小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　作 者： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　系： 電子信息工程系 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程

2、 </p><p>　　題 目： 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì) </p><p>　　2011 年 6 月 8 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)外文摘要</b></p><p>&l

3、t;b>　　目 次</b></p><p>　　1 緒論………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)初步認(rèn)識(shí)…………………………………………………………1</p><p>　　1.2 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………2</p&g

4、t;<p>　　1.3 小功率相關(guān)技術(shù)及熱點(diǎn)問(wèn)題分析……………………………………………………2</p><p>　　1.4 課題的研究任務(wù)和內(nèi)容………………………………………………………………5</p><p>　　2 方案設(shè)計(jì)與單元電路形式選擇…………………………………………………………6</p><p>　　2.1 發(fā)射機(jī)的總體認(rèn)識(shí)…………

5、…………………………………………………………6</p><p>　　2.2 單元電路的認(rèn)識(shí)………………………………………………………………………6</p><p>　　3 單元電路的設(shè)計(jì)與仿真 ………………………………………………………………8</p><p>　　3.1 主振級(jí)與小信號(hào)放大級(jí)的設(shè)計(jì)………………………………………………………8</p>

6、;<p>　　3.2 緩沖隔離級(jí)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………11</p><p>　　3.3 語(yǔ)音放大級(jí)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………12</p><p>　　3.4 幅度調(diào)制電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13</p><p>　　3.5 高頻諧振功率放大器

7、的設(shè)計(jì)…………………………………………………………16</p><p>　　3,6 諧振功率放大器的調(diào)整………………………………………………………………26</p><p>　　3.7 天線(xiàn)的相關(guān)知識(shí)及設(shè)計(jì)………………………………………………………………27</p><p>　　4 單元電路調(diào)試與整機(jī)統(tǒng)調(diào)……………………………………………………………29<

8、;/p><p>　　4.1 主振級(jí)調(diào)試……………………………………………………………………………29</p><p>　　4.2 信號(hào)調(diào)制級(jí)調(diào)試………………………………………………………………………29</p><p>　　4.3 功率放大級(jí)調(diào)試………………………………………………………………………29</p><p>　　4.4 整機(jī)統(tǒng)

9、調(diào)………………………………………………………………………………30</p><p>　　4.5 主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)試方法………………………………………………………………31</p><p>　　5 硬件電路調(diào)試過(guò)程及示波器影像圖…………………………………………………33</p><p>　　5.1 主振級(jí)硬件電路以及示波器圖像…………………………………………………

10、…33</p><p>　　5.2 音頻信號(hào)輸入級(jí)硬件電路以及示波器圖像…………………………………………33</p><p>　　5.3 振幅調(diào)制級(jí)硬件電路以及示波器圖像………………………………………………34</p><p>　　5.4 功率放大級(jí)硬件電路以及示波器圖像………………………………………………35</p><p>　　6

11、 另外一種調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方案………………………………………………………38</p><p>　　6.1 主振級(jí)的選擇與仿真波形……………………………………………………………38</p><p>　　6.2 語(yǔ)音放大級(jí)選擇與仿真波形…………………………………………………………39</p><p>　　6.3 AM調(diào)至電路與仿真波形…………………………………………

12、…………………39</p><p>　　6.4 整機(jī)電路的連接與仿真………………………………………………………………40</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………………42</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………43</p><p>　　致謝

13、…………………………………………………………………………………………45</p><p>　　附錄A 調(diào)幅技術(shù)與調(diào)頻技術(shù)主要特點(diǎn)及區(qū)別…………………………………………46</p><p>　　附錄B 集成調(diào)幅與調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)……………………………………………………47</p><p>　　附圖C 高頻電路設(shè)計(jì)基本步驟…………………………………………………………

14、54</p><p>　　附圖D 選擇高頻元器件的基本設(shè)想……………………………………………………55</p><p>　　附圖1 整機(jī)所用元件列表………………………………………………………………56</p><p>　　附圖2 整機(jī)電路圖………………………………………………………………………57</p><p>　　附圖3 整機(jī)電路

15、PCB圖…………………………………………………………………58</p><p>　　附圖4 整機(jī)電路實(shí)體圖…………………………………………………………………59</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　當(dāng)今時(shí)代，信息技術(shù)發(fā)展十分迅猛，產(chǎn)品更新?lián)Q代步幅更是明顯加快，尤其是無(wú)線(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新非?；钴S，各類(lèi)技術(shù)加快發(fā)展和融合，

16、新技術(shù)新應(yīng)用層出不窮，向社會(huì)各部門(mén)各領(lǐng)域的滲透日益廣泛深入。目前，移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)導(dǎo)航、遙控遙測(cè)、射電天文等40多種無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)已在我國(guó)的通信、廣播、電視、國(guó)防、安全、鐵路、交通、航空、航天、氣象、漁業(yè)、科研等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[7]。</p><p>　　調(diào)幅技術(shù)目前正廣泛應(yīng)用于通信與廣播技術(shù)中，遠(yuǎn)距離世界性的信息傳播使得調(diào)幅技術(shù)展現(xiàn)了更大的應(yīng)用空間，如何更高效率的傳播有用信息，而且使信號(hào)的失真度達(dá)到

17、最小，是下一代調(diào)幅技術(shù)需要研究的主要方向。調(diào)幅技術(shù)也是其他通信技術(shù)研究的基礎(chǔ)，通過(guò)研究調(diào)幅相關(guān)技術(shù)，能夠?qū)ξ磥?lái)通信技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　調(diào)幅發(fā)射機(jī)常用于通信系統(tǒng)與其他無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中，在中短波領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，由于調(diào)幅簡(jiǎn)便，占用頻帶窄，設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　在實(shí)際的廣播發(fā)射系統(tǒng)中，中波調(diào)幅的頻率范圍為535 ～ 160

18、5 千赫，音頻信號(hào)中的高音頻率應(yīng)該被限制在 4.5 千赫以下，發(fā)射功率需要達(dá)到300W以上才能使空間覆蓋面達(dá)到比較好的狀態(tài)，此次設(shè)計(jì)需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中研究發(fā)射機(jī)的工作原理與原件選擇，因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件適當(dāng)降低技術(shù)指標(biāo)，載波頻率采用實(shí)驗(yàn)室較為常用的6MHz，單音頻調(diào)制信號(hào)選擇1KHz，發(fā)射機(jī)功率初步定為1W。</p><p>　　1.1 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)初步認(rèn)識(shí)</p><p>　　目前

19、，雖然調(diào)頻技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)突飛猛進(jìn)，其應(yīng)用范圍覆蓋了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的80%以上，但是由于小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)具有調(diào)制解調(diào)電路簡(jiǎn)單、調(diào)試容易、信號(hào)帶寬窄和技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，因此仍然使其能夠在中短波通信中廣泛得以應(yīng)用。課題以電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)為應(yīng)用背景，在仿真軟件與實(shí)驗(yàn)室中完成一個(gè)完整的調(diào)幅發(fā)射機(jī)，并實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電報(bào)功能。 </p><p>　　發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是利用低頻音頻信號(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制，將其變?yōu)樵谶m合頻率上具

