高頻電路課程設(shè)計(jì)--調(diào)相（pm）放大器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程名稱 高頻電子電路 </p><p>　　課題名稱 調(diào)相（PM）放大器設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班 級(jí)

2、 1101班 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　

3、　2014年 3月4日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　課程名稱 　 高頻電子線路 </p><p>　　題 目 調(diào)相（PM）放大器設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子科學(xué)技術(shù)1101 </p><p>　　學(xué)生姓名

4、 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務(wù)書下達(dá)日期 2014年2月24日</p><p>　　設(shè) 計(jì) 完成日期 2014年3月 4日

5、</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)- 4 -</p><p>　　1.  載波信號(hào)10MHz產(chǎn)生電路- 4 -</p><p>　　2.  調(diào)制信號(hào)1000Hz產(chǎn)生電路- 6 -</p><p>　　3.  前置放大電路- 7 -</p><p>　　4.  調(diào)相電路- 8 -<

7、;/p><p>　　5.  諧振功率放大及匹配網(wǎng)絡(luò)電路- 10 -</p><p>　　三、 總結(jié)與體會(huì)- 12 -</p><p>　　四、 參考文獻(xiàn)- 13 -</p><p>　　五、 電路器件連接總圖- 14 -</p><p>　　一、總體設(shè)計(jì)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(diào)制電路是使受調(diào)波的相位隨調(diào)制信號(hào)而變化的電路。調(diào)相波與調(diào)頻波的差別是調(diào)相波的瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系,調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。正弦載波的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)而變化的調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)相(PM)。正弦波調(diào)相器分直接調(diào)相和間接調(diào)相兩類。前一種方法利用調(diào)制信號(hào)直接改變諧振回路的參數(shù)，使

9、載波（受調(diào)波）信號(hào)通過(guò)回路時(shí)產(chǎn)生相移而形成調(diào)相波。現(xiàn)介紹這么一種簡(jiǎn)易的相位調(diào)制電路，該電路的調(diào)制信號(hào)由RC橋式振蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)放大后和載波信號(hào)經(jīng)相位調(diào)制器后，輸出調(diào)相波，輸出的調(diào)相波經(jīng)前置放大后再經(jīng)過(guò)功率放大，最后通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)匹配后就可產(chǎn)生用于天線發(fā)送的調(diào)相波。</p><p><b>　　基本原理</b></p><p>　　低頻調(diào)制信號(hào)頻率為1000Hz，可用RC

10、橋式電路實(shí)現(xiàn)。高頻載波信號(hào)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(gòu)成并聯(lián)型晶體振蕩器。相位調(diào)制是通過(guò)一個(gè)可控相移網(wǎng)絡(luò)使角頻率為ωc的高頻載波uc(t) 產(chǎn)生受調(diào)制電壓uΩ(t)控制,滿足Δφ=kpuΩ(t)的關(guān)系的相移Δφ,即實(shí)現(xiàn)調(diào)相。高頻載波信號(hào)由晶體震蕩器產(chǎn)生，低頻調(diào)制信號(hào)用RC震蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)放大后與載波信號(hào)一同送入可控相移網(wǎng)絡(luò)，可控相移網(wǎng)絡(luò)以多級(jí)變?nèi)荻O管調(diào)相模塊為核心進(jìn)行

11、相位調(diào)制。最后調(diào)相后的信號(hào)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(shè)計(jì)</b></p><p>　　載波信號(hào)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(diǎn)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(shí)，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(hào)，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(gòu)成三點(diǎn)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(diào)電容，用以微調(diào)回路的諧振頻率，保證電路工作在標(biāo)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?yàn)镃q<<(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(hào)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(duì)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(duì)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(shí)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(diào)制信號(hào)1000Hz產(chǎn)生電路</p><p>　　調(diào)制信號(hào)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(luò)接在運(yùn)算放大器的輸出端和同相輸入端構(gòu)成了帶有選頻作用的正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外R6、R7和R8接在運(yùn)算放大器的輸出端和反向輸入端之間，與運(yùn)放一起構(gòu)成負(fù)反饋放大電路。</p><p>　　負(fù)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(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生信號(hào)幅度一般較小，所以需對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)首先進(jìn)行前置放大后使其滿足下一級(jí)的輸入信號(hào)范圍，再輸入到下級(jí)電路中，可以用三極管放大電路實(shí)現(xiàn)。本電路采用共發(fā)射極放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shí)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(diào)相電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求最大相偏為 ，由于單級(jí)變?nèi)荻?/p>

