高頻課程設計---調幅發(fā)射機及超外差式接受機設計

1、<p>　　高頻電子線路課程設計報告</p><p>　　課 題：調幅發(fā)射機及超外差式接受機設計</p><p>　　學 院：信息科學技術學院 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要·····&

2、#183;····································

3、;·········3</p><p>　　設計指標·······················

4、;···················3</p><p>　　1、發(fā)射部分············

5、83;·····························3</p><p>　　2、接收部分··&

6、#183;····································

7、;···3</p><p><b>　　二、 調幅發(fā)射機</b></p><p>　　1、設計要求····················&

8、#183;·····················4</p><p>　　2、設計目的··········

9、;································4</p><p>　　3、設

10、計實現(xiàn)····································&

11、#183;·····4</p><p>　　3．1、系統(tǒng)概述·························

12、83;···········4</p><p>　　3．2、單元電路設計與分析···················

13、········5</p><p>　　3.2.1、小信號調制模塊······················

14、83;·····5</p><p>　　3.2.2、高頻載波模塊·························&

15、#183;····7</p><p>　　3.2.3 集電極調幅模塊·························

16、3;···9</p><p>　　4、調幅發(fā)射機總圖····························

17、;········11</p><p><b>　　三、差外差式接收機</b></p><p>　　1、設計要求 ··············

18、3;·························12</p><p>　　2、系統(tǒng)框圖······&

19、#183;··································12</p>

20、;<p>　　3、各模塊分析設計和仿真·····························13</p><p&

21、gt;　　3.1、高頻小信號放大器模塊·························13</p><p>　　3.2、混頻器模塊···

22、;································16</p><p>　　3.

23、3、本地振蕩器模塊·······························18</p><p>　　

24、3.4、中頻放大器模塊·······························20</p><p>

25、　　3.5、包絡檢波器模塊·······························22</p><p&g

26、t;　　4、總電路原理圖··································

27、3;··24</p><p><b>　　四、元器件清單</b></p><p>　　1、發(fā)射機清單·····················

28、;···················24</p><p>　　2、接收機清單············&

29、#183;···························25</p><p>　　五、問題討論···

30、3;····································&#

31、183;··27</p><p>　　六、心得體會·····························

32、;··············27</p><p>　　七、參考文獻·················&#

33、183;·························28</p><p><b>　　摘要</b></p><p>

34、;　　隨著無線電的發(fā)展，如今的發(fā)射接收裝置都在不斷的更新?lián)Q代。由當初的分離元件到如今的集成模塊，變化是如此明顯，成就也是顯著的，并且現(xiàn)在的無線電應用范圍幾乎覆蓋了我們身邊的所有事物。</p><p>　　為了從根本上了解無線電的原理，我們從基層了解，并親自動手仿真，了解發(fā)射與接收裝置。</p><p>　　因此，有了本次課程設計。我以調幅發(fā)射裝置發(fā)射AM波，再以超外差式接收機接收信號，并且

35、解調出來。借助Multisum仿真軟件進行仿真。發(fā)射裝置我采用了三個模塊：RC喬氏電橋振蕩電路產生調制信號；克拉波電路產生載頻波；整合電路實現(xiàn)電路調幅波。接收部分我采用了五個模塊：高頻小信號放大；混頻器；本地振蕩；.中頻放大；檢波。最后檢波出與發(fā)射裝置相同的調制信號。</p><p>　　【關鍵詞】 Multisum AM波 調制 解調 發(fā)射裝置 超外差式接收機</p><p>

36、<b>　　一、設計指標</b></p><p><b>　　1、發(fā)射部分</b></p><p>　　1）、工作頻率范圍：AM調幅發(fā)射機的工作頻率在高頻范圍內（3~30MHz）</p><p>　　2）、發(fā)射功率：一般指發(fā)射機送到天線上的功率。只有當天線的長度與發(fā)射頻率的波長可比擬時，方能形成較強的輻射。將載波發(fā)射出去。

37、</p><p>　　3）、調幅系數(shù)：調幅系數(shù)是調制信號控制載波電壓振幅變化的系數(shù)，的取值范圍為0~1。</p><p>　　4）、非線性失真（包絡失真）：調制器的調制特性不能跟調制電壓線性變化而引起已調波的包絡失真為調幅發(fā)射機的非線性失真。一般要求要小于10%。</p><p>　　5）、線性失真：保持調制電壓振幅不變，改變調制頻率引起的調幅度特性變化稱為線性失真

