哈工大高频课设模版5解读.docx

哈工大高频课设模版5解读.docx

《哈工大高频课设模版5解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大高频课设模版5解读.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

哈工大高频课设模版5解读

一、前言

随着科学技术的不断发展，科技越来越改变我们的生活。

在这信息时代，通信技术对我们生活的影响更是无处不在。

这学期，我们学习了《通信电子线路》这门课，让我的对整个通信系统有了更详细和全面的了解和认识。

通过本次课程设计，可以检验自己的理论知识学习情况，同时也能对中波电台系统进行更深入地学习和研究，提高自己的运用理论知识能力和设计能力。

二、课设任务书及技术指标

1.中波电台发射系统设计

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调试。

技术指标：

载波频率535-1605KHz，载波频率稳定度不低于10-3，输出负载51Ω，总的输出功率50mW，调幅指数30％~80％。

调制频率500Hz~10kHz。

本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。

所提供的芯片仅供参考，可以选择其他替代芯片。

高频小功率晶体管3DG6

高频小功率晶体管3DG12

集成模拟乘法器XCC，MC1496

高频磁环NXO-100

运算放大器μA74l

集成振荡电路E16483

2.中波电台接收系统设计

本课题的设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。

任务：

AM调幅接收系统设计主要技术指标：

载波频率535-1605KHz，中频频率465KHz，输出功率0.25W，负载电阻8Ω，灵敏度1mV。

本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。

所提供的芯片仅供参考，可以选择其他替代芯片。

晶体三极管3DG6

晶体二极管2AP9

集成模拟乘法器xCC，MCl496

中周10A型

单片调幅接收集成电路TA7641BP

三、发射系统

3.1发射机设计原理及框图

发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频信号的调制，将其变为在某一中心频率的载波上具有一定的宽带，并适用于天线发射的电磁波。

一般，发射机包括三大部分：

高频部分、低频部分和电源部分。

高频部分主要包括主振器、缓冲器、模拟乘法调制电路和功率放大器。

主振器的功能是产生频率稳定的高频载波。

为了满足设计的技术指标，本设计中采用希勒振荡器。

缓冲器的功能则是避免后边电路对主振器的影响。

模拟乘法调制电路则是实现低频对高频的调制。

高频功率放大的作用是将已调高频信号进行功率放大以达到想要的功率。

低频部分包括低频信号和低频放大器。

调幅发射机的原理框图如图所示：

3.2单元电路与仿真结果

3.2.1主振器模块设计与仿真

主振器电路输出的是发射机的载波信号，本课设的发射机要求的技术指标是载波频率稳定度不低于10-3，故选用希勒振荡器结构，以满足要求。

电路原理图如下：

静态工作点的设置：

由R1、R2、R3和R4为三极管提供偏置电压和电流，同时要考虑到避免底部失真和削顶失真的出现，经调试，取，，对应的偏置电阻R1、R2、R3、R4分别取、、、，三极管放大倍数约为60倍。

电感L2为高频扼流圈，颖应采用较大的电感，这里取20mH。

谐振回路的计算：

谐振频率计算公式：

当C2>>C4,C3>>C4时，

起振条件是：

AF>1,其中F=C3/C4。

根据任务要求，这里振荡频率取1MHz，L2取100uH，

根据，可以的得出C4+C5=252pF。

仿真时，得出的频率有些偏差，又稍微调整下，最终频率稳定在1.001MHz左右。

Multisim仿真结果：

3.2.2缓冲器的设计与仿真

为了减小级间电路的互相影响，通常会在中间插入缓冲隔离器。

本设计的缓冲器采用设计跟随器形式，电路图如下：

计算过程如下：

一般情况下，，这里取，

则

对应，，R1取10，则R2约为。

Multisim仿真结果：

3.2.3低频放大器设计与仿真

本部分电路是将较弱的低频输入信号进行放大，然后输入到调制电路中。

本设计采用3554BM运放块构成的反馈式放大器，电路图如下：

计算过程：

根据运放的“虚断”“虚短”，可得放大倍数。

Multisim仿真结果：

注：

最开始使用uA741运放块，其他电路跟此电路一样，但是仿真结果则是不正确的，输出的结果有波形，但还没有输入的信号大，尝试几次依然找不到原因，后来换成3554BM运放块则正常。

3.2.4调幅调制模块设计与仿真

本部分采用的核心器件是MC1496模拟乘法器，但Multisim12中并没有此器件，故自己根据ＭＣ１４９６的内部电路，搭建了一个子电路，并进行封装。

其内部电路图如下：

设输入信号，，则MC1496乘法器的输出U0与反馈电阻RE及输入信号、的幅值有关。

①不接负反馈电阻（脚2和3短接）

、和皆为小信号时，由于三对差分放大器均工作在线性放大状态，则输出电压U0可近似表示为

（3.2.4-1）

式中，——乘法器的乘积系数，与器件外接元件参数有关，即

（3.2.4-2）

式中，——温度的电压当量，当T=300K时，

——输出负载电阻。

式（3.2.4-1）表明，输入均为小信号时，MC1496可近似为一理想乘法器。

输出信号中只包含两个输入信号的和频与差频分量。

、为小信号，为大信号（大于100mV）时，由于双差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波，乘法器的输出电压可近似表示为

