电子线路课程设计AM调幅发射机设计报告.docx
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电子线路课程设计AM调幅发射机设计报告
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131
报告成绩：
评阅时间：
教师签字：
2016年3月
小功率调幅AM发射机设计
内容摘要：
调幅发射机应用于无线电广播系统中，本设计以电子线路课程设计实践教学为应用背景，通过查阅专业书籍及论文，并结合专业课程学习要求，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。
本课题以小功率调幅发射机为设计对象，并对其主振级、低频电压放大级、调制级、高频功率放大级进行了详细的设计、论证、调试及仿真，并进行了整机的调试与仿真。
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。
最后对整个设计出现的问题，和心得体会进行总结。
关键词 调幅发射机；振荡器；multisim仿真设计
一、设计内容及要求
（一）设计内容：
小功率调幅AM发射机设计
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。
（二）技术指标：
载波频率
，频率稳定度不低于10-3
输出功率
负载电阻
输出信号带宽
（双边带）
残波辐射
单音调幅系数
；平均调幅系数
0.3
发射效率
二.方案选择及系统框图
（一）总体方案及系统框图
根据设计要求，要求工作频率为10MHz，输出功率为1W，单音调幅系数
。
由于载波频率为10Mhz，大多数振荡器皆可满足，提供了较多的选择且不需要倍频。
由于输出功率小，因此总体电路具有结构简单，体积较小的特点。
其总体电路结构可分为主振荡电路（载波振荡电路）、缓冲隔离电路、音频放大电路、振幅调制电路、功率放大电路等。
（二）单元电路方案论证
1.主振荡电路
主振荡电路是调幅发射机的核心部件，载波的频率稳定度和波形的稳定度直接影响到发射信号的质量，因此，主振荡电路产生的载波信号必须有较高的频率稳定度和较小的波形失真度，主振荡电路可以有四种设计方案：
RC正弦波振荡电路、石英晶体振荡电路、三点振荡电路、改进三点式（克拉泼）振荡电路。
方案一：
采用RC正弦波振荡器，由于RC振荡器主要是由电阻和电容组成的，在电路中并没有谐振回路，因此，RC振荡器不适合于作为高频振荡器。
可以将RC振荡电路用于发生调制信号（语音信号）。
方案二：
采用石英晶体振荡器，石英晶体振荡器具有较高的频率稳定度，在选择合适的偏置电路的情况下，频稳度可达到10-11数量级，而且，其工作状态稳定，波形失真度也比较小，因此，在频稳度要求较高的电路中，可以选用石英晶体振荡器作为主振级。
本电路对频率稳定度的要求并没有那么高，故未选择石英晶体振荡器。
方案三：
采用三点式正弦波振荡电路，三点式振荡电路有电容三点式和电感三点式之分，相对来说，电容三点式的输出波形相对电感三点式要稳定，且频率变化不会改变电抗的性质，因此振荡器一般都采用电容三点式形式。
在频率稳定度要求不是很高的情况下，可以采用普通的电容三点式振荡电路。
方案四：
采用克拉泼振荡器电路。
克拉泼振荡电路是由电容三点式改进而来，基本原理与三点式振荡电路相同，但克拉泼振荡电路加了一个电容，提升了频稳度，虽然在电容选择不恰当时增加了起振的难度，但综合成本和频率稳定度以及Multisim仿真可行性来看，克拉泼振荡器不失为一个好的选择。
故本设计采用克拉泼振荡电路。
2.振幅调制电路
振幅调制电路是小信号调幅发射机的核心组成部分，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，振幅调制电路要能保证输出的信号为载波信号的振幅随调制信号线性变化。
方案一：
二极管双平衡电路。
在电路中为减少无用组合频率分量，应使二极管工作在大信号状态，即控制电压的信号（载波信号的电压）的幅值至少应大于0.5V以上。
由于组合频率分量过多，输出效率低，且要求输入信号幅值太大，故舍弃。
方案二：
MC1496模拟相乘器的核心电路是差分对模拟相乘器，实现调幅和同步检波。
MC1496线性区和饱和区的临界点在15~20mV左右，仅当输入信号电压均小于26mV时，器件才有理想的相乘作用，否则电压中会出现较大的非线性误差。
在2、3引脚之间接入1kΩ反馈电阻，可扩大调制信号的输入线性动态范围，满足设计需要。
但由于MC1496是已设计好的集成电路，并不能体现单元设计能力，故舍弃。
方案三：
基极调幅电路。
基极调幅电路基本原理是将调制信号和载波信号加在晶体管的基极上，在通过集电极调谐回路将所需的调幅波选出。
由于基极调幅虽然调制线性好，但需要工作于欠压状态，效率过低，无法充分利用电源能量，故舍弃。
方案四：
集电极调幅电路。
集电极调幅的基本原理是将调制信号和载波信号加在晶体管的集电极上，此时，晶体管工作在过压区，效率较高。
虽然所需输入信号也比基极调幅大，但通过放大级已经可以实现所需的电压幅值；虽然调制线性不如低电平调幅好，但本设计任务并未对调制线性度做出过高要求，故而本设计选用集电极调幅电路。
3.缓冲放大电路
缓冲放大电路的设计主要是为了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。
