中波电台发射与接收系统设计Word下载.doc

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运算放大器μA74l

集成振荡电路E16483

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。

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

必做任务（针对每个系统）：

1.针对每个系统给出系统设计的详细功能框图。

2.按照任务技术指标和要求及系统功能框图，给出详细的参数计算及方案论证、器件选择的计算过程。

3.给出详细的电路原理图，标出电路模块的输入输出，给出详细的数学模型和计算过程。

4.对整个电路进行ADS、Multisim等计算机软件仿真，给出功能节点及系统的输入输出仿真波形及分析。

二、问题分析

调制和解调是通信系统的重要组成部分，没有调制和解调，就无法实现信号的远距离通信。

所谓调制，就是将我们要传输的低频信号“装载”在高频振荡信号上，使之能更有效地进行远距离传输。

所要传输的低频信号是指原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号，用uΩ（t）表示；

高频振荡信号是用来携带低频信号的,称为载波，用uc（t）表示；

载波通常采用高频正弦波，受调后的信号称为已调波，用u（t）表示。

具体地说,调制就是用调制信号控制载波的某个参数,并使其与调制信号的变化规律成线性关系。

因此,对模拟信号具有三种调制方式：

调幅、调频和调相。

为了提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去。

由天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸与辐射的信号波长相比拟时，才能进行有效的辐射。

而我们需要传送的原始信号，如声音等，通常频率较低（波长较长），所以需要通过调制，提高其频率，以便于天线辐射。

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为了实现信道复用。

如果多个同频率范围的信号同时在一个信道中传输必然会相互干扰，若将它们分别调制在不同的载波频率上，且使它们不发生频谱重叠，就可以在一个信道中同时传输多个信号了，这种方式称为信号的频分复用。

1、振幅调制的分类：

振幅调制可分为普通调幅（AM），双边带调幅（DSB），单边带调幅（SSB）与残留边带调幅（VSB）几种不同方式。

2、普通调幅信号的波形及表达式：

由图可见，已调幅波振幅变化的包络形状与调制信号的变化规律相同，而其包络内的高频振荡频率仍与载波频率相同，表明已调幅波实际上是一个高频信号。

可见，调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，即使Ucm变为Ucm+KaUΩmcosΩt，据此，可以写出已调幅波表达式为：



Ma称为调幅系数，Umax表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅波包络的最小值。

Ma表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0≤Ma≤1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。

Ma>

1的情况称为过调制。

当为单音频调制时，在已调波中包含三个频率成分：

ωc、ωc+Ω和ωc-Ω。

ωc+Ω称为上边频，ωc-Ω称为下边频。

由此而得到调幅波的频谱如下图所示。

若调制信号的最高频率为fh，则已调信号的带宽为B=2fh。

3、AM调幅的功率：

已知AM信号的表达式为

则载波功率为

上、下边频功率

总平均功率

4、普通调幅信号的产生和解调方法

普通调幅是通过将载波信号与调制信号直接耦合或相加之后，通过非线性器件，利用非线性器件在频谱上的线性搬移作用，产生新的频率分量，再经过带通滤波器滤除不需要的频率分量，从而产生调幅信号。

解调方法包括包络检波和同步检波。

包络检波利用普通调幅信号的包络反映调制信号波形变化这一特点，将包络提取出来，从而恢复原来的调制信号。

同步检波必须采用一个与发射端载波同频率同相的信号，这个信号称为同步信号。

5、工作原理及框图

AM调幅发射机原理及框图：

主振器

缓冲器

高频放大器

振幅调制器

高频功率放大器

低频放大器

前置放大器

声电变换器

其中主振器提供频率稳定的载波信号，缓冲器为主振器提供合适负载，并是主振器与下级高平放大器隔离，减小后级对主振器的反馈的影响。

由于主振器输出信号的电压幅度一般较小，所以使用高频放大器将信号放大，使信号幅度满足振幅调制器的要求。

振幅调制器完成将调制信号与载波信号混频的功能，并通过带通滤波器将不需要的频率分量滤除，之后将已调信号送入高频功率放大器，放大信号功率。

超外差式接收机的工作原理及框图：

混频器

中频放大器混频器

检波器

低频电压放大器

低频功率放大器

本地振荡器

天线接收到高频已调信号，通过带通滤波器滤波后进入混频器，在混频器内与本地振荡器输出的高频信号相乘，产生中频和高频两部分信号分量，再通过一个低通滤波器滤除高频分量，完成了将已调信号在频谱上线性搬移到中频的过程。

