高频课程设计讲解.docx
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高频课程设计讲解
高频电子线路课程设计
学院：
机械与电子工程学院
专业：
电子信息工程
班级：
姓名：
学号：
2013年6月12日
目录
调幅发射端设计方案
摘要........................................................................3
1.1基本知识及性能指标...................................................4
1.2调幅发射机的工作原理.................................................4
小功率调幅发射机的设计
2.1设计要求............................................................5
2.2确定电路设计方案.....................................................5
2.2.1拟定调幅发射机的工作原理框图...................................5
2.3单元电路设计.........................................................6
2.3.1本机振荡电路和话音放大电路.....................................6
2.3.2调制电路.......................................................7
2.3.3功率放大级电路.................................................9
2.3.4整体电路设计..................................................10
调试
3.1晶体振荡器的调试....................................................11
3.2调制器的测试........................................................11
3.3整机联调及其常见故障分析............................................11
调幅接收机设计方案
摘要
1设计要求.................................................................12
2调幅接收机设计方案.......................................................12
3超外差调幅接收机基本任务及组成框图
3.1系统组成框图........................................................13
4主要单元电路设计.........................................................13
4.1输入调谐回路......................................................13
4.3中频放大电路......................................................14
4.4检波电路..........................................................16
4.5自动增益控制电路..................................................17
4.6前置放大电路......................................................18
4.7音频功率放大电路..................................................19
4.8总设计图..........................................................21
5实验所需元器件、设备清单.................................................22
6心得体会.................................................................23
参考文献...................................................................24
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方法进行研究。
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。
1.1基本知识及性能指标
由于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。
所谓调幅，就是指使振幅随调制信号的变化而变化，严格的讲，就是指载波振幅与调制信号的大小成线性关系，而它的频率和相位不变。
振幅调制分为4中方式：
AM（普通调幅）、DSB（抑制载波双边带调幅）、SSB（单边带条幅）、VSB（残余边带调幅）。
本设计调幅发射机指的是AM调幅。
在设计调幅发射机时，主要遵循如下性能指标：
工作频率范围：
调幅制一般适用于中、短波广播通信，其工作频率范围为300kHz~30MHz。
发射功率：
一般是指发射机送到天线上的功率。
只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。
调幅系数：
调幅系数ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数，ma的取值范围为0~1，通常以百分数的形式表示，即0%~100%。
非线性失真（包络失真）：
调制器的调制特性不能跟调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。
线性失真：
保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅度特性变化称为线性失真，
噪声电平：
噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，广播发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于1%。
1.2调幅发射机的工作原理
一条调幅发射机的组成框图如下图图1所示，其工作原理是：
第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，它的输出送至调制器；话音放大电路放大来自话
筒信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调幅了的中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源，一般选第二本振频率fo2是第一本振f1与发射载频foc之和，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，是输出载频fc=fo2-fo1;功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。
图1调幅发射机组成框图
2小功率调幅发射机的设计
2.1设计要求
