高頻電子線路課程設計--無線電報收發(fā)系統(tǒng)

1、<p>　　無 線 電 報 收 發(fā) 系 統(tǒng)</p><p>　　學 院：信息工程學院</p><p><b>　　班 級：通信</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p>

2、　　目錄……………………………………………………………………………………2</p><p>　　摘要……………………………………………………………………………………2</p><p>　　一．課程設計目的……………………………………………………………………3</p><p>　　二．無線電報收發(fā)原理………………………………………………………………3</p>

3、;<p>　　三．設計技術指標……………………………………………………………………4</p><p>　　四．方案的論證與選取………………………………………………………………4</p><p>　　1.1高頻振蕩電路………………………………………………………4</p><p>　　1.2音頻振蕩器…………………………………………………………9</

4、p><p>　　1.3振幅調(diào)制……………………………………………………………9</p><p>　　1.4.功率放大電路………………………………………………………13</p><p>　　2.1選頻電路………………………………………………………14</p><p>　　2.2檢波電路……………………………………………………………14</p&

5、gt;<p>　　2.3.濾波低放電路………………………………………………………16</p><p>　　五．課設總結…………………………………………………………………………17</p><p>　　六．參考文獻………………………………………………………………………18</p><p><b>　　摘 要</b></p

6、><p>　　隨著現(xiàn)在社會的快速發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品的要求越來越高，而要制作一個應用性比較好的電子產(chǎn)品就離不開高頻電路，大到超級計算機、小到袖珍計算器，很多電子設備都有高頻電路。高頻電路大部分應用于通信領域，信號的發(fā)射、傳輸、接收都離不開高頻電路。通信技術在我們的生活中廣泛應用，在本次設計中，我的目的是得到一個調(diào)幅發(fā)射與接收機系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)主要包括載波振蕩器，音頻振蕩器，振幅調(diào)制器以及功率放大器。接收系統(tǒng)包括選頻網(wǎng)絡

7、，解調(diào)電路，濾波低頻放大電路組成。整個電路的設計必須注意幾個方面。選擇性好的級，應盡可能靠近前面，因在干擾及信號都不大的地方把干擾抑制下去，效果最好。如干擾及信號很大，則由于晶體管的非線性，將產(chǎn)生嚴重的組合頻率及其他非線性失真，這時濾除雜波比較困難。為此，在高級發(fā)射與接收機中，輸入電路常采用復雜的高選擇電路。總的來說，設計一部發(fā)射與接收機時必須全面考慮，妥善處理一些相互牽制的矛盾，特別要抓住主要矛盾（穩(wěn)定性、選擇性、失真等），才能使得本

8、系統(tǒng)具有較好的指標。</p><p><b>　　課程設計目的</b></p><p>　　模擬電路貫穿于我們生活的很多方面，而高頻電子線路作為模擬電路極其重要的一方面在當今社會的很多領域都有非常廣泛的應用，比如無線電信號的發(fā)送與接收，交流信號的產(chǎn)生與功率放大等等。本學期我們在低頻電子線路的基礎上，進一步學習了高頻電子線路，該課程比較抽象且難度較大，單純的學習課本不僅

9、枯燥，而且效果不明顯。為加深對該課程的理解以及對所學知識的應用，我們設計了一個無線電報的收發(fā)系統(tǒng)。</p><p>　　二．無線電報收發(fā)原理</p><p>　　無線電報包括發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，發(fā)送系統(tǒng)主要包括四個部分：載波振蕩器，音頻振蕩器，振幅調(diào)制器以及功率放大器。接收系統(tǒng)主要由選頻網(wǎng)絡，解調(diào)電路，濾波低頻放大電路組成。</p><p><b>　　三

10、．設計技術指標</b></p><p>　　1.載波頻率：30MHz</p><p>　　2.音頻頻率：1000Hz</p><p>　　3.調(diào)幅深度：Ma＞0.8</p><p>　　4.發(fā)射功率：PL＞500mW</p><p>　　5.低放輸出：PΩ＞100mW</p><p>

