高頻課程設(shè)計-調(diào)相放大器

1、<p>　設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求</p><p>　一、設(shè)計內(nèi)容1、單頻調(diào)相放大器設(shè)計2、以多級變?nèi)荻O管調(diào)相模塊為核心，完成調(diào)制信號產(chǎn)生、放大、調(diào)相和功率真放大器電路的設(shè)計3、相關(guān)元件參數(shù)及元件選擇要求。二、總體要求1、給出具體設(shè)計思路和系統(tǒng)實現(xiàn)的框圖，系統(tǒng)總體框圖打印出圖紙。2、給出調(diào)制信號產(chǎn)生、放大、調(diào)相和功率真放大器電路的具體實現(xiàn)電路，說明其工作原理；對選擇回路或濾波器給出元件參數(shù)要求。3、編寫設(shè)計

2、說明書，所有圖紙和說明書均用16K紙打印。三、電路指標(biāo)要求1、調(diào)制信號頻率1000HZ2、載波頻率為10MHZ3、最大相偏：4、回路空載品質(zhì)因素Q0=100四、給定條件1、+VCC=8~12V2、主要器件：變?nèi)荻O管、三極管、電阻、電容、電感若干。</p><p>　主要設(shè)計條件</p><p>　1、提供直流電源一臺；2、其它必要的儀器和連接導(dǎo)線等；3、計算機。</p>&

3、lt;p>　說明書格式</p><p>　1、課程設(shè)計封面；2、任務(wù)書；3、說明書目錄；4、設(shè)計總體思路及系統(tǒng)框圖；5、電路設(shè)計；6、總結(jié)與體會；7、附錄；10、參考文獻；8、電路器件連接總圖。</p><p>　進度安排</p><p>　十五周星期一上午：下達設(shè)計任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求；十五周星期一下午至星期三上午：查找資料，確定總體設(shè)計方案，畫出整機

4、原理圖草圖；十五周星期三下午至星期五：具體電路設(shè)計；十六周星期一上午至星期星期五上午書寫設(shè)計報告打印出圖紙。十六周星期五下午：答辯。 </p><p>　參考文獻</p><p>　1. 張肅文主編.，《高頻電子線路》，高等教育出版社.。2. 謝自美主編，《電子線路設(shè)計、實驗、測試》，華中理工大學(xué)出版社。3. 沈偉慈主編，《通信電路》，西安電子科技大學(xué)出版社。</p><

5、;p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、總體設(shè)計思路、基本原理和組成1</p><p><b>　　1.總體思路1</b></p><p><b>　　2.基本原理1</b></p><p><b>　　3.系統(tǒng)組成2</b&

6、gt;</p><p>　　二、單元電路設(shè)計3</p><p>　　1. 載波信號10MHz產(chǎn)生電路3</p><p>　　2. 調(diào)制信號1000Hz產(chǎn)生電路5</p><p>　　3. 前置放大電路6</p><p><b>　　4. 調(diào)相電路7</b></p><

7、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13</p><p><b>　　四、參考文獻14</b></p><p><b>　　五、附 錄15</b></p><p>　　電路器件連接總圖15</p><p><

8、b>　　六、評分表16</b></p><p>　　一、總體設(shè)計思路、基本原理和組成</p><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)相波的瞬時相位的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系,調(diào)頻波的瞬時頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系。正弦載波的瞬時

9、相位隨調(diào)制信號而變化的調(diào)制，簡稱調(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)制信號直接改變諧振回路的參數(shù)，使載波（受調(diào)波）信號通過回路時產(chǎn)生相移而形成調(diào)相波?，F(xiàn)介紹這么一種簡易的相位調(diào)制電路，該電路的調(diào)制信號由RC橋式震蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)放大后和載波信號經(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)過功率放大，最后通過匹配網(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>&l

10、t;b>　　2.基本原理</b></p><p>　　低頻調(diào)制信號頻率為1000Hz，可用RC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(gòu)成并聯(lián)型晶體振蕩器。相位調(diào)制是通過一個可控相移網(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,即實現(xiàn)調(diào)相。高頻載波信號由晶體震蕩

