电子线路课程设计小功率调幅发射机.docx
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电子线路课程设计小功率调幅发射机
电子线路课程设计
总结报告
学生姓名：
学号：
专业：
电子信息工程
班级：
电子111
报告成绩：
评阅时间：
教师签字：
河北工业大学信息学院
2014年2月24日~2014年3月7日
课题名称：
小功率调幅发射机的设计
内容摘要：
本次课程设计实现小功率发射机的理论设计，本文介绍了设计的理论和步骤。
根据设计指标、要求和可行性，选择适合设计方案，并对设计方案进行必要的论证。
设计具体包括以下几个步骤：
一般性理论设计、具体电路的选择、根据指标选定合适器件并计算详细的器件参数、用multisim进行设计的仿真、根据仿真结果检验设计指标并进行调整。
小功率调幅发射级主要包括四个单元电路：
载波发生电路、低频调制信号发生器、调制电路、高频放大电路。
先完成各单元电路设计及仿真，然后将各单元连接进行调试仿真完成设计指标的要求。
最后对整个设计出现的问题，和心得体会进行总结。
关键字：
调幅发射机、理论设计、multisim仿真
一、设计内容及要求
1.确定小功率调幅发射机的设计方案，根据设计指标对既定方案进行理论设计分析，并给出各单元电路的理论设计方法和实用电路设计细节，其中包括元器件的具体选择、参数调整。
2.利用multisim仿真软件，对设计电路进行仿真和分析，依据设计指标对电路参数进行调整直至满足设计要求。
3.小功率调幅发射机设计的技术指标：
载波频率
输出功率
，负载阻抗
，输出信号带宽
，单音调幅系数
，平均调幅系数
，发射效率
。
二、方案选择及系统框图
1.设计方案概述和系统框图：
发射机的主要作用是完成有用的低频信号对高频信号的调制，并通过天线向外辐射携带有有用信号、具有一定带宽和满足功率要求的已调信号。
调幅发射机主要包括三个部分:
载波发生器（主振级）、音频部分和调制电路。
此外本系统依然用到了射随器（缓冲级）以满足隔离条件，用放大器以满足载波电压和末级发射功率的要求。
对于实现相同功能的单元电路，实现方法不唯一：
载波发生器可以利用克拉泼电路、西勒电路、晶体振荡电路等；音频部分可以使用集成运放电路、三极管低频放大电路；AM调制部分可以使用高电平调制（三极管集电极调幅电路等）、低电平调制（乘法器）两种不同方法。
无论各单元电路使用何种方法，小功率调幅发射机的系统框图大同小异，如下图所示：
振荡器器
射随器器
调制信号
高频功放
振幅调制
高频放大
小功率调幅发射机主要有四部分组成:
载波发生器（振荡器）、音频信号、调制电路（乘法器）和高频功放电路。
乘法器用MC1496以实现低电平调制，因为其输出功率较小，在发射之前需要功率放大，为防止放大级对之前的电路造成影响，乘法器输出的普通调幅波先经过缓冲级。
2.各单元电路具体方案选择：
a）振荡器：
振荡器就是高频载波发生器，本次课程设计选用的载波频率为10MHz。
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；改进型电容三点式（Clapp）电路具有更高的频稳性，这是因为电容三点式的不稳定性主要来自三极管极间电容影响，增大
和
同时减小
可同时满足振荡频率和频稳度的要求；使用晶体振荡器有更高的频率稳定性。
考虑到multisim仿真的可行性，故振荡器选择Clapp电路。
b）射随器：
其作用是避免高频放大电路对振荡电路的振荡频率和频稳性造成影响，采用射随器。
b）高频放大：
获得较高的载波电压以满足振幅调制的要求，采用甲类高频放大电路。
c）振幅调制：
该单元实现将音频信号加载到载波上以调幅波形式发送出去，有高电平调制和低电平调制两种方法。
高电平调制优点的是可以不必使用效率较低的线性功率放大器，可提高整机效率，另外其输出功率足够大有时可直接向外发送，缺点是调制线性度差；低电平调制的优点是调制线性好，缺点是输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。
此次涉及对调制线性度要求不高，为使电路简化，选择高电平调制——集电极调幅电路。
d）功率放大电路：
为获得较大的发射功率和效率，末级功放采用丙类谐振功放，又为使丙类功放获得较大的激励功率，在丙类功放之前加宽带放大器。
因此高频放大电路由宽带放大器和丙类谐振功放两级电路组成。
三、单元电路设计、参数计算和器件选择
1.振荡器设计器设计：
本单元采用改进型电容三点式——克拉泼电路，以产生Vcc=12V，fo=6MHz的高频载波，设计电路图，如下所示：