根据以上的原理，要求设计一个小功率调幅发射机，
主要参数：
已知+Vcc=+10V、-VEE=-10V；话音放大级输出电压为5mV；负载电阻RL=75Ω。
主要元器件：
主要元件有MC1496、3DG100、3DG130、4MHz晶振、NXO-10磁环；
主要技术指标：
工作频率f=8MHz，发射功率P0>=300mW，调制度ma=50%，整波效率大于40%。
2.2.1拟定调幅发射机的工作原理框图
根据调幅发射机的工作原理和给定的技术指标要求画出组成框图，如下图2所示：
图2拟定调幅发射机组成框图
图中，各组成部分的的作用如下：
本机振荡：
产生平率为4MHz的载波信号。
缓冲隔离级：
将晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响；将功率激励级与调制级隔离，减小功率激励级对调制级的影响。
话音放大级：
将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。
调制级：
将话音信号调制到载波上，产生已调波。
功率激励级：
为末级功放提供激励功率。
末级功放：
对前级送来的信号进行功率放大，在负载上获得满足要求的发射功率。
2.3.1本机振荡电路和话音放大电路
晶体振荡器和话音放大电路的电路图如图3所示。
其中，晶体、C1、C2、C3与T1构成改进型电容三点式振荡电路（克拉伯电路），振荡频率由晶振的等效电容和电感决定，电路中T1构成静态工作点由R1、R2、R3决定。
在设置静态工作点时，应首先设定晶体管的集电极电流ICQ，一般取0.5mA~4mA，ICQ太大会引起输出波形失真，产生高次谐波。
设晶体管β=60，Icq=2mA，VEQ=（1∕2~1∕3）Vcc，则可算出R1，R2、R3。
如图所示。
图3晶体振荡器和话音放大电路
2.3.2调制电路
根据题意及给定的主要元件，选定模拟乘法器MC1496构成的调幅电路如图
4所示。
图4调幅电路图
图5MC1496
模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。
高频电子线路中的振幅解调，同步检波，混频，倍频，鉴频，鉴相等调制和解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。
采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单得多，而且性能优越。
课设运用Multisim软件对电路进行设计，因此MC1496需要自己搭建，其原理电路图如图5所示。
2.3.3功率放大级电路
通过前面的电路以后，进入功率放大级的是已调信号。
但由于信号的功率太小，发射出去存在很大衰减，影响信号的传送，所以要进行功率放大。
功率放大电路如下图6所示：
图6功率放大级电路
2.3.4整体电路设计
将以上各级单元电路一次连接就构成了小功率调幅发射机整体电路原理图，如图7所示：
图7小功率调幅发射机整体电路
调试
3.1晶体振荡器的调试
调晶体振荡器时，应先断开晶振，使振荡器不振荡，再用万用表测三极管的各极电压。
VEQ应满足VEQ∕（R2+R3）≈Icq=2mA，若不满足则可调整R1的值。
将三极管的静态工作点调试正确以后，再接上晶振，测量振荡器的振荡频率和输出电压幅度。
3.2调制器的测试
测调制器电路静态工作点时，应使本振信号V0=0.先测MC1496五角的电压Vs，调整R5的值，是V5∕R5=I0；然后测量各点静态工作电压，其值应与设计值大致相同。
加本振电压v0=100mV，使调制电压vΩ=0，调节RP3使mc1496输出信号为最小值，再使vΩ=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形，在调节RP3使输出波形为ma=50%的调幅波。
3.3整机联调及其常见故障分析
晶振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。
产生的主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大，使晶振级负载加重。
这可通过增大缓冲级的射极电阻RP1来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C4，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。
本机振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调幅现象。
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=50%的技术指标要求。
功率激励级与功率放大级联调时，往往会出现低频调试、高频自激、输出功率小、波形失真大等现象。
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。
调幅接收机设计方案
摘要
调幅接收机是接收设备，是从信道上接收有用高频调幅信号并对其进行相关处理后，从中恢复出与发送端一致的原音频信号。
为此，它必须具有从众多信号中选择有用信号、抑制其它信号干扰的能力。
本课程设计是设计一个超外差式调幅接收机，所谓超外差，既在解调之前，先由变频电路将接收信号的载波频率变换为频率固定且低于载波频率的中频（465kHz）信号，然后再对中频信号进行放大、解调。
该课程设计是针对本次课程设计的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，可以培养我们运用课程中所学的理论知识与实践紧密结合、独立地解决问题的能力。
1.2设计要求
接收机的基本任务是将空间传来的无线电波接收下来，并把它还原成原来的声音信号。
先用接收天线将接收到的电磁波转变为已调波电流，然后从已调波电流中检出原始的信号，最后再用扬声器将检波取出的音频电流转变为声能。
因此，收音机必须具备以下基本功能：
接收并选择电台信号，对电台信号进行解调，将音频信号加以放大，把音频信号还原成声音.
电源电压3v，频率范围535——1605kHz，中频频率F1=465kHz，画出条幅接收机组成框图，方案的确定（电路选型），中频放大器设计计算。
2调幅接收机设计方案
该超外差式调幅接收机主要由输入调谐回路，变频回路，中频放大回路，检波电路，自动增益控制电路，前置放大电路，音频功率放大电路，电源退耦电路组成。
在超外差式收音机中，能将接收到的高频信号变成中频信号，然后再进行中频放大，使每个电台信号都能得到相等的放大。
同时，由于中频频率固定且较低，所以中频放大电路可以设置为多级选频放大电路，从而使整机的灵敏度、选择性和稳定性大幅度的提高。
3超外差调幅接收机基本任务及组成框图
3.1系统组成框图
调幅接收机电路的系统组成框图如图1所示，它是由输入回路，本机振荡电路，混频电路，中频放大电路，检波电路，前置放大电路，自动控制增益电路（AGC），音频功率放大电路等部分组成。
图3-1调幅接收机电路的总体框图
4主要单元电路设计
4.1输入调谐回路
4.1.1输入调谐回路的作用
从天线上接受下来的多个电台信号中选择出要接收的电台信号，并抑制掉其他不需要的电台信号及各种干扰和噪声信号。
4.1.2输入调谐回路的工作原理
输入调谐回路,如图2所示,通过调节C1-A,使L1C1-A并联谐振回路的谐振频率f0与欲接电台的信号频率f1 相同,这时,该电台的信号将在L1C1-A并联的谐振回路中发生谐振，使L1两端产生的感生电动势最强,经L1与L2的耦合,将选出的电台信号送入第一级（变频级）电路.由于其他的电台的信号及干扰信号的频率不等于L1C1-A并联谐振贿赂的谐振频率，因而在L1两端产生的感生电动势极弱,被抑制掉.
