電子線路課程設(shè)計-AM調(diào)幅發(fā)射機設(shè)計報告

PAGE4電子線路課程設(shè)計總結(jié)報告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)：電子信息工程班級：電子131報告成績：評閱時間：教師簽字：2016年3月小功率調(diào)幅AM發(fā)射機設(shè)計內(nèi)容摘要：調(diào)幅發(fā)射機應(yīng)用于無線電廣播系統(tǒng)中，本設(shè)計以電子線路課程設(shè)計實踐教學(xué)為應(yīng)用背景，通過查閱專業(yè)書籍及論文，并結(jié)合專業(yè)課程學(xué)習(xí)要求，根據(jù)設(shè)計指標、要求和可行性，選擇適合設(shè)計方案，并對設(shè)計方案進行必要的論證。本課題以小功率調(diào)幅發(fā)射機為設(shè)計對象，并對其主振級、低頻電壓放大級、調(diào)制級、高頻功率放大級進行了詳細的設(shè)計、論證、調(diào)試及仿真，并進行了整機的調(diào)試與仿真。設(shè)計具體包括以下幾個步驟：一般性理論設(shè)計、具體電路的選擇、根據(jù)指標選定合適器件并計算詳細的器件參數(shù)、用multisim進行設(shè)計的仿真、根據(jù)仿真結(jié)果檢驗設(shè)計指標并進行調(diào)整。最后對整個設(shè)計出現(xiàn)的問題，和心得體會進行總結(jié)。關(guān)鍵詞調(diào)幅發(fā)射機；振蕩器；multisim仿真設(shè)計一、設(shè)計內(nèi)容及要求(一)設(shè)計內(nèi)容：小功率調(diào)幅AM發(fā)射機設(shè)計1.確定小功率調(diào)幅發(fā)射機的設(shè)計方案，根據(jù)設(shè)計指標對既定方案進行理論設(shè)計分析，并給出各單元電路的理論設(shè)計方法和實用電路設(shè)計細節(jié)，其中包括元器件的具體選擇、參數(shù)調(diào)整。2.利用multisim仿真軟件，對設(shè)計電路進行仿真和分析，依據(jù)設(shè)計指標對電路參數(shù)進行調(diào)整直至滿足設(shè)計要求。（二）技術(shù)指標：載波頻率，頻率穩(wěn)定度不低于10-3輸出功率負載電阻輸出信號帶寬（雙邊帶）殘波輻射單音調(diào)幅系數(shù)；平均調(diào)幅系數(shù)0.3發(fā)射效率二.方案選擇及系統(tǒng)框圖（一）總體方案及系統(tǒng)框圖主振蕩器緩沖放大大音頻放大高頻功放振幅調(diào)制制放大器音頻信號根據(jù)設(shè)計要求，要求工作頻率為10MHz，輸出功率為1W主振蕩器緩沖放大大音頻放大高頻功放振幅調(diào)制制放大器音頻信號5.功率放大電路功率激勵級為末級功放提供激勵功率。如果所要求發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出能夠滿足末級功放的輸入要求，功率激勵級可以省去。末級功放—將前級送來的信號進行功率放大，使負載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機效率較高，應(yīng)采用丙類功率放大器，若整機效率要求不高如，而對波形失真要求較小時，可以采用甲類功率放大器。本課題要求，可以采用乙類互補推挽功率放大器或丙類諧振功率放大器，故本次設(shè)計選用丙類功率放大器。三、調(diào)幅發(fā)射機的電路設(shè)計及工作原理（一）主振級電路根據(jù)設(shè)計指標的要求，克拉潑電路振蕩器與小信號放大級聯(lián)合電路圖如圖3-1所示。