高頻課程設(shè)計--調(diào)幅發(fā)射機

1、<p>　　一.總體設(shè)計思路及原理圖</p><p><b>　　1.總體設(shè)計思路</b></p><p>　　調(diào)幅發(fā)射機的主要任務(wù)是完成有用的低頻聲音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。</p><p>　　通常，調(diào)幅發(fā)射機包括三個部分：高頻部分，低頻部分，和電源部分。</p&

2、gt;<p>　　高頻部分一般包括本振電路、緩沖放大電路、倍頻電路、中間放大電路、功放推動與末級功放電路。本振電路的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的高頻載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，本振級往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級，以削弱本振電路對后級的影響。</p><p>　　低頻部分一般包括話筒、低頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率放大級。</p><p>　　一般是用基帶信

3、號去改變某個高頻正弦電壓（載波）的參數(shù)，使載波的振幅、頻率或相位隨基帶信號而變化，這一過程稱為調(diào)制。</p><p>　　在通信系統(tǒng)中，調(diào)制有三個主要作用：1調(diào)制的過程就是一個頻譜搬移的過程，將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘栴l譜搬移到適宜傳輸?shù)哪骋粋€頻段上，然后傳輸至信道；2調(diào)制的另一個重要作用是實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，即把多個信號分別安排在不同的頻段上同時進行傳輸，提高信道容量，有利于節(jié)省成本；3調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干

4、擾的能力，例如將信號頻率搬移，從而離開某一特定干擾頻率。</p><p>　　振幅調(diào)制就是由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按調(diào)制信號幅度的規(guī)律變化，嚴格地講，是使高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，其他參數(shù)（頻率和相位）不變。</p><p>　　通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備若采用調(diào)幅調(diào)制方式則稱為調(diào)幅發(fā)射機，一般調(diào)幅發(fā)射機的組成框圖如圖所示，工作原理是：本機振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的載波信號，載波信

5、號經(jīng)緩沖電路送至振幅調(diào)制電路；音頻放大電路將低頻語音信號放大至足夠高的電壓送到振幅調(diào)制電路；振幅調(diào)制電路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器放大到所需的發(fā)射功率，然后經(jīng)天線發(fā)射出去。</p><p>　　一般小功率點頻調(diào)幅發(fā)射機可以分為四個部分：本振級，音頻處理及振幅調(diào)制級，以及高頻功率放大級。</p><p><b>　　2.原理框圖</b></p><p

6、>　　本機振蕩：產(chǎn)生頻率為的載波頻率</p><p>　　緩沖級：將振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對振蕩級的影響；受調(diào)級：將要傳送的音頻信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去。</p><p>　　高頻功放級：將信號放大到發(fā)射機所需要的輸出功率。</p><p>　　匹配網(wǎng)絡(luò)：對前后級進行阻抗匹配并高效率輸出所需功率。</p><p>

7、<b>　　二.本振級的設(shè)計</b></p><p>　　本機振蕩電路的輸出是發(fā)射機的載波信號，它要求的振蕩頻率應(yīng)十分穩(wěn)定，一般的振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度約為，晶體振蕩電路的值可高達數(shù)萬，其頻率穩(wěn)定度可達。因此，本機振蕩電路采用晶體振蕩器。</p><p>　　由于晶體穩(wěn)定性好，Q值高，故頻率穩(wěn)定度也高。因此，主振級(高頻振蕩器)采用晶體振蕩器，以滿足所需的頻率穩(wěn)定度。

8、此電路中其工作在較低的8MHZ頻率，一般晶體振蕩器都能實現(xiàn)，且具有一定的輸出電壓。</p><p><b>　　本振級電路圖：</b></p><p><b>　　三.緩沖電路的設(shè)計</b></p><p>　　緩沖隔離級將振蕩級與功放級隔離,以減小功放級對振蕩級的影響,因為功放級輸出信號較大,工作狀態(tài)的變化會影響振蕩器的

9、頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級經(jīng)常采用射極跟隨器電路，如圖所示。</p><p><b>　　射極跟隨器</b></p><p>　　調(diào)節(jié)射極電阻，可以改變射極跟隨器輸入阻抗，如果忽略晶體管基極體電阻的影響，則射極輸出器的輸入電阻</p><p><b>　　輸出電阻<

