调幅发射机

武汉理工大学《高频电子线路课程》书 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 杨福宝 工作单位： 信息工程学院 题 目: 调幅发射机 初始条件： 可选元件：三极管、电感 仿真软件：multisim软件 要求完成的主要任务: 1、 掌握小功率调幅发射机原理； 2、 设计出实现调幅功能的电路图； 3、 应用multisim软件对所设计电路进行仿真验证 时间安排： 1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料； 2、课程设计时间为1周。 （1）确定技术、电路，并进行分析计算， 时间1天； （2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天； （3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录 3摘要 4Abstract 51.前言 62.调幅发射机的设计及其原理框图 62.1方案选择 62.2 功率分配及电源电压的确定 62.3 各级晶体管的选择 72.4 放大级晶体管的选择 83.调幅发射机的电路形成及工作原理 83.1高频振荡器电路 93.2隔离放大电路 103.3受调放大级电路 113.4传输线与天线 124.调幅发射机各级电路的计算及调试 124.1各级电路的计算 124.1.1被调级参数的参数 124.1.2放大级的计算 134.2电路的调试 134.2.1本振级调试 134.2.2放大级调整 134.2.3末级调试 144.2.4统调 155．Multisim仿真 19 20.参考文献 21元件清单 22实验原理电路图 摘要 小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。 本课设结合Multisim软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试进行研究。Multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Multisim软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统 ，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。使用Multisim、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。 本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调幅发射机。 关键字：小功率调幅发射机、MULTISIM仿真、振荡电路、调制电路、功率放大器。 Abstract Low-power AM transmitters commonly used in communications systems and other radio systems, especially in the area of MW and SW radio communication has been more widely used. The reason is simple AM transmitter to achieve amplitude modulation frequency band occupied by narrow, and the corresponding AM reception equipment and straightforward, it is widely used in broadcast AM transmitter fired. Multisim software to set up this lesson with the small-power AM transmitter circuit design and debugging of ways. Multisim software can go from concept design to the electrical output of the physical production data, as well as in between all the analysis, validation, and design data management. Today's Multisim software is not a simple design tool, but a system, which covers the core to simulate all the physical design. The use of Multisim, and other computer-aided design software products for a long time ago had become a trend, the advent of such software is also greatly improved the design staff in machinery, electronics and other industries of the product design quality and efficiency. This topic is designed to require low-power AM to grasp the basic launch system design and installation of the circuit at all levels to explore in detail, using Multisim software simulation designed a low-power AM transmitters. Keywords: low-power AM transmitters, MULTISIM simulation, oscillation circuit, modulation circuit, power amplifier. 1.前言 无线发射机在其中占据着重要地位，发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。 当今时代，信息技术发展迅猛，更新换代明显加快，尤其是无线技术创新活跃，各类技术加快发展和融合，新技术新应用层出不穷，向社会各部门各行业各领域的渗透日益广泛深入。目前，移动通信、卫星通信、雷达导航、遥控遥测、射电天文等40多种无线电业务，已在我国通信、广播、电视、国防、安全、铁路、交通、航空、航天、气象、渔业、科研等多个行业和部门得到广泛应用。据不完全统计，截止2006年底，我国各类无线电台站总数达到260多万个，双向卫星通信地球站1.3万个，广播和短波电台4.6万个，微波站4.8万个，在用静止卫星18颗，非静止卫星7颗，卫星通信网络170个(双向、单向)。作为频率使用最多的行业，移动通信发展十分迅速，目前用户数已达到5.1亿。其它各类专业无线电通信、广播、无线电定位、遥控遥测等业务也得到了很大的发展。无线技术的迅猛发展和广泛应用，正在深刻地影响和改变着人们的工作、学习和生活方式，在推动经济社会发展和信息化建设中发挥着越来越重要的作用。 