晶C2，C3，C4與L1構(gòu)成改進型電容三點式振蕩電路，振蕩頻率由電容和電感決定。電路中的三極管靜態(tài)工作點由各電阻決定，在設(shè)計靜態(tài)工作點時，應(yīng)首先決定集電極電流Icq，一般都取0.5mA~4mA，Icq過大會引起波形失真，有時還伴隨產(chǎn)生高次諧波。取放大倍數(shù)β=50，.依據(jù)電路計算，取L3=25μH,則C3=10pF,取，C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400PfL2，C5，C6起到電源濾波的效果，可以不要。頻率輸出需要通過L,C決定，使震蕩頻率穩(wěn)定10MHz。R1R2R3R4構(gòu)成分壓式偏置電路，提供靜態(tài)工作點。圖3-1-1圖3-1-2(二)射隨隔離級緩沖級接成射隨器，以滿足隔離條件。高頻交流通路為共集極組態(tài)，因為其交流輸入阻抗很大,輸出阻抗很小，從而起到緩沖作用已達到隔離效果，避免后級放大電路對振蕩器的振蕩頻率造成影響，影響振蕩器頻率和穩(wěn)定性。圖3-2-1射隨器原理圖首先設(shè)置靜態(tài)工作點：取，，解得、，為了便于調(diào)節(jié)本級的輸出電壓，采用30kΩ固定電阻并接30kΩ滑動變阻器?？紤]到β值，且由和分壓得到，取。由仿真結(jié)果可得幅值Vpp=2V，，幅值比輸入略有降低但滿足要求。圖3-2-2射隨器輸出波形圖圖3-2-3射隨器輸出載波的頻率（三）高頻放大器高頻放大電路，以便獲得較高的電壓滿足下一級集電極高電平調(diào)制的條件，三極管工作在放大狀態(tài)，設(shè)置靜態(tài)工作點與上一個單元電路類似，放大電路的放大電壓在由集電極耦合輸出。下一級的輸入電壓作為本級電路的負載。 變壓器采用1:1的高頻變壓器；C7為高頻耦合電容為10pF；C8為高頻旁路電容，取0.01uF；R12為51Ω小電阻，避免發(fā)生寄生振蕩；圖3-3-1高頻功率放大器通過調(diào)節(jié)前一級射級跟隨器滑動變阻器的分壓值，最終通過高頻放大器輸出的載波的幅值有所不同，下圖最大值Vp-p=10V，最小值為0.8V，調(diào)節(jié)滑動變阻器得到輸出電壓在0.8V~10V之間變化的電壓，可以滿足下一級集電極調(diào)幅電壓的要求。放大級輸出電壓：圖3-3-2幅值最大值Vp-p=10V圖3-3-3幅值較小值Vp-p=0.8V（四）語音放大電路語音放大器主要是對語音信號進行放大和限頻，經(jīng)過放大后的語音信號送入調(diào)制級對高頻載波信號進行調(diào)制，本機采用LM358進行語音功率放大。RP4越小，電路增益越高；反之，增益越小。語音放大單元電路圖3-4-1為了測試效果，在話筒處以信號發(fā)生器代替，信號輸出端接示波器得到如圖3-4效果圖圖3-4-1語音放大電路圖3-4-2輸入信號圖3-4-3仿真波形通過調(diào)節(jié)R17可以改變放大倍數(shù)（五）調(diào)幅電路圖3-5-1集電極調(diào)幅電路本設(shè)計采用集電極調(diào)幅，三極管工作在丙類狀態(tài)過壓狀態(tài)。基極偏置采用自給偏壓，由R16，R18和C10組成，各參數(shù)如圖，保證其工作在丙類過壓狀態(tài)。調(diào)制信號由信號源加入，取。輸出采用諧振回路，因集電極電流為余弦脈沖波，為得到不失真的波形，集電極負載采用LC諧振回路，濾出所需頻率，得到不失真的波形，濾波網(wǎng)絡(luò)的中心頻率調(diào)整為調(diào)幅波載波頻率。諧振回路電感采用變壓器，變壓器的初級回路電感量和電容C11諧振，電容值和變壓器的初級線圈的電感滿足：。取=11pF，則變壓器的初級線圈電感量L=23uH。