由于功率放大电路输出信号较大工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。
为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。
缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，缓冲放大器需将振荡器输出电压不失真的传送到下级。
虽然射随器放大倍数几乎为1，但射随器的输入电阻极大，对输入电压的利用率极高，故常用射随器作为缓冲放大器。
4.音频放大电路
音频放大器是低频信号放大器。
有时为了调制度的调整，单纯语音输入并不一定能满足设计要求，语音放大器主要是对语音信号进行放大，经过放大后的语音信号送入调制级对高频载波信号进行调制。
方案一：
甲类功率放大器。
甲类功放中，晶体管在
周期全部导通，可以将输入信号不失真的放大，虽然甲类功放的工作效率较低，放大功率较小，但足以满足语音信号的放大。
原本想采用这个方案，但其受前级后级影响太严重，其静态工作点不稳定，导致调试时候即使前级输出稳定了加入后级调制电路后又放大波形失真了。
经多次调试、重复计算，未果，因时间关系，故舍弃此方案。
方案二：
采用运算放大器进行语音功率放大。
采用运算放大器进行语音放大效率高，失真小，使用方便，输出信号的功率也较大，运算放大器的成本也不高，各方面综合考虑，在工程中使用运算放大器进行语音放大是一个好的选择。
5.功率放大电路
功率激励级为末级功放提供激励功率。
如果所要求发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。
末级功放—将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。
如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如
，而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。
本课题要求
，可以采用乙类互补推挽功率放大器或丙类谐振功率放大器，故本次设计选用丙类功率放大器。
三、调幅发射机的电路设计及工作原理
（一）主振级电路
根据设计指标的要求，克拉泼电路振荡器与小信号放大级联合电路图如图3-1所示。
晶C2，C3，C4与L1构成改进型电容三点式振荡电路，振荡频率由电容和电感决定。
电路中的三极管静态工作点由各电阻决定，在设计静态工作点时，应首先决定集电极电流Icq，一般都取0.5mA~4mA，Icq过大会引起波形失真，有时还伴随产生高次谐波。
取放大倍数β=50，
.依据电路计算，
取L3=25μH,则C3=10pF,
取
，C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400Pf
L2，C5，C6起到电源滤波的效果，可以不要。
频率输出需要通过L,C决定，使震荡频率稳定10MHz。
R1R2R3R4构成分压式偏置电路，提供静态工作点。
图3-1-1本振电路
图3-1-2本振电路输出
（二）射随隔离级
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3-2-1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Vpp=2V，
，幅值比输入略有降低但满足要求。
图3-2-2射随器输出波形图图3-2-3射随器输出载波的频率
（三）高频放大器
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51Ω小电阻，避免发生寄生振荡；
图3-3-1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，下图最大值Vp-p=10V，最小值为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3-3-2幅值最大值Vp-p=10V图3-3-3幅值较小值Vp-p=0.8V
（四）语音放大电路
语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大后的语音信号送入调制级对高频载波信号进行调制，本机采用LM358进行语音功率放大。
RP4越小，电路增益越高；反之，增益越小。
语音放大单元电路图3-4-1所示。
为了测试效果，在话筒处以信号发生器代替，信号输出端接示波器得到如图3-4效果
图3-4-1语音放大电路
图3-4-2输入信号
图3-4-3仿真波形
通过调节R17可以改变放大倍数
（五）调幅电路
图3-5-1集电极调幅电路
本设计采用集电极调幅，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，保证其工作在丙类过压状态。
调制信号由信号源加入，取
。
输出采用谐振回路，因集电极电流为余弦脉冲波，为得到不失真的波形，集电极负载采用LC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调整为调幅波载波频率
。
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
=11pF，则变压器的初级线圈电感量L=23uH。