图4-1输入调谐回路
4.2变频电路
4.2.1变频电路的作用
变频电路是超外差式接收机的重要组成部分，它的作用是将输入调谐回路选出的电台信号的载波频率变为固定的中频频率（465kHz）,同时保持中频信号的包络与高频载波信号的包络完全一致，使传送的低频信号不致产生失真。
4.2.2变频电路的变频原理
变频电路由本机振荡器,混频器及中频选频贿赂三部分组成。
变频电路的结构框图及图中各点的波形如图3所示.在变频电路中，混频器的输入信号由高频调幅信号u1与本机振荡器产生的高频等幅振荡信号（简称为本振信号）u2两部分组成,u1与u2在混频器中进行混频.混频器的输出信号送入中频选频回路,经中频选频贿赂选出465kHz底中频信号u3,再被送入中频放大电路进行放大.
图4-2变频电路
4.3中频放大电路
4.3.1中频放大电路的作用
中频放大电路对中频信号进行选频和放大，然后将放大了的中频信号送入检波器去检波。
中频放大电路的品质直接影响着整机的灵敏度，选择性和自动增益等性能。
4.3.2中频放大电路工作原理
中频放大电路如图4所示。
中频放大电路一般是由两级中频放大器组成，每级中频放大器的前面及后面均设有465KHz的中频选频回路，以对中频信号进行放大和选频。
第一级中频放大器的输入信号是来自变频级的中频信号，第二级中频放大器的输出信号经第三中频变压器的耦合送入检波器进行调解。
图4-3中频放大电路
4.4检波电路
4.4.1检波电路的作用
从中频放大电路送来的调幅信号中解调出音频信号，并将解调出的音频信号送入音频放大电路。
4.4.2检波电路的组成与工作原理
中频放大器输出的中频信号经中频变压器B5二次绕组送入载波管V4，利用PN结的单向导电性，把中频信号变成中频脉动信号。
，利用C8、C9、R9构成PI型虑波电路，滤除残余的中频信号。
检波后，音频信号电压降落在音量电位器Rp上，经电容器C10耦合送入低频放大电路。
同时放大后的中频信号作为自动增益控制的AGC电压，被送入受控的第一级中频放大管的基极。
检波电路如图4-5所示。
图4-4检波电路的组成框图
图4-5检波电路
4.5自动增益控制电路
4.5.1自动增益控制电路的作用
能根据接收到的广播电台信号的强弱，自动调节收音机的高频增益：
当接收到的信号较弱时，使接收机具有较高的高频增益；而当接收到的信号较强时，又能使接收机的高频增益自动降低，从而保证中频放大电路高频增益的稳定。
这样既可避免接收弱信号电台时音量过小（或接收不到），也可避免接收强信号电台时音量过大（或由于输入信号过大而使低频放大电路产生阻塞失真）。
4.5.2自动增益控制电路工作原理
自动增益控制电路如图4-6所示，由AGC电压产生电路、AGC电压滤波电路及AGC受控电路三部分组成，结构如图6所示。
AGC电压取自检波电路输出的直流电压。
AGC电压滤波电路由R5、C4组成，AGC电压由B5的次极送至第二级中放管V2的基极，去控制第一级中放管V2的增益。
图4-6自动增益控制电路
4.6前置放大电路
4.6.1前置放大电路的作用
前置放大电路的作用是对检波器送来的音频信号进行电压放大，然后再将音频信号送入低频功率放大电路去进行功率放大。
由于前置放大电路只有单纯的音频电压放大任务，所以它的增益设置的很高。
4.6.2前置放大电路的工作原理
从音量电位器的滑动端与地之间取出的音频电压信号，经V5放大后从集电极输出，经C13耦合送入V6的基极，经V6放大后从集电极输出。
通过B6一次绕组与二次绕组的电感耦合，即可将音频信号电压送入功率放大器。
前置放大电路如图7所示。
图4-7前置放大电路
4.7音频功率放大电路
4.7.1功率放大电路的作用
功率放大电路是接收机的最后一级放大电路，它的作用是把前置放大电路送来的音频信号进行功率放大，以输出足够的功率推动扬声器放出声音。
4.7.2功率放大电路的工作原理
功率放大电路有多种结构形式，常用的有变压器推挽功率放大电路与无变压器功率放大电路两种。
在超外差式接收机的设计中，采用的是结构比较简单的变压器推挽功率放大电路。
图4-8功率放大电路