首先要设置静态工作点，依据2SC2786的参数设置各直流电阻的参数如图所示，设计要求满足振荡器的起振条件和平衡条件。
取C3=120pF，C4=470pF，相当于在基极和发射极之间并接大电容，其作用是减轻温度变化引起发射结电容
变化造成对振荡频率稳定性的影响。
电容电感参数计算：
，
，
取C5=23pF，则L1=
取C1=C2=0.01uH，为高频旁路电容，C13为高频耦合电容，具有隔直流同时将振荡器的输出电压作为输入信号加到下一级电路。
仿真输出电压幅值Vp-p=3V，输出频率
，满足设计要求。
仿真波形如图所示：
图1.3振荡器输出波形1图振荡器输出信号频率
2.射随器的设计：
缓冲级接成射随器，以满足隔离条件。
高频交流通路为共集极组态，因为其交流输入阻抗
很大,输出阻抗
很小，从而起到缓冲作用已达到隔离效果，避免后级
放大电路对振荡器的振荡频率造成影响，影响振荡器频率和稳定性。
图射随器原理图
首先设置静态工作点：
取
，
，解得
、
，
为了便于调节本级的输出电压，采用30kΩ固定电阻并接30kΩ滑动变阻器。
考虑到β值，且
由
和
分压得到，取
。
由仿真结果可得幅值Vp-p=2V，
，幅值比输入略有降低但满足要求。
图射随器输出波形图图射随器输出载波的频率
3.高频放大器的设计：
次级为高频放大电路，以便获得较高的电压满足下一级集电极高电平调制的条件，三极管工作在放大状态，设置静态工作点与上一个单元电路类似，放大电路的放大电压在由集电极耦合输出。
下一级的输入电压作为本级电路的负载。
变压器采用1:
1的高频变压器；
C7为高频耦合电容为10pF；
C8为高频旁路电容，取0.01uF；
R12为发射级链接的51Ω小电阻，以避免发生寄生振荡；
图高频功率放大器
通过调节前一级射级跟随器滑动变阻器的分压值，最终通过高频放大器输出的载波的幅值有所不同，下图中左为最大值Vp-p=10V，右图为较小值为0.8V，调节滑动变阻器得到输出电压在0.8V~10V之间变化的电压，可以满足下一级集电极调幅电压的要求。
放大级输出电压：
图幅值最大值Vp-p=10V图幅值较小值Vp-p=0.8V
4.调幅电路的设计：
图集电极调幅电路
采用集电极高电平调幅，三极管工作在丙类状态过压状态。
基极偏置采用自给偏压，由R16，R18和C10组成，各参数如图所示以保证其工作在丙类状态。
调制低频信号由信号源直接加入取
。
输出采用谐振回路，因集电极电流为余弦尖脉冲，为得到不失真的波形，集电极负载采用LC并联谐振回路，滤出所需频率得到不失真的波形，滤波网络的中心频率为调幅波载波频率
。
谐振回路电感采用变压器，变压器的初级回路电感量和电容C11谐振，电容值和变压器的初级线圈的电感满足：
。
取C11=11pF，则变压器的初级线圈电感量L=23uH。
对调幅电路进行波特图的测试，以验证集电极谐振回路的频率特性，由波特图看到谐振回路的中心频率为10M，则该谐振滤波网络满足要求。
图集电极调幅电路的波特图
负载上输出的调幅波的波形：
图集电极调幅波输出
四、整体电路设计及工作原理
将各单元电路连接在一起，组成集电极调制电路，即小功率调幅发射机。
该电路由四个单元电路组成：
振荡级采用克拉泼电路，只要该单元电路满足起振条件、稳定条件则可产生固定频率的正弦波，LC谐振回路的谐振频率为10MHz，则其产生一定幅值的载波电压；缓冲级采用射随器以满足隔离条件；高频放大放大载波幅值以满足调制的要求；调制电路为集电极调制以产生普通调幅波。
天线用50Ω电阻代替，在实际设计时可将50Ω电阻用相应阻抗的天线代替完成发射任务。
5、系统元器件清单
器件
器件参数
器件
器件参数
器件
器件参数
器件
器件参数
C1
0.01µF
C10
150pF
R2
2kΩ
R11
390Ω
C2
0.01µF
C11
11pF
R3
47kΩ
R12
51Ω
C3
120pF
C12
20pF
R4
6.8kΩ
R13
10Ω
C4
470pF
L1
12µH
R5
3kΩ
R14
50Ω
C5
23pF
Q1
2SC2786
R6
30kΩ
R15
5kΩ
C6
5pF
Q2
2SC2786
R7
30kΩ
R16
5.0kΩ
C7
10pF
Q3
2SC2786
R8（RP）
30kΩ
R17
2kΩ
C8
0.01µF
Q4
2N2222A
R9
10kΩ
变压器
T1
C9
0.01µF
R1
47kΩ
R10
10kΩ
变压器
T2
六、电路设计总结
电路设计首先要对所设计电子系统的功能和性能参数有一个整体的把握，然后将任务分解画出系统框图，进而利用所学知识对各单元电路进行详细的设计。