對調(diào)幅電路進行頻率特性測試，以驗證集電極諧振回路的頻率特性，由圖3-5-2看到諧振回路的中心頻率為10M，則該諧振濾波網(wǎng)絡(luò)滿足要求。圖3-5-2集電極調(diào)幅電路的波特圖圖3-5-3集電極調(diào)幅波輸出四、調(diào)幅發(fā)射機的整體電路及工作原理圖4-1調(diào)幅發(fā)射機整體電路將各單元電路連接在一起，即小功率調(diào)幅發(fā)射機。在整體電路設(shè)計中，對單元電路做了一些調(diào)整和精簡：在仿真中，電源輸出十分理想，電源濾波電路不需要，且在加入后級發(fā)現(xiàn)如果有電源濾波電路會影響振蕩電路輸出的波形，形成一種類似解調(diào)的效果，故而在整體設(shè)計中舍棄了電源濾波電路。語音放大級的效果有些雞肋，其所起到對調(diào)幅度的調(diào)整可以通過在高頻放大級或調(diào)幅級進行調(diào)整，在仿真中又是用信號源代替語音信號的輸入，可以隨時調(diào)整幅度，但在實際應(yīng)用中，若測試后語音信號滿足不了調(diào)幅的要求，語音放大級才是必須的。主振蕩電路采用克拉潑振蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的10MHz的載波信號，經(jīng)過緩沖級、高頻放大級接入集電極調(diào)制器，使得載波不受下一級電路的影響。通過前面的電路以后，信號是已調(diào)信號。經(jīng)測試，高頻放大放大載波幅值滿足調(diào)制的要求；且功率足夠大，可以直接經(jīng)過天線發(fā)射出去。本次仿真中，天線用負載代替，在實際設(shè)計時可將電阻用相應(yīng)阻抗的天線代替完成發(fā)射任務(wù)。五、系統(tǒng)元器件清單元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)C10.01μFC10150pFR22kΩR11390ΩC20.01μFC1111pFR347kΩR1251ΩC3120pFC1220pFR46.8kΩR1310ΩC4470pFL112μHR53kΩR1450ΩC523pFQ12SC2786R630kΩR155kΩC65pFQ22SC2786R730kΩR165.0kΩC710pFQ32SC2786R8(可變電阻)30kΩR172kΩC80.01μFQ42N2222AR910kΩ變壓器T1（1:1）C90.01μFR147kΩR1010kΩ變壓器T2話筒信號源代替六.電路設(shè)計總結(jié)電路設(shè)計首先要對所設(shè)計電子系統(tǒng)的功能有一個整體的把握，然后將任務(wù)分解畫出系統(tǒng)框圖，這是所謂的頂層設(shè)計，然后利用所學(xué)知識對各單元電路進行設(shè)計。只有自己親手實踐，計算電路參數(shù)，進行每一步的電路設(shè)計，才會發(fā)現(xiàn)問題以及理論與實踐的不同，例如：三極管的靜態(tài)工作點參數(shù)設(shè)定時具體參數(shù)的選取，這些在做題時題目中會限定，但自己仿真時候就要想如何設(shè)定、怎樣設(shè)定才合適；振蕩器直流通路的設(shè)計，要同時考慮起振條件、穩(wěn)定條件、平衡條件，因此在具體參數(shù)計算時會遇到麻煩；后級對前級的影響如何解決等。但發(fā)現(xiàn)問題都會有解決的辦法，仔細排查，在電路設(shè)計時可以查閱資料把問題概括出來，從而找到解決的辦法。只有不斷的將理論聯(lián)系實際，在實踐過程中認識和發(fā)展自己的理論知識，才能鞏固所學(xué)，學(xué)以致用。七.參考文獻[1]張肅文《高頻電子線路》第三版高教出版社[2]謝嘉奎等編.《電子線路——非線性部分》（第四版）.