课程设计----小功率调幅发射机

《通信电子电路》 课程设计 院 系： 专业班级： 学 号： 姓 名： 设计题目： 指导教师： 设计日期： 计算机学院 小功率调幅发射机 年 月 日 13 目录 一、引言 3 1. 设计目的 3 2. 设计要求 3 3. 发射机实现功能 3 二、设计选择及其原理框图 4 1. 方案的选择 4 2. 参数选择 5 3. 调幅发射机原理框图 5 三、 调幅发射机的电路形式及工作原理 5 1. 高频振荡器电路 5 2. 隔离放大电路 6 3. 受调放大级电路 7 4. 音频放大电路 8 5.传输线与天线 8 四、性能分析 8 1.高频振荡器部分 8 2. 小信号调谐放大器部分 9 3. 集电极调幅部分 9 五、设计心得 9 六、 参考文献 10 附录：总电路图 10 《通信电子电路》课程设计 一、引言 本设计报告包括调幅发射机的原理框图，电路形式及工作原理，高频振荡器电路，隔离放大器电路，受调放大器电路，参数选择，总体结构电路，性能分析及心得体会等几部分。 1. 设计目的 学会分析电路、设计电路的方法和步骤，从而加强对高频电子技术电路的理解。 进一步掌握所学单元电路及在此基础培养自己分析、应用其他单元电路的能力；创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化。 了解高频振荡器电路、高频放大器电路、调制器电路、音频放大电路的工作原理。 2. 设计要求 考虑到设计难度及计算方便，本发射机输出功率P0=1W左右，工作频率f0=10MHz，调幅度ma=100% ，电源电压取为12v。 报告要给出详细的摘要，主要包括采用的方案，实现方法，实现的功能。 正文应包括：方案设计与论证、器件介绍与电路分析。 首先要给出系统的框架及主要环节的的具体电路图，还要有具体理论分析分析影响系统性能原因，最后给出参数的要求。 3. 发射机实现功能 发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。 通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。 高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。 低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。 调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。 二、设计选择及其原理框图 1. 方案的选择 为了降低设计难度，本发射机其工作频率定为10MHz,输出载波频率定为1W。由于输出功率小，所以它具有结构简单，体积小和质量轻等特点。基于以上要求，可选用最基本的发射机结构。该结构由主振、放大和被调级构成。 作为频率标准的振荡器的频率稳定度要求达到10-8以上，对于LC振荡器，尽管采用各种稳频措施，但理论分析和实践都表明，其频率稳定度一般只能达到10-5，而石英晶体振荡器是以石英晶体谐振器取代LC振荡器中构成谐振回路的电感、电容元件所组成的正弦波振荡器，它的频率稳定度可达10-11数量级。而且Q值能达到很高，所以频率稳定度也很高，因此，主振级采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。 隔离放大电路采用小信号调谐放大器。在无线电技术中，我们经常会遇到这样的问题，需要传送的信号非常的弱，而这样的信号又往往与干扰信号混杂在一起。我们希望将有用的信号放大，把其他无用的干扰信号抑制掉。借助于选频放大器便可达到此目的。小信号调谐放大器便是这样一种最常用的选频放大器，即有选择地对某一频率的信号进行放大的放大器。 受调级放大电路采用高频调谐功率放大器。高频调谐功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它也是一种以谐振电路作负载的放大器。它和小信号调谐放大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域；它的功率很小。小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而调谐功率放大器的输入信号要大的多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域。即截止饱和区。这种放大器的输出功率大，以满足天线发射的需要，效率较高，一般工作在丙类状态。所以根据设计要求，此处选用高频调谐功率放大器。 2. 参数选择 本机输出的最大功率Po，max=(1+ma)2×Po=4×Po＝4×1W=4W。设输出变压器的效率为0.8，则末级功率放大器管最大输出功率为Po,max=4W/0.8=5 W，取功率放大器管功率增益为Ap＝13 dB(20倍)，则末级的最大激励功率应为250mW，而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。 由于本设计是小型发射机，电源电压一般为9～15 V，所以取标准电源12 V。 选取晶体管的原则是BVceo、PCM 、ICM必须满足要求。末级功率放大器管：工作频率应为7 MHz ,最大输出功率为2.5W。 