通信專業(yè)高頻課程設(shè)計(jì)--高頻發(fā)射機(jī)和超外差接收機(jī)

1、<p>　　高頻電子線路課程設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院：電子與信息工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　日 期

2、： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　高頻電子線路課程設(shè)計(jì)…………………………………………………1</p><p>　　一 問題重述與分析3</p><p>　　1.1 調(diào)幅發(fā)射機(jī)分析………………………………………………….....3</p>

3、<p>　　1.2 超外差接收機(jī)分析………………………………………...……..…3</p><p>　　二 中波電臺發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 模塊電路設(shè)計(jì)與仿真4</p><p>　　2.1.1正弦波振蕩器及緩沖電路及仿真4</p><p>　　2.1.2高頻小信號放大電路及仿真8</p>

4、;<p>　　2.1.3.振幅調(diào)制電路及仿真9</p><p>　　2.1.4功率放大電路及仿真11</p><p>　　2.2整體電路設(shè)計(jì)及仿真…………………………………………..11</p><p>　　三 中波電臺接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………12</p><p>　　3.1混頻器電路及仿真………………

5、……………………………..12</p><p>　　3.2 檢波電路及仿真……………………………………………….14</p><p>　　3.3 低頻功率放大器及仿真……………………………………….15</p><p>　　四 心得與體會17</p><p><b>　　五 參考文獻(xiàn)18</b></p>

6、<p><b>　　一：問題重述與分析</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中的兩個系統(tǒng)，第一個是中波電臺發(fā)射系統(tǒng)，設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。本設(shè)計(jì)中試用是基本調(diào)幅發(fā)射機(jī)。第二個是中波電臺接收系統(tǒng)，設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。</p><p>　　1.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)</p><

7、;p><b>　　系統(tǒng)框圖如下圖</b></p><p>　　圖一：調(diào)幅發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)將聲電變換部分，及其之后的前置放大器，低頻放大器都省略，用一個低頻的正弦波交流電源表示，輸出部分的天線模塊也用規(guī)定的輸出負(fù)載代替。</p><p>　　現(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標(biāo)進(jìn)行分析：</p><p>

8、;　　載波頻率535-1605KHz ，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3：正弦波振蕩器產(chǎn)生的正弦波信號頻率為535 KHz到1605KHz，當(dāng)震蕩波形不穩(wěn)定時，最大波動頻率范圍與頻率之比的數(shù)量級應(yīng)該小于10-3 。</p><p>　　輸出負(fù)載51Ω ：輸出部分，即電路最終端的輸出負(fù)載為51。</p><p>　　總的輸出功率50mW ：即輸出負(fù)載上的交流功率，調(diào)幅指數(shù)30％~80％ ：設(shè)A為

9、調(diào)幅波形的峰峰值，B為谷谷值，則由調(diào)幅指數(shù)計(jì)算公式有。在振幅調(diào)制電路中可通過更改調(diào)制信號振幅和外加直流電源實(shí)現(xiàn)此指標(biāo)。</p><p>　　調(diào)制頻率500Hz~10kHz ：調(diào)制信號頻率，由輸入信號的頻率來決定。</p><p>　　1.2 超外差調(diào)幅接收系統(tǒng)</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖如下</b></p><p&

10、gt;<b>　　圖二</b></p><p>　　天線接收到信號后輸入到輸入回路進(jìn)行初步處理，此為輸入部分。輸入信號與正弦波振蕩器產(chǎn)生的等幅振蕩信號經(jīng)過混頻器產(chǎn)生固定頻率的中頻信號。經(jīng)過一系列處理之后由揚(yáng)聲器輸出聲音。實(shí)際計(jì)算中為方便將輸出部分視為功率放大電路。</p><p>　　現(xiàn)在結(jié)合題目所給性能指標(biāo)進(jìn)行分析：</p><p>　　載波

11、頻率535-1605KHz：正弦波振蕩器產(chǎn)生波形的頻率為535-1605KHz，通過有關(guān)知識設(shè)計(jì)電路即可。</p><p>　　中頻頻率465KHz：混頻器輸出信號頻率為465KHz，混頻器實(shí)際上是將兩個輸入信號頻率進(jìn)行相減，所以本性能指標(biāo)說明良品率相減后得到頻率為465KHz的信號。</p><p>　　輸出功率0.25W：輸出模塊，即低頻功率放大器輸出功率為0.25W。</p&g