对调幅电路进行频率特性测试，以验证集电极谐振回路的频率特性，由图3-5-2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3-5-2集电极调幅电路的波特图
图3-5-3集电极调幅波输出
四、调幅发射机的整体电路及工作原理
图4-1调幅发射机整体电路
将各单元电路连接在一起，即小功率调幅发射机。
在整体电路设计中，对单元电路做了一些调整和精简：
在仿真中，电源输出十分理想，电源滤波电路不需要，且在加入后级发现如果有电源滤波电路会影响振荡电路输出的波形，形成一种类似解调的效果，故而在整体设计中舍弃了电源滤波电路。
语音放大级的效果有些鸡肋，其所起到对调幅度的调整可以通过在高频放大级或调幅级进行调整，在仿真中又是用信号源代替语音信号的输入，可以随时调整幅度，但在实际应用中，若测试后语音信号满足不了调幅的要求，语音放大级才是必须的。
主振荡电路采用克拉泼振荡器，产生稳定的10MHz的载波信号，经过缓冲级、高频放大级接入集电极调制器，使得载波不受下一级电路的影响。
通过前面的电路以后，信号是已调信号。
经测试，高频放大放大载波幅值满足调制的要求；且功率足够大，可以直接经过天线发射出去。
本次仿真中，天线用负载代替，在实际设计时可将电阻用相应阻抗的天线代替完成发射任务。
五、系统元器件清单
元件
元件参数
元件
元件参数
元件
元件参数
元件
元件参数
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（可变电阻）
30kΩ
R17
2kΩ
C8
0.01μF
Q4
2N2222A
R9
10kΩ
变压器
T1（1:
1）
C9
0.01μF
R1
47kΩ
R10
10kΩ
变压器
T2
话筒
信号源代替
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有一个整体的把握，然后将任务分解画出系统框图，这是所谓的顶层设计，然后利用所学知识对各单元电路进行设计。
只有自己亲手实践，计算电路参数，进行每一步的电路设计，才会发现问题以及理论与实践的不同，例如：
三极管的静态工作点参数设定时具体参数的选取，这些在做题时题目中会限定，但自己仿真时候就要想如何设定、怎样设定才合适；振荡器直流通路的设计，要同时考虑起振条件、稳定条件、平衡条件，因此在具体参数计算时会遇到麻烦；后级对前级的影响如何解决等。
但发现问题都会有解决的办法，仔细排查，在电路设计时可以查阅资料把问题概括出来，从而找到解决的办法。
只有不断的将理论联系实际，在实践过程中认识和发展自己的理论知识，才能巩固所学，学以致用。
七.参考文献
[1]张肃文《高频电子线路》第三版高教出版社
[2]谢嘉奎等编.《电子线路——非线性部分》（第四版）.高等教育出版社
[3]于海勋，郑长明《高频电路实验与仿真》科学出版社
[4]朱力恒编.《电子技术仿真实验教程》电子工业出版社
[5]曾兴雯，陈健，刘乃安主编《高频电子线路辅导》西安电子科大出版社
八、收获与体会
1.对电子系统设计的收获
这次课程设计时间紧、任务重，虽然刚刚学完了高频电子线路，但是对于实践以及设计却在理论中未曾涉及，虽然知道应该由哪几部分构成，每一部分的原理也知道，但是实际做起来却工作量不小，要根据实际元件的特性去设计元件的参数，理论与实践无法结合感觉无从下手，但是有困难不能放弃，于是我查阅了一些资料，和同学们一起讨论计算参数，逐渐我将理论与实践结合了起来，接着我便开始设计各个单元模块，对于各个模块的比较选择和讨论、对参数的设计，这些都需要自己动手，我只有继续查找资料，结合上学期的内容，慢慢的一点点计算。
在仿真过程中，测试了多种电路，也发现了一些问题，比如Multisim所用元件参数如何，在改变参数以及参数应当如何选取占用了一部分时间，但是也因此对元器件的参数性能以及参数的作用有了更深的了解。
在做仿真时也收获了许多，有时经常计算的时候是准确的电阻在标准元器件库里却没有，有些可以用电位器来代替，有些则需根据准确的阻值或电容值电感值选择标准元器件，但正是由于这些标准值与准确值的差异，导致了有时候静态工作点以及振荡频率的偏移，这时就需要改变阻值并加入可变电阻或者可变电容来调试，更让我体会到了理论与实践的结合与不同之处，考试理论计算仅需要考虑理想情况甚至不用考虑前级对后级的影响，更不用论证不同方案的好坏，但仿真和实践却不同，小功率调幅发射机作为一个整体，需要考虑前后级的输入输出电阻的影响、谐振回路的阻抗匹配等，并且因为是高频信号，还要考虑是否会发生信号互串。
2.理论与实践的收获
在设计过程中，我深刻明白了动脑和动手做之间的天壤之别，各种想象不到的困难都可能出现。
只好认真排查，仔细计算，查阅资料。
认识到只有动手做才能发现问题，遇到问题要解决，从实际中发现问题。
回顾整个漫长复杂的设计过程，耐心是不可少的。
而以后我们在工作中必将面对更多更加复杂的设计工作，问题出的越多，对我的促进就越是大，使我在画电路做计算更加细心耐心。
这次设计过程让我认识到了只有理论联系实际，在实践中检验和完善自己的理论知识才是最重要的。
我收获的不仅仅是完成了课设，更重要的是让我更清楚的认识到理论联系实际的重要意义，并在设计过程中锻炼了自己的能力。
报告成绩:
_____________
评阅时间：
——————
教师签字：
————————
评阅时间：
教师签字：
实验报告
班级：
