課程設計--中波電臺發(fā)射、接收系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設計論文</b></p><p>　　課程名稱： 通信電子線路 </p><p>　　設計題目：中波電臺發(fā)射、接收系統(tǒng) </p><p>　　院 系： </p><p>　　班 級： </p>&

2、lt;p>　　設 計 者： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計時間： 2013.10. 24-11.08 </p><p><b>　　課程設計任務書</b><

3、;/p><p>　　摘 要：發(fā)射機的主要任務是完成有用的低頻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；接收機的任務是將接收到的高頻已調(diào)幅信號進行解調(diào)，將其變?yōu)榈皖l的信號。通常，發(fā)射機包括高頻振蕩、低頻信號、調(diào)制和功放四大部分；超外差調(diào)幅接收機包括本地振蕩、混頻器、解調(diào)和功放四大部分。</p><p>　　關鍵字：調(diào)幅、發(fā)射機、解調(diào)、接收機</p

4、><p>　　中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設計</p><p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝調(diào)試，了解高頻振蕩器電路、高頻放大器電路、調(diào)制器電路、音頻放大電路的工作原理，學會分析電路、設計電路的方法和步驟。</p><p><b>　　1.2 設計要求

5、</b></p><p>　　技術指標：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負載51Ω，總的輸出功率50mW，調(diào)幅指數(shù)30％~80％。調(diào)制頻率500Hz~10kHz。</p><p>　　本設計可提供的器件如下，參數(shù)請查詢芯片數(shù)據(jù)手冊。</p><p>　　高頻小功率晶體管 3DG6</p><p

6、>　　高頻小功率晶體管 3DG12</p><p>　　集成模擬乘法器 XCC，MC1496</p><p>　　高頻磁環(huán) NXO-100</p><p>　　運算放大器 μA74l</p><p>　　集成振蕩電路 E16483</p>&l

7、t;p><b>　　1.3 設計原理 </b></p><p>　　發(fā)射機包括高頻振蕩、低頻信號、調(diào)制和功放四大部分。載波信號振蕩器主要產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的幅度較大的，波形失真小的高頻正弦波信號作為發(fā)射載頻信號。緩沖級將的作用是前后兩部分隔離開，減小后一級對前一級的影響。該級電路通常才用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡的晶體管振蕩器。緩沖級將的作用是前后兩部分隔離開，減小后一級對前一級的影響。音

8、頻處理器是提供音頻調(diào)制信號，通常采用低頻電壓放大器和功率放大電路把音頻調(diào)制信號送到受理級去完成調(diào)幅功能。振幅調(diào)制使用乘法器將高頻振蕩信號和低頻語音信號相乘得到高頻載波信號；再經(jīng)高頻功率放大器放大調(diào)制信號的功率，以達到發(fā)射機對功率的要求，同時該級輸出波形不能失真，否則影響發(fā)射效果。調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)原理框圖如圖1.1所示。</p><p>　　圖 1.1 調(diào)幅發(fā)射機系統(tǒng)原理框圖</p><p>

9、<b>　　1.4 設計方案</b></p><p>　　1.4.1 載波信號振蕩器</p><p>　　載波信號振蕩電路的輸出是發(fā)射機的載波信號源，要求它的振蕩頻率應十分穩(wěn)定。一般簡單的LC振蕩器其振蕩頻率在之間，經(jīng)過改進的電容三點式反饋振蕩器希勒振蕩器具有較好的頻率穩(wěn)定度，而且可以在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率。因此，本次設計采用希勒振蕩器。希勒振蕩器的電路圖如圖1.2所示

10、。</p><p>　　圖 1.2 希勒振蕩器的電路圖</p><p>　　1.設置靜態(tài)工作點：</p><p>　　振蕩器的靜態(tài)工作點取，三極管的。</p><p>　　由可得，為提高電路的穩(wěn)定性，的值可適當增大，取，則。</p><p><b>　　若取流過的電流，</b></p>