20、有一定的帶寬，有利于天線(xiàn)發(fā)射的電磁波。一般來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)易發(fā)射機(jī)主要分為低頻部分、高頻部分、以及電源部分。高頻部分主要包括：主振蕩器、緩沖放大級(jí)、中間放大級(jí)、功放推動(dòng)級(jí)以及末級(jí)功放級(jí)。低頻部分主要包括：話(huà)筒、低頻電壓放大級(jí)、低頻功率放大級(jí)以及末級(jí)低頻功率放大級(jí)等。</p><p>　　1.2 小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　調(diào)幅技術(shù)起源于上世紀(jì)20年代，商業(yè)廣播先后在美、蘇

21、、英、德、法、中等國(guó)開(kāi)播，調(diào)幅廣播先后經(jīng)歷了中波調(diào)幅、短波調(diào)幅、數(shù)字化調(diào)幅等幾個(gè)階段。</p><p>　　盡管調(diào)幅廣播的帶寬只有9kHz或10kHz，音質(zhì)無(wú)法與調(diào)頻立體聲相比，但是由于調(diào)幅廣播發(fā)展時(shí)間最久，全球標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，在任何地方購(gòu)買(mǎi)的收音機(jī)在全球各地都能使用，接收工具簡(jiǎn)單，而且可以方便地進(jìn)行室內(nèi)、外的便攜接收與車(chē)、船中的移動(dòng)接收。因此至今它仍然是世界上使用最廣泛的廣播媒體。</p><p&

22、gt;　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界現(xiàn)在已有3333座短波發(fā)射臺(tái)，12590座中波發(fā)射臺(tái)，25億臺(tái)調(diào)幅收音機(jī)，其中7億臺(tái)可收短波廣播。</p><p>　　我國(guó)是AM廣播的大國(guó)，新世紀(jì)開(kāi)始實(shí)施的西部創(chuàng)新工程還將進(jìn)一步擴(kuò)大AM廣播的規(guī)模，提高廣播覆蓋率與改變邊遠(yuǎn)地區(qū)空中秩序。中國(guó)這樣的大國(guó)不容易由調(diào)頻(FM)廣播覆蓋，因而調(diào)幅廣播仍然具有很大的市場(chǎng)。</p><p>　　1.3 小功率相關(guān)技術(shù)及熱點(diǎn)問(wèn)

23、題分析</p><p><b>　　調(diào)幅相關(guān)</b></p><p><b>　?。?）調(diào)幅定義</b></p><p>　　英文是Amplitude Modulation（AM）。就是載波幅度按照給定調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值函數(shù)改變的調(diào)制方式。該函數(shù)通常是線(xiàn)性的[1]。 </p><p><b>

24、　?。?）調(diào)幅特點(diǎn)</b></p><p>　　一種調(diào)制方式，屬于基帶調(diào)制。使高頻載波的頻率隨信號(hào)改變的調(diào)制（AM）。其中，載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的某種特征的變換而變化[2]。 </p><p><b>　　（3）調(diào)幅方式</b></p><p>　　調(diào)幅是使高頻載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化。也就是說(shuō)，通過(guò)用調(diào)制信號(hào)

25、來(lái)改變高頻信號(hào)的幅度大小，使得調(diào)制信號(hào)的信息包含入高頻信號(hào)中去，通過(guò)天線(xiàn)把高頻信號(hào)發(fā)射出去，然后就把調(diào)制信號(hào)也傳播出去了。這時(shí)候在接收端可以把調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來(lái)，也就是把高頻信號(hào)的幅度解調(diào)出來(lái)就可以得到調(diào)制信號(hào)了[4]。 </p><p><b>　　2.功率放大電路</b></p><p>　?。?）放大電路的基本原則</p><p><

26、b>　　1)輸出功率大</b></p><p>　　要求輸出功率盡可能大是為了獲得較大的功率輸出，此時(shí)應(yīng)該讓功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作[2]。 </p><p><b>　　2)輸出效率要高</b></p><p>　　由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個(gè)效

27、率問(wèn)題。所謂效率其定義式就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值。這個(gè)比值越大，意味著效率越高[8]。 </p><p><b>　　3)非線(xiàn)性失真要小</b></p><p>　　功率放大電路工作在大信號(hào)狀態(tài)下，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，而且同一功放管輸出功率越大，往往其非線(xiàn)性失真越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線(xiàn)性失真成為一對(duì)主要矛盾。但是，不同場(chǎng)合下

28、，對(duì)非線(xiàn)性失真的要求也不同，例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，非線(xiàn)性失真就顯得重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場(chǎng)合中，則以輸出功率為主要目的，對(duì)非線(xiàn)性失真的要求就降為次要了[10]。 </p><p>　?。?）放大電路的工作狀態(tài)</p><p><b>　　1)甲類(lèi)放大</b></p><p>　　在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，都有電流流過(guò)三極管，這種工作

29、方式通常稱(chēng)為甲類(lèi)放大[1]。 </p><p><b>　　2)乙類(lèi)放大</b></p><p>　　在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，只有半個(gè)周期，三極管的iC > 0 ，稱(chēng)為乙類(lèi)放大。 </p><p><b>　　3)甲乙類(lèi)放大</b></p><p>　　在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，有半個(gè)周

30、期以上，三極管的iC > 0 ，稱(chēng)為甲乙類(lèi)放大[4]。</p><p><b>　　3.技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率 ，載波頻率的穩(wěn)定度，輸出負(fù)載電阻RL，發(fā)射功率PA，發(fā)射機(jī)效率，調(diào)幅系數(shù)Ma，調(diào)制頻率F。</p><p><b>　?。?）發(fā)射功率</b></p&

31、gt;<p>　　發(fā)射功率一般是指發(fā)射機(jī)輸送到天線(xiàn)上的功率。只有當(dāng)天線(xiàn)的長(zhǎng)度與發(fā)射機(jī)高頻振蕩的波長(zhǎng)λ可以相比擬時(shí)，天線(xiàn)才能有效地把載波發(fā)射出去。波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系為：λ= c/f[1]。</p><p>　　若接收機(jī)的靈敏度Us=2μV，則通信距離s與發(fā)射功率PA的關(guān)系式為</p><p><b>　　(1-3-1)</b></p><

32、p>　?。?）工作頻率或波段</p><p>　　發(fā)射機(jī)的工作頻率應(yīng)該根據(jù)調(diào)制方式，在有關(guān)部門(mén)所規(guī)定的范圍內(nèi)選取才可以。對(duì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，工作頻率一般選在超短波（30-300MHZ）范圍內(nèi)；對(duì)于調(diào)幅發(fā)射機(jī)一般在中頻（0.3-3MHZ）和高頻（3-30MHZ）范圍內(nèi)[2]。</p><p><b>　?。?）總效率</b></p><p>　　

33、發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的總功率與其消耗的總功率之比稱(chēng)之為發(fā)射系統(tǒng)的總效率，即</p><p><b>　　(1-3-2)</b></p><p>　　4.multisim軟件的特點(diǎn)與應(yīng)用</p><p>　　Multisim為美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司推出的以Windows為平臺(tái)的仿真工具，適用于模擬與數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)與仿真工作。它包含了電路原理圖的圖形輸

34、入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真和分析能力。 </p><p>　　利用Multisim可以很好的解決理論與實(shí)踐相脫節(jié)的問(wèn)題,利用Multisim軟件能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。 </p><p>　　Multisim軟件的特點(diǎn)：a.具有直觀的圖形界面b.具有豐富的元器件c.擁有強(qiáng)大的仿真能力d.擁有豐富的測(cè)試儀器e.擁有完備的分析手段等[6]。</p&