11、器產(chǎn)生，低頻調(diào)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(luò)，可控相移網(wǎng)絡(luò)以多級變?nèi)荻O管調(diào)相模塊為核心進行相位調(diào)制。最后調(diào)相后的信號經(jīng)功率放大后輸出。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)組成</b></p><p><b>　　二、單元電路設(shè)計</b></p><p>　　1. 載波信號10MHz產(chǎn)生

12、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

13、件接在Q1基極與集電極之間，構(gòu)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C18為加入的微調(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晶體震蕩電路 圖1-2 交流等效電路</p><p>　　石英晶振的阻抗頻率特性：</p>

14、<p>　　石英晶振的符號和等效電路如圖1-3所示：</p><p>　　圖1-3 石英晶振及等效電路</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><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，

15、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。電抗頻率特性曲線如圖1-4所示：</p><p>　　圖1-4 石英晶振的電抗頻率特性</p><p><b>　　并聯(lián)諧振頻率：</b></p><p>　　2. 調(diào)制信號1000Hz產(chǎn)生電路</p><p>　　調(diào)制信號頻率為

16、1000Hz，可用低頻RC橋式震蕩電路產(chǎn)生。電路如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 1000Hz RC橋式震蕩電路</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接在運算放大器的輸出端和反向輸入端之間，與運放一起構(gòu)成負(fù)反饋放大電路。</p><p&g

17、t;　　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）>2R8；</p><p><b>　　相位起振條件：；</b></p><p>　　所以取R6+R7=15.3k，R8=6.2k，</p><p>　　震蕩頻率f=1000Hz，，</p><p>　　

18、取R4=R5=16K，則C8=C9=10nF，即可產(chǎn)生頻率為1000Hz的正弦信號。</p><p>　　穩(wěn)幅過程：圖2-1中二極管D1，D2用以改善輸出電壓波形，穩(wěn)定輸出幅度。起振時，由于運放輸出電壓很低，D1，D2接近開路，R6，D1，D2并聯(lián)電路的等效電阻近似等于R6，|AF|>1，電路產(chǎn)生震蕩，隨著運放輸出電壓的增大，當(dāng)R6上的分壓超過二極管正向?qū)妷簳r，流過R6上電流被分流，負(fù)反饋支路反饋系數(shù)增

19、大，迫使|AF|逐漸等于1，最終電路進入穩(wěn)幅工作狀態(tài)。</p><p><b>　　3. 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)信號的放大。使發(fā)射極正偏：Vb>Ve，且Vbe>

20、;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>　　4. 調(diào)相電路</b></p><p>　　本設(shè)計要求最大相偏為，由于單級變?nèi)荻O管調(diào)相電路最大相偏為，所以得采用三級單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路，擴大相偏，

21、最大相偏。電路如下圖所示。</p><p>　　圖4-1 變?nèi)荻O管調(diào)相電路</p><p>　　4.1變?nèi)荻O管調(diào)相電路組成</p><p>　　電路及等效電路如圖所示：</p><p>　　圖4-1-1變?nèi)荻O管調(diào)相電路 圖4-1-2 等效電路</p><p>　　當(dāng)時，即時，即構(gòu)成調(diào)相電路。</p&

22、gt;<p><b>　　4.2工作原理</b></p><p>　?。?）當(dāng)時，變?nèi)荻O管反向電壓，諧振回路諧振頻率為。</p><p>　　輸出電壓與輸入電壓同相。</p><p>　　（2）當(dāng)時，變?nèi)荻O管反向電壓加大，</p><p>　　減小，諧振回路諧振頻率為</p><p&

23、gt;<b>　　輸出電壓的相位為。</b></p><p>　　（3）當(dāng)時，變?nèi)荻O管反向電壓減小，增大，諧振回路諧振頻率為</p><p><b>　　輸出電壓的相位為。</b></p><p>　　附加相移在調(diào)制信號控制下變化，導(dǎo)致輸出電壓的相位也隨調(diào)制信號變化，從而實現(xiàn)調(diào)相。</p><p>