（n为奇数）（3.2.4-3）

输出信号中包含、、………等频率分量。

②接入负反馈电阻

由于的接入，扩展了的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由决定，分析表明：

ａ、当为小信号时，输出电压可表示为

（3.2.4-4）

式中（3.2.4-5）

接入负反馈电阻后，为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号中只包含两个输入信号的和频与差频。

ｂ、当为大信号时，输出电压可近似表示为

（3.2.4-6）

上式表明，为大信号时，输出电压与输入信号无关。

通过查阅相关文献资料，了解到MC1496用于AM调制的外部经典电路，所以此部分的的设计电路图如下：

Multisim仿真结果：

调节电位器R15，最终使ma=（115-31）/（115+31）=57.5%

3.2.5高频功率放大器设计与仿真

本高频功率放大器由丙类功率放大器和选频网络组成，以达到要求的输出功率。

电路图如下：

但是仿真结果是错误的，经过多次调试和改进，仍然不能实现想要的功率放大输出，最后改用普通的甲类放大，虽然效率没有丙类的高，但仍然可以通过逐级放大达到要求的功率输出。

甲类高频放大器电路图：

4、接收机系统

4.1设计基本原理及框图

接收机的主要任务是从已调制的AM波中解调出原始的有用信号，主要由输入电路、高频小信号放大电路、本机振荡电路、混频电路、中频放大电路、检波电路、低频放大电路以及低频功率放大电路组成。

本设计采用超外差式接收机，输入电路将空气中的许多无线电磁波通过选频网络选出想要的信号，由于信号较弱，所以需要进行高频小信号放大，然后送进混频器中与本地振荡器进行混频，并进行选频网络选出固定的中频信号，我国规定为465KHz。

中频放大器的作用则是将中频条幅信号放大到检波器所要求的大小。

由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给低频放大器，进行放大，再由低频功率放大器将音频信号放大到足以推动扬声器的功率大小，最终还原出原始声音，以达到通信的目的。

超外差接收机的原理框图如下：

高频小信号放大

低频放大器

本机振荡

检波器

中频放大器

混频器

4.2各单元电路设计与仿真结果

4.2.1本机振荡设计与仿真

为了与发射机高频载波混频取差频得到465KHz，在接收机端的本机振荡频率则应满足本机振荡频率与载波频率1MHz的差的绝对值为465KHz，这里取535KHz，原理及计算过程与发射机的主振器一样。

设计电路图如下:

Multisim仿真结果：

4.2.2高频小信号放大器设计与仿真

由于从天线中接收到的无线电磁波的能量很小，很难处理，所以需要对接收到高频信号进行放大。

本部分设计由高频放大器和选频网络构成。

设计的电路图如下：

静态工作点的设定：

取0.1mA，取7V，则，对应，R1取40，则相应R2为5.。

上端的选频网络谐振频率。

Multisim仿真结果：

注：

从图像可以看出，输出的波形与输入的波形相比，有一定相位差。

但对小信号进行了放大，放大倍数大约为190倍。

4.2.3混频器的设计与仿真

本部分采用MC1496模拟乘法器将放大后的高频信号与本机振荡信号进行相乘，取差频信号，得到中频信号，固定频率465KHZ。

设计电路图如下：

Multisim仿真结果：

注：

混频之后的波形有些毛刺，不过经过带通滤波之后就会好很多。

4.2.4中频放大器设计与仿真

为了使混频器中输出的波形能被检波器检波，需要对得到的中频信号进行放大。

本设计的电路与高频信号放大的电路类似，设计电路图如下：

Multisim仿真结果：

注：

从仿真结果看出，输出的波形有点轻微失真，调试静态工作点，还是会有失真存在。

4.2.5检波器的设计与仿真

本处采用二极管包络检波结构。

检波原理：

常用的检波方法有包络检波和同步检波两种。

有载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行解调。

图示是检波器检波前后的频谱

二极管包络检波的工作原理

当输入信号较大（大于0.5伏）时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。

大信号检波原理电路如图4.2.5（a）所示。

检波的物理过程如下：

在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流iD很大，使电容器上的电压VC很快就接近高频电压的峰值。

充电电流的方向如图中所示。

这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。

这时二极管导通与否，由电容器C上的电压VC和输入信号电压Vi共同决定.当高频信号的瞬时值小于VC时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。

由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。

当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。

如图4.2.5（b）中的tl至t2的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。

在图4.2.5（b）中的t2至t3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电阻R放电。

这样不断地循环反复，就得到图4.2.5（b）中电压的波形。

因此只要充电很快，即充电时间常数Rd·C很小（Rd为二极管导通时的内阻）：

而放电时间常数足够慢，即放电时问常数R·C很大，满足Rd·C<

另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期（放电时的基本不变），所以输出电压的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。

而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压就是原来的调制信号，达到了解调的目的。

设计电路图如下：

注：

设计二极管包络检波时应防止惰性失真和饱和切割失真，综合各方面因素，总后确定的电容电阻组织如电路中所示。

Multisim仿真结果：

4.2.6低频放大器设计与仿真

本部分采用运放块反馈式放大器，设计电路图如下：

Multisim仿真结果：

五、总体设计电路

5.1发射机总体电路图

5.2接收机总体电路图

六、课设总结与心得

回顾本次课程设计，对我个人来说，是一个很大