35、gt;<p>　　1.4 課題的研究任務(wù)和內(nèi)容</p><p>　?。?）小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)包括載波振蕩電路、低頻單音振蕩電路（電報(bào)功能）、音頻放大電路、振幅調(diào)制電路、帶通濾波電路、緩沖放大電路和丙類(lèi)功率放大電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　（2）除振幅調(diào)制電路采用集成乘法器外，其余電路均采用分立元件設(shè)計(jì)；要求應(yīng)用電路仿真軟件設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真調(diào)試優(yōu)化電路。</p&g

36、t;<p>　?。?）設(shè)計(jì)指標(biāo)： 載波頻率：fc=3.579MHz（或6MHz），頻穩(wěn)度≤10exp(-4)；低頻單音振蕩頻率：F=1000Hz； 單音調(diào)制調(diào)幅度：Ma≥0.8，音頻調(diào)制平均調(diào)幅度Ma=0.4； 無(wú)源帶通濾波電路中心頻率為載波頻率，3dB帶寬為9KHz， 丙類(lèi)功率放大電路的等效天線(xiàn)負(fù)載阻抗：RL=75Ω；發(fā)射功率：Po≥1W；效率：ηc≥60％以上。 電源電壓：Vcc=+12V.</p>&l

37、t;p>　　2 方案設(shè)計(jì)與單元電路形式選擇</p><p>　　簡(jiǎn)易的調(diào)幅發(fā)射機(jī)就是利用模擬乘法器將話(huà)筒輸入的音頻信號(hào)加入到主振級(jí)產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)中，再經(jīng)過(guò)諧振功率放大器的作用，將已調(diào)信號(hào)進(jìn)行功率放大，最后由天線(xiàn)輻射到空間進(jìn)行傳播。</p><p>　　2.1 對(duì)發(fā)射機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求工作頻率為6MHz，輸出功率為1

38、W。由于輸出功率小，因此總體電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小的特點(diǎn)。其總體電路結(jié)構(gòu)可分為載波振蕩電路；單音振蕩電路（電報(bào)功能）；音頻放大電路；振幅調(diào)制電路；帶通濾波電路；緩沖放大電路等。</p><p>　　2.2 單元電路形式選擇</p><p><b>　　1.本機(jī)振蕩電路</b></p><p>　　振蕩電路選擇要根據(jù)載波頻率的高低和頻率穩(wěn)定

39、度來(lái)確定，在頻率穩(wěn)定度要求不是很高的情況下，可以采用電容反饋式振蕩電路，如克拉潑電路，希勒電路等。在頻穩(wěn)度要求較高的情況下，一般可以選用晶體振蕩電路，也可以選用單片集成電路。本機(jī)設(shè)計(jì)要求頻穩(wěn)度要達(dá)到10exp(-4)，一般的lc振蕩電路頻穩(wěn)度約為10-2~10-3，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此由于本機(jī)頻穩(wěn)度要求較高，可以采用晶振作為主震級(jí)振蕩器，從而可以達(dá)到較高的頻率穩(wěn)定度[1][2][5]。</p><p><b

40、>　　高頻電壓放大器</b></p><p>　　高頻電壓放大器的主要作用是將振蕩電路產(chǎn)生的震蕩電壓放大到一定程度后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻諧振放大器。具體需要幾級(jí)放大器需要看振幅調(diào)制器所選用的電路類(lèi)型。當(dāng)選用集成模擬乘法器作為振幅調(diào)制器時(shí)，由于輸入信號(hào)要求為小信號(hào)，因此當(dāng)輸出電壓能夠滿(mǎn)足要求是，可以考慮不用外加高頻電壓放大器。但如果采用集電極調(diào)幅電路，就要另加一至二級(jí)高頻電壓放大器，用來(lái)滿(mǎn)

41、足集電極調(diào)幅電路的大信號(hào)輸入。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，本機(jī)調(diào)幅器采用模擬乘法器MC1496進(jìn)行調(diào)幅[4]。</p><p><b>　　3.振幅調(diào)制電路</b></p><p>　　振幅調(diào)制器的任務(wù)是將所需傳送的信息“加載”到高頻震蕩電壓中，從而以調(diào)幅波的形式將已調(diào)信號(hào)發(fā)射出去。通常調(diào)制分為低電平調(diào)制和高電平調(diào)制，采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法是屬于低電平調(diào)制，低電平調(diào)幅電路具有輸

42、出功率小的特點(diǎn)，適用于功率較低的系統(tǒng)。模擬乘法器的出現(xiàn)，使高質(zhì)量的調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生變得很簡(jiǎn)單，而且成本也很低，因此本機(jī)采用模擬乘法器MC1496構(gòu)成調(diào)幅電路[6]。</p><p><b>　　4.功率激勵(lì)級(jí)</b></p><p>　　由模擬乘法器調(diào)制電路輸出的已調(diào)信號(hào)較小，不能滿(mǎn)足末級(jí)功放的輸入要求，因此，要在模擬乘法器后邊加上功率激勵(lì)級(jí)來(lái)放大已調(diào)調(diào)制的信號(hào)功率，從

43、而滿(mǎn)足后級(jí)電路的輸入要求[7]。</p><p><b>　　功率放大級(jí)</b></p><p>　　功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的最末級(jí)，它的主要任務(wù)就是要發(fā)射出發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)所要求的輸出功率。本機(jī)所設(shè)計(jì)的為小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類(lèi)諧振功率放大器，如果一級(jí)放大器不能滿(mǎn)足要求，可以選用兩級(jí)或者三級(jí)[2]。</p><p><b>　

44、　6.傳輸線(xiàn)與天線(xiàn)</b></p><p>　　天線(xiàn)的主要作用是把已調(diào)制的高頻信號(hào)變成電磁波，輻射到空間去，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電的發(fā)射功能[6]。</p><p>　　由于無(wú)線(xiàn)設(shè)備本身的傳播距離的限制，因此，若想達(dá)到比較理想的傳播距離，必須外接天線(xiàn)[6]。這里面就必須涉及到兩個(gè)概念：</p><p><b>　　頻率范圍</b></

45、p><p>　　頻率范圍指的是天線(xiàn)的工作頻段，這個(gè)參數(shù)決定了它適用于哪個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)設(shè)備[6]。</p><p><b>　　增益值</b></p><p>　　增益值表示天線(xiàn)的功率放大倍數(shù)，增益值越大代表對(duì)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)越大，傳輸質(zhì)量也就越好[6]。</p><p>　　3 單元電路的設(shè)計(jì)與仿真</p>

46、<p>　　發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是要完成有用的低頻信號(hào)對(duì)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(guò)天線(xiàn)發(fā)射的電磁波[2]。</p><p>　　發(fā)射機(jī)一般分為三個(gè)部分：高頻部分，低頻部分和電源部分[3]。</p><p>　　高頻部分一般包括：主振蕩級(jí)，緩沖放大級(jí)，中間放大級(jí)，功率推動(dòng)級(jí)以及末級(jí)功放級(jí)。</p><p>　　低頻部分一般