11、;　　四．方案的選取與論證</p><p>　　1．1產(chǎn)生載波的高頻振蕩電路</p><p>　　載波是指被調(diào)制以傳輸信號的波形，一般為正弦波。一般要求正弦載波的頻率遠遠高于調(diào)制信號的帶寬，否則會發(fā)生混疊，使傳輸信號失真。載波實際起著運載低頻信號的運輸工具作用，其頻穩(wěn)度和小的失真是發(fā)射系統(tǒng)質(zhì)量好壞的重要指標。根據(jù)載波頻率的高低和頻率穩(wěn)定度來確定電路形式。在頻率穩(wěn)定度要求不高的情況下，可以采

12、用電容反饋三點式振蕩電路，如克拉潑、西勒電路。頻率穩(wěn)定度要求高的情況下，可以采用晶體振蕩器，也可以采用單片集成振蕩電路。</p><p>　　方案一：電感三點式振蕩器，電感三點式正弦波振蕩電路比較容易起振， 并且能在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)振蕩頻率，其工作頻率范圍可以從數(shù)百千赫至數(shù)十兆赫，常用在經(jīng)常改變頻率的場合。電路的 缺點是，反饋電壓對高次諧波阻抗較大，因而引起振蕩回路輸出諧波分量增大，輸出波形較差。我仿真的結果也論

13、證了這一點。</p><p>　　方案二：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)度可達到10-11數(shù)量級，而且，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，波形失真度也比較小，但是頻率調(diào)節(jié)的范圍較窄。</p><p>　　方案三：電容三點式振蕩器，振蕩頻率可達100兆赫以上，適宜于作固定的振蕩器。反饋電壓取自電容C2，而電容C2對晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，所

14、有反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形很好；但是反饋系數(shù)因與回路電容有關，如果用改變電容的方法來調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。綜合考慮我選擇了改進式的電容三點式振蕩器，即克拉潑振蕩電路。克拉潑振蕩電路與電容三點式電路的差別，僅在回路中多加一個與C1，C2相串聯(lián)的電容C3。克拉潑振蕩電路具有頻率穩(wěn)定性非常高，振幅穩(wěn)定等優(yōu)點。</p><p>　　克拉潑電路時一種高穩(wěn)定度的LC震蕩電路，電路圖如

15、下：</p><p>　　圖1克拉波電路振蕩器原理圖</p><p>　　它的特點是在前述的電容三點式振蕩諧振回路電感支路中增加了一個電容C5，功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標準性，使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。</p><p>　　先不考慮各極間電容的影響，這時諧振回路的總電容量C為C2、C4和C5的串聯(lián)，即</p>

16、<p><b>　　于是，振蕩頻率為</b></p><p>　　使上式成立的條件是C4和C2都要都要遠遠大于C5，由此可見，C2、C4對振蕩頻率的影響顯著減小，那么與C2、C4并接的晶體管極間電容的影響也就很小了，提高了振蕩頻率的穩(wěn)定度。</p><p><b>　　仿真原理圖：</b></p><p>&l

17、t;b>　　仿真結果：</b></p><p><b>　　1．2音頻振蕩器</b></p><p>　　如圖所示為1kHz正弦波振蕩電路。該電路是在雙T電路基礎上應用普通的ua741運算放大器產(chǎn)生1000Hz正弦波輸出。調(diào)節(jié)10kΩ電位器使電路起振，而電路的振蕩頻率由R1和R4確定，且一般情況下，這兩個電阻都相等，其振蕩頻率與阻值成反比。當R1和R

18、4阻值確定后，可確定所需電容大小。圖中，電阻阻值選為1.5kΩ，電容為0.1／μF，振蕩頻率為1kHz。 </p><p><b>　　仿真電路圖：</b></p><p><b>　　仿真結果：</b></p><p>　　我采用的是RC橋式正弦波振蕩器該電路直接就可以產(chǎn)生幅值較大的信號，不需要再用音頻放大器</p

19、><p><b>　　1．3振幅調(diào)制器</b></p><p>　　振幅調(diào)制器的任務是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩中，以調(diào)幅波的形式傳送出去。通常有低電平調(diào)幅和高電平調(diào)幅兩種實現(xiàn)電路。低電平調(diào)幅電路輸出功率小，適用于低功率系統(tǒng)。它的電路形式有多種，如斬波調(diào)幅器、平衡調(diào)幅器、模擬乘法器調(diào)幅等，比較常用的是采用模擬乘法器形式制成的集成調(diào)幅電路，即集成模擬乘法器調(diào)幅。這種