11、<p><b>　　則</b></p><p><b>　　由得，即。</b></p><p>　　可以用電阻與電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點。</p><p>　　2.計算主振回路元器件值:</p><p>　　由希勒振蕩器的振蕩頻率計算方法得，若取，則，取，。電容、由反饋系數(shù)及電路

12、條件決定，若取，由于，則取，取耦合電容。</p><p>　　3.頻率穩(wěn)定度的計算</p><p>　　由于電路條件是，C3與C4同數(shù)量級?；芈房傠娙轂椋?。Xce為容抗，Xbe為容抗同性質。Xcb可等效為感抗，與Xce、Xbe反性質。滿足電容三點式振蕩器的相位平衡條件判斷準則，為電容三點式振蕩電路?？偟碾娙菰隽繛椋?，其中，，p1、p2可以同時減小，C可很小，故頻率穩(wěn)定度比一般電容三點式高，

13、調(diào)頻時，輸出振蕩電壓幅度基本平穩(wěn)，可在寬頻段工作，作為波段振蕩器。 </p><p>　　管組成的是緩沖級，主要目的是隔離高頻振蕩級與調(diào)制級，減小調(diào)制級對高頻振蕩級的影響，減小調(diào)制級輸入阻抗對高頻振蕩級輸出阻抗的影響。</p><p>　　用multisim仿真畫的原理圖如圖1.3，波形圖如圖1.4,測得的頻率如圖1.5，幅度如圖1.6所示：</p><p>　　圖

14、 1.3 高頻振蕩器仿真原理圖</p><p>　　圖 1.4 高頻振蕩仿真波形</p><p>　　圖 1.5 高頻振蕩頻率測試 圖 1.6 高頻振蕩幅度測試</p><p>　　1.4.2 低頻信號放大器</p><p>　　本次設計是利用運算放大器μA74l對低頻信號進行功率放

15、大。其電路圖如圖1.7所示。</p><p><b>　　相關參數(shù)計算：</b></p><p>　　、調(diào)節(jié)運算放大器正端輸入的靜態(tài)工作電壓值，為了是同相端的靜態(tài)（輸入電壓為零時）工作點，即，分別取。靜態(tài)時，放大器輸出斷的電壓應等于同相端的直流電壓，即。和是耦合電容，由于音頻的頻率相對較低，所以選擇。因此，放大器的電壓增益為。</p><p>

16、　　圖 1.7 低頻信號放大器電路圖</p><p>　　1.4.3 模擬乘法器調(diào)幅</p><p>　　本設計使用的是集成模擬乘法器MC1496。MC1496是四象限模擬乘法器，其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖8所示。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源V5與V6又組成一對差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作。V7、V8為

17、差分放大器V5與V6的恒流源。引腳⑻與⑽接輸入電壓，⑴與⑷接另一輸入電壓，輸出電壓從引腳⑹與⑿輸出。引腳⑵與⑶外接電阻，對差分放大器V5、V6產(chǎn)生電流負反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴展輸入電壓的線性動態(tài)范圍。引腳⒁為負電源端（雙電源供電時）或接地端（單電源供電時），引腳⑸外接電阻，用來調(diào)節(jié)偏置電流及鏡像電流的值。</p><p>　　圖 1.8 MC1496引腳圖

18、 圖 1.9 MC1496內(nèi)部電路圖</p><p>　　本次設計的乘法器調(diào)幅電路圖如圖1.10所示：</p><p>　　圖 1.10 調(diào)制器電路</p><p><b>　　1.靜態(tài)工作點設置</b></p><p>　　靜態(tài)偏置電壓的設置應保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集基間電壓應大于或等于2V，小于或

19、等于最大允許工作電壓。MC1496的最大允許工作電壓是V，對于圖9所示的內(nèi)部電路，在應用時，靜態(tài)偏置電壓應滿足下列關系：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　為了是輸出上下調(diào)制對稱，在設計外部電路時，還應使，，而且⑹引腳與⑿引腳所對應的負載電阻應相等，即。</p><p><b>　　2.調(diào)幅器的測試</

