f400kQ圖k1.4610調(diào)零端1IN-IN+Vss圖k1.5LM741管腳排列4. 晶體振蕩器的指標(biāo)要求：fosc=6MHz,頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5波形大小穩(wěn)定，失真小，故可按頻率指標(biāo)設(shè)計(jì)，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定幅度。電路形式的選擇。采用應(yīng)用較廣的并聯(lián)型晶體振蕩電路。由于頻率不高，故用共發(fā)射極組態(tài)就可以了。為便于調(diào)節(jié)fosc,采用類似于改進(jìn)型電容三點(diǎn)式的結(jié)構(gòu)，如圖k1.6所示。(1) 工作狀態(tài)的選擇。甲類工作狀態(tài)波形好、穩(wěn)定度高，但效率低；乙類、丙類則反之。由于本方案中所需的輸出功率不大，可選擇甲類。(2) 元器件的選擇直流

10、通路原件的確定。通常取Vb(=(510)Ube。由于本電路為甲類工作狀態(tài)且uo大些好(當(dāng)Uo足夠大時(shí)可省去緩沖放大器)，故信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍要大些，Vq應(yīng)取大，現(xiàn)取Vbq=8.8v。偏置電阻Rbi、R2一般取幾十kQ，現(xiàn)取RB2=30kQ,則根據(jù)VBg俺2/(RB1+R32)XVcC即8.8VR30kQ/(RB1+30KQ)X12V可得Rb1=11KQ儺1主要用作交流電流負(fù)反饋電阻改善波形，其取值一般比較小，現(xiàn)取Ft1=510Q,采用1kQ電位器實(shí)現(xiàn)之。通常小功率振蕩器的IcQ=15mA現(xiàn)取Icc=3mA故可得直流電流負(fù)反饋電阻Re2為Re2=(Vbq-Vbe()/Icc-RE1=(8.8V-0.7

11、V)/3mA-510Qq2.2kQLc為通直流阻交流的扼流圈，可取10mHCe、G的確定。Ce為旁路電容，其值太小則旁路作用不佳，太大則易產(chǎn)生見(jiàn)習(xí)振蕩,通常按下式選取eA(1020)/(2兀foscRE2)故可選Ce=0.01hf。G為隔直耦合電容，可按下式選取C5>(1020)/(2兀foscR)設(shè)R=1KQ，則可選C5=0.01hf。1) 回路原件選擇。因?yàn)閒osc=6MHz,故選用6MHz晶體。G取20PF即可。C、G是回路電容，應(yīng)取大些以減小回路參數(shù)及分布參數(shù)的影響。由于反饋系數(shù)為FuQ-C1/C2所以Cl、C2的比例影響振幅條件及輸出大小。G/C1太小時(shí)易飽和，波形變差；太大時(shí)

12、可能不起振。通常取G/CiQ110?，F(xiàn)取Ci=C2=200PF,實(shí)驗(yàn)中視需要可作調(diào)整。選管。因?yàn)楣茏蛹最惞ぷ鳎瑸楸ＷC管子安全工作，應(yīng)選擇Pcm>IcQJCE(=3mA<(12v-8.1v)=11.7mWIcm>2IcQ=6MaU（br）ceq>2Vcc=24V應(yīng)選擇特征頻率fT>(310)fosc=(310)MHz。根據(jù)前面所訴的9013參數(shù)可知可選用9013。綜上所訴，可得集體振蕩器電路及其電路參數(shù)如圖kl.6所示。+12V5. 緩沖電路的設(shè)計(jì)緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓放大為0.53V的電壓，以提高電平調(diào)幅電路所需的載波輸入信號(hào)，所以要有合適且可調(diào)的增益。由于

13、信號(hào)頻率高，故不采用普通運(yùn)放實(shí)現(xiàn)放大，應(yīng)采用集成寬帶放大器或采用三極管分立元件電路。實(shí)踐表明，采用前述高電平調(diào)幅電路時(shí)，只要Ubm達(dá)到1.2V就夠用，該晶體振蕩器能滿足LLm=1.2v的要求，因此可省去緩沖放大器（三）總電路圖+12VC50.01Uoin2)0PFC320PF6MHzCe400kQ_Lf工工Lc1Dm1-Cc0.033ifC310pfC310pf11Cbi0.033pfRe10QLB1470LB251MhAAL1.S一-C4560PFc5asOFFIR50QT+12V+C610UfR,20KQC710nf四、列出元器件清單及所需儀器清單電阻電容電感10Q1個(gè)200PF2個(gè)1.8

14、卬H1個(gè)50Q1個(gè)560PF1個(gè)，170卬H1個(gè)2.2kQ1個(gè)680PF1個(gè)10mH2個(gè)11kQ1個(gè)0.01卬F2個(gè)-51mH1個(gè)20kQ1個(gè)0.033卬F2個(gè)30kQ3個(gè)1F2個(gè)10F2個(gè)其它器件電位器1kQ1個(gè)430kQ1個(gè)面包板1塊三極管90132個(gè)L直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)集成運(yùn)放M7411個(gè)示波器臺(tái)日日振6MHz1個(gè)高頻信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)1萬(wàn)用表臺(tái)五、安裝調(diào)測(cè)舉例(一) 看樣板，確定總電路布局和電源、地、輸入端、輸出端的位置。單元電路的安裝與調(diào)測(cè)1.調(diào)幅電路(設(shè)載波頻率為6MHZ(1) 在合適的位置安裝調(diào)幅電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。用萬(wàn)用表的“x1Q”檔測(cè)量電源和地間的電阻，以保證電源未