中频为一固定值，因此，降低了后级中频放大器的设计难度。

检波器将已搬移到中频的已调信号的包络检出，经低频电压放大器放大电压，低频功率放大器放大功率后，加载到负载上。

三、系统电路设计与仿真

3.1中波发射系统

1、AM调幅发射机

整体电路：

（1）本地振荡器（即整体电路中的HB1）

西勒电路分析：

首先大概确定三极管的静态工作点，三极管选取的是高频三极管BFG235，经过适当地分压，使其工作在线性放大区。

其中是隔直反馈电容，对高频相当于短路。

共同组成谐振回路。

防止高频交流对直流电源产生影响。

L、C选择应满足振荡频率的要求，假设振荡频率为1MHZ，不妨取L=0.7mH，则由可得C=0.036nF。

不妨设C1=3nF，C2=2nF，C4=30nF，则由可得可变电容C5=0.47pF。

为了以后调节的方便，将、换为可变电容，并将其灵敏度改为。

（2）射极跟随器

图中Vcc为直流电压输入端，gnd为接地端，IN为信号输入端，OUT为信号输出端。

本电路是一种自举式的跟随器，从而避免了偏置电路降低了输入阻抗的缺陷。

又因为采用Q1和Q2组成复合管电路，对于较低频率时β=β1β2，因为输入阻抗Ri=Rbe+（1+β）Reo，所以使总的输入阻抗大大提高。

（3）高频小信号放大器

图示为高频小信号放大器，各端口功能与射极跟随器中一致。

图中R3、R4为偏置电阻，为三极管提供合适的静态工作点，使三极管工作在线型区，避免输出信号产生非线性失真。

三极管负载为选频网络，选频网络的谐振频率设置为载波频率。

由于三极管输出电阻较小，为减小对选频网络的影响，采用部分接入的方式。

根据相关理论，可计算出此高频小信号放大器的放大倍数为（假定放大器负载为1KΩ左右）：

经过缓冲器和高频放大器后产生的载波如下仿真图所示：

可见产生了频率为991KHZ,峰峰值1.15V的载波。

（4）低频小信号放大器

由于传统话筒直接输出电压在5mV以下，不能直接用来调幅，因此需要将其进行放大然后送入乘法器进行调幅。

因为声音信号属于低频信号，所以可以使用集成运放进行放大而不会失真。

从乘法器出来的AM波功率太小，不符合要求，因此要对其进行功率放大。

功率放大电路采用多级甲乙类放大。

甲乙类放大不易失真，并且调谐比容易，而且功率比较大。

产生调制信号需要声电变换器，前置放大器，低频放大器共同组成。

三部分连接完成后可产生满足要求的调制频率为1KHZ,峰峰值为999mV的调制信号，仿真如下图所示：

（5）乘法器

为方便电路的搭建，本电路采用了理想乘法器。

（6）高频功率放大器

根据图中所示电路参数，可计算通角为：

功率放大器工作在甲乙类状态。

理想效率大于50%，小于78.5%。

由于功率放大器工作在甲乙类状态，因此三极管集电极输出波形失真，因此接一选频网络恢复波形。

由于并联谐振回路的输入电源必须为电流源，否则达不到选频效果，因此，为使三极管的输出等效为一电流源，需要在集电极串接一小电阻。

在实际电路中，由于三极管自身有输出电阻，因此并不需要额外串接电阻。

（7）AM调幅波联合仿真

连接各部分后如上图所示

仿真结果见下图：

其中为输入，分别接调制信号和载波信号，为调幅信号输出端。

经过上述乘法器后得到的信号为：

。

为载波信号幅度，为载波信号频率，为调制信号频率，其值在到1KHz之间。

设计指标要求调制指数在，设调制信号电压值为，其调制指数为。

仿真结果验证：

调制指数：

由仿真结果，其波峰值A为12.87V，波谷值B为2.96为，则其调制指数为

输出电阻：

电流表示数为：

则输出电阻为：

R=U/I=50Ω

输出功率：

由瓦特计显示=50mW

由图可见产生了频率为992KHZ的AM调幅波，

频率稳定度=（1000-992）/992=0.8%>

0.1%,

.满足设计要求。

2、超外差式接收机

原理框图：

2.1混频器

本振信号

带通滤波器

本机振荡

模拟相乘器

射频信号输入

中频信号输出

混频电路的基本框图

带通滤波器选用RLC串联谐振电路，如图4所示。

图1：

RLC串联谐振电路

RLC串联谐振电路的转移电压比为：

当时，达最大值，当高于或低于时将下降，因而串联谐振电路可以作为带通滤波器使用。

又根据通频带的定义可得：

谐振频率，选取通频带为，从而确定参数，，。

图中Uc端输入接收机的产生的高频振荡信号，Us端输入接收到的AM调幅信号，

乘法电路将两信号相乘，由于接收机的振荡器的振荡频率比AM信号的载波频率高465KHz，因此，在频谱上，接收到的AM信号被从原载波频率两侧，搬移到465KHz的中频两侧和2.7MHz两侧，完成对频谱的线性搬移。

仿真波形如下图所示：

节点探针如图所示：

可见经过混频器以后选出了频率为465KHZ的调幅波。

2.1中频放大器

采用单二极管放大电路，三极管为共射