高頻課程設計---中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設計

1、<p>　　中波電臺發(fā)射系統(tǒng)設計</p><p>　　設計目的、任務和要求</p><p><b>　　設計目的</b></p><p>　　設計目的是要求掌握最基本的小功率調幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝調試。</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>

2、;　　設計目的是要求掌握最基本的小功率調幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝調試。</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，調幅指數30％~80％。調制頻率500Hz~10kHz。</p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　1.針對每個系統(tǒng)給出系

3、統(tǒng)設計的詳細功能框圖。</p><p>　　2.按照任務技術指標和要求及系統(tǒng)功能框圖，給出詳細的參數計算及方案論證、器件選擇的計算過程。</p><p>　　3.給出詳細的電路原理圖，標出電路模塊的輸入輸出，給出詳細的數學模型和計算過程。</p><p>　　總體方案介紹及工作原理說明</p><p><b>　　2.1總體方案介紹

4、</b></p><p>　　調幅發(fā)射機主要包括三個組成部分:主振級、緩沖級、AM調制。</p><p>　　發(fā)射機的主要作用是完成有用的低頻信號對高頻信號的調制，將其變?yōu)樵谀骋粋€中心頻率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射出去的電磁波。</p><p>　　調幅發(fā)射機通常由主振級、緩沖級、振幅調制組成。根據設計要求，載波頻率f=1MHz ，主振級采用西勒振

5、蕩電路，輸出的載波的頻率可以直接滿足要求，不需要倍頻器。系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2-1 小功率調幅發(fā)射機的系統(tǒng)設計框圖</p><p>　　2.2各部分功能介紹</p><p>　　圖2-1中，各組成部分的的作用如下：</p><p>　　振蕩級：產生頻率為1MHz的載波信號。</p><p&g

6、t;　　緩沖級：將晶體振蕩級與調制級隔離，減小調制級對晶體振蕩級的影響。</p><p>　　調幅級：將話音信號調制到載波上，產生已調波。</p><p>　　功率放大級：為了使調幅信號能夠發(fā)射出去，將其功率放大。</p><p>　　各部分的具體設計及分析</p><p><b>　　3.1主振級</b></p&

7、gt;<p>　　主振級是調幅發(fā)射機的核心部件，主要用來產生一個頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小的高頻正弦波信號作為載波信號。</p><p>　　主振器就是高頻振蕩器，根據載波頻率的高低，頻率穩(wěn)定度來確定電路型式。該電路通常采用晶體管LC正弦波振蕩器。常用的正弦波振蕩器包括電容三點式振蕩器即克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。</p><p>　　本級是用來產生1MHz左右的高頻振蕩載

8、波信號，由于整個發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由主振級決定，因此要求主振級有較高的頻率穩(wěn)定度，同時也要有一定的振蕩功率，其輸出波形失真較小。為此，這里我采用西勒振蕩電路，可以滿足要求，電路圖如圖3-1所示。如圖西勒振蕩器電路所示R1﹑R2﹑R3提供偏置電壓使三極管工作在放大區(qū)。</p><p>　　圖3-1 主振級</p><p><b>　　參數計算</b></p&g

9、t;<p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　Vcc=12V，fo=1MHz，選擇的晶體管型號是3DG12B（仿真是實選與其相近的D42C12），其放大倍數β=50，ICQ=3mA，為了使靜態(tài)點Q位于交流負載線的中心使 VCEQ =0.5 Vcc =6V,VEQ=0.2VCC.依據電路計算：</p><p>　　R3= (V

10、CEQ- VEQ- VCEQ)/ ICQ=(12-6-0.2×12)V/3×mA=1.2KΩ, </p><p>　　R4=VEQ/ICQ=0.2×12V/3×mA=800Ω.</p><p>　　IBQ=ICQ/β=3mA/50=0.06 mA,</p><p>　　流過 R1 、R2的電流應遠遠大于IBQ</p>

11、;<p>　　R1=VBQ/10IBQ=(VEQ+0.7)V/10×0.06×mA=5.1KΩ,</p><p>　　R2=VCC-VBQ/10IBQ=(12-3.1)V/0.6×mA=15KΩ,</p><p>　　因為 </p><p>　　且