47、包括話(huà)筒，低頻電壓放大級(jí)，低頻功率放大級(jí)和末級(jí)低頻功率放大級(jí)。低頻信號(hào)通過(guò)各級(jí)放大級(jí)的層層放大，最終在末級(jí)功放處獲得所需的功率電平，從而可以對(duì)高頻功率放大器進(jìn)行調(diào)制。</p><p>　　采用典型的調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方案即可達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，發(fā)射機(jī)的主要單元電路見(jiàn)下圖（圖3-1）：</p><p>　　圖中各部分主要作用為：</p><p>　　主震級(jí)：有晶體振蕩器產(chǎn)

48、生頻率為6MHz的震蕩載波信號(hào)。</p><p>　　緩沖級(jí)：將晶體震蕩級(jí)與振幅調(diào)制級(jí)隔離，減少振幅調(diào)制級(jí)對(duì)晶體震蕩器的干擾。</p><p>　　音頻放大：將話(huà)筒發(fā)出的信號(hào)放大到調(diào)制電路所需要的調(diào)制電壓。</p><p>　　振幅調(diào)制級(jí)：將音頻信號(hào)加入到高頻載波中，從而產(chǎn)生調(diào)幅波。</p><p>　　高頻功放：對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，加入到天

49、線(xiàn)中，從而向空間輻射。</p><p>　　3.1 主振級(jí)與小信號(hào)電壓放大級(jí)的設(shè)計(jì)</p><p>　　主震級(jí)是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，其性能的好壞直接影響到發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量，因此，主震級(jí)產(chǎn)生的載波信號(hào)必須有較高的頻率穩(wěn)定度和較小的波形失真度，本機(jī)主振級(jí)備選方案可以有三種， RC正弦波振蕩器，石英晶體振蕩器，三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器等。</p><p>　　方案一：采用

50、石英晶體振蕩器，石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，在選擇合適的偏置電路的情況下，頻穩(wěn)度可達(dá)到10-11數(shù)量級(jí)，而且，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，波形失真度也比較小，因此，在頻穩(wěn)度要求較高的電路中，可以選用石英晶體振蕩器作為主振級(jí)。</p><p>　　方案二：采用RC正弦波振蕩器，由于RC振蕩器主要是由電阻和電容組成的，在電路中并沒(méi)有諧振回路，因此，RC振蕩器不適合于作為高頻振蕩器。</p><p>

51、;　　方案三：采用LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路，三點(diǎn)式振蕩電路有電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式之分，相對(duì)來(lái)說(shuō)，電容三點(diǎn)式的輸出波形相對(duì)電感三點(diǎn)式要穩(wěn)定，且頻率變化不會(huì)改變電抗的性質(zhì)，因此振蕩器一般都采用電容三點(diǎn)式形式。在頻率穩(wěn)定度要求不是很高的情況下，可以采用普通的電容三點(diǎn)式振蕩電路，如克拉潑電路和西勒電路。LC回路由于受到標(biāo)準(zhǔn)性和品質(zhì)因數(shù)的限制，其頻穩(wěn)度一般只能達(dá)到10-4數(shù)量級(jí)。</p><p>　　為使整機(jī)電路簡(jiǎn)單并且

52、頻穩(wěn)度度較高，本機(jī)采用石英晶體振蕩器。</p><p>　　石英是一種各向異性的結(jié)晶體，其化學(xué)成分是二氧化硅。石英晶片所以能做成諧振器，是基于他具有壓電效應(yīng)的原理。晶片的固有機(jī)械震動(dòng)頻率又稱(chēng)為諧振頻率，其值與晶片的幾何尺寸有關(guān)，具有很高的穩(wěn)定性[19]。</p><p>　　石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作為濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。與LC諧振回路相比，石英

53、晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，采用高精度和頻穩(wěn)措施后，石英晶體振蕩器可以達(dá)到10-4-10-9的頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求晶體振蕩電路如下所示，晶振，C1，C2，C3與T1構(gòu)成改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩頻率由晶振的等效電容和等效電感決定。電路中的T1靜態(tài)工作點(diǎn)由R1R2和R3決定，在設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先決定集電極電流Icq，一

54、般都取0.5mA~4mA，Icq過(guò)大會(huì)引起波形失真，有時(shí)還伴隨產(chǎn)生高次諧波[6]。設(shè)晶體管β=60，Icq=2mA，，由三極管的回路計(jì)算方法可推算出R1=150kΩ，R2=100Ω，R3=3kΩ。晶體震蕩級(jí)與小信號(hào)放大級(jí)聯(lián)合電路圖如圖（圖3-1-1）所示[3]：</p><p>　　此電路中主震級(jí)工作在較低的6MHz的頻率上，一般晶體振蕩器都能達(dá)到要求，且具有一定的輸出電壓，而且頻率穩(wěn)定度較高，無(wú)需進(jìn)行倍頻[3]

55、。</p><p>　　頻率輸出需要通過(guò)C1微調(diào)，使震蕩頻率穩(wěn)定在6MHz。R1 、R2和RP0構(gòu)成分壓式偏置電路，C2和C3的串接電容直接并接在晶體兩端，為晶體的負(fù)載電容。主震級(jí)的模擬仿真結(jié)果如下（圖3-1-2和圖3-1-3）所示，</p><p>　　由晶振產(chǎn)生的信號(hào)由于振幅較小，因此需要加入小信號(hào)放大器，從而提高震蕩級(jí)的輸出振幅，T1構(gòu)成小信號(hào)電壓放大器，由RP0控制輸出電壓的振幅。

56、高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。需要使用幾級(jí)放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號(hào)是小信號(hào)。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿(mǎn)足要求時(shí)，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電路，就要使用一至二級(jí)高頻電壓放大器，以滿(mǎn)足集電極調(diào)幅的大信號(hào)輸入。諧振放大器的調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同，首先應(yīng)調(diào)整每一級(jí)所需的直流工作點(diǎn)，但要注意一點(diǎn)：在多級(jí)諧振放大器中，

57、由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測(cè)試其直流工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先用示波器觀察一下放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振蕩，應(yīng)先設(shè)法排除它，然后再測(cè)試其直流工作點(diǎn)。否則，所測(cè)數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。對(duì)于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動(dòng)態(tài)范圍的調(diào)整及測(cè)試，一般有兩種方法，一種是逐點(diǎn)法；一種是掃頻法。后者比較簡(jiǎn)單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對(duì)于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測(cè)試[6]。</p><p>　　經(jīng)過(guò)小信號(hào)放大后輸出波

58、形(圖3-1-4）如下[5]：</p><p>　　與未加入放大器時(shí)相比，波形和頻率都沒(méi)有變化，指示振幅（電壓）有所增加。</p><p>　　3.2 緩沖隔離級(jí)的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了減小調(diào)制級(jí)對(duì)主震級(jí)的影響，需要采用加入緩沖級(jí)的方法。在緩沖隔離級(jí)的選擇上不論是在低頻電路還是高頻電路的整機(jī)設(shè)計(jì)中，緩沖隔離級(jí)常采用射極跟隨器電路[1]。調(diào)節(jié)射極電阻Rp1，

59、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rb'b的影響，則射極輸出器的輸入電阻Ri為Ri=RB'//βRL' ，式中，RL'=(R6+Rp1)//Rp2,RB'=R4//R5，輸出電阻Ro為 Ro=(R6+Rp1)//r0 。式中，r0很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個(gè)恒壓源[3]。緩沖隔離級(jí)單元電路圖（圖3-2-1）如右：</p><p><b

60、>　　電壓放大倍數(shù)AV為</b></p><p>　　式中，gm——晶體管的跨導(dǎo)，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)近似等于1的特點(diǎn)。晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)，一般取 ，ICQ=3～10mA. 對(duì)于圖示電路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA，若晶體管電流放大倍數(shù)β=60，則R6+Rp1=VEQ/ICQ=1.