20、b></p><p>　　將本地載波信號輸入引腳⑽，調(diào)節(jié)的值是輸出電壓使得輸出波形為的調(diào)幅波。由三極管組成的是緩沖級，它將功率放大級與調(diào)制級隔離開，減小后一級對前一級的影響。</p><p>　　用multisim仿真(假設音頻信號的輸入有效值是1V)畫的原理圖如圖1.11，波形圖如圖1.12所示：</p><p>　　圖 1.11 調(diào)幅器仿真電路圖</

21、p><p>　　圖 1.12 調(diào)幅器仿真波形圖</p><p>　　1.4.4 功率放大器</p><p>　　在高頻范圍內(nèi)，為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻調(diào)諧功率放大器，這是發(fā)射設備的重要組成部分。本設計采用丙類功率放大器。</p><p>　　集電極基波電壓的振幅，式中，是集電極基波電流的振幅；為集電極負載阻抗。集電極輸出交流功率

22、。集電極電源提供的直流功率，式中是集電極電流脈沖的直流分量。電流脈沖經(jīng)傅里葉級數(shù)分解，可得峰值與分解系數(shù)，，。集電極耗散功率，，集電極的效率，其中：為集電極電壓利用系數(shù)。圖1.13表示了功放管特性曲線折線化后的輸入電壓與集電極電流脈沖的波形關系。由圖可得：，式中，為晶體管的導通電壓，為輸入電壓的振幅，為基級直流偏壓。。</p><p>　　圖 1.13 功放管特性曲線</p><p>　　

23、（1）丙類功率放大器</p><p>　　1. 確定放大器的工作狀態(tài)</p><p>　　為獲得較高的效率及最大輸出功率，將功放的工作狀態(tài)選為臨界狀態(tài)，取，此時集電極的等效負載電阻，集電極基波電流振幅，得集電極電流脈沖的最大值及其直流分量，即，。得電源提供的直流功率，集電極耗散功率。假設本級功率增益為（即20倍），則輸入功率。三極管的，。</p><p>　　2.

24、計算諧振回路及耦合回路的參數(shù)</p><p>　　丙類功放的輸入、輸出耦合回路均為高頻變壓器耦合方式，其輸入阻抗，，取。若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容，，若采用NXO-100，由得。</p><p>　　3. 基級偏置電路參數(shù)計算</p><p>　　基級直流偏置電壓，得射級偏置電阻。</p><p><b>　　寬帶功率放大器設計&

25、lt;/b></p><p><b>　　計算電路參數(shù)</b></p><p>　　寬帶功率放大的輸出功率應等于下一級丙類功放的輸入功率，其輸出負載應該等于丙類功放的輸入阻抗，即。</p><p>　　設高頻變壓器的效率。功放集電極的輸出功率為，若取功放的靜態(tài)工作電流，得集電極電壓的振幅及等效負載電阻分別為，，進而射級直流反饋電阻為。又，

26、取初級匝數(shù)為，次級匝數(shù)。</p><p><b>　　計算靜態(tài)工作點</b></p><p>　　由上述計算可得靜態(tài)時晶體管的射級電位為，，，，。</p><p>　　高頻功放的電路原理圖如圖1.14所示。</p><p>　　圖 1.14 高頻功放的電路原理圖</p><p>　　中波電臺接收系

27、統(tǒng)設計</p><p><b>　　2.1 設計目的</b></p><p>　　要求掌握最基本的小功率調(diào)幅接收系統(tǒng)的設計與安裝調(diào)試，了解已調(diào)頻信號放大器電路、混頻器電路、解調(diào)器電路、音頻放大電路的工作原理，進一步學習分析電路、設計電路的方法和步驟。</p><p><b>　　2.2 設計要求</b></p>

