高頻電路課程設計--調相（pm）放大器設計

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　課程名稱 高頻電子電路 </p><p>　　課題名稱 調相（PM）放大器設計 </p><p>　　專 業(yè) 電子科學與技術 </p><p>　　班 級

2、 1101班 </p><p>　　學 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導教師 </p><p>　

3、　2014年 3月4日</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　課程名稱 　 高頻電子線路 </p><p>　　題 目 調相（PM）放大器設計 </p><p>　　專業(yè)班級 電子科學技術1101 </p><p>　　學生姓名

4、 學號 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務書下達日期 2014年2月24日</p><p>　　設 計 完成日期 2014年3月 4日

5、</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、總體設計思路、基本原理和系統(tǒng)組成 - 2 -</p><p>　　1.總體思路 - 2 -</p><p>　　2. 基本原理- 2 -</p><p>　　3. 系統(tǒng)組成- 3 -</p>

6、<p>　　二、 單元電路設計- 4 -</p><p>　　1.  載波信號10MHz產(chǎn)生電路- 4 -</p><p>　　2.  調制信號1000Hz產(chǎn)生電路- 6 -</p><p>　　3.  前置放大電路- 7 -</p><p>　　4.  調相電路- 8 -<

7、;/p><p>　　5.  諧振功率放大及匹配網(wǎng)絡電路- 10 -</p><p>　　三、 總結與體會- 12 -</p><p>　　四、 參考文獻- 13 -</p><p>　　五、 電路器件連接總圖- 14 -</p><p>　　一、總體設計思路、基本原理和系統(tǒng)組成 </p&g

8、t;<p><b>　　1.總體思路 </b></p><p>　　相位調制電路是使受調波的相位隨調制信號而變化的電路。調相波與調頻波的差別是調相波的瞬時相位的變化與調制信號成線性關系,調頻波的瞬時頻率與調制信號成線性關系。正弦載波的瞬時相位隨調制信號而變化的調制，簡稱調相(PM)。正弦波調相器分直接調相和間接調相兩類。前一種方法利用調制信號直接改變諧振回路的參數(shù)，使

9、載波（受調波）信號通過回路時產(chǎn)生相移而形成調相波。現(xiàn)介紹這么一種簡易的相位調制電路，該電路的調制信號由RC橋式振蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)放大后和載波信號經(jīng)相位調制器后，輸出調相波，輸出的調相波經(jīng)前置放大后再經(jīng)過功率放大，最后通過匹配網(wǎng)絡匹配后就可產(chǎn)生用于天線發(fā)送的調相波。</p><p><b>　　基本原理</b></p><p>　　低頻調制信號頻率為1000Hz，可用RC

10、橋式電路實現(xiàn)。高頻載波信號頻率為10MHz，采用頻率穩(wěn)定度高的石英晶體震蕩器，使晶體作為電感元件接入諧振回路，構成并聯(lián)型晶體振蕩器。相位調制是通過一個可控相移網(wǎng)絡使角頻率為ωc的高頻載波uc(t) 產(chǎn)生受調制電壓uΩ(t)控制,滿足Δφ=kpuΩ(t)的關系的相移Δφ,即實現(xiàn)調相。高頻載波信號由晶體震蕩器產(chǎn)生，低頻調制信號用RC震蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)放大后與載波信號一同送入可控相移網(wǎng)絡，可控相移網(wǎng)絡以多級變容二極管調相模塊為核心進行

11、相位調制。最后調相后的信號經(jīng)功率放大后輸出。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成</b></p><p><b>　　單元電路設計</b></p><p>　　載波信號10MHz產(chǎn)生電路</p><p>　　晶體振蕩器有并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。并聯(lián)型晶體振蕩器：將石英晶振作為等效電感元

12、件用在三點式電路中，且工作在感性區(qū)，稱為并聯(lián)型晶體振蕩器。此時，石英晶振接在晶體管ｃ、ｂ極之間稱為皮爾斯振蕩電路，接在晶體管ｂ、ｅ極之間稱為密勒振蕩電路。</p><p>　　本電路利用皮爾斯振蕩電路原理產(chǎn)生10MHz載波信號，與晶體管Q1發(fā)射極相連的為電容，晶振作為電感元件接在Q1基極與集電極之間，構成三點式震蕩。振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定, 而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。其中C1為加入