通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和调制部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主震器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用适应晶体振荡器，并在它后面发上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。 低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。 调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡信号上去的过程。所以末级高频功率放大级称为受调放大器。 2.调幅发射机的设计及其原理框图 2.1方案选择 本发射机工作频率为7MHz，输出载波频率为0.5W。该结构由主振、放大和被调级构成。 由于晶体稳定性好，Q值很高，故频率稳定度也很高。因此，主振级采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。 末级采用串联馈电的方式。由于电源靠近的一端，杂散电容小，从而对回路的影响也小，使电路稳定工作。为了有较高的效率，本级采用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。 由于本机输出载波功率为0.5W，所以，只需要一级功率放大器就能达到要求；而其工作在较低的7MHz频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度高，无需进行倍频。为了提高工作效率，采用丙类集电极调幅方式。因而，本机由最基本的发射机所应有的三级构成。 2.2 功率分配及电源电压的确定 本机输出的最大功率P0=2W。设输出变压器的效率n=0.8，则末级功率放大器最大输出功率为P0=2.5W，取功率放大器管功率增益为Ap=13dB(20倍)，则末级的最大激励功率应为125mW，而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。 对于小型发射机，电源电压一般为9-15V，所以取标准电源12V。 2.3 各级晶体管的选择 一般选取晶体管的原则是BVceo、PCM、ICM必须满足要求。末级功率放大器管：工作频率为7MHz，最大输出功率为2.5W，且集电极瞬时电压最大值为Vc=Vcm+Vm+Vcc=(Vm+Vc)*Vm+Vc=Vc(1+ma)*(n+1)。 当ma=1，n=1时，Vcmax=4*Vcc=48V，可选用3DA1B，其参数为：BVceo≥50V，Pcm=7.5W，Icm=0.75A，f=70MHz≥10f0，Ap=13dB。 2.4 放大级晶体管的选择 集电极输出的功率为145.25mW，若取Ap=10dB(10倍)，则末级激励功率为156.24mW/10=15.6mW，可选择参数Icm=300mA，fT≥200MHz，BVceo≥45V，Pcm=0.7W的放大级管子。 2.5调幅发射机方框图 图2-1 调幅发射机的方框图 3.调幅发射机的电路形成及工作原理 3.1 高频振荡器电路 电路如图2所示，振荡器是无线电发射的心脏部分高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波，它的频率叫做载频。 由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。因此，主振级（高频振荡器）采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。此电路中其工作在较低的7MHZ频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而其频率稳定度高，无须进行倍频。 频率输出需要通过C4微调。C1、C2为回路电容，改变C8可以改变耦合度，R1、R2为偏置电阻，R3为集电极负载电阻，R4为发射极电阻，C3为旁路所输出的波形如图3所示： 图3-1 高频振荡电路部分 图3-2 高频振荡器输出波形 3.2隔离放大电路 图3-3 隔离放大电路部分 电路如图4所示。该电路采用自给负偏压方式，通过R4可改变电位器改变负偏压大小。回路谐振在工作频率，通过改变变压器B1耦合输出。Z2、Z3为高频扼流圈，C10为旁路电容，C11、C12为回路电容，C16、C17为耦合电容，C14、C15为电源退耦电容。 隔离放大级的输出波形如图3-4所示： 图3-4隔离放大其输出波形 图5与图3的区别是输出波形幅度变大，而频率不变。 3.3受调放大级电路 图3-5受调放大级电路部分 电路如图6所示。末级采用串联馈电的方式。未来有较高的效率，本级利用集电极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。为加强耦合度，可在变压器初次级之间接一个小耦合电容C22、C20和C21为回路电容。 3.4传输线与天线 这部分的作用是把已调高频信号由传输线送至天线，变成电磁波，辐射到空间去，实现无限电波的发射。 4.调幅发射机各级电路的计算及调试 4.1各级电路的计算 4.1.1被调级参数的参数 已知条件：Vcc= 12V，f0=7mHZ，Q1=5，P0=0.5W,RL=51,hef=10，Q0=150，系数P1=0.15,P2=0.2。三极管型号3DAIB。通过计算，可得： Ic1m=0.104A，Icm=0.238A，Ico=0.06A PD=Ico*Vcc=0.72W Pc=PD-Po’=0.098W C=Po’/PD=86.8% Ap=10log10(Po’/PD)=13dB(20倍) 所以，激励功率Pi=Po’/20=31.25mW Ibm=Icm/hfe=0.0238A Ib1m=0.01A Vbm=2*Pi/Ib1m=6.24V Vbb=VBZ-Vbm*cos1V Ibo=6mA R5=|Vbb|/Ibo=310.标称值可取R5=390 可变电压。 取耦合电容C22=8pf，旁路电容C18=C19=0.033 F,高频扼流圈Z4=Z5=100H,从而得到各项功率的计算。 4.1.2放大级的计算 已知条件：Vcc=12V，f0=7mHZ，末级激励功P1=31.25mW系数P1=0.2,P2=0.4管选3DG12B，其Ap=10，Cb’c=15pF。同理，取C12=85.5Pf,则L2=6H,用Q表测得其圈数n=12匝，n1=P1*n=2匝，n2=P2*n=5匝。C0=2*Cb’c=30pF,折合到回路上从而算出回路所需的电容为80.8pF.若取C12=68pF,C11=0.25pF,RR=1K ，C14=0.047 F,C15=100 F,Z3=Z2=100 H,C10=0.033F. 震荡级的计算 已知条件：Vcc=12V，f0=7mHZ，选晶体型号为3DG12B,其放大倍数IcQ=3Ma,VceQ=6V,VeQ=0.2Vcc.从而通过计算可得;R3=1.2K R4=800,取标称值R4=810,BQ=0.06mA,R2=5.1K,R1=15K。可取R1=10 +10的电位器调整偏置。取C4=0.25Pf，C5=20Pf，则F=0.5mA，C4//C5<