61、 5kΩ，取R6=1kΩ的電阻，Rp1=1kΩ的電位器。IRB≈10IBQ，，</p><p>　　估算功率激勵(lì)級(jí)的輸入阻抗為335Ω，即射隨器的負(fù)載電阻Rp2=335Ω，并可計(jì)算出射隨器的輸入電阻Ri，即 </p><p>　　KΩ </p><p><b>　　輸入電壓Vi為</b

62、></p><p>　　為減小射隨器對(duì)前級(jí)振蕩器的影響，耦合電容C1不能太大，一般為數(shù)十皮法。C2為0.022μF左右。</p><p>　　3.3 語(yǔ)音放大級(jí)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　語(yǔ)音放大器主要是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大和限頻，經(jīng)過(guò)放大后的語(yǔ)音信號(hào)送入調(diào)制級(jí)對(duì)高頻載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，本機(jī)采用LM386進(jìn)行語(yǔ)音功率放大。電源由6腳引入，4腳接地，8腳與地之間

63、接有源濾波退耦電容C7。信號(hào)由3腳引入，經(jīng)放大后由1腳經(jīng)輸出電容C8送到受調(diào)放大級(jí)。3腳到地之間接入C6和RP4組成負(fù)反饋電路，決定放大倍數(shù)的大小。RP4越小，電路增益越高；反之，增益越小[9]。語(yǔ)音放大級(jí)單元電路圖（圖3-3-1）如右:</p><p>　　音頻放大器輸出波形模擬圖（圖3-3-2）如下[5]：</p><p>　　3.4 幅度調(diào)制電路的設(shè)計(jì)</p><

64、;p>　　所謂振幅調(diào)制就是用被傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去控制高頻振蕩器，使其輸出信號(hào)的幅度隨著低頻信號(hào)的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)搬移到高頻段，被高頻信號(hào)攜帶并有效進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康摹Ｍ瓿蛇@種調(diào)制過(guò)程的裝置稱(chēng)為振幅調(diào)制器。</p><p>　　振幅調(diào)制（AM）就是用低頻信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）去控制高頻載波的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)成正比變化。調(diào)制過(guò)程如圖所示：</p><p>　　普通調(diào)幅信

65、號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式</p><p>　　為了突出基本概念，簡(jiǎn)化分析，假設(shè)調(diào)制信號(hào)為單頻等幅余弦波，即</p><p><b>　　（3-4-1）</b></p><p><b>　　設(shè)載波電壓為</b></p><p><b>　?。?-4-2）</b></p>&l

66、t;p>　　通常載波頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)制頻率，即滿(mǎn)足，根據(jù)調(diào)幅的定義可直接寫(xiě)出調(diào)幅波的表示式</p><p><b>　?。?-4-3）</b></p><p><b>　　（2）調(diào)幅度的定義</b></p><p>　　調(diào)幅度（又稱(chēng)調(diào)制度或調(diào)制指數(shù)）反映了調(diào)制信號(hào)對(duì)高頻載波幅度的控制能力，它是與載波振幅之比，即<

67、/p><p><b>　?。?-4-4）</b></p><p>　　式中，為比例常數(shù)。但在實(shí)際測(cè)量中并不利用此公示計(jì)算，一般采用波形測(cè)量的方法，如右圖（圖3-4-2）所示，是包絡(luò)函數(shù)，它反映了調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)線(xiàn)的變化。因此，在調(diào)制信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)調(diào)幅信號(hào)的最大振幅為，最小振幅為，由此可得調(diào)幅度，</p><p><b>　?。?-4-5）&

68、lt;/b></p><p>　　由上式可得調(diào)幅度還可以表示為</p><p><b>　?。?-4-6）</b></p><p><b>　　式中，；。</b></p><p>　　為了使調(diào)幅波不失真，即高頻振幅能真實(shí)的反映調(diào)制信號(hào)，應(yīng)小于或者等于1.如果，則產(chǎn)生過(guò)調(diào)制，如上邊（e）圖所示，

69、實(shí)際中應(yīng)該避免產(chǎn)生過(guò)調(diào)幅。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求以及為了最大程度的減小各極間的干擾，本機(jī)采用模擬乘法器作為調(diào)幅電路，模擬乘法器的出現(xiàn)，使高質(zhì)量的調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生變得很簡(jiǎn)單，而且成本也很低。幅度調(diào)制單元電路圖（圖3-4-3）如右：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求的工作電壓以及模擬乘法器的工作特性設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。乘法器的靜態(tài)偏置電流主要由內(nèi)部恒流源Io的值來(lái)確定,Io是第5引

70、腳上的電流I5的鏡像電流，改變電阻R25可調(diào)節(jié)Io的大小。</p><p>　　在設(shè)置乘法器各點(diǎn)的靜態(tài)偏置電壓時(shí)，應(yīng)使乘法器內(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(diǎn)處于直流負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圖所示電路，應(yīng)使內(nèi)部電路中三極管的Vce=4V~6V，即V6-V8=V12-V10=4V~6V，V8-V4=V10-V1=4V~6V，V2-（-Vee）=V3-（Vee）=4V~6V。為了使輸出上，下調(diào)制對(duì)稱(chēng)，在設(shè)計(jì)

71、外部電路時(shí)，還應(yīng)使V12=V6，V8=V10，而且12腳及6腳所接的負(fù)載電阻應(yīng)相等，即R28=R29，調(diào)制輸出信息波形（圖3-4-4）如下[8]：</p><p>　　3.5 高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1諧振功率放大器的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　高頻功率放大器是各種無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)的重要組成部分，其工作頻率較高，相對(duì)寬帶也比較窄，一般都

72、采用LC諧振網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載構(gòu)成諧振功率放大器。由于諧振網(wǎng)絡(luò)頻率調(diào)節(jié)困難，因此諧振功率放大器主要用來(lái)放大固定頻率或窄帶信號(hào)，所以諧振功率放大器也稱(chēng)為窄帶高頻功率放大器[15]。</p><p>　　高頻功率放大器一般多用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)電路，其電流消耗往往要占到整機(jī)耗電量的絕大部分，所以功率放大器工作狀態(tài)的優(yōu)劣以及工作效率的高低就相當(dāng)重要。為了提高效率，諧振功率放大器通常工作在丙類(lèi)。</p><p&

73、gt;　　諧振功率放大器的工作原理</p><p><b>　　電路組成</b></p><p>　　諧振功率放大器的原理如圖所示，除電源和偏置電路外，它由晶體管，諧振回路和輸入回路三部分組成。高頻功放中常采用平面工藝制作的NPN高頻大功率晶體管，他能承受高電壓和大電流，并有較高的特征頻率ft。晶體管作為一個(gè)電流控制器件，它在較小的激勵(lì)信號(hào)電壓作用下，形成基極電流，控