24、;<b>　　4.3調(diào)相分析</b></p><p><b>　　設(shè)輸入載波信號</b></p><p><b>　　調(diào)制信號</b></p><p>　　變?nèi)荻O管作為回路總電容，當(dāng)m很小時，回路的諧振頻率為：</p><p><b>　　輸出電壓： </b&

25、gt;</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(diào)相的條件：</p><p>　　5. 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，所以得對產(chǎn)生的調(diào)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

26、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</p><p><b>　　圖5-2 等效電路</b></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，濾除或抑制無用信號，以保證放大器工作在要求的狀態(tài)，即起到阻抗變換的作用，又可以抑制工作頻率

27、范圍以外的頻率。本設(shè)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(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頻率。 VBB為基極偏置電壓，使功率管 Q 點設(shè)在截止區(qū)，以實現(xiàn)丙類工作。</p><p><b>　　工作原理：</b>&l

28、t;/p><p>　　在Vs產(chǎn)生激勵電流為作用下 ,看各極電壓電流波形如圖5-3所示：</p><p>　　圖5-3 各電極電壓電路波形圖</p><p>　　Ib的波形為一串余弦脈沖 </p><p>　　Ic的波形為一串余弦脈沖</p><p><b>　　稱為電流分解系數(shù)</b></p&

29、gt;<p>　　V b的波形為余弦波</p><p><b>　　V be</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　Vce的波形為余弦波 </p><p>　　因負(fù)載是具有選頻作用的Lr、Cr并諧回路； </p><p><

30、;b>　　所以 </b></p><p>　　工作原理描述：在 i s為余弦信號的激勵下,丙類諧振功放的 ib，ic均是余弦脈沖，而 Vb, V c是完整的余弦波。（因為輸入輸出均為LC 選頻網(wǎng)絡(luò)）。</p><p>　　本設(shè)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(luò)（C18、C20、L6），在放大器輸出的與負(fù)載之間也

31、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)為計算值的2～3倍。</p><p><b>　　三、總結(jié)與體會</b></p><p>　　本次課程設(shè)計歷時二個星期多左右，通過這二個星期的學(xué)習(xí)，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

32、力還急需提高。 </p><p>　　這次的課程設(shè)計也讓我看到了團隊的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時候，大家就分配好了各自的任務(wù)，大家有的繪制原理圖，進行仿真實驗，有的積極查詢相關(guān)資料，并且經(jīng)常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設(shè)計中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作

33、是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設(shè)計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。 </p><p>　　在這個過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費了我們不少的心血，這就讓我不得不佩服專門搞高頻線路開發(fā)的技術(shù)前輩，才意識到老一輩對我們社會的付出，為了人們

34、的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣冻龆嗌傩难。?</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我想說：為完成這次課程設(shè)計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和團隊人員這十幾天的一起工作的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的實習(xí)，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了。這個工程確實很累，但當(dāng)我們仿真實驗成功的時候，我們的心中就不免興奮，不免激動。以前種種艱辛這時就變成

35、了最甜美的回憶！ </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(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠(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(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！ </p><p><b>　　四、參考文獻</b></p&g

36、t;<p>　　1. 張肅文主編，《高頻電子線路》，高等教育出版社。</p><p>　　2. 高吉祥主編，《高頻電子線路》，電子工業(yè)出版社。</p><p>　　3. 謝自美主編，《電子線路設(shè)計、實驗、測試》，華中理工大學(xué)出版社。</p><p>　　4. 沈偉慈主編，《通信電路》，西安電子科技大學(xué)出版社。</p><p>&

37、lt;b>　　五、附 錄</b></p><p><b>　　電路器件連接總圖</b></p><p><b>　　六、評分表</b></p><p><b>　　課程設(shè)計評分表</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：________________&l