38、。</p><p><b>　　2、接收部分</b></p><p><b>　　1）、頻率范圍：</b></p><p><b>　　2）、負載</b></p><p><b>　　3）、選擇性</b></p><p>　　4）、

39、輸出功率、輸出信噪比</p><p><b>　　5）、靈敏度。</b></p><p><b>　　二、調幅發(fā)射機</b></p><p><b>　　1、設計要求：</b></p><p>　　載波頻率：f0=10MHz </p><p>　　調

40、制信號10KHz正弦信號 </p><p><b>　　調制系數(shù)：0.3</b></p><p><b>　　2、設計目的：</b></p><p>　　1）掌握低頻信號的振幅調制，鞏固課堂理論知識；</p><p>　　2) 熟練掌握multisum仿真軟件；</p><p&

41、gt;　　3）掌握調幅發(fā)射機的工作原理，以及聯(lián)系課堂所學知識，增強查閱、整理、</p><p>　　收集、消化吸收資料的能力；</p><p>　　4) 對設計中遇到的問題，具有獨立思考，解決的能力，增加動手，實際操</p><p><b>　　作能力。</b></p><p><b>　　3.設計的實現(xiàn)<

42、;/b></p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　小型調幅波的設計可以分成三個主要的模塊，它們分別為小信號的調制信號模塊、高頻載波信號模塊以及調幅電路模塊。在實驗中小信號的調制信號我采用有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的RC橋氏電橋振蕩電路來產生在實驗中小信號的調制信號我采用有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的RC橋氏電橋振蕩電路來產生；高頻載波信號采用了克拉波來產生；調幅

43、電路由集電極調幅電路來產生。</p><p>　　克拉波電路是西勒電路的進一步改進，提高了頻率的穩(wěn)定度，減少了外界的不穩(wěn)定的因素，但是也存在少許誤差。</p><p>　　RC橋式電橋振蕩電路簡單，振蕩電路的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下，滿足設計要求，并且容易起振。</p><p>　　集電極調制，調制信號控制集電極電源電壓，以實現(xiàn)調幅。優(yōu)點，集電極</p

44、><p>　　效率高，晶體管獲得充分的利用，缺點是，已調波的邊頻帶功率由調制信號供給，因而需要大功率的調制信號源。</p><p>　　電路實現(xiàn)模塊：如圖3.1-1</p><p>　　圖3.1-1 電路模塊</p><p>　　3.2 單元電路設計與分析</p><p>　　3.2.1小信號的調制模塊：低頻振蕩RC文氏電

45、橋振蕩電路的設計</p><p>　　有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的RC橋氏電橋振蕩電路multisim電路圖。</p><p>　　如圖3.2.1-1示：</p><p>　　3.2.1-1 RC橋氏電橋振蕩電路</p><p><b>　　1.【分析】</b></p><p>　　如圖示，RC串并聯(lián)選頻網絡：R

46、1與C2串聯(lián)、R2與C1并聯(lián)所組成的網絡為RC串并聯(lián)選頻網絡。通常選取R1=R2=R，C1=C2=C。</p><p><b>　　已知：， 公式：</b></p><p><b>　　假設，電阻值為；</b></p><p>　　計算出 為納法數(shù)量級。經過實驗不斷調試，我將C1、C2的電容設置為不相等。為了調制方便，我將

47、C1電容設置為可變電容，讓實驗數(shù)據(jù)更接近于10KHz。</p><p>　　2．仿真波形圖如下圖3.2-2</p><p>　　3.2.1-2 RC橋氏電橋振蕩電路仿真波形</p><p>　　由圖可知：產生10MHz左右的正弦波。</p><p>　　3.2.2高頻載波模塊：克拉波電路的設計，克拉波電路的multisim電路</p&g

48、t;<p>　　如圖3.2.2-1所示：</p><p>　　圖3.2.2-1 高頻載波克拉波電路圖</p><p><b>　　1.【分析】</b></p><p>　　上圖為克拉波電路，他是采用高穩(wěn)定度LC振蕩器電路，圖中， ，，為基極耦合電容，他的作用是把L與、分隔開，使反饋系數(shù)僅僅取決于與的比值。而震蕩頻率則基本上由和決定