10、;/b></p><p>　　式中，很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個恒壓源，電壓放大倍數(shù)</p><p>　　一般情況下，，所以圖示射極輸出器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、電壓放大倍數(shù)近似于1的特點。晶體管的靜態(tài)工作點應(yīng)位于交流負載的中點，一般取，，對于圖示電路，若取，，則</p><p><b>　　取電阻，電位器</b>&l

11、t;/p><p>　　根據(jù)寬帶功率放大器中已計算出功率激勵級的輸出阻抗為325，即射極跟隨器的負載電阻，則射極跟隨器的輸入電阻為</p><p><b>　　輸入電壓</b></p><p>　　四.音頻處理電路的設(shè)計</p><p><b>　　1.語音采集電路</b></p><

12、p>　　1.1 駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用方法</p><p>　　駐極體話筒內(nèi)部電氣原理圖</p><p>　　駐極體話筒的一般接法</p><p>　　1.2 MIC驅(qū)動電路</p><p>　　語音輸入信號有駐極體話筒負責采集，一般取Rr=2KΩ,常見的MIC工作電壓有1.5V,3V,4.5V三種，工作電流IA在0.1mA至1mA

13、,輸出電阻Ro<2KΩ。這里采用工作電壓為3V的MIC。</p><p><b>　　MIC驅(qū)動電路</b></p><p><b>　　音頻放大電路</b></p><p>　　由我們?nèi)粘Ｉ钪惺謾C使用雙MIC降噪技術(shù)的啟發(fā)，故在此也采用雙MIC設(shè)計。</p><p>　　放大電路采用差分式

14、放大電路。差分式放大電路具有抑制共模，放大差模的特點。兩個MIC分別接差分放大的兩個輸入端，其中一個MIC采集語音信號，另一個則采集外部環(huán)境的噪聲。雙MIC設(shè)計可以達到降低周圍環(huán)境噪聲的干擾，提高語音清晰度的目的。</p><p><b>　　音頻放大級電路圖：</b></p><p><b>　　參數(shù)計算</b></p><

15、p>　　駐極體話筒輸出電阻取Ro=2KΩ，得輸出電壓Vo約為0.35V。</p><p>　　取三極管β=200，rbb`=200Ω，Io=1mA；</p><p>　　Ic=0.5Io=0.5mA</p><p>　　rbe=rbb`+26mV(1+β)/Ic；</p><p>　　=200+60*81.25</p>&

16、lt;p><b>　　=5KΩ</b></p><p>　　差模電壓增益Avd=Vod/Vid=βRc/(2rbe)；</p><p>　　=(60*4.7KΩ)/5KΩ</p><p><b>　　=56.4</b></p><p>　　所以差分放大電路的輸出電壓為：56.4*0.35V=1

17、9.74V<30V，滿足MC1496對調(diào)制信號的輸入幅值要求。</p><p>　　五.混頻調(diào)制電路的設(shè)計</p><p>　　MC1496屬于模擬乘法器。以MC1496為核心，構(gòu)成調(diào)幅電路，通常調(diào)節(jié)RP3數(shù)值可準確地將調(diào)幅系數(shù)ma調(diào)在50%以上。乘法器的靜態(tài)偏置電流主要由內(nèi)部恒流源IO的值來確定，IO是第5腳上的鏡像電流，改變電阻R25可調(diào)節(jié)IO的大小，在設(shè)置模擬乘法器各點的靜態(tài)偏

18、置電壓時，應(yīng)使模擬乘法器內(nèi)部的三極管均工作在放大狀態(tài)，并盡量使靜態(tài)工作點處于直流負載線的中點。</p><p>　　MC1496需要外加直流偏置電壓。建立這三種等級的方案是三極管的集電極和基極電壓不小于2.0V，并且不能超出以下范圍</p><p>　　前述所有的前提是基本滿足：</p><p>　　進入引腳1，4，8，10的偏置電流是三極管的基極電流在外部偏置被設(shè)

19、計為不小于1.0mA時可以忽略。</p><p><b>　　混頻調(diào)制級電路圖：</b></p><p>　　其中，載波信號經(jīng)高頻耦合電容從⑩腳端輸入，為高頻旁路電容，使⑧腳交流接地；調(diào)制信號經(jīng)低頻耦合電容從①腳端輸入，為低頻旁路電容，使④腳接地。調(diào)制信號從腳單端輸出。采用雙電源供電，所以⑤腳的偏置電阻接地，靜態(tài)偏置電流或為</p><p>　