高等教育出版社[3]于海勛，鄭長明《高頻電路實驗與仿真》科學(xué)出版社[4]朱力恒編.《電子技術(shù)仿真實驗教程》電子工業(yè)出版社[5]曾興雯，陳健，劉乃安主編《高頻電子線路輔導(dǎo)》西安電子科大出版社八、收獲與體會1.對電子系統(tǒng)設(shè)計的收獲這次課程設(shè)計時間緊、任務(wù)重，雖然剛剛學(xué)完了高頻電子線路，但是對于實踐以及設(shè)計卻在理論中未曾涉及，雖然知道應(yīng)該由哪幾部分構(gòu)成，每一部分的原理也知道，但是實際做起來卻工作量不小，要根據(jù)實際元件的特性去設(shè)計元件的參數(shù)，理論與實踐無法結(jié)合感覺無從下手，但是有困難不能放棄，于是我查閱了一些資料，和同學(xué)們一起討論計算參數(shù)，逐漸我將理論與實踐結(jié)合了起來，接著我便開始設(shè)計各個單元模塊，對于各個模塊的比較選擇和討論、對參數(shù)的設(shè)計，這些都需要自己動手，我只有繼續(xù)查找資料，結(jié)合上學(xué)期的內(nèi)容，慢慢的一點點計算。在仿真過程中，測試了多種電路，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如Multisim所用元件參數(shù)如何，在改變參數(shù)以及參數(shù)應(yīng)當如何選取占用了一部分時間，但是也因此對元器件的參數(shù)性能以及參數(shù)的作用有了更深的了解。在做仿真時也收獲了許多，有時經(jīng)常計算的時候是準確的電阻在標準元器件庫里卻沒有，有些可以用電位器來代替，有些則需根據(jù)準確的阻值或電容值電感值選擇標準元器件，但正是由于這些標準值與準確值的差異，導(dǎo)致了有時候靜態(tài)工作點以及振蕩頻率的偏移，這時就需要改變阻值并加入可變電阻或者可變電容來調(diào)試，更讓我體會到了理論與實踐的結(jié)合與不同之處，考試理論計算僅需要考慮理想情況甚至不用考慮前級對后級的影響，更不用論證不同方案的好壞，但仿真和實踐卻不同，小功率調(diào)幅發(fā)射機作為一個整體，需要考慮前后級的輸入輸出電阻的影響、諧振回路的阻抗匹配等，并且因為是高頻信號，還要考慮是否會發(fā)生信號互串。2.理論與實踐的收獲在設(shè)計過程中，我深刻明白了動腦和動手做之間的天壤之別，各種想象不到的困難都可能出現(xiàn)。只好認真排查，仔細計算，查閱資料。認識到只有動手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題要解決，從實際中發(fā)現(xiàn)問題?；仡櫿麄€漫長復(fù)雜的設(shè)計過程，耐心是不可少的。而以后我們在工作中必將面對更多更加復(fù)雜的設(shè)計工作，問題出的越多，對我的促進就越是大，使我在畫電路做計算更加細心耐心。這次設(shè)計過程讓我認識到了只有理論聯(lián)系實際，在實踐中檢驗和完善自己的理論知識才是最重要的。我收獲的不僅僅是完成了課設(shè)，更重要的是讓我更清楚的認識到理論聯(lián)系實際的重要意義，并在設(shè)計過程中鍛煉了自己的能力。報告成績報告成績:_____________評閱時間：——————教師簽字：————————評閱時間：教師簽字：實驗報告班級：課程名稱：電子線路課程設(shè)計實驗室：第二實驗室實驗時間：2016年3月實驗項目名稱：小功率調(diào)幅發(fā)射機的安裝與調(diào)試一、實驗?zāi)康模?、熟練掌握小功率調(diào)幅發(fā)射機的安裝與調(diào)試。2、熟悉小功率調(diào)幅發(fā)射機的工作原理，對所學(xué)高頻電子線路知識加以鞏固。3、熟悉理解實驗電路原理。4、通過整機裝配和調(diào)試提高獨立分析問題和解決問題的能力。