12、 </p><p>　　由f=1MHz，并且取L=100uH,得C3+C4約為254pF。由于C3應該盡可能的小，所以取C3=10pF，為了便于調節(jié)取C4是一個最大值為350pF的可調電容。</p><p>　　由起振條件，F=C1/C2,F一般取0.1到0.5之間。故取=2。又考慮到C1、C2應遠大于C3，所以取C1=300 pF ,C2=620 pF。C5為旁路

13、電容，應使1/ωC遠小于R5=5.1kΩ即1/ωC<<5100取C5=5pF 。</p><p><b>　　3.2緩沖級</b></p><p>　　為了減少后級對主振級振蕩電路振蕩頻率的影響，采用緩沖級。主振級與緩沖級聯(lián)調時會出現緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況，可通過增大緩沖級的射極電阻R8來提高緩沖輸入級輸入阻抗，也可通過減小C6，即減小主振

14、級與緩沖級的耦合來實現，同時負載R9也會對緩沖的輸出波形也有很大影響。電路圖如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 緩沖級</b></p><p><b>　　參數確定</b></p><p>　　射級輸出器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數近似等于1，晶體管的靜態(tài)工作點應位于交流負載線的中點，取V

15、CEQ =VCC/2, ICQ =(3-10mA)，則取VCEQ =6V, ICQ =4mA, 選晶體管D42C12，β=60所以有</p><p>　　R7+R8=( VCC –VCEQ)/ICQ=6V/4×mA=1.5KΩ，取R7=1KΩ 電阻，R8=1KΩ 電位器。</p><p>　　IBQ=ICQ/β=4mA/50=0.08 mA</p><p>

16、;　　R6=VBQ/10IBQ=(VEQ+0.7)V/10×0.08×mA=8.375KΩ,</p><p>　　R5=VCC-VBQ/10IBQ=(12-6.7)V/0.8×mA=6.625KΩ,</p><p>　　設計跟隨器的輸入電阻Ri=RB//RL</p><p>　　其中RL=（R7+Rp8）//Rp9 RB=R5//R6

17、</p><p>　　輸出電阻Ro=（R7+Rp8）//ro，其中ro很小，所以可將設計跟隨器的輸出電路等效為一個恒壓源。</p><p>　　C6是耦合電容，C7是隔直電容對于1MHz的交流來說，C7的容抗相對于各個電阻來說應盡可能地小。</p><p>　　3.3高頻小信號放大電路</p><p>　　在經過緩沖級后，載波的電壓和電流值都

18、較小，所以可以通過高頻小信號放大電路進行放大。</p><p>　　設計高頻小信號放大器，需要確定中心頻率，品質因數，不妨設諧振電感為理想電感，大小為100，三極管選用理想晶體管，放大倍數=100，共發(fā)射極輸入電容=0 ，共發(fā)射極輸出電容=0。</p><p><b>　　電路如下圖所示：</b></p><p>　　取10V， =1.07mA

19、。所以</p><p>　　則=2.75V。由（2.3）可知，若=5K，則=15 K。為方便調節(jié)，將其拆為10 K電阻與50K可調電阻串聯(lián)。</p><p>　　由中心頻率=1.0MHz，結合公式（2.5）可知，L=100，=254，為方便調節(jié)將拆為兩個電容并聯(lián)，其中固定容值電容C3=50pF，可調電容。</p><p><b>　　現在計算放大倍數：&l

20、t;/b></p><p><b>　?。?.7） </b></p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　其中為三極管輸出電導，理想三極管條件下為零。為負載電導，等于，即0.067mS，為電感電導，等于，即0.05mS。故=0.117mS。</p><p><b&

21、gt;　?。?.9）</b></p><p>　　由（2.12），放大增益==51dB。通過這一級的放大，就基本可以滿足最后的輸出功率的要求，所以在調制之后就不用再放大了。</p><p>　　3.4幅度調制電路的設計</p><p>　　所謂振幅調制就是用被傳輸的低頻信號去控制高頻振蕩器，使其輸出信號的幅度隨著低頻信號的變化而變化，從而實現低頻信號搬移