74、制了較大的集電極電流，流過(guò)諧振回路產(chǎn)生高頻功率輸出，從而完成了把電源的直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率的任務(wù)。如前所述，為了使高頻功放以高效率輸出大功率，常選在丙類(lèi)狀態(tài)下工作，為了保證在丙類(lèi)工作，基極偏置電壓應(yīng)使晶體管工作在截止區(qū)，一般為負(fù)值，即靜態(tài)時(shí)發(fā)射結(jié)為反偏。此時(shí)輸入激勵(lì)信號(hào)應(yīng)為大信號(hào)，一般在0.5V以上，可達(dá)到1~2V,，甚至更大。也就是說(shuō)，晶體管工作在截至和導(dǎo)通（線(xiàn)性放大）兩種狀態(tài)下，基極電流和集電極電流均為高頻脈沖信號(hào)。與低頻功放不同

75、的是，高頻功放選用諧振回路作負(fù)載，即保證輸出電壓相對(duì)于輸入電壓不失真，還具有阻抗變換的作用，這是因?yàn)榧姌O電流是周期性的高頻脈沖其頻率分量除了有用分量（基波分量）外，還有諧波分量和其他頻率成分，用諧振回路選出有用分量，將其他無(wú)用分量濾除；通過(guò)諧振回路阻抗的調(diào)節(jié)，從而使諧振回路呈現(xiàn)高頻功放所要</p><p><b>　?。?）電壓電流波形</b></p><p>　　

76、當(dāng)基極輸入一余弦高頻信號(hào)后，晶體管基極和發(fā)射級(jí)之間的電壓為</p><p>　　其波形如圖（a）所示。當(dāng)?shù)乃矔r(shí)值大于基極和發(fā)射極之間的導(dǎo)通電壓時(shí)，晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生基極脈沖電流，如圖（b）所示?；鶚O導(dǎo)通后，晶體管便由截止區(qū)進(jìn)入放大區(qū)，集電極將流過(guò)電流，與基極電流相對(duì)應(yīng)，也是脈沖形狀，如圖（c）所示。將用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，得</p><p>　　式中，為集電極電流直流分量，分別為集電極電流的基波

77、，二次諧波及高次諧波分量的振幅。</p><p>　　當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率ω上，即與高頻輸入信號(hào)的基波諧振時(shí)，諧振回路對(duì)基波電流而言等效為一純電阻。對(duì)其他各次諧波而言，回路失諧而呈現(xiàn)很小的電抗并可看成短路。直流分量只能通過(guò)回路電感線(xiàn)圈支路，其直流電阻較小，對(duì)直流也可看成短路。這樣，脈沖形狀的集電極電流，或者說(shuō)包含有直流，基波和高次諧波成分的電流流經(jīng)諧振回路時(shí)，只有基波電流才產(chǎn)生壓降，因而LC諧振回路兩端

78、輸出不失真的高頻信號(hào)電壓。若回路諧振電阻為Re，則</p><p><b>　?。?-5-1）</b></p><p>　　式中，為基波電壓振幅。所以，晶體管集電極和發(fā)射極之間的電壓為</p><p><b>　?。?-5-2）</b></p><p>　　其波形如圖（d）所示。</p>

79、<p>　　可見(jiàn)，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極脈沖變換為不失真的余弦電壓輸出。同時(shí)，諧振回路還可以將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為純電阻Re。通過(guò)調(diào)節(jié)L,C使并聯(lián)回路諧振電阻Re與晶體管所需集電極負(fù)載值相等，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。因此，在諧振功率放大器中，諧振回路除了起濾波作用外，還起到阻抗匹配的作用[23]。</p><p><b>　　輸出功率與效率</b></p

80、><p>　　由于輸出回路調(diào)諧在基波頻率上，輸出電路中的高次諧波處于失諧狀態(tài)，相應(yīng)的輸出電壓很小，因此，在諧振功率放大器中只需研究直流及基波功率。放大器的輸出功率Po等于集電極電流基波分量在負(fù)載Re上的平均功率，即</p><p><b>　　（3-5-3）</b></p><p>　　集電極直流電源供給功率PD等于集電極電流直流分量Ico與Vcc

81、的乘積，即</p><p><b>　?。?-5-4）</b></p><p>　　集電極耗散功率Pc等于集電極直流電源供給功率PD與基波輸出功率Po之差，即</p><p><b>　?。?-5-5）</b></p><p>　　放大器集電極效率等于輸出功率Po與基波供給功率PD之差，即</

82、p><p><b>　　（3-5-6）</b></p><p>　　丙類(lèi)工作狀態(tài)的諧振功率放大器的效率很高，當(dāng)電流導(dǎo)通角時(shí)，效率可達(dá)90%，隨著的減小，效率還會(huì)進(jìn)一步提高。但是也不能過(guò)小，因?yàn)榇藭r(shí)為了達(dá)到一定的輸出功率，所要求的輸入激勵(lì)信號(hào)電壓的幅值將會(huì)過(guò)大，從而對(duì)前級(jí)提出過(guò)高的要求。所以，諧振功率放大器一般取為70度左右[24]。</p><p>

83、;　　2諧振功率放大器的性能特點(diǎn)</p><p>　　諧振功率放大器的工作狀態(tài)</p><p>　　在丙類(lèi)諧振功率放大器中，根據(jù)晶體管工作是否進(jìn)入飽和區(qū)，可將其分為欠壓臨界和過(guò)壓工作狀態(tài)。將不進(jìn)入飽和區(qū)的工作狀態(tài)稱(chēng)為欠壓，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線(xiàn)①所示，為頂尖余弦脈沖。將進(jìn)入飽和區(qū)的工作狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)壓狀態(tài)，其集電極脈沖形狀如圖中曲線(xiàn)③所示，為中間凹陷的余弦脈沖。如果晶體管工作剛好不進(jìn)入

84、飽和區(qū)，則稱(chēng)為臨界工作狀態(tài)，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線(xiàn)②所示，雖然仍為尖頂余弦脈沖，但頂端變化平緩。在諧振功率放大器中，雖然三種狀態(tài)下集電極電流都是脈沖波形，由于諧振回路的濾波作用，放大器的輸出電壓仍為沒(méi)有失真的余弦波形[25]。</p><p><b>　　欠壓狀態(tài)</b></p><p>　　根據(jù)丙類(lèi)諧振功率放大器的工作原理可知，基極電壓最大值與集電極電壓最小

85、值出現(xiàn)在同一時(shí)刻，所以只要當(dāng)比較大（大于），晶體管工作就不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)而工作在欠壓狀態(tài)。由于，可見(jiàn)輸出電壓的幅值越小，就越大，晶體管工作就不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)。</p><p><b>　　臨界狀態(tài)</b></p><p>　　增大，就會(huì)減少，可使放大器在時(shí)工作在放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)上，晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)，所以集電極電流仍為尖頂余弦脈沖。</p>

86、<p><b>　　過(guò)壓狀態(tài)</b></p><p>　　由于諧振功率放大器的負(fù)載是諧振回路，有可能產(chǎn)生較大的（例如諧振回路Q(chēng)值比較大），很?。ㄐ∮冢?，致使晶體管在附近因很小而進(jìn)入飽和區(qū)。因?yàn)樵陲柡蛥^(qū)晶體管集電結(jié)被加上正向電壓，的增加對(duì)的影想很小，而卻隨的下降迅速減小，所以使得集電極電流脈沖頂部產(chǎn)生下凹現(xiàn)象。越大，越小，脈沖凹陷越深，脈沖的高度越小。</p><