4.8接收机电路总设计图
5实验仪器设备：
序号
名称型号
数量
序号
名称型号
数量
1
外壳、刻度板、调谐拨盘、调谐指示片、电位器拨盘、磁棒支架、螺钉5只、喇叭压板2块
1
11
磁棒：
R4h-B、
5x13x10
线圈：
1
2
三极管、9018Gx2、9018Hx4、9012x2（3CX201）
8
12
输入变压器、输出变压器
1
3
二极管、2AP9、IN4148
1
13
耳机插座：
GJ、147、2.5
1
4
电容器：
8200p、0.022ux8、1-4.7ux2
4.7-10ux1、100ux3
15
14
中周：
XF403、TF10-921、TF10-922、TF10-923
4
5
10Ω、15Ω、51Ω150x2Ω、220Ω、470Ω、
680Ω、820Ω、1Kx2、3K、15K、20Kx2、62Kx2
17
15
印刷线路板
1
6
双连GBM223p
1
16
扬声器YD66-0.25-8Ω
1
7
电位器：
WH15、K2、4.7K
1
17
电池接触片、
电池弹簧
1
8
函数信号发生器∕计数器EE164B
1
18
超高频毫伏表DA-36A
1
9
调制度测量仪器HP8901A或BD5
1
19
双踪示波器（COS5020）
1
10
高频信号发生器
1
20
数字万用表
1
6心得体会
课程设计不是第一次做，但每次的感觉都截然一新，不是没有辛苦，但更多的是收获成果的喜悦，看着一页一页的材料被自己整出来，觉得以前学的东西被重新委以重任。
那种感觉特别棒。
设计前，我去图书馆去查找资料，在网上找相似的内容，这无疑给我提供了很大的帮助，但只是参考。
我们要设计的调幅接收机的频率范围为：
535-1605KHz。
最难做的的是变频电路的设计了，它的品质直接影响到接收机的接收效果。
高频电子线路作为我们的主要专业课之一，在这次课程设计后我们发现自己在一点一滴的努力中对高频的兴趣也在逐渐增加。
作为一名电信工程专业的大三学生，我们觉得做高频课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。
虽然过去从未独立应用过它们去做电子产品，但在学习的过程中带着问题去学我们发现效率很高，这是我们做这次课程设计的又一收获。
然后，要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用的调幅收音机内部结构有一个系统的了解，知道该收音机内需要哪些元器件；要有一个清晰的思路；在设计程序时，不能妄想一次就将整个电路设计好，要认真仔细，养成做事有耐心的好习惯，一个设计成品的完美与否不仅仅是白纸黑字，更重要的是达到受益匪浅的目的。
我们在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。
在设计过程中正好培养了我们解决实际问题的能力。
我觉得这次设计对我各方面的作用都很大。
参考文献
《高频电子线路实验与课程设计》杨翠娥主编,出版社：
哈尔滨工程大学出版社
《高频电路设计与制作》何中庸译，出版社：
科学出版社
《模拟电子线路》Ⅱ主编：
谢沅清出版社：
成都电子科大
《高频电子线路》第三版主编：
张肃文出版社：
高教出版社
《高频电子线路辅导》主编：
曾兴雯陈健刘乃安出版社：
西安电子科大
李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版2005.6
谢自美电子线路设计.实验.测试华中科技大学出版社2003.10
张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11
电子技能实训教程徐国华北京航空航天大学出版社2006.4
王格能电子产品设计指导电子工业出版社
变频电路
变频电路作用是把不同频率的输入信号变成频率固定的465KHZ的中频信号。
V1、L4、L3、C2b组成本机振荡电路，产生一个比输入信号频率高46
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