22、到高頻段，被高頻信號攜帶并有效進行遠距離傳輸的目的。完成這種調制過程的裝置稱為振幅調制器。</p><p>　　3.3.1普通調幅信號的數學表達式</p><p>　　為了突出基本概念，簡化分析，假設調制信號為單頻等幅余弦波，即</p><p><b>　　設基帶電壓為：</b></p><p><b>　　載

23、波電壓為：</b></p><p>　　根據調幅的定義，當載波的振幅值隨調制信號的大小作線性變化時，即為調幅信號，則已調波的波形如下圖中（c）所示，</p><p>　　圖中（a）、（b）所示分別為調制信號和載波的波形。</p><p>　　由圖可見，已調幅波振幅變化的包絡形狀與調制信號的變化規(guī)律相同，而其包絡內的高頻振蕩頻率仍與載波頻率相同，表明已調幅

24、波實際上是一個高頻信號。</p><p>　　可見，調幅過程只是改變載波的振幅，使載波振幅與調制信號成線性關系，即使Ucm變?yōu)閁cm+KaUΩmcosΩt，據此，可以寫出已調幅波表達式為</p><p><b>　　 </b></p><p>　　3.3.2模擬乘法器原理</p><p>　　模擬乘法器是對兩個模擬信

25、號（電壓或電流）實現相乘功能的有源非線性器件，主要功能是實現兩個互不相關信號的相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。它有兩個輸入端口，即X 和Y 輸入端口。</p><p>　　MC1496的內部結構如下所示</p><p>　　在做仿真時由于Multisim中沒有封裝好的MC1496，所以要自己連接電路，并進行封裝。</p><p>　　由MC1496構成的

26、調幅電路如下圖所示：</p><p>　　其中、、、、、和等組成多路電流源電路，、、為電流源的基準電路，、分別供給、管恒值電流，為外接電阻，可用以調節(jié)的大小。由、兩管的發(fā)射極引出接線端2和3，外接電阻，利用的負反饋作用，以擴大輸入電壓的動態(tài)范圍。為外接負載電阻。</p><p>　　根據差分電路的基本工作原理，可以得到</p><p><b>　?。?-1

27、）</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中、、、、 、分別是三極管、、、、、的集電集電流。為溫度的電壓當量，在常溫T=300K時，。由圖2-1可知，相乘器的輸出差值電流</p><p><b&

28、gt;　　(2-4)</b></p><p>　　將(2-1)、(2-2)、(2-3)代入(2-4)，可得</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　由于、兩管發(fā)射極之間跨接負反饋電阻，當遠大于、管的發(fā)射結電阻時</p><p><b>　　(2-6)</b>&

29、lt;/p><p>　　將式(2-6)代入(2-5)可得</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　可見，輸出電流中包含兩個輸入信號的乘積。</p><p>　　在本次模擬調幅中令載波的幅度為100mv，基帶信號（由函數發(fā)生器就代替）的幅度為200mv，調節(jié)W1可以使ma處于30%--80%之間。&

30、lt;/p><p>　　中波電臺接收系統(tǒng)設計</p><p>　　第一章 設計目的、任務和要求</p><p><b>　　1.1設計目的</b></p><p>　　本課題的設計目的是要求掌握最基本的超外差接收機的設計與調試。</p><p>　　1.2中波電臺接收系統(tǒng)設計要求</p>

31、<p>　　本課題的設計目的是要求掌握最基本的超外差接收機的設計與調試。</p><p>　　任務：AM調幅接收系統(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><b>　　1.3設計任務</b></p><p>　　1.針對每個系統(tǒng)給出系

32、統(tǒng)設計的詳細功能框圖。</p><p>　　2.按照任務技術指標和要求及系統(tǒng)功能框圖，給出詳細的參數計算及方案論證、器件選擇的計算過程。</p><p>　　3給出詳細的電路原理圖，標出電路模塊的輸入輸出，給出詳細的數學模型和計算過程。</p><p>　　第二章 總體方案介紹及工作原理說明</p><p><b>　　2.1總