13、的微調電容，用以微調回路的諧振頻率，保證電路工作在標稱頻率10MHz上。電路及等效電路如下圖所示：</p><p>　　圖1-1 10MHZ晶體振蕩電路</p><p>　　圖1-2 交流等效電路</p><p>　　由圖可知CL=(C1+C2)串C3串C5串C4</p><p>　　=（C1+C2)串C3C4C5/(C3C5+C3C4

14、+C4C5)</p><p>　　由于C1+C2<<C3串C4串C5所以CL=C1+C2</p><p>　　又由圖1-3（b)可知C∑=Cq(CL+C0)/(Cq+Cl+C0)</p><p>　　因為Cq<<(CL+C0)所以C∑=Cq</p><p><b>　　振蕩器工作頻率：</b>&l

15、t;/p><p>　　石英晶振的符號和等效電路如圖3所示：</p><p>　　圖1-3 （a) (b)</p><p>　　由圖1-3（b）可求得石英晶振的接入系數(shù)：n=Cq／(C0+Cq)很小，所以外接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。英晶振的頻率穩(wěn)定度非常高。</p><

16、p>　　對于石英晶振并聯(lián)諧振頻率fp、串聯(lián)諧振頻率fs，由于Cq／C0很小，其值很相近，并且在其間電抗呈感性，同時具有很陡峭的電抗頻率特性，曲線斜率大，從而有利于穩(wěn)頻。</p><p>　　調制信號1000Hz產(chǎn)生電路</p><p>　　調制信號頻率為1000Hz，可用低頻RC橋式振蕩電路產(chǎn)生。電路如圖2-1所示:</p><p>　　圖2-1 RC橋式

17、振蕩電路</p><p>　　圖2-1中RC（R4，C8，R5，C9）串并聯(lián)網(wǎng)絡接在運算放大器的輸出端和同相輸入端構成了帶有選頻作用的正反饋網(wǎng)絡，另外R6、R7和R8接在運算放大器的輸出端和反向輸入端之間，與運放一起構成負反饋放大電路。</p><p>　　負反饋閉環(huán)電壓放大倍數(shù)： ；</p><p>　　振幅起振條件：，即（R6+R7）>

18、;2R8；</p><p><b>　　相位起振條件：；</b></p><p><b>　　前置放大電路</b></p><p>　　由于信號發(fā)生電路產(chǎn)生信號幅度一般較小，所以需對產(chǎn)生的信號首先進行前置放大后使其滿足下一級的輸入信號范圍，再輸入到下級電路中，可以用三極管放大電路實現(xiàn)。本電路采用共發(fā)射極放大電路實現(xiàn)信號的放

19、大。使發(fā)射極正偏：Vb>Ve，且Vbe>0.6V，集電極反偏Vb < Vc，同時Vce>1V，使三極管工作在甲類放大狀態(tài)。放大電路如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 共射放大器</p><p><b>　　調相電路</b></p><p>　　本設計要求最大相偏為 ，由于單級變容二

20、極管調相電路最大相偏為，所以得采用三級單回路變容二極管調相電路，擴大相偏，最大相偏 電路如下圖所示：</p><p>　　圖4-1 三級單回路變容二極管調相電路</p><p>　　從R9端加入載波信號，從R13端加入調制信號Ucm。由于所用是變容二極管，隨著Ucm的變化，電容也發(fā)生變化，因為f2與C成反比，所以f發(fā)生變化，進而引發(fā)相位發(fā)生變化，達到調相的目的。使

21、得調制信號幅度的變化在調相波上以相位的形式變化出來。R10的目的</p><p>　　是使阻抗曲線變得平緩，即使Q值變小。</p><p>　　單級變容二極管調相電路如下圖所示：</p><p>　　圖4-2 單級變容二極管調相電路 </p><p><b>　　工作原理：</b></p>