20、集成電路的出現(xiàn)，使產(chǎn)生高質(zhì)量調(diào)幅信號的過程變得極為簡單，而且成本很低。</p><p>　　高電平調(diào)幅電路輸出功率大，一般在系統(tǒng)末級直接產(chǎn)生滿足發(fā)射要求的調(diào)幅波。它的電路形式主要有集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅兩種。集電極調(diào)幅電路的優(yōu)點是效率高，晶體管獲得充分的應用；缺點是需要大功率的調(diào)制信號源。基極調(diào)幅電路的優(yōu)缺點正好與之相反，它的平均集電極效率不高，但所需的調(diào)制功率很小，有利于調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機的小型化。</p&g

21、t;<p>　　我采用的是模擬相乘器調(diào)幅法。</p><p>　　由于multisim11.0中沒有MC1496芯片，故該芯片需要自己畫其內(nèi)部結構圖，并封裝其內(nèi)部電路如圖所示：</p><p>　　振幅調(diào)制電路仿真圖：</p><p><b>　　調(diào)幅波形：</b></p><p>　　不知什么原因，得到的

22、調(diào)幅波幅值較小，但是由于不太了解電路各元件的參數(shù)如何確定，只能通過不斷的改變各個元件的參數(shù)，來得到滿足要求的波形，在此過程遇到的困難還是比較大的，雖然出現(xiàn)了抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，即Ma=1，滿足要求。</p><p><b>　　1．4功率放大器</b></p><p>　　功率放大器是調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的末級，它的任務是提供發(fā)射系統(tǒng)所需要的輸出功率。是否選擇該電路，主要

23、根據(jù)系統(tǒng)對發(fā)射功率的要求。如果由調(diào)幅電路輸出的功率能滿足性能要求的話，就可以不再其后加功率放大電路，否則，就不能省略。</p><p>　　放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360度，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于180度；丙類放大器電流的流通角則小于180度。乙類和丙類都適用于大功率工作。 丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中

24、最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而只能用于采用調(diào)諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。 可是若僅僅是用一個功率放大器，不管是甲類或者丙類，都無法做到如此大的功率放大。 綜上，確定電路設計由兩個模塊組成，第一模塊是甲類放大器，第二模塊是一工作在丙類狀態(tài)的諧振放大器，其作為功放輸出級最好能工作在臨界狀態(tài)，因為此時輸出交流功率最大，效率也較

25、高，一般認為此工作狀態(tài)為最佳工作狀態(tài)。下圖為丙類諧振功率放大器。</p><p>　　圖 1 丙類諧振功率放大器</p><p>　　仿真電路： </p><p>　　在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)稍微修改輸入信號參數(shù)就會影響輸出波形質(zhì)量，個人認為可能有以下兩方面原因：一方面可能是靜態(tài)工作點的設置問題，這就需要對電路再進行靜態(tài)工作點的測量分析，，另一方面可能是選頻、濾波回

26、路L、C等參數(shù)設置的影響，這個問題需要進一步進行測試驗證。 </p><p>　　由仿真結果及觀察波形可知，所設計的高頻功率放大器基本滿足了設計任務要求。經(jīng)過第一第二級甲類放大器后電壓幅值增大了，最終輸出也大大提高了輸出功率，因此也驗證了理論知識的正確性和設計方法的可行性</p><p><b>　　輸出功率：</b></p><p><

27、b>　　1．5發(fā)射機總圖：</b></p><p><b>　　二．接收機系統(tǒng)</b></p><p><b>　　2．1選頻放大電路</b></p><p>　　因從諧振回路耦合過來的信號太微弱，所以必須要將輸入信號進行選頻放大，這里屬于高頻的范疇，采用高頻小信號電路和分析方法?？紤]到小信號放大電路的穩(wěn)