33、體方案介紹</b></p><p>　　超外差式接收機主要由輸入電路、混頻電路、中放電路、檢波電路、低頻放大電路、功率放大電路和揚聲器或耳機組成。本次設計就不再涉及揚聲器或耳機部分。</p><p>　　其工作原理如圖所示：</p><p>　　從天線接收到的微弱高頻信號先經過一級或幾級高頻小信號放大器放大，然后送至混頻器與本地振蕩器所產生的等幅振蕩電壓

34、相混合，所得到的輸出電壓，包絡線形狀不變，仍與原來的信號波形相似，但載波頻率則轉換為接收到的高頻信號的頻率與本地振蕩所產生的等幅振蕩電壓的頻率相減。頻率變?yōu)?65KHz中頻電壓再經中頻放大器放大，送入檢波器，得到檢波輸出電壓，最后再經低頻放大器放大，送至揚聲器中轉變?yōu)槁曇粜盘枴?lt;/p><p>　　2.2各部分功能介紹</p><p>　　高頻放大：高頻放大器是用來放大高頻信號的器件（在接

35、收機中，高</p><p>　　放所放大的對象是已調信號，它除載頻信號外還有邊頻分量）。根據高放的對象是載頻信號這一情況，一般采用管子做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負載，讓信號諧振在信號載頻將從天線上接受到的微弱高頻信號進行放大。</p><p>　　混頻：將放大后的高頻信號與本地振蕩的信號進行混頻，是原高頻信號包絡不變但是頻率變?yōu)?65kHz。</p><p>

36、　　中放：將變頻后的信號進行放大便于以后的檢波。</p><p>　　檢波：利用MC1496進行檢波，將原基帶信號還原出來。</p><p>　　前置低放：將還原出來的音頻信號進行電壓、功率放大，使其能推動揚聲器工作。</p><p>　　第三章 各部分的具體設計及分析</p><p><b>　　3.1輸入電路設計</b

37、></p><p>　　超外差式的輸入電路很簡單，通過天線接受各種能接收到的各種頻率信號經過諧振回路篩選出和輸入回路一致的頻率信號。便從所接收到的波段中完成了篩選廣播電臺的目的。本設計的超外差式接收機的輸入電路圖如下圖所示：</p><p>　　因為本回路接受的頻率應該和發(fā)射機的相匹配，根據LC并聯(lián)諧振回路：</p><p>　　這樣可求出C1=20pF，可變

38、電容C2=0--300pF,電感L1=100uH。</p><p><b>　　3.2混頻電路設計</b></p><p>　　混頻器的作用是將調幅的高頻信號變成調幅的中頻信號。完成這個任務它需要三個部分：第一，一個能夠產生比外來信號頻率高465kHz的本機振蕩；第二，能夠將外來信號和本級振蕩信號混合在一起而產生中頻信號的混頻電路；第三，能夠將465kHz的中頻信號從

39、混頻電路中選出來的選頻電路。</p><p>　　超外差式接收機本機振蕩電路圖如下圖所示：</p><p>　　電路中，R1、R2提供一定的工作點，使三極管Q1工作在放大狀態(tài)。放大后的信號由L3輸出，經過L3、L4間的耦合又將輸出的信號由L4的下端經C4和C3又回送到Q1的輸入端而形成正反饋。L3、C5和C6組成振蕩回路，決定振蕩器的頻率。改變C5便可以改變振蕩頻率。本設計的本地振蕩頻率范

40、圍為</p><p>　　在三極管Q1的基極和集電極間同時加有兩個信號：經L2的耦合將輸入回路接收到的信號加到Q1的輸入端。作為本級振蕩器是產生的一個比外來接受信號高465kHz的振蕩信號由C4耦合也加到Q1輸入端。因此，在混頻信號中再選出中頻信號。</p><p>　　接收到的信號和混頻后，在Q1輸出端產生包括有中頻信號的許多新頻率信號。C7和T1組成諧振回路，諧振在465kHz。當46