49、。這樣就減弱了晶體管和震蕩回路之間的耦合，從而提高了頻率的穩(wěn)定度。且使得像分布電容似的不穩(wěn)定電容與并聯(lián)，基本上不會影響震蕩頻率。越小，則頻率的穩(wěn)定性越好，但起振也越困難。所以不能無限制的減小。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　選頻回路由C3,C4,C5,和L1構成。</p><p><b>　　2.【仿真波

50、形】</b></p><p><b>　　如圖3.2.2-2</b></p><p>　　圖3.2.2-2克拉波電路仿真結果</p><p>　　如圖示可知，克拉波電路產生10MHZ的正弦波。在電路振蕩頻率范圍內。</p><p>　　3.2.3 集電極調幅模塊；用集電極調幅電路實現(xiàn)的調幅波電路</p&

51、gt;<p>　　如圖3.2.3-1所示：</p><p>　　圖3.2.3-1 集電極調幅電路圖</p><p><b>　　1.【分析】</b></p><p>　　所謂的集電極（陽極）調幅，就是用調制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電壓電源，以實現(xiàn)調幅。由圖可知，低頻調制信號與直流電源相串聯(lián)，因此放大器的有效集電極電源電

52、壓等于上述兩個電壓之和，它隨著調制信號波形而變化，在過壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量隨集電極電源電壓成正比變化。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨調制信號的波形而變化，于是的到調幅波輸出。</p><p>　　因此可知，為了獲取有效的調幅，集電極調幅電路必須總是工作在過壓狀態(tài)。</p><p><b>　　2．【仿真波形】</b></p><p

53、><b>　　如圖所示：</b></p><p>　　圖3.2.3-2 集電極調幅仿真波形</p><p><b>　　頻譜圖：</b></p><p>　　圖3.2.3-3 頻譜圖</p><p><b>　　3、【參數(shù)計算】</b></p><p&

54、gt;　　1）調制信號：；= 10KHz；；</p><p>　　2）載波信號：；=10MHz；；</p><p>　　3）調幅波的表達式：</p><p><b>　　4）</b></p><p>　　4、調幅發(fā)射機總圖：</p><p><b>　　如圖4.1</b>&

55、lt;/p><p>　　圖4.1 調幅發(fā)射機總圖</p><p>　　總圖仿真如下圖4.2：</p><p>　　圖4.2 調幅發(fā)射波形</p><p>　　三、超外差調幅接收機</p><p><b>　　1、設計要求</b></p><p>　　1)、載波頻率f0 =10

56、MHZ，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3；</p><p>　　2)、調制頻率F=20Hz~80kHz.；</p><p>　　3)、輸出負載RL=50Ω，總的輸出功率PA=200mW</p><p>　　4)、調幅系數(shù)平均值ma=30%。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)框圖</b></p><p&

57、gt;　　圖2.1 差外差式接收機系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　【工作原理】</b></p><p>　　接收機從天線收到微弱的高頻信號先經過一級或幾級高頻小信號放大器進行放大；然后送至混頻器與本地振蕩器相混合，所得到的包絡形狀不變，仍與原來的信號波形相似，但載波頻率為兩個之差，生成中頻信號。中頻電壓經過中頻放大器，送入檢波器得出調制信號，在經過低放放大，送到

58、揚聲器轉變?yōu)槁曇粜盘枴?lt;/p><p>　　3、各模塊分析設計和仿真</p><p>　　3.1、高頻小信號放大器模塊</p><p><b>　　1、原理圖及分析</b></p><p>　　由小信號諧振放大器組成，放大有用信號；并抑制干擾信號。是可調諧的。</p><p>　　圖3.1-1 高

59、頻小信號電路圖</p><p><b>　　【分析】</b></p><p><b>　　1）、靜態(tài)工作點：</b></p><p><b>　　2）、電壓增益</b></p><p>　　故總的電壓增益為 </p><p><b>　　參數(shù)

60、設置及性能指標</b></p><p>　　輸入電壓：200mV 輸入頻率：10MHZ</p><p>　　電壓增益：2到15倍，且隨著輸入頻率增加而減小。</p><p><b>　　2、仿真結果如圖：</b></p><p>　　圖3.1-2 高頻小信號放大仿真</p>