20、　腳②與③間接入負反饋電阻，以擴展調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍，增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。電阻、、及、提供靜態(tài)偏置電壓。、與電位器組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變的值可以改變調(diào)幅系數(shù)。</p><p>　　高頻功率放大電路的設(shè)計</p><p>　　1.高頻諧振功率放大器的工作原理</p><p>　　諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負載的功率放大器，它是在無線電發(fā)

21、送中最為重要、最為難調(diào)的單元電路之一。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類等類型。丙類功率放大器導(dǎo)通角θ＜900，集電極效率可達80%，一般用作末級放大，以獲得較大的功率和較高的效率。</p><p>　　圖6-1丙類放大器原理圖 圖6-2 ic與ub關(guān)系圖</p><p>　　圖6-1中，Vbb為基極偏壓，Vcc為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài)，Vbb

22、應(yīng)為負值，即基極處于反向偏置。ub 為基極激勵電壓。圖6-2示出了晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，以便用折線法分析集電極電流與基極激勵電壓的關(guān)系。Vbz是晶體管發(fā)射結(jié)的起始電壓（或稱轉(zhuǎn)折電壓）。由圖可知，只有在ub 的正半周，并且大于Vbb和Vbz絕對值之和時，才有集電極電流流通。即在一個周期內(nèi)，集電極電流ic只在-θ～+θ時間內(nèi)導(dǎo)通。由圖可見，集電極電流是尖頂余弦脈沖，對其進行傅里葉級數(shù)分解可得到它的直流、基波和其它各次諧波分量的值，即：<

23、;/p><p>　　ic=IC0+ IC1mCOSωt + IC2MCOS2ωt + … + ICnMCOSnωt + …</p><p>　　通過濾波，選出所需要的基波分量。</p><p>　　求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率，一般取θ=700～800左右。</p><p><b>　　2.基本關(guān)系式</b&

24、gt;</p><p>　　丙類功率放大器的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（≈ICO）在射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號為正弦波時，集電極的輸出電流iC為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1,電流ic1。圖3畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式：</p><p>　

25、　圖6-3 丙類功放的基極/集電極電流和電壓波形</p><p>　　式中，為集電極輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；為集電極回路的諧振阻抗。</p><p>　　式中，PC為集電極輸出功率</p><p>　　式中，PD為電源VCC供給的直流功率；ICO為集電極電流脈沖iC的直流分量。</p><p><b>

26、　　放大器的效率為</b></p><p><b>　　3.負載特性</b></p><p>　　當放大器的電源電壓＋VCC，基極偏壓vb，輸入電壓(或稱激勵電壓)vsm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負載電阻Rq。諧振功率放大器的交流負載特性如圖2-4所示。</p><p>　　由圖可見，當交

27、流負載線正好穿過靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移點A時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降VCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。</p><p>　　此時，集電極輸出的功率PC和效率都較高，此時放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq所對應(yīng)的值稱為最佳負載電阻，用R0表示，即</p><p>　　當Rq﹤R0時，放大器處于欠壓狀態(tài)，如C點所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當

28、Rq﹥R0時，放大器處于過壓狀態(tài)，如B點所示，集電極電壓雖然比較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是：</p><p>　　圖6-4 諧振功放的負載特性</p><p>　　高頻功率放大級電路圖：</p><p>　　4.高頻功放電路的調(diào)諧與

29、調(diào)整原則</p><p>　　理論分析表明，當諧振功率放大器集電極回路對于信號頻率處于諧振狀態(tài)時（此時集電極負載為純電阻狀態(tài)），集電極直流電流IC0為最小，回路電壓UL最大，且同時發(fā)生。然而，由于晶體管在高頻工作狀態(tài)時，內(nèi)部電容Cbc的反饋作用明顯，上述IC0最小、回路電壓UL最大的現(xiàn)象不會同時發(fā)生。因此，本實驗電路，不單純采用監(jiān)視IC0的方法，而采用同時監(jiān)視脈沖電流iC的方法調(diào)諧電路。由理論分析可知，當諧振放大