28、<p>　　AM調(diào)幅接收系統(tǒng)設計主要技術指標：載波頻率535-1605KHz，中頻頻率465KHz，輸出功率0.25W，負載電阻8Ω，靈敏度1mV。</p><p>　　本設計可提供的器件如下，參數(shù)請查詢芯片數(shù)據(jù)手冊。</p><p>　　晶體三極管 3DG6</p><p>　　晶體二極管 2A

29、P9 </p><p>　　集成模擬乘法器 xCC，MCl496</p><p>　　中周 10A型</p><p>　　單片調(diào)幅接收集成電路 TA7641BP</p><p><b>　　2.3 設計原理</b></p><p>

30、;　　普通直放式接收機的優(yōu)點是靈敏度高，輸出功率較大，適用于固定頻率的接收。但也存在缺點：多個電臺接收時，調(diào)諧比較復雜。且高頻放大器的放大倍數(shù)在頻率高端比頻率低端小，對不同的電臺的接收效果會不同。而超外差接收機克服了這一缺點，它的特點是由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。電壓增益可以做大，選擇性可以做高。本機振蕩頻率的調(diào)節(jié)與混頻器輸入回路的調(diào)諧時同步進行的，必須保持角頻率差為固定的中頻。多電臺接收只需調(diào)節(jié)本振即可，方便快

31、捷。</p><p>　　接收機的主要任務是從已調(diào)制AM波中解調(diào)出原始有用信號，主要由輸入電路、高頻放大、混頻電路、本地振蕩、解調(diào)電路、低頻功率放大電路和喇叭或耳機組成。</p><p>　　輸入電路把空中許多無線電廣播電臺發(fā)出的信號選擇其中一個，經(jīng)過高頻放大電路送給混頻電路?；祛l將輸入信號的頻率變?yōu)橹蓄l，但其幅值變化規(guī)律不改變。不管輸入的高頻信號的頻率如何，混頻后的頻率是固定的，本次設計

32、為465KHz。中頻放大器將中頻調(diào)幅信號放大到解調(diào)器所要求的大小。由解調(diào)器將中頻調(diào)幅信號所攜帶的音頻信號取下來，送給低頻放大器。低頻放大器將解調(diào)出來的音頻信號進行放大到其功率能夠推動揚聲器或耳機的水平。由揚聲器或耳機將音頻電信號轉變?yōu)槁曇?。調(diào)幅接收機系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖 2.1 調(diào)幅接收機系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　2.4 設計方案&

33、lt;/b></p><p>　　2.4.1 輸入回路</p><p>　　輸入回路應使在天線上感應到的有用信號在接收機輸入端呈最大值。設輸入回路初級電感為，次級電感為，選擇和使初級回路和次級回路均調(diào)諧于接收機工作頻率。</p><p>　　在設定回路的LC參數(shù)是，應使L值較大。因為(為回路電阻，由回路中電感繞線電阻的電容引線電阻組成)，值越大，回路的選擇性越

34、好。但電感值也不能太大，電感值打則電容值就應減小，電容值太小則分布電容就會影響回路的穩(wěn)定性，一般取，為高頻放大電路中的晶體管的輸入電容。</p><p>　　2.4.2 高頻放大電路</p><p>　　小信號放大器的工作穩(wěn)定性是一項重要的質量指標。單管共發(fā)射極放大電路用作高頻放大器時，由于晶體管反向傳輸導納對放大器輸入導納的作用，會引起放大器工作不穩(wěn)定。</p><p

35、>　　當放大器采用如圖2.2所示的共射-共基級聯(lián)放大時，由于共基電路的特點是輸入阻抗很低和輸出阻抗很高，當它和共射電路連接時相當于放大器的負載導納很大，此時放大器的輸入導納。晶體管內(nèi)部的反饋影響相應的減弱，甚至可以不考慮內(nèi)部反饋的影響，穩(wěn)定性大大提高。</p><p>　　圖 2.2 共射-共基級聯(lián)放大</p><p>　　在對電路進行定量分析時，可把兩個級聯(lián)晶體管看成一個復合管，這