12、t;<p>　　負(fù)載電阻8Ω：輸入模塊的輸出電阻，由電路相關(guān)知識進(jìn)行計(jì)算可匹配該指標(biāo)</p><p>　　靈敏度1mV：靈敏度用來表征網(wǎng)絡(luò)特性對元件參數(shù)變化的敏感程度，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H或網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)R(統(tǒng)一用T來表示) 對某元件相關(guān)參數(shù)(p可以是元件參數(shù)或影響元件參數(shù)的溫度、濕度、壓力等)變化率稱為網(wǎng)絡(luò)函數(shù)對該參數(shù)的絕對靈敏度，記作：</p><p><b>　　。

13、</b></p><p>　　在仿真軟件中有靈敏度測試，可以直接使用對電路進(jìn)行分析。</p><p>　　二：中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1模塊電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1.1可調(diào)式正弦波振蕩器及緩沖電路設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　已知條件

14、：取+12V，晶體管2N2222，，導(dǎo)通電壓。</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3。</p><p>　?。?）LC振蕩器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，由于中心頻率不高，而對頻率穩(wěn)定度要求較高。在我們所學(xué)的多種振蕩器中，

15、在不要求使用晶體振蕩器的情況下，唯有高精度的西勒振蕩器滿足要求。所以所需的LC振蕩器按照西勒振蕩器設(shè)計(jì)。振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取。電路圖如下：</p><p><b>　　圖三：西勒振蕩器</b></p><p>　?、俟浪悖旱娜≈祵τ谡袷庪娐返闹绷骱徒涣鞯墓ぷ鳡顟B(tài)都有很大影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得，通常值為（0.6~1），所以這里取，由此：</p><p&g

16、t;　?、诠浪悖号c，還有二極管D對分壓，其中假設(shè)，可得：</p><p>　?、酃浪?，：為了保證在確定靜態(tài)工作點(diǎn)的時候能實(shí)現(xiàn)直流偏置，可以取，</p><p>　　因此： ，</p><p>　　所以： ，</p><p><b>　　取標(biāo)稱值。</b></p><

17、;p>　　而 ，</p><p>　　雖然數(shù)據(jù)都很明確，但在電路仿真時為了防止由元件誤差引起的失真，這里使用和變阻器代替，變阻器一般接在50%處。</p><p>　?、芘月冯娙莸墓浪悖阂话銓﹄娐菲鹋月方涣鞯淖饔?，所以要求在一定頻率下電容的阻抗要遠(yuǎn)小于。本設(shè)計(jì)的工作頻率假定為1.6MHz，此時應(yīng)該使電容阻抗為幾十歐姆一下。</p>&

18、lt;p>　　選取標(biāo)稱值，對應(yīng)容抗?jié)M足要求。</p><p>　　2.估計(jì)振蕩回路元件值</p><p>　　假定所需要的頻率確定值為1.6MHz，頻率計(jì)算公式為：；對于西勒振蕩器而言，當(dāng)滿足，時，可以認(rèn)為。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)嘗試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)較大時，由電容不穩(wěn)定引起的頻率失真較小，為了得到較好的頻率穩(wěn)定度，假設(shè)，</p><p>

19、;　　則： </p><p>　　選取標(biāo)稱值。但在實(shí)驗(yàn)嘗試中發(fā)現(xiàn)，由于電路中其他電阻、電容干擾或是設(shè)計(jì)時粗略等效的原因，使得當(dāng)時，才能實(shí)現(xiàn)中心頻率為1.6MHz的要求。</p><p>　　所以，可變電容。為實(shí)現(xiàn)載波頻率535-1605KHz的要求，可變電容可調(diào)范圍設(shè)置為0~400pF。</p><p>　　電容，由反饋系數(shù)及電路條件，決定。若取，

20、F取到，則。</p><p>　?。?）射極跟隨器的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了減弱外加負(fù)載對振蕩器振蕩波形、幅度以及頻率的影響，本設(shè)計(jì)在振蕩器后加上射極跟隨器作為緩沖器。射極跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)為1。</p><p><b>　　1.確定電路形式</b></p><p>　　由于傳輸信號

21、是高頻正弦波，射極跟隨器的主要作用在于使自身輸入阻抗高，且工作穩(wěn)定，以增大頻率穩(wěn)定度。本設(shè)計(jì)選擇固定分壓偏置，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路。如下圖所示：</p><p><b>　　圖四：射極跟隨器</b></p><p><b>　　2.估算元件參數(shù)</b></p><p><b>　　假定，</b>