只有亲手实践，进行详细的电路设计，才会发现问题，例如：
三极管射随器、放大器的静态工作点参数设定时具体参数的设置；振荡器直流通路的设计，要同时考虑起振条件、稳定条件等，因此在具体参数计算时会遇到麻烦。
任何问题都有解决的办法，在电路设计时可以查阅资料把问题归类并进行具体化，从而找到解决的办法。
电路设计有时依据经验值进行设计，例如高频功率管β值不固定，一般取20
30。
只有不断的将理论应用于实际，进行实际的电路设计才能巩固知识，达到学以致用的效果。
七、参考文献
1.《最新通用晶体三极管置换手册》，本书编书组编，机械工业出版社
2.《高频电子线路实验与课程设计》，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社
3.《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社
4.《模拟电子线路》Ⅱ，谢沅清主编，成都电子科大
5.《高频电子线路》第三版，张肃文主编，高教出版社
6.《高频电子线路辅导》，曾兴雯陈健刘乃安主编，西安电子科大出版社
八、收获、体会
1.对小电子系统设计步骤有了更深的理解，巩固了高频知识
通过本次课程设计我建立小功率发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，能正确设计、计算发射机的各个单元电路：
主振级、激励级、输出级、调制级、输出匹配网络及音频放大器。
初步掌握小型调幅波发射机的调整及测试方法。
在设计电路时，要首先将总体电路分成若干个不子模块，使每个模块有各自的不同的任务；再对各相对简单的子模块进行单独设计；最后将各个子电路组合在一起完成整个电路。
这样做法分工明确，层次清晰，使设计者能更宏观的把握设计的总体步骤。
而且设计单独的子电路降低了工作难度，使设计工作更有条理性。
在检查电路时，也可根据各种情况分析是哪个子系统出了问题，再单独检查该出问题系统，可以提高检查的效率。
增强了用protel绘制原理图的能力，对画图的步骤和方法进行了复习巩固。
2.明白理论联系实际的重要性
在设计过程中，深刻明白了只动脑和动手做之间的天壤之别。
原本设想的很完美的东西一动手做起来就困难重重，各种想象不到的困难都出现在眼前。
认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题不能只空想要动手实践，从实际中发现问题。
回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心毅力和恒心是不可少的。
而以后我必将面对更多更加复杂的设计工作，此次设计过程对我的各个方面都有了许多积极的影响，使我做事情更加细心有耐心。
这次设计过程啊让我认识到了只有付出才能有收获，看着做完的电路图，让我感到以往的付出都是值得的。
只要耕耘就会有收获。
我收获的不仅仅是完成了一次任务，更重要的是让我更清楚的认识了自己的不足，锻炼了自己的能力。
3.要勤思考，多动手
通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和用multisim进行仿真，以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的却保持是懂非懂的状态。
对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。
但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程学习的兴趣。
报告成绩：
评阅时间：
教师签字：
实验报告
班级：
电子111姓名：
学号：
同组人：
课程名称：
电子线路课程设计实验室：
第一实验室实验时间：
2014年3月3日—7日
实验项目名称：
小功率调幅发射机的安装与调试
一、实验目的：
1.通过此次小功率调幅发射机的安装调试，掌握非线性电子线路的设计思路和方法。
2.掌握非线性电子线路的特点、性能参数及二者之间的内在联系；根据设计要求、系统性能指标学会在具体电路中合理地选择电子器件。
3.提高电子线路的设计、仿真、装配、调整和测试能力，培养独立分析、综合解决问题的能力。
学会电子线路的相关仿真软件进行辅助设计。
4.提高文档整理能力，对设计过程中出现的问题进行总结形成标准化文档。
二、实验内容：
1.熟悉实验电路原理，熟悉并测试电路元件参数。
2.熟悉印刷版与电路、元件的对应关系
3.电路焊接、调试、测试、并记录参数、对调幅发射机的各性能指标进行验证。
4.整理并总结实验结果。
三、实验原理：
1.