30、器工作在欠壓狀態(tài)時，iC是尖頂脈沖，工作在過壓狀態(tài)時，iC是凹頂脈沖，而當處于臨界狀態(tài)下工作時，iC是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設(shè)計原則，即在最佳負載條件下，使功率放大器工作于臨界狀態(tài)或微過壓狀態(tài)，以獲取最大的輸出功率和較大工作效率。</p><p><b>　　七.總結(jié)與心得體會</b></p><p>　　此次課程設(shè)計使我建立無線電發(fā)射機的

31、整機概念，了解發(fā)射機整機各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，初步掌握了調(diào)幅波發(fā)射機的設(shè)計方法。</p><p>　　在設(shè)計電路時，要首先將總體電路分成若干個子模塊，使每個模塊有各自的不同的任務(wù)；再對各相對簡單的子模塊進行單獨設(shè)計；最后將各個子電路組合在一起完成整個電路。這樣做法分工明確，層次清晰，使我們能更宏觀的把握設(shè)計的總體步驟 。而且設(shè)計單獨的子電路降低了工作難度，使設(shè)計工作更有條理性。在檢查電路時，也可根據(jù)各種

32、情況分析是哪個子系統(tǒng)出了問題，再單獨檢查該出問題系統(tǒng)，可以提高檢查的效率。增強了用protel繪制原理圖的能力，對畫圖的步驟和方法進行了復(fù)習(xí)鞏固。</p><p>　　在設(shè)計過程中，深刻明白了只動腦和動手做之間的天壤之別。原本設(shè)想的很完美的東西一動手做起來就困難重重，各種想象不到的困難都出現(xiàn)在眼前。認識到只有動手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題不能只空想要動手實踐，從實際中發(fā)現(xiàn)問題?；仡櫿麄€漫長復(fù)雜的設(shè)計過程，耐心毅力和

33、恒心是不可少的。而以后我們必將面對更多更加復(fù)雜的設(shè)計工作，此次設(shè)計過程對我的各個方面都有了許多積極的影響，使我做事情更加細心有耐心。這次設(shè)計過程讓我認識到了只有付出才能有收獲，看著做完的電路圖，讓我感到以往的付出都是值得的。只要有耕耘就會有收獲。我收獲的不僅僅是完成了一次任務(wù)，更重要的是讓我更清楚的認識了自己的不足，鍛煉了自己的能力。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有

34、理論知識是遠遠不夠的只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。比如：在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫氖謾C中，為降低周圍噪聲的干擾，提高通話語音的清晰度而采用了雙MIC降噪技術(shù)；而我們正好在《模擬電子技術(shù)》中學(xué)過的差分放大電路就有抑制共模信號，放大差模信號的特點，可以將其運用到本次設(shè)計的音頻處理電路中去。</p><p>　　同時在設(shè)計的過程中，也發(fā)現(xiàn)了自己許多

35、不足之處：對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　這次課程設(shè)計加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們通過這個方案包括設(shè)計了一套電路原理和用protel連接圖，以前對知識的了解僅限于理論知識，而且是有的能夠理會，有的卻保持是懂非懂的狀態(tài)。對于器件就不知道有什么用途，也就更加難以理解。但這一周之后，我對電子技術(shù)有了更深的理解，知道了自己的不足，同時也明白了所學(xué)知識

36、的重要性，培養(yǎng)了自己對課程學(xué)習(xí)的興趣。</p><p><b>　　八.附錄</b></p><p>　　器件 個數(shù)</p><p>　　電阻 32個</p><p>　　滑動變阻器 3個</p><p>　　電容

37、 19個</p><p>　　電感 2個 </p><p>　　變壓器 2個</p><p>　　NPN型三極管 9個</p><p>　　PNP型三極管 2個</p><p>　　駐極體話筒 2個

38、</p><p>　　8MHz晶振 1個</p><p>　　MC1496芯片 1片</p><p>　　天線 1根</p><p>　　電源 若干</p><p><b>　　九.參考文獻：</b>&

39、lt;/p><p>　　《電子線路設(shè)計·實驗·測試》第三版，謝自美主編，華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　《高頻電子線路》第三版，高吉祥主編，電子工業(yè)出版社</p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)》第五版，康華光主編，高等教育出版社</p><p><b>　　十.整機原理圖</b><