22、;</p><p>　　則： </p><p><b>　　由，可知，</b></p><p>　　選取，，取隔直電容，。</p><p>　　所以，總的電路圖如下所示：</p><p>　　圖五：振蕩器和射極跟隨器仿真電路圖</p><

23、;p>　　運(yùn)用multisim軟件仿真，得到的波形如下：</p><p><b>　　圖六 震蕩波形圖</b></p><p>　　輸出電壓為220mv，頻率為1.603MHz。經(jīng)過20組數(shù)據(jù)的對比，得到頻率穩(wěn)定度低于，該仿真電路可行。</p><p>　　2.1.2高頻小信號放大電路及仿真</p><p>　　在

24、振蕩器及射極跟隨器之后，應(yīng)當(dāng)接一個高頻小信號放大電路，將所獲得的的正弦波放大。本實(shí)驗(yàn)假定電感，電容，三極管都為理想的元器件，共發(fā)射極輸入電容=0 ，共發(fā)射極輸出電容=0。</p><p>　?。?）直流偏置電路的計(jì)算：</p><p><b>　　假設(shè)，，則</b></p><p><b>　　，</b></p>

25、;<p>　　所以，，。隔直電容，。</p><p>　?。?）諧振電路的確定</p><p>　　因?yàn)榉糯箅娐返闹C振電路的中心頻率與振蕩器的中心頻率是一致的，所以可以直接采用振蕩器的諧振網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　，，可變電容，調(diào)節(jié)范圍：0~200pF</p><p>　?。?）放大倍數(shù)的確定</p>

26、<p>　　先確定正向電壓傳導(dǎo)系數(shù)：</p><p>　　總電導(dǎo)為。其中，理想三極管輸出電導(dǎo)=0，理想電感的電導(dǎo)值=0，諧振電導(dǎo)假設(shè)為 </p><p>　　則 </p><p>　　電壓放大增益：=21.8dB</p><p><b>　

27、　輸出端的隔直電容。</b></p><p>　　整體電路圖如下所示：</p><p>　　圖七：高頻小信號放大器</p><p>　　在加上一個有效值為280mV，頻率為1.6MHz的正弦波之后，可以發(fā)現(xiàn)此時電路的電壓增益只有20，與理論值相差很多；當(dāng)換上一有效值只有28mV的正弦波后，電壓增益變大，變?yōu)?00左右；電壓有效值越小，電壓增益越接近理論值

28、?？梢缘玫浇Y(jié)論，此電路可用，理論上的電壓增益是一個最大值，還要考慮到大信號時電路的失真狀況，需要實(shí)際操作來獲得想要的效果。</p><p>　　2.1.3 振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　已知條件：輸出負(fù)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>　　常見振幅調(diào)制有集電極調(diào)制，基極調(diào)制，模擬

29、乘法器等方式，本設(shè)計(jì)采用乘法器仿真。提供的集成乘法器元件有XCC，MC1496.但在multisim軟件仿真中沒有所要求的型號，所以用軟件中所提供的MULTIPLIER元件代替，下面是乘法器的原理圖：</p><p>　　圖八；乘法器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　其中為輸入，為輸出，上下接直流電源。令為載波信號輸入（連接高頻小信號電路輸出），為調(diào)制信號輸入（外加輸入）。為調(diào)幅信號輸出

30、。</p><p>　　設(shè)計(jì)的AM振幅調(diào)制電路如下：</p><p>　　圖九：乘法器外圍電路</p><p>　　假設(shè)載波信號幅度，頻率；調(diào)制信號幅度，即電壓有效值為3V，頻率；外加直流電壓為。兩者經(jīng)過上述乘法器后得到的信號為：</p><p><b>　　仿真結(jié)果如下：</b></p><p>

31、;　　圖十：乘法器模擬結(jié)果</p><p>　　再用仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時，我們發(fā)現(xiàn)：。調(diào)幅指數(shù)與理論值相近，說明仿真電路可行。</p><p>　　當(dāng)電路發(fā)生變化時，只要調(diào)節(jié)與，使兩者之間的商滿足30％~80％即可。同時，我們也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入電壓為振幅時，輸出的電壓，此時，在負(fù)載上的功率就已經(jīng)大于50mW。</p><p>　　2.1.4功率放大電路及仿真</p&