22、<p>　　圖4-2中調制信號是低頻，在低頻狀態(tài)下，C8、C13相當于開路，則VCC通過電阻R14到變容二極管的一端，而調制信號的負極則通過這里的接地到達變容二極管，最后把調制信號加入進去。高頻載波信號相當于高頻，在高頻狀態(tài)下，C12、C13相當于短路，則高頻載波通過電阻R4加到變容二極管的一端，高頻載波接地的部分就通過接地端加到變容二極管的另一端，最終將載波信號加入進去。調制信號和載波信號加入以后，通過變容二極管的三級級

23、聯(lián)電路來實現(xiàn)調相。</p><p><b>　　調相分析：</b></p><p><b>　　設輸入載波信號</b></p><p><b>　　調制信號</b></p><p>　　變容二極管作為回路總電容，當m很小時， 回路的諧振頻率為：</p>

24、;<p><b>　　輸出電壓： </b></p><p>　　分別是諧振回路在上呈現(xiàn)的阻抗幅值和相移。</p><p>　　在失諧不大的條件下,</p><p>　　實現(xiàn)線性調相的條件：</p><p>　　諧振功率放大及匹配網(wǎng)絡電路</p><p>　　為了滿足發(fā)射輸出的高功率，

25、所以得對產(chǎn)生的調相信號進行功率放大后才能發(fā)射出去。本電路中采用自給基極偏置電路，使其工作在丙類狀態(tài)。諧振功率放大器原理電路及等效電路如下圖所示：</p><p>　　圖5-1 諧振功率放大器原理電路</p><p>　　圖5-2 等效電路</p><p>　　選頻網(wǎng)絡（濾波器）的功能：從眾多頻率中選出有用信號，濾除或抑制無用信號，以保證放大器工作在要求的狀

26、態(tài)，即起到阻抗變換的作用，又可以抑制工作頻率范圍以外的頻率。本設計中采用LC并聯(lián)諧振回路使回路諧振在輸入信號頻率上。 </p><p>　　圖5-2中RL為外接負載，呈阻抗性。L7 和 C19、C21 為 T型匹配網(wǎng)絡，與 RL 組成并聯(lián)諧振回路。調節(jié) C19、C21 使回路諧振在輸入信號頻率。 VBB為基極偏置電

27、壓，使功率管 Q 點設在截止區(qū)，以實現(xiàn)丙類工作。</p><p>　　本設計電路中由于晶體管3DA21A輸入阻抗與前級輸出阻抗不匹配，所以在放大器之間加入T型選頻匹配網(wǎng)絡（C18、C20、L6），在放大器輸出的與負載之間也加入T型匹配網(wǎng)絡（C19、C21、L7）。由于晶體管參數(shù)的分散性和分布參數(shù)的影響, C18～C19均采用可變電容器, 其最大容量應為計算值的2～3倍。實現(xiàn)功率放大。最后通過匹

28、配網(wǎng)絡匹配后就可產(chǎn)生用于天線發(fā)送的調相波。</p><p><b>　　總結與體會</b></p><p>　　本次課程設計歷時兩個星期左右，通過這兩個星期的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。  </p><p>　　這次的課程設計也讓我看到自己力

29、量的渺小，我發(fā)現(xiàn)僅靠自己掌握的東西想要做好課程設計實在是太難了，此刻我深刻的認識到了資料的重要性，通過一次次的上網(wǎng)查資料，一遍遍的翻看課本和實驗教程，我終于把課程設計做完了，那一刻的喜悅是無可比擬 的，這是只有努力過才知道的喜悅。  </p><p>　　在這個過程中，我也曾經(jīng)因為經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)因為找到有用的資料而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活

30、永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也是非常寶貴的。這讓我不得不佩服專門搞高頻線路開發(fā)的技術前輩，意識到老一輩對我們社會的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣冻龆嗌傩难?。真正的認識到他們是多么的令人尊敬。 </p><p>　　對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的

31、后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 張肅文主編.，《高頻電子線路》，高等教育出版社.。</p><p>　　2. 謝自美主編，《電子線路設計、實驗、測試》，華中理工大學出版社。</p>