电子线路课程设计--小功率调幅AM发射机设计.docx

电子线路课程设计电3铁路锦程被什小功率调幅AM发射机设计学院：电子信息工程学院班级：通信121班小功率调幅AM发射机设计（理论部分）摘要：电路由克拉泼振荡电路、音频放大电路、集电极调幅电路、高频功放四部分组成。通过克拉泼振荡产生频稳度较高的IOM/高频载波信号与输入低频调制信号经运算放大器进行放大后的调制信号经过集电极调幅电路输出可调调幅度的调幅波，最后通过高频功率放大电路后获得功率较高的提供发射机输出的调幅波。该电路在电路简单的前提下，使用较少的集成电路，可大大降低制作成本，是简单调幅发射机的一个可取的方案。关键词：调幅；高频载波；低频调制；谐振功放1.ow-PowerAMTransmitterAbstract：ConsistingofClapposcillation,low-frequencyamplifier,high-frequencypoweramplifierandAMcollectorcircuit,thecircuitoutputsAMsignalwithhighamplitudemodulationdegree.Thehigh-frequencycarriersignalon10MHzgeneratedwithahighfrequencystabilitybyTheClapposcillator,andthelow-frequencymodulatedsignalamplifiedbytheoperationalamplifierasinputthroughAMcollectorcircuit,outputsAMsignalwithchangeableamplitudemodulationdegree.Finally,high-frequencypoweramplifierenlargetheAMsignalonpower.Withsimplestructure,hardlyusingICandsavingproductioncosts,thecircuitispreferredprogramforsimpleAMtransmitter.Keywords：AM;Carrierwave;Modulation;Resonance1 .课程设计的任务及要求1.1 任务内容（1）、完成“小功率调幅AM发射机”的理论设计。（2）、电路形式不限，原则上少用或不用集成电路，以体现单元电路设计水平。1.2 技术指标项目要求载波频率/o=IOMHZ输出功率PO200mlV负载阻抗Ra=50。输出信号带宽WB=9KHz残波辐射40dB单音调幅系数na=0.8平均调幅系数ma0.3发射效率50%2 .系统方案选择本电路可通过电路自身振荡产生/o=IOMHZ的载波信号，可根据后续电路电压幅值的要求增设高频谐振放大电路。为了实现调制信号的产生，可通过电路自身产生音频信号，也可外接信号源，为了更方便调节电路调幅度，可增设一节音频放大电路。为了产生已调信号，需使用调制电路，最后产生调幅波，再经高频放大电路可提高信号输出功率及电压幅度，以便更好地进行信号发射。总结后可得如下系统设计框图如图2-1所示：图2-1低电平调幅电路系统框图对于高电平调幅（如集电极调幅）电路而言，最后输出电压及功率在能达到发射条件的情况下，可省去末级高频功率放大电路，系统框图如图2-2所示。图2-2高电平调幅电路系统框图3 .单元电路设计分析及参数计算由上述方案所述，该电路的单元电路可大致分为四个部分：载波振荡电路、音频放大电路、振幅调制电路。下面对每个单元电路进行分析与选择：载波振荡电路1.C振荡电路的选择1.C三点式振荡器又可分为电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好，这是因为电容三点式振荡器中，反馈是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小，输出中高频谐波小；而在电感三点式振荡器中，反馈是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的反馈压降较大，输出中高频谐波较大，干扰有用信号。另外，电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高，这是因为在电感三点式振荡器中，晶体管的极间电容与回路电感相并联，在频率高时可能改变电抗的性质；在电容三点式振荡器中，极间电容与电容并联，频率变化不改变电抗的性质，因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高，波段范围要求不宽的前提下，可以采用克拉泼或西勒电路，频率稳定度要求较高的情况下，可以采用晶体振荡电路。在满足设计要求的前提下，本次电路设计采用克拉泼振荡电路。(1)、晶体三级管的选择从稳频的角度出发，应选择>(310)1m”,同时希望电流放大系数大些，这既容易振荡，也便于减小晶体管和外来之耦合。虽然不要求振荡器中的晶体管输出多大功率，但考虑到稳频等因素，晶体管的额定功率也应该有足够的余量。由于Zimax=IOMHz,因此应取Zr>100MHz，由于晶体三极管2N2222A的斤>300M,且其=75,具有较大电流增益。(2)、直流馈电电路的选择为保证振荡器起振的振幅条件，起始工作点应设置在线性放大区；从稳频出发，稳定状态应在截至区，而不应在饱和区，否则回路的有载品质因数将降低。所以，通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区，电路应采用自偏置。