15、被短路。(2) 諧振功放的調(diào)諧、調(diào)整與測(cè)量調(diào)諧：將直流穩(wěn)壓電源調(diào)為+5v,然后接入電路。在ub(t)端輸入6MHz幅值1V的正弦波，用雙通道示波器同時(shí)觀察ub(t)端、輸出端Uo的波形。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率，觀察Uo大小、失真情況的變化。當(dāng)Uo最大且基本不失真時(shí)，就調(diào)好了。若諧振頻率偏離6MHz較多，則需調(diào)整電路，使諧振頻率為6MHz若諧振頻率為1MHz則記錄該頻率f0=1) 將直流電源調(diào)為+12V,減小輸入信號(hào)，直到Ue端的余弦波脈沖剛剛消失，記錄此時(shí)的信號(hào)幅值UbmminF,此即功放工作需要的最小值。調(diào)整與測(cè)量：根據(jù)指標(biāo)PomaxA220mV可求得輸出電壓必須滿足UmaxA4.7V,因此應(yīng)

16、調(diào)節(jié)輸入信號(hào)大小，觀察發(fā)射極信號(hào)UE的變化，使功放工作于臨界狀態(tài)(臨界時(shí)UE為最高尖脈沖)，測(cè)量此時(shí)的Uo的幅值，若Uo幅值小于4.7V或波形失真，則需對(duì)電路作調(diào)整；若Uo幅值大于4.7V且波形不失真，則記錄U>max=,并測(cè)量、記錄相應(yīng)的輸入幅值Ubmmax=(3) 。這樣得到使功放欠壓工作的輸入信號(hào)范圍UbmminUbmmax調(diào)幅和測(cè)量1) 加載波信號(hào)：在UB(t)端加上6MHz的正弦波，為獲得較大調(diào)幅度，載波幅值宜取ULm=(Ubmmin+Llmmax/2。加調(diào)制信號(hào)：在UQ(t)端加上6MHz的低頻正弦波，觀察輸出電壓波形，應(yīng)為普通調(diào)幅波。調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)的幅值，使調(diào)幅電路能輸出調(diào)制

17、系數(shù)m的50%UmaxA4.7V、包絡(luò)基本不失真的普通調(diào)幅波，否則需調(diào)整電路。測(cè)量并記錄fQ=1kHz、uomax=4.7V且ma=50%J對(duì)應(yīng)的Ubm=,UQm=。2) 保持調(diào)制信號(hào)的大小不變，調(diào)節(jié)其頻率，觀測(cè)并記錄調(diào)幅電路對(duì)調(diào)制信號(hào)的通頻帶頻率范圍：fQ=。2晶體振蕩電路(1) 安裝電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。(2) 斷開(kāi)正反饋環(huán)路，接通12V直流電源，用萬(wàn)用表測(cè)量Ueq從而求出Ieq,與理論值進(jìn)行比較，無(wú)異常則可進(jìn)行下面測(cè)試，若異常則需排除故障或調(diào)整電路。(3) 接通正反饋環(huán)路，用示波器觀察輸出波形。若無(wú)波形，應(yīng)確認(rèn)是否構(gòu)成正反饋。若能確認(rèn)，則可增大環(huán)路增益，使輸出穩(wěn)定波形。用示波

18、器觀察輸出波形的形狀和頻率，若頻率明顯不對(duì)，則為寄生振蕩或晶體不對(duì)；若頻率正常。則用頻率計(jì)測(cè)量之。若波形明顯失真，則應(yīng)調(diào)整三極管工作狀態(tài)，使管子工作在甲類狀態(tài)，輸出波形不失真。觀測(cè)振蕩頻率和輸出信號(hào)的大小。若振蕩頻率約為6MHz則滿足輸出要求，否則要調(diào)整電路。若帶調(diào)幅電路時(shí)的輸出電壓幅值在1V12V之間，則能滿足調(diào)幅電路對(duì)載波大小的要求，否則要調(diào)整電路或設(shè)計(jì)緩沖放大器。當(dāng)電路調(diào)好后，測(cè)量并記錄：fosc=,半小時(shí)頻率穩(wěn)定度為，空載時(shí)輸出電壓為，帶調(diào)幅電路時(shí)輸出電壓值為3.音頻放大電路(1) 安裝電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。(2) 接通12V直流電源，用萬(wàn)用表測(cè)量LM741的輸入、輸出腳直流電位：Un+=,UIn=,UO=,并與理論值比較，若直流電位正常，則進(jìn)行下面的測(cè)量。(3) 輸入6kHz、幅值100mV的正弦波，調(diào)節(jié)R，觀測(cè)輸出幅值范圍，若輸出幅值能在0.1V1V內(nèi)可調(diào)，則滿足了增益指標(biāo)。記錄輸出幅值范圍：。(4) 輸入6kHz、幅值100mV的正弦波，調(diào)節(jié)R,使輸出電壓幅值為0.5V。然后保持輸入信號(hào)的大小不變，調(diào)節(jié)其頻率，測(cè)量音頻放大電路的30dB帶寬對(duì)應(yīng)的頻率范圍：。若通頻帶能覆蓋120Hz120KHz范圍，則音頻放大電路就調(diào)好了。(二) 系統(tǒng)電路統(tǒng)調(diào)與性能指標(biāo)測(cè)量(1) 按照總電路圖連接各單元電路，仔細(xì)檢查，確保安裝正確可靠。(2) 接