61、<p><b>　　3.2、混頻器模塊</b></p><p><b>　　1、原理圖及分析</b></p><p>　　圖3.2-1 混頻器電路圖</p><p><b>　　【分析】</b></p><p>　　兩個輸入信號。：高頻已調信號，：本振信號。將不失真

62、的變換為。</p><p>　　=||，我國中頻=465KHZ。將高頻轉變成中頻。由調諧回路和本振電路組成天線所接收信號由L2 耦合到BG1 的基極，本機振蕩信號通 C3 耦合到 BG1 的發(fā)射極。兩種頻率的信號在 BG1 中混頻，混頻后由集電極輸出各種頻率的信號。其中包含本機振蕩頻率和電臺振蕩頻率的差額等于465kHz 的中頻信號。</p><p><b>　　2、仿真結果&l

63、t;/b></p><p>　　圖3.2-2 混頻器輸入信號波形仿真</p><p>　　圖3.2-3 混頻器混頻后輸出波形</p><p>　　3.3、本地振蕩器模塊</p><p><b>　　1、原理圖及分析</b></p><p>　　圖3.3-1 本地振蕩電路圖</p>

64、<p>　　由晶體管 BG1、可變電容、振蕩變壓器（簡稱中振或短振) B2和電容C3構成變壓器反饋式振蕩器。它能產生等幅高頻振蕩信號，振蕩頻率總是比輸入的電臺信號高 465kHz。</p><p>　　本振條件：正反饋 (相位條件），幅度(反饋量要足夠大）。</p><p><b>　　2、仿真結果</b></p><p>　　圖

65、3.3-2 本地振蕩仿真</p><p>　　3.4、中頻放大器模塊</p><p><b>　　1、原理圖及分析</b></p><p>　　圖3.4-1 中頻放大原理圖</p><p><b>　　【分析】</b></p><p>　　輸入電臺信號與本振信號差出的中頻信號

66、恒為某一固定值465kHz ，它可以在中頻“通道”中暢通無阻，并被逐級放大，即將這個頻率固定的中頻信號用固定調諧的中頻放大器進行放大。而不需要的鄰近電臺信號和一些干擾信號與本振信號所產生的差頻不是預定的中頻，便被“拒之門外”，因此，接收機的選擇性也大為提高。</p><p>　　中頻放大器的設計指標為：中心頻率f0=465KHZ，帶寬為2Δf0.7=8KHZ。負載ZL為下級一個完全相同的晶體管的輸入阻抗。<

67、/p><p><b>　　靜態(tài)工作點設置：</b></p><p><b>　　交流分析：</b></p><p><b>　　2、仿真結果</b></p><p>　　圖3.4-2 中頻放大仿真圖</p><p>　　3.5、包絡檢波器模塊</p&g

68、t;<p><b>　　1、原理圖及分析</b></p><p>　　圖3.5-1 包絡檢波電路圖</p><p><b>　　【原理】</b></p><p>　　R2為負載電阻，它的數(shù)值應遠大于二極管導通電阻。電容C的值應足夠大，對高頻可視為短路。因此在二極管導通時，C很快幾乎充至接近于輸入電壓的峰值；而

69、在二極管截止時，C緩慢地向R放電。于是輸出電壓的波形幾乎是沿高頻的包絡線。</p><p>　　電路圖是二極管峰包絡檢波器，其中D1是檢波二極管，C1是檢波電容，其中檢波電容通高頻阻低頻，而R2是直流負載電阻。電路中調制指數(shù)m=0.8 ，輸入信號的載波頻率是465KHz，幅值是0.2伏，調制信號的頻率是10KHz。包絡檢波器的質量指標：電壓傳輸系數(shù)、等效輸入電阻，失真（惰性失真、負峰切割失真、非線性失真、頻率失真

70、），等都要在電路總仿真中考慮。</p><p>　　檢波器負載電阻R對輸出波形的影響：</p><p><b>　　2、仿真結果</b></p><p>　　圖3.5-2 包絡檢波仿真波形</p><p>　　圖3.5-3 包絡檢波頻譜分析圖</p><p><b>　　4、總電路原理圖

71、</b></p><p>　　圖4-1 超外差式接收機總圖</p><p><b>　　四、元器件清單</b></p><p><b>　　1、發(fā)射機清單</b></p><p><b>　　2、接收機清單</b></p><p><b