20、極管調(diào)相電路最大相偏為，所以得采用三級(jí)單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路，擴(kuò)大相偏，最大相偏 電路如下圖所示：</p><p>　　圖4-1 三級(jí)單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路</p><p>　　從R9端加入載波信號(hào)，從R13端加入調(diào)制信號(hào)Ucm。由于所用是變?nèi)荻O管，隨著Ucm的變化，電容也發(fā)生變化，因?yàn)閒2與C成反比，所以f發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)相位發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)相的目的。使

21、得調(diào)制信號(hào)幅度的變化在調(diào)相波上以相位的形式變化出來(lái)。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(jí)變?nèi)荻O管調(diào)相電路如下圖所示：</p><p>　　圖4-2 單級(jí)變?nèi)荻O管調(diào)相電路 </p><p><b>　　工作原理：</b></p>

22、<p>　　圖4-2中調(diào)制信號(hào)是低頻，在低頻狀態(tài)下，C8、C13相當(dāng)于開(kāi)路，則VCC通過(guò)電阻R14到變?nèi)荻O管的一端，而調(diào)制信號(hào)的負(fù)極則通過(guò)這里的接地到達(dá)變?nèi)荻O管，最后把調(diào)制信號(hào)加入進(jìn)去。高頻載波信號(hào)相當(dāng)于高頻，在高頻狀態(tài)下，C12、C13相當(dāng)于短路，則高頻載波通過(guò)電阻R4加到變?nèi)荻O管的一端，高頻載波接地的部分就通過(guò)接地端加到變?nèi)荻O管的另一端，最終將載波信號(hào)加入進(jìn)去。調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)加入以后，通過(guò)變?nèi)荻O管的三級(jí)級(jí)

23、聯(lián)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)相。</p><p><b>　　調(diào)相分析：</b></p><p><b>　　設(shè)輸入載波信號(hào)</b></p><p><b>　　調(diào)制信號(hào)</b></p><p>　　變?nèi)荻O管作為回路總電容，當(dāng)m很小時(shí)， 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(shí)現(xiàn)線性調(diào)相的條件：</p><p>　　諧振功率放大及匹配網(wǎng)絡(luò)電路</p><p>　　為了滿足發(fā)射輸出的高功率，

25、所以得對(duì)產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)進(jìn)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(luò)（濾波器）的功能：從眾多頻率中選出有用信號(hào)，濾除或抑制無(wú)用信號(hào)，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(shè)計(jì)中采用LC并聯(lián)諧振回路使回路諧振在輸入信號(hào)頻率上。 </p><p>　　圖5-2中RL為外接負(fù)載，呈阻抗性。L7 和 C19、C21 為 T型匹配網(wǎng)絡(luò)，與 RL 組成并聯(lián)諧振回路。調(diào)節(jié) C19、C21 使回路諧振在輸入信號(hào)頻率。 VBB為基極偏置電

27、壓，使功率管 Q 點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)，以實(shí)現(xiàn)丙類工作。</p><p>　　本設(shè)計(jì)電路中由于晶體管3DA21A輸入阻抗與前級(jí)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(luò)（C18、C20、L6），在放大器輸出的與負(fù)載之間也加入T型匹配網(wǎng)絡(luò)（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(yīng)為計(jì)算值的2～3倍。實(shí)現(xiàn)功率放大。最后通過(guò)匹

28、配網(wǎng)絡(luò)匹配后就可產(chǎn)生用于天線發(fā)送的調(diào)相波。</p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)星期左右，通過(guò)這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。  </p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)在是太難了，此刻我深刻的認(rèn)識(shí)到了資料的重要性，通過(guò)一次次的上網(wǎng)查資料，一遍遍的翻看課本和實(shí)驗(yàn)教程，我終于把課程設(shè)計(jì)做完了，那一刻的喜悅是無(wú)可比擬 的，這是只有努力過(guò)才知道的喜悅。  </p><p>　　在這個(gè)過(guò)程中，我也曾經(jīng)因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)的缺乏失落過(guò)，也曾經(jīng)因?yàn)檎业接杏玫馁Y料而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)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(jiǎn)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(kāi)發(fā)的技術(shù)前輩，意識(shí)到老一輩對(duì)我們社會(huì)的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣?huì)所付出多少心血。真正的認(rèn)識(shí)到他們是多么的令人尊敬。 </p><p>　　對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無(wú)止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)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(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</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(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試》，華中理工大學(xué)出版社。</p>