32、gt;<p>　　在上述乘法器設(shè)計(jì)和小信號放大電路設(shè)計(jì)中，可以看到只要小信號放大器輸出端電壓有效值滿足條件，則負(fù)載上總的輸出功率即為50mW。但是在射極跟隨器后末端的輸出電壓，經(jīng)過高頻小信號放大器后，其電壓很輕易的就能超過1.824V，所以本設(shè)計(jì)不再涉及功率放大，以免不符性能指標(biāo)。</p><p>　　2.2整體電路設(shè)計(jì)及仿真</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1

33、605KHz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負(fù)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>　　為了實(shí)現(xiàn)輸出功率為50mW的要求，必須將射極跟隨器末端電壓調(diào)小，或?qū)⒏哳l小信號放大器放大倍數(shù)降低。在仿真實(shí)驗(yàn)嘗試的過程中，發(fā)現(xiàn)降低射極跟隨器輸出電壓就相當(dāng)于改變LC振蕩器輸出電壓，這相較聞言比較困難；而降低通過調(diào)節(jié)高頻小信號放大電路中諧振電阻的數(shù)值，會使頻

34、率變得不穩(wěn)。所以，本設(shè)計(jì)在射極跟隨器和高頻小信號放大器之間連接一個電阻，這樣的連接方式也使得最后總輸出電壓更穩(wěn)定。</p><p>　　整體電路設(shè)計(jì)圖如下：</p><p>　　圖十一：中波電臺發(fā)射系統(tǒng)仿真電路圖</p><p>　　仿真輸出波形圖如下：</p><p>　　圖十二：中波電臺發(fā)射系統(tǒng)仿真波形圖</p><p

35、>　　電路輸出到乘法器的載波頻率為1.605MHz。根據(jù)二十組頻率數(shù)據(jù)的出，最大頻率1.606MHz，最小頻率1.604MHz，頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　輸出負(fù)載51Ω，總的輸出電壓有效值為1.60V，波動范圍為，由此得到的輸出功率為。</p><p>　　調(diào)幅指數(shù)。調(diào)制頻率10kHz。</p><p>　　三:中波電臺接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p>

36、;<p><b>　　3.1混頻器電路</b></p><p>　　3.1.1混頻器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　混頻器的作用是能將接收到的信號轉(zhuǎn)化為另一種頻率的信號輸出，其原理在于能將接收到的信號與本振產(chǎn)生的信號混頻，相關(guān)公式為：</p><p>　　兩個不同頻率的信號相稱，為調(diào)幅信號頻率量，為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。這種產(chǎn)生頻

37、率的方式就和乘法器是一樣的。若將混合后的頻率進(jìn)過低通濾波器，兩者之間和頻被濾過，兩者差頻即為輸出的頻率。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中混頻器采用三極管變頻器來實(shí)現(xiàn)，混頻原理圖如下：</p><p>　　圖十三：三極管變頻器</p><p>　　輸入部分有兩塊，第一部分是AM信號，假設(shè)信號在傳輸中中衰減，又經(jīng)過小信號放大器等，使得載波幅度變?yōu)?0mV，載波頻率不變，為

38、1.605MHz，調(diào)制信號頻率為10KHz，調(diào)制指數(shù)為39.27%。本機(jī)振蕩信號的振蕩機(jī)原理與發(fā)射機(jī)相近，故不再設(shè)計(jì)，直接加一個交流信號來模擬，頻率定為2.07MHz。</p><p>　?。?）靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置</p><p>　　靜態(tài)工作點(diǎn)的工作位置可以與上述中高頻小信號電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)一致，即</p><p><b>　　，，。隔直電容，。<

39、/b></p><p>　?。?）其他元件參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　為防止交流信號進(jìn)入直流電源，在集電極處接一電感。輸出端需要一個諧振選頻網(wǎng)絡(luò)，已知所需頻率為465KHz，則令電感L=20，電容C=5.86。整體電路圖如下所示：</p><p>　　圖十三：混頻器電路圖</p><p>　　3.1.1混頻器電路仿真</p&g

40、t;<p>　　按照上述電路連接，在輸出端用示波器觀察波形，可見波形如下：</p><p>　　圖十三：混頻器波形圖</p><p>　　用頻率計(jì)測量，測得輸出頻率為465.4KHz，滿足要求。</p><p><b>　　3.2檢波電路</b></p><p>　　3.2.1 檢波電路設(shè)計(jì)</p&g