87、;p><b>　　負(fù)載特性</b></p><p>　　當(dāng)放大器中直流電源帶電壓，及輸入電壓振幅維持不變時(shí)，放大器的電流、電壓、功率與效率等隨諧振回路諧振電阻Re變化的特征，稱(chēng)為放大器的負(fù)載特征。負(fù)載特性是高頻功率放大器的重要特性之一。根據(jù)諧振功率放大器工作狀態(tài)的分析可知，當(dāng)及不變，負(fù)載Re變化時(shí)，就會(huì)引起放大器輸出電壓的變化，從而使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。</p>&

88、lt;p>　　下圖（圖3-5-4）是諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線(xiàn)。</p><p>　　由圖中的負(fù)載特性可以看出高頻功放各種狀態(tài)的特點(diǎn)：臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高，通常應(yīng)選擇在此狀態(tài)工作。過(guò)壓狀態(tài)的特點(diǎn)是效率高，損耗小，并且輸出電壓受負(fù)載電阻RL的影像較小，近似為交流恒壓源特性，但由于效率低，并且集電極損耗大，一般不選擇在此狀態(tài)工作。在實(shí)際調(diào)整中，高頻功放可能會(huì)經(jīng)歷上述各種狀態(tài)，利用負(fù)載特性就可以正確

89、判斷各種狀態(tài)，已進(jìn)行正確的調(diào)整。</p><p>　　3.5.2 諧振功率放大器的設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　　1.電路的基本原理[1]</p><p>　　高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它的主要作用是將電源的直流轉(zhuǎn)換成高頻交流輸出，通信線(xiàn)路中應(yīng)用的高頻功率放大器，按其工作頻帶的寬窄可以分為窄帶和寬帶。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對(duì)頻帶又比較窄，所以工作

90、時(shí)一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。</p><p>　　一般把集電極電流導(dǎo)通時(shí)間相對(duì)應(yīng)的角度的一半稱(chēng)為集電極電流的導(dǎo)通角，當(dāng)導(dǎo)通角等于180°表示管子在整個(gè)工作周期內(nèi)全部導(dǎo)通，稱(chēng)為放大器工作在甲類(lèi)狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)通角等于90°表示放大器在工作期間的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，稱(chēng)為放大器工作在乙類(lèi)，當(dāng)其導(dǎo)通角小于90°表示管子的導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期，稱(chēng)為放大器工作在丙類(lèi)狀態(tài)。</p><

91、;p><b>　　2電路原理圖：</b></p><p>　　丙類(lèi)高頻功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過(guò)壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。因?yàn)榍穳籂顟B(tài)的工作效率較低，而過(guò)壓狀態(tài)的又會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的失真，所以一般選用讓其工作在臨界狀態(tài)。在晶體管功率放大器中，一般可以通過(guò)改變激勵(lì)電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來(lái)改變放大器的工作狀態(tài)。</p><p>　　由于輸出功率要求

92、Po≥1W，因此功放可采用甲類(lèi)或者丙類(lèi)功率放大器，但由于總效率要求η≥50%，顯然，只采用一級(jí)甲類(lèi)功放是達(dá)不到要求的，故采用兩級(jí)功放電路，第一級(jí)采用甲類(lèi)功率放大器作為激勵(lì)級(jí)，第二級(jí)采用丙類(lèi)功率放大器，其中甲類(lèi)功放選用的晶體管為3DG12，丙類(lèi)功放選擇的晶體管為3DA1。</p><p>　　其參數(shù)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為：</p><p>　　功放的基極偏置電壓-UBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO

93、在射級(jí)電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來(lái)提供的，故將其稱(chēng)為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)Ui為正弦波時(shí)，則在集電極輸出波形為電流為Ic的余弦脈沖波。利用諧振回路的選頻作用可使輸出基波諧振電壓為UC1，電流為IC1.</p><p>　　當(dāng)功率放大器的電源電壓為+Ucc，基極偏置電壓Ub，輸入電壓（或激勵(lì)電壓）Ubm確定后，如果電流導(dǎo)通角θ選定，則放大器的工作狀態(tài)就只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻Rq。</p>

94、<p>　　當(dāng)交流負(fù)載線(xiàn)正好穿過(guò)靜態(tài)特征曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時(shí)，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和管壓降UCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。</p><p>　　整個(gè)電路的原理圖（圖3-5-5）見(jiàn)右：</p><p>　　3功率放大器的設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p><b>　?。?）所需器件:</b></p><p

95、>　　3DG12(主要參數(shù)：PCM=700mw，ICM=300mA，UCES≤0.6V，hfe≥30，ft≥150MHz，Ap≥6dB）</p><p>　　3DA1（主要參數(shù)：PCM=1w，ICM=750mA，UCES≥1.5V，hfe≥10，ft≥70MHz，Ap≥13dB）</p><p>　　鎳鋅鐵氧磁環(huán)（NX-100）若干(規(guī)格：φ10mm×φ6mm×φ

96、5mm)</p><p>　　電源（+Ucc=12V）</p><p>　　漆包線(xiàn)（Φ0.31mm）</p><p><b>　　電阻若干</b></p><p><b>　　電容若干</b></p><p>　?。?）丙類(lèi)諧振功率放大器的設(shè)計(jì)</p><

97、p>　　（A）確定放大器的工作狀態(tài)</p><p>　　為獲得較高的效率η和最大的輸出功率Pe，功放的工作狀態(tài)應(yīng)選為臨界狀態(tài)，取θ=70度，可得此時(shí)集電極的等效負(fù)載電阻</p><p>　　其中Vcc=12V，Vces=1.5V，Pc=Po=1W。</p><p>　　集電極基波電流振幅為</p><p>　　集電極電流脈沖的最大值&l

98、t;/p><p><b>　　直流分量為</b></p><p>　　電源供給的直流功率為</p><p><b>　　集電極的耗散功率為</b></p><p><b>　　集電極的效率</b></p><p>　　若設(shè)末級(jí)功率增益Ap=13dB（20倍）

99、，則輸入功率</p><p>　　基極余弦脈沖電流的最大值（設(shè)晶體管3DA1的β=10）</p><p><b>　　基極基波電流的振幅</b></p><p><b>　　輸出電壓的振幅</b></p><p>　?。˙）計(jì)算諧振回路及耦合回路的參數(shù)</p><p>　　丙

100、類(lèi)功放的輸入輸出耦合回路均為高頻變壓器耦合方式，其輸出阻抗Zi可計(jì)算如下：</p><p>　　輸出變壓器線(xiàn)圈匝數(shù)比為</p><p>　　取N3=7，N1=8。</p><p>　　若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容C=100pF，得回路電感為</p><p>　　若采用10*6*5的鐵氧體來(lái)繞制輸出耦合變壓器，則可計(jì)算出總線(xiàn)圈的匝數(shù)為N2，即&

101、lt;/p><p><b>　　則N2=8</b></p><p>　?。–）基極偏置電路參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　基極直流偏置電壓</b></p><p><b>　　射級(jí)電阻</b></p><p>　　取高頻旁路電容為CE2=0.01uf。