对于小功率晶体管，集电极静态电流/c、l4mA0(3)、振荡回路元件的选择从稳频出发，振荡回路电容C应尽可能大，但C过大，不利于波段工作；电感L也应尽可能大，但L大后，体积大，分布电容大，L过小，回路的品质因数过小，因此应合理地选择回路地C、Lo在短波范围，C一般取几十至几百皮法，L一般取0.1至几十微亨。(4)、反馈回路元件的选择由前述可知，为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振，在静态工作点通常应选择YfRLF=35(3.1.1)当静态工作点确定后，的值就一定，对于小功率管可近似为(3.1.2)ICQ26mV反馈系数F的大小应在0.10.5范围选择。(5)、电路测试及参数计算使用Multisim仿真软件搭建克拉泼振荡电路如图3-1所示，仿真后可产生如图图3-1克拉泼振荡电路图3-2克拉泼振荡器振荡频率490 7 490 9y 491 川 491 却 491 491 小Time (S)图3-3克拉泼振荡器输出波形ChSnne-IB Vo-Iage-4(>elo>4 Wuue83.1.1, 缓冲级电路故在振荡电路后接入一级电压为了避免振荡电路受到后级调制电路的影响,跟随器，其电压增益即可以在基本不改变其输出电压的前提下，进而减少电路间的干扰。具体电路如图3-4所示，输出仿真波形如图3-5所示。XSCl3354m77m320 Om«77m975 4m426 5u力。'n42554257)1425 9 4261426*ln(s)图3-5缓冲级输出波形ChanneLB VQtag<) i4mOm-9754m3.2 音频放大电路本电路使用的原始音频信号为外加信号，若加入固定幅值的的音频信号（如力.P=2V,=lc）,可采用集成放大器（本电路使用LM358放大器）构成正反馈电路，可完成音频信号幅值可调放大，而对频率没有任何影响。图3-6音频放大电路按如图3-6所示搭建电路，原始音频信号波形如图3-7所示，放大后波形如图3-8所示。100 0020m40m60m80m IOOmTime(S)ChanneLBVO - tagelv) 1005.00.0-50-10.07 3 0 3 7 $ 3 Q-3e>)&8|0><不£96150图3-7原始音频信号波形及频率Time (s)图3-8放大音频信号波形及频率ChanneLB VotagA<)999 999 HzSensrtMty (RMS) OTnggerlevd3.3 振幅调制电路振幅调制电路是无线电发射机的重要组成部分。按其功率的高低，振幅调制电路可分为高电平调制电路和低电平调制电路两大类。前者至于发射机末端，要求产生功率足够大的己调信号，后者置于发射机的前端，产生小功率的己调信号，而后通过多级线性功率放大器放大到所需的发射功率。低电平调幅电路一般主要用于DSB和SSB调制，其主要优点是调制线性好，载波抑制能力强，然而对于功率和效率的要求则是次要的，对于此次设计，对功率有Po200nlV,50%,因此为了功率与效率能满足要求，且低电平调幅主要采用集成芯片(如MC1496)等，为了电路简单则尽量避免使用集成芯片，故选择高电平调g高电平调幅电路不用采用效率较低的线性功率放大器，这对提高发射机整体效率是有利的。高电平调幅电路广泛采用高效率的丙类谐振功率放大器，根据谐振功放的集电极调制特性，将调制信号加在集电极上，控制输出功率而构成集电极调幅电路；根据谐振功放的基极调制特性，将调制信号加到基极上，控制输出功率而构成基极调幅电路。C2V29.6 Vpk 10kHz 02N2222AC1 ：0.1pFV4ll-12 V图3-9集电极调幅电路图3-10集电极调制特性此次课程设计的振幅调制电路部分采用了高电平调幅电路中的集电极调幅电路，如图3-9所示。高频载波信号UC仍从基极馈入，而调制信号如加在集电极回路。与串接，可将其看作一个缓慢变化的集电极偏置电源UC+%。由图3T0所示的集电极调制特性曲线可以看出，负载RL一定时，若心较大时，放大器工作在欠压状态，基波电流分量如随L变化很小；而当片较小时，放大器工作在过压状态，随着/变化，后随即线性增大，使得集电极电压对集电极电流起着较强的控制作用。因此当UQ与共同作用时.，集电极电流脉冲的高度和凹陷程度均随UC的变化而变化，其基波分量如也跟着变化，从而实现调幅的功能，经过输出谐振回路的滤波作用，在放大器输出端，输出载波信号的包络则反映了调制信号的波形变化，通过改变调制信号UC的幅值则可改变调幅波的调幅度ma，如：设%m=9.6，则调幅波如图3-11所示。1.09.3(>elo> <l-cro500.0m -0.0-5CX).0m-1.0972230.3363.4496.5Time (s)629.72.9266.1m-6 79.97628Channe-IB vtage<)图3-11输出调幅波波形由于电路输出功率极低，因此需在之后增设一级高频功率放大电路。3.4 高频功率放大电路功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类（推挽电路）、丙类功放，根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。采用低电平调幅电路的系统，由于调制器输出信号为调幅波，其后的功率放大器必须是线性的（如甲类、甲乙类或乙类功放）；而采用高电平调幅的系统，则在末级直接产生达到输出功率要求的调幅波，多以丙类放大器作为此时的末级电路。高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通常采用丙类功率放大器，如果一级不能满足指标要求，可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。由于本次设计的调制电路为集电极调幅电路，因此可直接在其输出端接入一级丙类谐振功放如图3-12所示，仿真结果如图3-13o图3-