集电极瞬时电压为Vc ＝Vcm cosct＋Vcc 。 其最大值为Vc,max=Vcm + Vc = Vc（＋）。 3. 调幅发射机原理框图 图1 调幅发射机原理框图 三、 调幅发射机的电路形式及工作原理 1. 高频振荡器电路 振荡器是无线电发射的心脏部分，是指在没有外加信号作用下一种自动将直流电源的能量变换为一定波形的交变振荡能量的装置。高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波,它的频率叫做载频。 由石英晶体振子构成的振荡电路通常叫晶振电路。晶体振荡器的种类很多，但从晶体在电路中的作用看可分为两类：一类是工作在晶体并联谐振频率附近，晶体等效为电感的情况，叫做并联晶振电路。另一类是工作在晶体串联谐振频率附近，晶体近乎于短路的情况，叫做串联晶振电路。 本振荡器电路采用并联型晶振电路，这种电路由晶体与外界构成并联谐振回路，按三点线路的连接原则组成振荡器，晶体等效为电感。电路图如下： 图2 振荡器电路图 此电路中晶体振荡器工作在较低的频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而其频率稳定度高，无须进行倍频。 频率输出需要通过C3微调。C5、C9为回路电容，改变C4可以改变耦合程度，R1、R2为偏置电阻，R3为集电极负载电阻，R4为发射极电阻，C7为旁路电容，C6、C8为电源退耦电容。 2. 隔离放大电路 隔离放大电路采用小信号调谐放大器。小信号调谐放大器的种类很多，按谐振回路分，有单调谐放大器、双调谐放大器和参差调谐放大器。按晶体管连接方法区分，有共基极、共集电极、共发射极单调谐放大器等等。此处采用共发射极单调谐放大器，电路图如下： 图3 隔离放大电路图 该电路采用自给负偏压方式，通过X2可改变电位器改变负偏压大小。回路谐振在工作频率，通过改变变压器耦合输出。L1、L2为高频扼流圈，C1为旁路电容，C5、C6为回路电容，C3、C7为耦合电容，C2、C4为电源退耦电容 。 3. 受调放大级电路 由于本机输出载波功率较小,所以，只需一级功率放大器就能达到要求；而其工作在较低的频率,一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度高，无须进行倍频。为了提高工作效率，采用丙类集电极调幅方式。集电极调幅电路是通过音频放大电路把音频调制信号加到集电极回路中去，用音频信号控制集电极电流大小从而完成调幅功能。因而，本机由最基本的发射机所应有的三级构成。电路图如下： 图4 受调放大级电路图 该电路末级采用串联馈电的方式。由于电源靠近的一端，杂散电容小，从而对回路的影响也小，使电路稳定工作。为了有较高的效率，本级利用集电极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。为加强耦合度，可在变压器初次级之间接一个小耦合电容C5，C3和C4为回路电容。 4. 音频放大电路 话筒和音频放大电路可以采用现有的音频放大器即可，不做详细叙述。 5. 传输线与天线 该部分的作用是把已调高频信号由传输线送至天线，变成电磁波，辐射到空间去，实现无限电波的发射。 四、性能分析 1. 高频振荡器部分 高频振荡器部分采用的是石英晶体振荡器。所以振荡器的频率稳定与否就是一个很重要的问题，我们知道晶体的物理、化学性能虽然稳定，但温度变化仍会引起静态工作点和晶体管结电容的改变，从而使振荡频率不稳定。所以必须测定振荡器的频率稳定度，并做到尽量减小温度的影响以及稳定电源电压。只有采取适当的稳频措施，使振荡器正常工作，才能满足设计要求。 2. 小信号调谐放大器部分 研究一个小信号调谐放大器，应从放大能力和选择性能两方面分析。放大能力可用谐振时的放大倍数 表示，选频性能通常用通频带和选择性两个指标衡量。根据实验，的频率特性和并联谐振回路的特性相同。而谐振回路的 值则对放大器的选频性能有很大影响。在实际的工作中，我们常常希望通频带足够宽而选择性又要好，但两者是矛盾的，有时候选择合适的值，则可以兼顾两者。 3. 集电极调幅部分 受调级放大电路采用高频调谐功率放大器，要计算晶体管的导通角，确保其工作在丙类状态。 通过改变音频信号的大小，能够得到尽可能大的调幅度，待调幅度达到指标即可。 五、设计心得 为期两周的课程设计终于结束，时间很短。尽管总体设计差强人意，结构较为简单，但是自己确实从中收获了很多。从刚接到题目的一头雾水，到在图书馆了翻阅大量课程设计资料，从对高频课程理论内容的毫无头绪，到现在课设的完成，可以说每一步都付出了很多汗水。当然期间还受到了老师和同学的帮助。这里一并对他们表示感谢。 通过这次课程设计，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 当然我还发现自己尚有很多不足之处，最重要的就是不知道怎样把所学知识用到实际问题中去，虽然通过别人的讲解，自己对原理能够清楚的理解，但是自己在独立处理问题方面还有欠缺，希望在大学的最后一年里自己能够发挥所长，弥补不足，把自己各方面的能力素质都提升一个台阶。 六、 参考文献 《通信电子电路》 于洪珍 清华大学出版社 2005 《高频电子线路》 张肃文 高等教育出版社 2004 《高频电子线路》 林春方 电子工业出版社 200