102、</p><p>　?。?）寬帶功率放大器(激勵(lì)級(jí)）設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。ˋ）計(jì)算電路參數(shù)</b></p><p>　　寬帶功率放大器的輸出功率應(yīng)等于下級(jí)的丙類(lèi)功率放大器的輸入功率，并且其輸出負(fù)載應(yīng)等于丙類(lèi)功放的輸入阻抗。</p><p>　　設(shè)高頻變壓器的效率為η=0.8.則功放集電極的輸出功率為<

103、/p><p>　　取功放的靜態(tài)電流Icq=Icm=7mA</p><p>　　則集電極電壓的振幅Vcm及等效負(fù)載電阻Rh’分別為</p><p><b>　　射級(jí)直流負(fù)反饋電阻</b></p><p><b>　　高頻變壓器匝數(shù)比為</b></p><p>　　取次級(jí)匝數(shù)N2’=

104、2，則初級(jí)匝數(shù)N1’=6.</p><p>　　激勵(lì)級(jí)功放采用3DG12晶體管，設(shè)β=30，取功率增益為Ap=13dB（20倍），</p><p><b>　　則輸出功率為</b></p><p><b>　　功放的輸入阻抗為</b></p><p>　　取負(fù)反饋電阻R3=10Ω</p>

105、<p>　　則本級(jí)輸入電壓的振幅為</p><p>　?。˙）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)</p><p>　　由上述計(jì)算結(jié)果得到靜態(tài)時(shí)晶體管的射級(jí)電位為</p><p>　　取基極偏置電路的電流I1=5IBQ，則</p><p>　　試驗(yàn)調(diào)整時(shí)取R1=5.1K+10K的電位器。取高頻旁路電容為CE1=0.02uF,輸入耦合電容為C1=0.0

106、2uF。</p><p>　　高頻電路的電源去耦合濾波網(wǎng)絡(luò)通常采用π型LC低通濾波器，如下圖所示，L10，L20可按經(jīng)驗(yàn)取50uF~100uF，C10，C20，C11，C21按經(jīng)驗(yàn)取0.01uF。L10，L20可以采用色碼電感，也可以采用環(huán)形磁芯繞制。此外，還可以在輸出變壓器的次級(jí)與負(fù)載Rl之間插入LC濾波器，以改變R1上的輸出波形。</p><p>　　將上述設(shè)計(jì)計(jì)算的原件參數(shù)按照上圖（

107、圖3-5-5）進(jìn)行安裝，然后逐級(jí)進(jìn)行調(diào)試。先安裝一級(jí)調(diào)整一級(jí)，然后安裝第二級(jí)在調(diào)試第二級(jí)，兩級(jí)安裝完后，兩級(jí)在進(jìn)行聯(lián)調(diào)。</p><p>　　3.6 諧振功率放大器的調(diào)整</p><p><b>　　1.諧振狀態(tài)的調(diào)整</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并計(jì)算高頻諧振功放的前提是假定諧振回路已處于諧振狀態(tài)，即集電極的負(fù)載阻抗為純電阻。但回路的初

108、始狀態(tài)或者在調(diào)諧過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)回路失諧的狀態(tài)，即集電極回路的阻抗呈感性或者呈容性，將使回路的等效阻抗下降。這時(shí)集電極的輸出電壓將減小，集電極電流也隨之增大，從而導(dǎo)致集電極的耗散功率將增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損害晶體管。為保證晶體管安全工作，進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，可以先將電源電壓+Vcc降低到規(guī)定值的1/2~1/3，等找到諧振點(diǎn)后，再將+Vcc升到規(guī)定值，在回路諧振時(shí)，示波器檢測(cè)的波形應(yīng)為不失真波形[13]。</p><p>　

109、　2.寄生振蕩極其消除辦法</p><p>　　寄生振蕩是高頻功率諧振放大器應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，常見(jiàn)的寄生振蕩有以下兩種：</p><p>　?。?）參量自激型寄生振蕩</p><p>　　當(dāng)功放的輸出電壓Vcm足夠大時(shí)，功放的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)就可能進(jìn)入?yún)⒘繝顟B(tài)，這時(shí)晶體管的許多參數(shù)將隨著工作狀態(tài)而改變，如集電結(jié)電容Cb'c的變化就特別明顯，將產(chǎn)生許多新的頻

110、率分量存在于晶體管的輸出和輸入端，其中某些頻率分量由于相位和幅度比較合適，從而形成了自激震蕩。對(duì)輸出波形影響較大的有1/2基波頻率和3倍頻自激，右圖（圖3-6-1）所示為1/2基波頻率功放輸出端的合成波形。</p><p>　　參量自激震蕩的特點(diǎn)是必須要在外加信號(hào)的激勵(lì)下才能夠產(chǎn)生，因此斷開(kāi)激勵(lì)信號(hào)觀察震蕩是否繼續(xù)存在是判斷是否存在自激型寄生震蕩的有效方法。消除參量型寄生振蕩的常見(jiàn)方法是在基極或發(fā)射極接入防振電阻

111、或引入適當(dāng)?shù)母哳l電壓負(fù)反饋，如果可能的話(huà)，可以適當(dāng)減小激勵(lì)信號(hào)電平[6]。</p><p>　　（2）反饋型寄生振蕩</p><p>　　反饋型寄生震蕩分為低頻寄生震蕩和高頻或超高頻寄生震蕩，低頻寄生震蕩的頻率低于放大器的</p><p>　　工作頻率，高頻寄生振蕩的頻率高于放大器的工作頻率。下圖（圖3-6-2）表示出疊加入低頻自激后的輸出波形。</p>

112、<p>　　低頻寄生振蕩一般是由功放輸入輸出回路中的分布電容引起的，消除辦法是設(shè)法破壞他的正反饋支路，例如減小基極回路線(xiàn)圈電感量或串入電阻Rf，降低線(xiàn)圈的Q值等。</p><p>　　高頻寄生振蕩一般由電路的分布參數(shù)（分布電容，引線(xiàn)電感）影響造成的。消除高頻寄生振蕩的有效辦法是盡量減小引線(xiàn)的長(zhǎng)度，合理布局元器件或基極回路接入防振電阻等[6]。</p><p>　　3.7 天

113、線(xiàn)的相關(guān)知識(shí)及設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.天線(xiàn)的輸入阻抗</b></p><p>　　天線(xiàn)的輸入阻抗就是指天線(xiàn)饋電端輸入電壓與輸出電流的比值。天線(xiàn)與饋線(xiàn)的連接，最佳情形就是天線(xiàn)的輸入阻抗是純電阻且等于饋線(xiàn)的特征阻抗，這時(shí)饋線(xiàn)終端沒(méi)有功率反射，饋線(xiàn)上沒(méi)有駐波，天線(xiàn)的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線(xiàn)的匹配工作就是消除天線(xiàn)輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能的

114、接近饋線(xiàn)的特征阻抗。一般移動(dòng)通信的天線(xiàn)的輸入阻抗為50Ω[6]。</p><p><b>　　2.天線(xiàn)的極化方式</b></p><p>　　所謂天線(xiàn)的極化，就是指天線(xiàn)輻射時(shí)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱(chēng)為垂直極化波；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就稱(chēng)為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號(hào)在貼近地面使使地面表面產(chǎn)生極化電