5、實踐與理論設(shè)計相結(jié)合，更深刻地理解學(xué)習(xí)相關(guān)知識。6、通過一套完整的調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計、安裝和調(diào)試，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和科學(xué)實驗的能力。二、實驗內(nèi)容與原理（一）、實驗內(nèi)容1、熟悉實驗電路原理2、熟悉并測試電路元件參數(shù)3、熟悉印刷板與電路、元件的對應(yīng)關(guān)系4、電路焊接、調(diào)試5、測試并記錄參數(shù)（二）、實驗原理1、調(diào)幅發(fā)射機組成框圖如圖所示：晶體振蕩器晶體振蕩器振蕩器語音信號振幅調(diào)制器（乘法器）放大器高頻功放驅(qū)動電路高頻功率放大器小功率調(diào)幅發(fā)射機設(shè)計的技術(shù)指標：載波頻率,輸出功率，負載阻抗，輸出信號帶寬，單音調(diào)幅系數(shù)，平均調(diào)幅系數(shù)，發(fā)射效率，調(diào)制信號的F=1KHz。2、實驗電路圖如圖圖1小功率調(diào)幅發(fā)射機原理圖圖2PCB圖三、實驗器材（設(shè)備、元器件、軟件工具：、平臺）：1．雙蹤示波器，數(shù)字信號源，數(shù)字萬用表等各一臺。2．電烙鐵，鑷子，鉗子，螺絲刀等工具一套。3．調(diào)幅發(fā)射機實驗板，套件，焊錫，漆包線等。5.元器件清單名稱參數(shù)數(shù)量名稱參數(shù)數(shù)量名稱參數(shù)數(shù)量電阻10110K3二極管IN4148251450K1三極管805011001500K1901841501瓷片電容100pF1芯片底座8P15102150pF114P11K7300pF1端子2P-2.541套3.9K222pF23P-5.0813K20.01uF8集成電路MC149616.8K10.005uF2導(dǎo)線\\16K20.022uF2放大器LM358（含2個放大器）10K100.1uF4高頻磁環(huán)\2150K1電解電容10uF3可調(diào)電容5~30pF1501電感56uH2電位器1K1晶振6MHz1四、調(diào)幅發(fā)射機各模塊調(diào)試4.1載波振蕩器電路采用晶體接成并聯(lián)型晶體振蕩器，其穩(wěn)定性比LC振蕩器高一個數(shù)量級，振蕩頻率等于晶振的固有頻率。調(diào)節(jié)RP0可以使振蕩器滿足起振條件。后一級為緩沖器，晶體三極管接成共集組態(tài)放大器，以滿足隔離條件。單元電路原理圖如下圖4.2音頻放大電路、音頻信號發(fā)生電路低頻信號可以通過J2加入電路，亦可以通過圖中U1A組成的RC文氏橋路振蕩產(chǎn)生。振蕩頻率由圖中R12、R13，C8、C9決定，振蕩頻率由于三極管電容及溫度等其余因素，振蕩頻率在1Khz左右D1、D2和R11組成電橋的一個臂，起穩(wěn)定振幅的作用，調(diào)節(jié)R11可以得到波形失真較小，且工作穩(wěn)定的波形。U1B接成同向放大器，調(diào)節(jié)RP4可以改變放大器的放大倍數(shù)，輸出在一定范圍可調(diào)的電壓，以滿足下一級調(diào)制的需求。4.2振幅調(diào)制電路由于乘法器的限制條件，只有當乘法器1、10引腳輸入電壓幅值小于等于26mV時才是理想的乘法器，否則會會出現(xiàn)雜波：高頻分量。由于本電路為改進型差分對管平衡調(diào)制器，電壓得到擴展，只要可滿足相乘條件。