36、個復合管的導納參數(shù)（y參數(shù)）由兩個晶體管的電壓、電流和導納參數(shù)決定。一般選用同型號的晶體管作為復合管，那么他們的導納參數(shù)可認為是相同的，只要知道這個復合管的等效導納參數(shù)，就可以把這類放大器看成是一般的共射級放大器。</p><p>　　用、、、分別代表復合管的輸入導納、反向傳輸導納、正向傳輸導納和輸出導納，在一般的工作頻率范圍內(nèi)，，，，，是晶體管輸入導納，是晶體管輸出導納，晶體管正向傳輸導納，放大器負載導納。其電

37、路圖分析如圖2.3、圖2.4所示。</p><p>　　圖 2.3 共射-共基級聯(lián)電流電壓示意圖 圖 2.4 共射電流電壓示意圖</p><p>　　其電流電壓關系如下：</p><p>　　則復合管的等效y參數(shù)為</p><p>　　由以上幾式可見和與單管情況大致相等，這說明級聯(lián)放大器的增益計算方法和單管

38、共射電路的增益計算方法相同；遠小于單管情況的（約為的），這說明級聯(lián)放大器工作穩(wěn)定性大大提高。</p><p>　　在圖2.2中，、、、為和的偏置電阻，、為去耦電路，用于防止高頻信號電流通過公共電源引起不必要的反饋。變壓器和電容組成單調(diào)諧回路。在設置該電路的靜態(tài)工作點時，應使兩個管子的集射電壓大致相等，這樣能充分發(fā)揮兩個管子的作用，使放大器達到最佳直流工作狀態(tài)。</p><p><b&

39、gt;　　設，，，則。</b></p><p>　　設，則；取，，則，。</p><p><b>　　設回路電感量，則.</b></p><p>　　2.4.3 本地振蕩電路</p><p><b>　　混頻器本地載波</b></p><p>　　混頻器本地載波仍

40、然是高頻振蕩器，經(jīng)過計算得，晶體管組成的是隔離級，將高頻振蕩和混頻器隔離開。其原理和參數(shù)計算方法和發(fā)射機系統(tǒng)中的高頻載波振蕩一樣，只是振蕩頻率和靜態(tài)工作點稍有不同，計算出的結果和連接的電路圖如圖2.5所示。</p><p>　　圖 2.5 混頻器本地載波電路原理圖</p><p>　　用multisim仿真畫的原理圖如圖2.6，波形圖如圖2.7，頻率測試值如圖2.8，幅度測試如圖2.9所示

41、：</p><p>　　圖 2.6 混頻器本地載波仿真電路圖</p><p>　　圖 2.7 混頻器本地載波波形圖</p><p>　　圖 2.8 混頻器本地載波頻率 圖 2.9 混頻器本地載波幅度</p><p><b>　　解調(diào)器本地載波</b></p><

42、p>　　解調(diào)器本地載波的振蕩頻率，晶體管組成的是隔離級，將高頻振蕩和混頻器隔離開。計算出的結果和連接的電路圖如圖2.10所示。</p><p>　　圖 2.10 解調(diào)器本地載波電路圖</p><p>　　用multisim仿真畫的原理圖如圖2.11，波形圖如圖2.12，頻率測試值如圖2.13，幅值測試如圖2.14所示：</p><p>　　圖 2.11 解調(diào)器

43、本地載波仿真電路圖</p><p>　　圖 2.12 解調(diào)器本地載波仿真圖</p><p>　　圖 2.13 解調(diào)器本地載波頻率 圖 2.14 解調(diào)器本地載波幅值</p><p>　　2.4.4 混頻電路</p><p>　　混頻的作用是不失真地將輸入已調(diào)信號的頻譜從某一頻率搬移到另一頻率位置上，

44、混頻電路也就是一種頻譜搬移電路。模擬乘法器混頻電路的工作原理和模擬乘法器調(diào)幅電路的工作原理相似，分析后所得的電路圖如圖2.15所示：</p><p>　　圖 2.15 混頻電路</p><p>　　用multisim仿真畫的原理圖如圖2.16，波形圖如圖2.17，頻率測試值如圖2.18，如圖2.19所示：</p><p>　　圖 2.16 混頻器仿真原理圖</