系统框图及整体设计
图小功率条幅发射机系统框图
小功率调幅发射机主要有四部分组成:
载波发生器（振荡器）、音频信号、调制电路（乘法器）和高频功放电路。
乘法器用MC1496以实现低电平调制，因为其输出功率较小，在发射之前需要功率放大，为防止放大级对之前的电路造成影响，乘法器输出的普通调幅波先经过缓冲级。
小功率调幅发射机设计的技术指标：
载波频率
输出功率
，
负载阻抗
，输出信号带宽
，
单音调幅系数
，平均调幅系数
，
发射效率
，调制信号的F=1KHz。
图小功率调幅发射机电路图
图小功率调幅发射机PCB图
2.各单元电路原理图
a）载波发生器
采用晶体接成并联型晶体振荡器，其稳定性比LC振荡器高一个数量级，振荡频率等于晶振的固有频率
。
调节RP0可以使振荡器满足起振条件。
后一级为缓冲器，晶体三极管接成共集组态放大器，以满足隔离条件。
b）音频信号发生器
低频信号可以通过J2加入电路，亦可以通过图中U1A组成的RC文氏桥路振荡产生。
振荡频率由图中R12、R13，C8、C9决定，振荡频率
。
D1、D2和R11组成电桥的一个臂，起稳定振幅的作用，调节R11可以得到波形失真较小，且工作稳定的波形。
R9是为克服二极管的死区而设计。
U1B接成同向放大器，调节RP4可以改变放大器的放大倍数，输出在一定范围可调的电压，以满足下一级调制的需求。
c）乘法器调制电路
理论上只有当乘法器1、10引脚输入电压幅值小于等于26mV时才是理想的乘法器，否则会会出现杂波：
高频分量。
由于本电路为改进型差分对管平衡调制器，
电压得到扩展，只要
可满足相乘条件。
d）高频放大电路
T3组成构成射随器，以增强其负载能力；T4为高频宽带放大器，以使后级丙类功放电路获得较大的激励电压；T5构成丙类谐振功率放大器，其负载采用谐振回路，谐振回路具有选频和阻抗匹配的作用；其负载为75Ω电阻，亦可用阻抗为75Ω的天线代替。
功率放大电路部分前一级高频磁环为24:
8，后一级的磁环为9:
5。
四、实验器材（设备、元器件、软件工具、平台）：
1.双踪示波器
2.数字万用表
3.电烙铁及支架、镊子、螺丝刀、焊锡、偏口钳、尖口钳
4.直流稳压电源
5.元器件清单
名称
参数
数量
名称
参数
数量
名称
参数
数量
电阻1/4W
10
1
10K
3
二极管
IN4148
2
51
4
50K
1
三极管
8050
1
100
1
500K
1
9018
4
150
1
瓷片电容
100pF
1
IC座
8P
1
510
2
150pF
1
14P
1
1K
7
300pF
1
端子
2P-2.54
1套
3.9K
2
22pF
2
3P-5.08
1
3K
2
0.01uF
8
集成电路
MC1496
1
6.8K
1
0.005uF
2
漆包线
0.31mm
16K
2
0.022uF
2
LM358
2
10K
10
0.1uF
4
高频磁环
18mm
2
150K
1
电解电容
10uF
3
电阻1W
50
1
电感
56uH
2
可调电容
5~30pF
1
电位器
1K
1
晶振
6MHz
1
五、实验步骤：
1.熟悉焊接电路原理图，明白各单元电路的原理，见“三、实验原理”部分内容。
2.依据元件清单核对元器件。
3.焊接电路：
从较小、较矮的元件开始焊接，然后再焊接较大的、较高的元件；逐级进行焊接，而且每一级焊接完毕检查无误后立即测试该级的波形图及相关的参数是否在正确的范围之内，若有则及时修改电路图，以确保电路整体在正常的工作状态。
焊点要呈光亮的锥形，焊好后逐级检查，避免虚接和短接及元器件的错误焊接。
4.调试电路：
分别调试各单元电路，然后将各单元电路连接再进行调整。
a）振荡级调试：
接入电源，断开JP1，调节RP0在测试点可观察到不是真的波形，调节RP1，RP2在JP1处可得到不是真的，幅值在10mV
1V可调的电压则满足要求，最后将电压定格在幅值50mV。
b）音频级调试：
调节R11直到在JP6处得到幅值可调不是真的低频信号，调节RP4将JP2处的电压调节稳定子50mV为止，最后得到稳定的波形。
c）乘法器调试：
接上JP1，JP2，在乘法器输出观测输出波形，调节振荡级、音频电路以及乘法器输入的直流电压，直到乘法器的输出为普通调幅波为止。