28、定性，采用共射—共基極級聯(lián)放大器。具體電路圖如下：</p><p><b>　　仿真波形：</b></p><p>　　2．2二極管包絡檢波電路</p><p>　　大信號的檢波過程主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負載RC的充放電過程。包絡檢波的將高頻變成低頻，即實現(xiàn)了解調(diào)，從而從已調(diào)波中獲得信息，并將信號送給低頻放大器。</p>

29、;<p>　　二極管峰值包絡檢波器</p><p>　　Ui為AM調(diào)制波時，要求：Uim>0.5V，</p><p>　　二極管的作用是濾除負半軸的波，因為二極管的正向內(nèi)阻較小，而反向內(nèi)阻較大，所以調(diào)制信號負半軸的波形不能通過二極管進入到檢波電路中所以形成的波形都在時間軸的上方。</p><p>　　鍺管的正向特性曲線在電壓為（0.2-0.3）v

30、左右已陡峭，而硅管則要（0.5-0.7）v，但鍺管反向特性不如硅管，因一般情況下主要考慮正向特性，故選鍺管。</p><p><b>　　解調(diào)仿真電路圖：</b></p><p><b>　　解調(diào)波形：</b></p><p>　　從上圖我們知道出現(xiàn)了負峰切割失真，我認為這是因為其交流電阻和直流電阻不匹配造成的，應該使兩者

31、阻值近似相等。下圖是我將R1的阻值改為200Ω時得到的解調(diào)波形，但是解調(diào)后的信號的周期與要調(diào)制的信號周期差距較大，而幅值也變得很小，具體原因不知。</p><p><b>　　2．3低頻放大電路</b></p><p>　　由于從檢波器輸出的信號很小，所以在輸出極我采用了兩級低頻功率放大電路，以此來得到較大的增益。</p><p><b&

32、gt;　　仿真電路如圖所示：</b></p><p><b>　　仿真波形：</b></p><p><b>　　輸出功率：</b></p><p><b>　　2．4接收機總圖：</b></p><p><b>　　五．課設總結</b><

33、;/p><p>　　在短短的四周時間里，我還是學會了設計高頻電子線路的一些基本知識，雖然時間短暫，但我還是充分利用，從中學會了不少知識。剛開始學高頻時感覺比較難學，很多電路根本不了解其原理，雖然很多電路都是由最基本的電路組成，平時也是反復看課本，為此我還借了一本關于模擬電路的書。但還是感覺理論應該和實踐緊密聯(lián)系起來，使我們所學的高頻電子知識得到運用和檢驗，我覺得我的能力有了更進一步的提高。</p>&l

34、t;p>　　電路不是自己完全設計的，參考了一些資料，下載了一些電路，對其進行分析，根據(jù)設計的指標修改一些參數(shù)，以及在仿真過程中的反復修改，最后終于完成。例如在做高頻小信號發(fā)生器時，結果出現(xiàn)截止失真，我就又回顧以前的知識，知道是由于靜態(tài)工作點設置出了問題，就改了偏執(zhí)置電阻，又減小點信號幅度，最后終于把問題解決了。</p><p>　　做高頻設計是一個很細心的活，一不小心就容易在畫圖時將參數(shù)弄錯，回頭檢查時也很

35、費時間，所以要有耐心，并且認真。同時還要有扎實的理論基礎，否則連電路都看不懂，更別提設計了。由于平時理論學的不太好，所以做起來感覺很力不從心，不過還是要感謝這次設計，讓我對以前不懂的地方又從新學習了一遍，而理論聯(lián)系實際的效果，比單純的看書更有效果，也更能激發(fā)學習的興趣，困難是阻力，同時也是動力，在終于做出結果時，內(nèi)心的喜悅是無法比擬的。</p><p>　　課程設計要親手做過，不管它是否有結果。你要學的是知識，是

36、解決問題的方法和思想，要端正學習態(tài)度，一時的成敗不足以論英雄，每一次突破都是一種收獲，就是在這樣的過程中我們才能不斷提高。在從開始接到課程設計，再到報告的完成，每走一步都滲透著努力和汗水。在收獲知識的同時收獲快樂。</p><p><b>　　六．參考文獻：</b></p><p>　　謝嘉奎 電子線路（第四版） 高等教育出版社</p><