41、t;<p>　　本設(shè)計(jì)省略混頻器與檢波器間的中頻放大部分，將輸出信號直接加在檢波器兩端，直接觀察檢波電路效果。</p><p>　　在設(shè)計(jì)檢波電路時，需要考慮如下要求：</p><p>　　所以本設(shè)計(jì)取，，，。同時，在實(shí)驗(yàn)嘗試中我可以發(fā)現(xiàn)，三極管的導(dǎo)通電壓對實(shí)驗(yàn)得到的波形幅度有影響，若將導(dǎo)通電壓抵消后，能夠得到更符合輸入AM波振幅振動的波形，所以本設(shè)計(jì)在電路中接入一個0.6V

42、的直流電阻。整個電路圖如下：</p><p>　　圖十三：檢波器電路圖</p><p>　　3.2.1 檢波電路仿真</p><p>　　將示波器接在輸出負(fù)載和輸入電源的兩端，波形圖如下：</p><p>　　圖十三：檢波器仿真結(jié)果</p><p>　　有仿真結(jié)果可知：輸出波形與輸入AM波振幅波形相似，電路可用。<

43、;/p><p>　　3.3低頻電壓放大電路</p><p>　　3.3.1 低頻電壓放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　從檢波器出來的波形波形已經(jīng)是一個頻率為10KHz的正弦波信號，而設(shè)計(jì)要求中要求輸出功率0.25W，負(fù)載電阻8Ω，通過二者可以算出輸出的電壓值和電流值應(yīng)為U=1.4V，I=177mA。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的仿真集成運(yùn)算放

44、大器型號為TDA2030，查閱網(wǎng)上的技術(shù)手冊，可知其典型電路如下：</p><p>　　圖十四：集成運(yùn)算放大器原理圖</p><p>　　按照上圖搭建運(yùn)算電路，根據(jù)參考資料更改部分參數(shù)得如下電路：</p><p>　　圖十五：集成運(yùn)算放大器仿真電路圖</p><p>　　為了使輸出電壓電流可調(diào)節(jié)在輸出端加入一個可調(diào)電阻，變化范圍在0到100之

45、間。輸出用正弦信號代替，頻率為10KHz。</p><p>　　3.3.2 低頻電壓放大電路仿真</p><p>　　在輸出端連接示波器觀察波形。波形如下：</p><p><b>　　圖十六：</b></p><p>　　輸出電壓有效值為1.333V，輸出電流有效值為166.6mA</p><p&g

46、t;　　滿足題設(shè)技術(shù)指標(biāo)，通過頻率計(jì)測量，頻率為10KHz，靈敏度1mV，滿足題目要求。</p><p><b>　　四：心得體會</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我真正認(rèn)識到了自己設(shè)計(jì)一個具有可行性系統(tǒng)的困難。就算是最為簡單的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都花費(fèi)了很多時間才能真正做得出來。同時，我也很開心的認(rèn)識到自己確實(shí)學(xué)到了很多知識，比如LC振蕩器，射極跟隨器，高頻

47、小信號放大器，AM調(diào)制電路組成的發(fā)射機(jī)；又如混頻電路，檢波器，低壓小信號放大器等為核心的接收機(jī)。在設(shè)計(jì)每個電路時，都需要翻閱很多資料，需要和自身平時上課的知識，以及實(shí)驗(yàn)嘗試中的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，才能做到真正的設(shè)計(jì)。學(xué)以致用，最大的收獲就是認(rèn)識了這一點(diǎn)吧。</p><p>　　作為電子信息類的大學(xué)生，我也希望學(xué)校在今后的教學(xué)過程中能增加此類實(shí)踐性的環(huán)節(jié)，不只是用電腦仿真軟件實(shí)現(xiàn)，也能真正的用實(shí)際電路做出來。我能認(rèn)識到，實(shí)

48、際電路的制作一定能帶給我們?nèi)碌捏w會。</p><p>　　如果我們不再用試卷評成績，反而將課程設(shè)計(jì)作為給成績的參照的話，我覺得我們一定能把知識掌握的更加牢固。</p><p><b>　　五：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陽昌漢.高頻電子線路.高等教育出版社,2005</p><p>　　[2]楊翠娥.高