课程名称：
电子线路课程设计实验室：
第二实验室实验时间：
2016年3月
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、熟练掌握小功率调幅发射机的安装与调试。
2、熟悉小功率调幅发射机的工作原理，对所学高频电子线路知识加以巩固。
3、熟悉理解实验电路原理。
4、通过整机装配和调试提高独立分析问题和解决问题的能力。
5、实践与理论设计相结合，更深刻地理解学习相关知识。
6、通过一套完整的调幅发射系统设计、安装和调试，提高学生的综合素质和科学实验的能力。
二、实验内容与原理
（一）、实验内容
1、熟悉实验电路原理
2、熟悉并测试电路元件参数
3、熟悉印刷板与电路、元件的对应关系
4、电路焊接、调试
5、测试并记录参数
（二）、实验原理
1、调幅发射机组成框图如图所示：
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。
2、实验电路图如图
图1小功率调幅发射机原理图
图2PCB图
三、实验器材（设备、元器件、软件工具：
、平台）：
1．双踪示波器，数字信号源，数字万用表等各一台。
2．电烙铁，镊子，钳子，螺丝刀等工具一套。
3．调幅发射机实验板，套件，焊锡，漆包线等。
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
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
芯片底座
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
导线
\
\
16K
2
0.022uF
2
放大器
LM358
（含2个放大器）
10K
10
0.1uF
4
高频磁环
\
2
150K
1
电解电容
10uF
3
可调电容
5~30pF
1
50
1
电感
56uH
2
电位器
1K
1
晶振
6MHz
1
四、调幅发射机各模块调试
4.1载波振荡器电路
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。
单元电路原理图如下图
4.2音频放大电路、音频信号发生电路
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
由于三极管电容及温度等其余因素，振荡频率在1Khz左右
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。
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。
4.2振幅调制电路
由于乘法器的限制条件，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。
本单元原理图如下：
4.3功率放大电路
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6:
2，后一级的磁环为10:
4。
本单元原理图如下：
4.5实验数据与结果
1.晶体震荡电路
图未经射随器的输出震荡波形
图经过射随器后的波形
结果分析：
调节RP0使得振荡级输出信号为6MHz，晶体振荡电路的频稳度很高，频率基本稳定在6MHz；调节RP2可以改变载波信号的幅度。
2.音频放大器
调试音频放大电路使之稳定输出1KHZ的频率，调节RP3使波形最好，调节RP4调节幅度大小300mV左右。
结果分析：
LM358的第一个部分用于产生频率为1KHz的音频信号，LM358的后一个部分用于放大音频信号的幅度，调节RP4，令输出稳定，测得音频信号的频率约为948.4Hz调节RP4可以调节音频信号幅度
图音频发生器产生的调制信号
3.振幅调制电路
焊接并调试相乘器电路，以MC1496为核心，实现载频信号与音频信号的相乘，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
图调幅后的输出波形
4.功率放大
焊接并调试功率放大电路，通过理论计算，调整线圈匝数，甲类功放的线圈匝数之比为24：
8，丙类功放的线圈匝数比为7:
4,调谐回路中的可变电容用收音机中双联代替，容易实现选频与阻抗匹配。
图功率放大后的波形
5.负载处输出波形
图负载处输出波形
6.电路板
图电路板
五、实验中出现的故障调试方法及原因：
经过理解原理图、整理元器件、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，与理论设计较为符合。
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，载波输出正常，但一直加不到乘法器上，由于这个问题比较特殊，问了很多组都没有出现过这个情况，我们只好一个元件一个元件、一个管脚一个管脚、一个焊点一个焊点的耐心认真排查，花了几乎一天的时间，最后在老师的指点以及我们的认真排查，定位了问题点，或是电容C22坏了或是电路板在这一处的线路断了，经过将电容C22焊下来替换、再次检测、重新焊电容，问题并没有解决且原来的电容是好的。
最终，确定了只可能是电路板出现了问题，应该是在那一段有一处断路，最终确定了问题，只好将载波通过
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