41、5kHz的信號通過時，C7、T1諧振，且T1這時的信號最強，并耦合到下一級去。對于其他的頻率信號，C7、T1不發(fā)生諧振，且T1上的信號很小，可以忽略。就這樣，從眾多的頻率信號中篩選出了需要的465kHz中頻信號。</p><p>　　3.3中頻放大器電路設計</p><p>　　超外差接收機中的中頻放大器是一種頻帶較寬的諧振放大器。中放采用諧振回路作負載，這是與高放共同之處；但中放的諧振曲

42、線接近理想曲線—矩形，這是與高放不同之處。后者對超外差接收機的中放來說是完全必要的，因中放任務之一是削弱鄰近干擾，而鄰近干擾頻率離信號很近，變頻之后，離中頻就很近，若中放的諧振曲線不好，便難以削弱。此外，中放還具有工作頻率固定與級數多兩個特點。 </p><p>　　中放的作用有兩個主要作用：</p><p>　?。?）提高增益，因中頻低于信號頻率，晶體管的y參數及回路諧振電阻等

43、較大，因此易于獲得較高的增益。差外差接收機檢波前的總增益主要取決于中放。</p><p>　?。?）抑制鄰近干擾。對中放的主要要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠寬的通頻帶。對于高放，因工作頻率高，通頻帶 故高放回路的Q值越高越好，這時不必顧慮B太窄的問題；但對于中放，由于工作頻率較低，若回路Q值過高，頻帶可能太窄而不能通過全部信號分量，故希望他在要求的通頻帶條件下選擇性越高越好，也就是要求諧

44、振曲線接近矩形。實際諧振曲線很難做到理想矩形，為了衡量實際諧振曲線接近矩形的程度，引入矩形系數，</p><p><b>　　式中為通頻帶。</b></p><p><b>　　3.4檢波電路設計</b></p><p>　　檢波即調幅波的解調，從輸入的調幅波中還原調制信號?？梢?，檢波器是調幅接收機的核心電路，衡量它性能的

45、指標主要有檢波效率、檢波失真、等效輸入電阻等。解調時可以用同步檢波的方法。利用模擬乘法器的相乘原理，實現同步檢波是很方便的，其工作原理如下： </p><p>　　輸入信號為有載波振幅調制信號，同步信號為載波信號,利用乘法器的相乘原理同樣能夠實現解調。設，，則輸出電壓：</p><p><b>　?。l件：為大信號）</b></p><p>　

46、　上式中第一項是直流分量；第二項是所需要的低頻調制信號分量，后面三項是高頻分量，用隔直電容及濾波器可濾掉直流分量和高頻分量，從而實現有載波振幅調制信號的解調。同步檢波的電路如下</p><p>　　3.5低頻放大部分電路設計</p><p>　　低頻放大電路的主要作用是把檢波級送來的微弱低頻信號進行一定量的放大。要求地方電路有足夠的放大倍數，且失真要小，保證音質良好。為了使信號不產生交越失

47、真，要求有合適的靜態(tài)工作點，且具有一定的功率增益。</p><p>　　超外差式接收機的低頻放大器電路圖如下圖所示：</p><p>　　本設計采用的是兩級共射放大電路，兩級之間采用阻容耦合方式，C15為耦合電容。兩級工作點有電阻R10、R12、R13、R14和R15確定，其中R12既是Q5的基極偏置電阻，為其提供基極偏置電壓，又是前置低放級的電壓并聯(lián)負反饋電阻，R15為Q5集電極電阻。R

48、14為Q8的偏置電阻，為Q8基極提供合適的工作電壓。R13和C16為電源退耦電路。R11從功放輸出端引來，它與R10一起組成交流負反饋，可以改善音質。低頻信號由C14加到Q5基極，經Q5、Q8兩級放大后，再輸入變壓器T4的初級電感上，經過T4耦合，送到低頻功放電路。</p><p>　　圖中Q6、Q7作為的是功率放大管使用，將所得的低頻信號進行功率放大，以能夠讓喇叭LS1進行正常發(fā)音。T4將低頻信號進行倒相，即將