45、p><p>　　圖 2.17 混頻器仿真波形圖</p><p>　　圖 2.18 混頻器輸出頻率</p><p>　　2.4.5 解調(diào)電路</p><p>　　解調(diào)信號常用的解調(diào)方法有兩種，即包絡檢波法和同步檢波法，本設計使用同步檢波法，其工作原理和計算方法在發(fā)射系統(tǒng)中已經(jīng)介紹，由于解調(diào)出波含有一部分高頻信號和相要的低頻信號，所以應設置低通濾波器

46、，由、、構成低通濾波器，最后得到其電路圖如圖2.19所示：</p><p>　　圖 2.19 解調(diào)電路</p><p>　　用multisim仿真畫的原理圖如圖2.20，波形圖如圖2.21所示：</p><p>　　圖 2.20 解調(diào)仿真電路圖</p><p>　　圖 2.21 解調(diào)輸出信號波形圖</p><p>　　

47、2.4.6 功率放大電路</p><p>　　功率放大本次設計采用小信號調(diào)諧放大器，諧振頻率等于輸入低頻信號的頻率，與發(fā)射機中功率放大的分析方法一樣，最后得出的電路如圖2.22所示。</p><p>　　圖 2.20 功率放大電路圖</p><p><b>　　三、結束語</b></p><p>　　模擬調(diào)制系統(tǒng)是電子信

48、息工程通信方向最主要的模塊之一，通過在課堂上對理論知識的學習，我們了解到模擬調(diào)制系統(tǒng)的基本方式以及其原理。然而，如何將理論在實踐中得到驗證和應用，是我們學習當中的一個問題。仿真，有效的完善了學習過程中實踐不足的問題，同時進一步鞏固了原先的基礎知識。 </p><p>　　首先，通過弄懂書本上的原理，以及一些課外書籍和網(wǎng)上知識的學習，和同學一起分析討論設計出了比較合理和能夠實現(xiàn)的電路，這樣一來，把所學的理

49、論知識運用到了實踐中，不僅鞏固了理論知識的學習，更加提高了分析解決問題的能力。這次的課程設計是每個人獨立完成一種電路的設計與制作，是一次很好的 鍛煉自己獨立能力的機會，盡管在課程設計的過程中碰到過很多難題，我們都是先獨立思考解決，實在解決不了的就請教身邊的同學，有時候會被一語點破。大家一起探討，總是能發(fā)現(xiàn)問題的所在并且找的很好的解決方法。</p><p>　　其次，在以往模擬電子技術和數(shù)字電子技術課程設

50、計的基礎上，再次使用仿真軟件，做起仿真電路來比以前更加熟練，也學會了在仿真過程中發(fā)現(xiàn)問題并找到原因更好地改進電路，以確保做仿真結果的理想性。知識在于積累，課程設計讓我們感覺到以往所學知識的力量是無窮的。 </p><p>　　最后，在正確的仿真電路下，我們得到了預期的結果，合格地完成了課程設計，更重要的是在這個過程中學到了很多東西，培養(yǎng)了自己獨立思考和解決問題的能力，培養(yǎng)了動手能力和思考解決問題的能力，

51、也為日后步入社會培養(yǎng)了各種能力。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]. 羅杰，謝自美. 《電子線路 設計 實驗 測試》. 電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[2]. 陽昌漢. 《高頻電子線路》. 高等教育出版社.</p><p>　　[3]. 石磊，張國強. 《Altium D

52、esigner 8.0中文版電路設計標準教程》. 清華大學出版社.</p><p>　　[4]. 聶典，丁偉. 《Multisim 10計算機仿真在電子電路設計中的應用》. 電子工業(yè)出版社.</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　發(fā)射機電路圖：</b></p><p&g