d）放大级调试：
连接JP3，调节各级电路，最终在Tr1上得到幅值为5V的普通调幅波，调节可变电容使得丙类谐振功放谐振，在负载端得到失真最小调幅度
的普通调幅波为止。
六、实验数据及结果分析：
1.振荡电路输出波形
对JP1进行测试，得出主振荡电路最终输出的经放大了的振荡信号，作为载波信号,如下图：
图载波的频率为f=6MHz，Vpp=140mv
2.音频放大电路输出波形
连接JP6，对JP2进行测试，得出音频放大电路最终输出的音频信号，作为调制信号,因输出幅值较小，故输出波形稍微有些失真，如下图所示：
图音频信号Vpp=220mv
3.乘法器电路输出波形的测量
连接JP1、JP2、JP6，可以分别通过调节RP2、RP4来改变载波与调制信号的幅值，使其能正确调幅；然后用示波器测试Jp3端口，输出为普通调幅波，如下图：
图调幅电路输出波形的测量
4.功率放大电路输出波形
连接JP1、JP2、JP3、JP6，用示波器测试JP4端口，输出为经过功率放大后的信号，如下图：
输出波形的幅值约为3V，较设计值5V较小。
图宽带放大器的输出
5.负载处输出波形
连接JP1、JP2、JP3、JP4、JP5、JP6，用示波器测试负载RL处，因乘法器的输如波形较大，其输出的普通调幅波存在高频无用分量造成失真，因为其没有加滤波器或者丙类谐振网络谐振特性不理想，导致负载端波形失真，可以满足发射要求，但是功率较小且存在杂音。
如下图所示：
图负载端的波形
七、实验结论：
经过原理图熟悉、清点元器件、焊接、调试、发现故障排除问题的小功率调幅发射机的安装调试过程，最终在末级负载得到有较小失真的调幅波形，与理论设计相符合。
只有不断的论证，并且将正确的理论具体化，才能得到正确的设计。
在安装调试过程中出现了故障，只要分析原因和耐心调试一般问题都可以得到解决。
总之，本次课程设计在一定程度上完成了设计要求，但输出波形不够理想，电压的幅值不够。
动手实践的过程中，才会发现问题，将理论应用于实际，才能真正达到学以致用的效果。
八、思考题：
1.乘法器输出产生过调的原因及解决办法？
振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调现象。
产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压v0偏小或者是话音放大级输出的调制电压vΩ过大。
可以调节RP2使v0=100~150mV，并测量调制器输出的波形。
调整话音放大级增益，以满足调幅度ma=0.8的技术指标要求。
2.调试音频发生信号出现高频以及失真的原因？
产生的原因可能是级间通过电源产生串扰或是甲类功放与丙类功放的阻抗不匹配，级间相互影响。
这可在每一级单元电路的电源上加低、高频去耦电路，以消除来自电源的串扰，也可以重新调整谐振回路，使回路谐振。
九、实验总结：
任何复杂的电路系统都可以细化，首先将总体电路分成若干个不子模块，使每个模块有各自的不同的任务；再对各相对简单的子模块进行单独设计、调试；最后将各个子电路组合在一起完成整个电路。
这样做法分工明确，层次清晰，使设计者能更宏观的把握设计的总体步骤。
而且设计、调试单独的子电路降低了工作难度，使设计工作更有条理性。
在检查电路时，也可根据各种情况分析是哪个子系统出了问题，再单独检查该出问题系统，可以提高检查的效率。
通过本次课程设计，深刻明白了只动脑和动手做之间的天壤之别。
只有在动手时，各种想象不到的困难都出现在眼前。
认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题不能只空想要动手实践，从实际中发现问题。
回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心毅力和恒心是不可少的。
而以后我必将面对更多更加复杂的设计工作，此次设计过程对我的各个方面都有了许多积极的影响，使我做事情更加细心有耐心。
这次设计过程啊让我认识到了只有付出才能有收获，我收获的不仅仅是完成了一次任务，更重要的是让我更清楚的认识了自己的不足，锻炼了自己的能力。
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