72、>　　五、問題討論：</b></p><p>　　1、集電極調幅電路哪些參數(shù)能影響調幅波的調幅度的值？</p><p>　　答：集電極調幅就是用調制信號來改變集電極直流電源電壓，調幅波的特點又是載波的振幅受調制信號的控制作周期性的變化。變化為：周期與調制信號的周期相同，而振幅變化與調制信號的振幅成正比。由此，我在調制過程中，為了讓波形盡量真善美，采取將調制信號振幅增大，載

73、波振幅減小。因此，最終的出的波形十分完美。</p><p>　　2、超外差式接收機中，本地振蕩電路類型；為何選擇其中的一種？</p><p>　　答：本地振蕩就是為混頻器提供差分頻率得到中頻信號的一個正弦發(fā)生裝置。因此，對本地振蕩的要求為產生波形需穩(wěn)定。而本地振蕩的電路分為：電感反饋式三端；電容反饋式三端；石英晶體振蕩器；RC振蕩；還包括一些特殊的振蕩電路，此次實驗要求并非實物圖，僅限于仿

74、真，因此，我選擇了普通的電容三端反饋式振蕩電路。</p><p>　　3、超外差式接收機中，模塊甚多，本次實驗中如何篩選其中的主要模塊進行仿真實驗？</p><p>　　答：超外差式接收機分為：高頻小信號、混頻器、本地振蕩、中頻放大、包絡檢波、低頻放大六大模塊。其中，混頻器為核心元件，充當解調部分。因此，此部分不能省略。由于此次仿真僅限于仿真軟件，因此，低放部分可以省略。因為低放的作用是產

75、生足夠的功率推動喇叭工作。所以省略。其他部分，為了更加透徹的了解其中的工作部分和波形的完善，我均未省略。故，有五個模塊之多。</p><p><b>　　六、心得體會</b></p><p>　　歷時幾周持續(xù)不斷的奮戰(zhàn)，我終于滿意自己的設計成果。今天，就回顧剛剛過去的幾周。我將自己的心得體會與大家分享分享。</p><p>　　開始接到這個設計

76、題目時，腦海一片空白，毫無頭緒。只是明白接收部分的幾大模塊，這些僅限于上學期的期末考試臨時速背的結果。因此，我從零開始，摸著石頭過河，進展十分的緩慢。</p><p>　　理論部分過后，外加小組討論和各方面收集資料后，就開始了動手仿真階段了，這樣時間在前期已經有些超出。后面的進程需加緊進行才行。一開始我在網絡上了解到仿真軟件比較實用的有multisim。因此，我著手開始安裝此軟件。第一次碰到這么難搞定的軟件，所以

77、，為了研究安裝這個軟件，我又花了些許時間，最后終于安裝上了，心想，此次設計對我而言還真的如此舉步維艱啊！不過，收獲還的確真的很大，后面有許多同學不會裝的，我均可輕車熟路的安裝完成。算是小有成就吧！后面就是對這個軟件的熟悉與操作。</p><p>　　在實際的電路仿真過程中，如果說前面的是坎坷的話，電路中遇到的問題那就好比溝壑了。外加對理論知識不是掌握的十分牢固的原因，這會仿真起來更加艱難。問題是一步一步的解決的，

78、我先做的是發(fā)射機部分，不斷的修改參數(shù)，不斷的調試，不斷的溫習理論知識。就這樣，克服了總總困難之后。成圖也就如此慢慢孵化成型！記得在做發(fā)射機的載波部分時，電路圖被我反復的調試后，輸出波形始終不是太完美，總有一部分失真或者是不穩(wěn)定。最后都快放棄的時候，我掌握了一點小技巧，那就是“微調”，我將諧振回路的電阻、電容確定下來后，留下一小部分可調電容在仿真的時候進行微調。就這樣，我的輸出波形終于達到了要求，而且還十分的穩(wěn)定。心中充滿了成就感！這僅僅

79、是本次設計中的一個小小成功，不足為道。</p><p>　　本次設計讓我感受到了從無到有，從迷糊到清楚的一個變化過程。其中的成長和對理論知識的熟練掌握程度有著十分大的提高。同時十分感謝老師耐心的為我們答辯，不吃不喝的精神。讓我們本次的設計更加深刻！</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　　[1] 胡宴如.高頻電子線