本單元原理圖如下：4.3功率放大電路T3組成構(gòu)成射隨器，以增強其負載能力；T4為高頻寬帶放大器，以使后級丙類功放電路獲得較大的激勵電壓；T5構(gòu)成丙類諧振功率放大器，其負載采用諧振回路，諧振回路具有選頻和阻抗匹配的作用；其負載為75Ω電阻，亦可用阻抗為75Ω的天線代替。功率放大電路部分前一級高頻磁環(huán)為6:2，后一級的磁環(huán)為10:4。本單元原理圖如下：4.5實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果1.晶體震蕩電路圖未經(jīng)射隨器的輸出震蕩波形圖經(jīng)過射隨器后的波形結(jié)果分析：調(diào)節(jié)RP0使得振蕩級輸出信號為6MHz，晶體振蕩電路的頻穩(wěn)度很高，頻率基本穩(wěn)定在6MHz；調(diào)節(jié)RP2可以改變載波信號的幅度。2.音頻放大器調(diào)試音頻放大電路使之穩(wěn)定輸出1KHZ的頻率，調(diào)節(jié)RP3使波形最好，調(diào)節(jié)RP4調(diào)節(jié)幅度大小300mV左右。結(jié)果分析：LM358的第一個部分用于產(chǎn)生頻率為1KHz的音頻信號，LM358的后一個部分用于放大音頻信號的幅度，調(diào)節(jié)RP4，令輸出穩(wěn)定，測得音頻信號的頻率約為948.4Hz調(diào)節(jié)RP4可以調(diào)節(jié)音頻信號幅度圖音頻發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制信號3.振幅調(diào)制電路焊接并調(diào)試相乘器電路，以MC1496為核心，實現(xiàn)載頻信號與音頻信號的相乘，連接JP1、JP2、JP6，可以分別通過調(diào)節(jié)RP2、RP4來改變載波與調(diào)制信號的幅值，使其能正確調(diào)幅；然后用示波器測試Jp3端口，輸出為普通調(diào)幅波圖調(diào)幅后的輸出波形4.功率放大焊接并調(diào)試功率放大電路，通過理論計算，調(diào)整線圈匝數(shù)，甲類功放的線圈匝數(shù)之比為24：8，丙類功放的線圈匝數(shù)比為7:4,調(diào)諧回路中的可變電容用收音機中雙聯(lián)代替，容易實現(xiàn)選頻與阻抗匹配。圖功率放大后的波形5.負載處輸出波形圖負載處輸出波形6.電路板圖電路板五、實驗中出現(xiàn)的故障調(diào)試方法及原因：經(jīng)過理解原理圖、整理元器件、焊接、調(diào)試、發(fā)現(xiàn)故障排除問題的小功率調(diào)幅發(fā)射機的安裝調(diào)試過程，最終在末級負載得到有較小失真的調(diào)幅波形，與理論設(shè)計較為符合。只有不斷的論證，并且將正確的理論具體化，才能得到正確的設(shè)計。在安裝調(diào)試過程中出現(xiàn)了故障，載波輸出正常，但一直加不到乘法器上，由于這個問題比較特殊，問了很多組都沒有出現(xiàn)過這個情況，我們只好一個元件一個元件、一個管腳一個管腳、一個焊點一個焊點的耐心認真排查，花了幾乎一天的時間，最后在老師的指點以及我們的認真排查，定位了問題點，或是電容C22壞了或是電路板在這一處的線路斷了，經(jīng)過將電容C22焊下來替換、再次檢測、重新焊電容，問題并沒有解決且原來的電容是好的。最終，確定了只可能是電路板出現(xiàn)了問題，應(yīng)該是在那一段有一處斷路，最終確定了問題，只好將載波通過信號源直接與乘法器相連。由此我知道了，在硬件檢測中，只要分析原因和耐心調(diào)試一般問題都可以得到解決。總之，本次課程設(shè)計在一定程度上完成了設(shè)計要求，但輸出波形不夠理想，調(diào)制信號電壓的幅值過高，但調(diào)整后一級RP減小幅值卻會造成波形的失真，形成有凹陷的脈沖