通信电子线路调幅发射系统电路设计.docx
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通信电子线路调幅发射系统电路设计
通信电子线路—调幅发射系统电路设计
兰州理工大学课程设计报告
摘要
本次课设任务是制作调幅发射系统整机电路，用皮尔斯晶体振荡器产生本振信号，经过三极管倍频电路或者锁相环倍频电路放大一定倍数成为调制信号的载波，并与乘法器调制电路与源调制信号调制成相应的调幅信号，调幅信号再送入上混频电路中进行频率的微调，最后由丙类谐振功率放大电路将调幅信号放大后从天线发射。
各单元电路均在Multisim软件进行了相应仿真，并尝试了整机联调，完成整体的调幅发射系统。
关键字：
调幅乘法器功率放大
兰州理工大学课程设计报告
目录
前言......................................................................................................................1
一．设计指标.......................................................................................................1
1.1晶体振荡器电路.......................................................................................1
1.2单（双）差分对构成的乘法器调制电路..................................................1
1.3上混频电路...............................................................................................1
1.4三极管倍频和锁相环倍频电路.................................................................1
1.5丙类谐振功率放大电路............................................................................1
二．系统总述.....................................................................................................2
2.1整体原理框图...........................................................................................2
2.2工作原理...................................................................................................3
三．单元电路设计与仿真.....................................................................................4
3.1晶体振荡电路...........................................................................................4
3.2倍频电路...................................................................................................5
3.3乘法器调制电路.......................................................................................6
3.4上混频电路...............................................................................................7
3.5功率放大器电路.......................................................................................8
四．整机电路设计图............................................................................................9
五．高频实验平台整机联调...............................................................................10
六．设计总结.....................................................................................................12
参考文献.............................................................................................................13
兰州理工大学课程设计报告
前言
课程设计是电子技术基础课不可缺少的重要教学环节，它是电子工程、信息工程、计算机科学和技术等电类专业和机电一体化等非电专业的一门重要的专业基础课。
此次课设要求我们学会分析电路、设计电路的方法和步骤；进一步掌握所学单元电路及在此基础培养自己分析、应用其他单元电路的能力；并且了解高频振荡器电路、高频放大器电路、调制器电路、音频放大电路的工作原理；可以运用实验手段检验理论设计中的问题所在，又可以运用学过的知识，指导电路测试工作，使电路更加完善，从而使理论和实际有机的结合在起来，锻炼分析解决电路问题的实际本领，真正实现使学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索﹑设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节；进一步提高分析解决实际问题的能力，提高解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与仿真，加深对基本原理的了解，增强实践能力。
一．设计指标
1.1晶体振荡器电路
本课程设计所设计的晶体振荡器的输出载波频率为300KHz,频率较稳定，波形适当；另外调制信号为10KHZ的正弦波，可与载波作乘法运算生成调幅波。
1.2单（双）差分对构成的乘法器调制电路
本课程设计所设计的振幅调制电路为差分对乘法器调制电路，可利用10KHZ的调制信号对1MKZ的载波信号进行DSB调制。
1.3上混频电路
本课程设计所设计的混频电路可将调幅波的频谱搬移到更高的频段，使之更适合在信道中传播。
本设计电路中将10.5MHz的信号与11MHz的本振信号进行上混频，从而生成21.5MHz的调制信号。
1.4三极管倍频和锁相环倍频电路
本课程设计所设计的三极管倍频电路可对载波频率放大5倍左右，使载波频率提高；另有设计的锁相环倍频电路可对载波频率放大100倍，倍数稳定。
1.5丙类谐振功率放大电路
本课程设计所设计的丙类功率放大电路可将1V的信号放大至10V,放大倍数接近10倍。
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二．系统总述
2.1整体原理框图
图1调幅发射整体原理框图
通信系统中的发送设备是将信息发送者送来的非电量原始信息（信源）如语音、文字和图像等转变成电信号，再把信号处理成适合于信道传输的信号形式送至信道。
信源信号在通信系统中称为基带信号。
基带信号是频谱在零频附近的宽带信号，这种信号一般具有从零频开始的较宽的频谱，而且在频谱的低端分布较大的能量，所以称为基带信号，这种信号不宜直接在信道中传输。
如果将消息信号对频率较高的载波进行调制，就能使信号的频谱搬移到适合信道的频率范围内进行传输。
例如声音基带信号的频率范围是20Hz～20kHz，这样的基带信号是不能在无线信道上传输的。
即使在某些可以传输直流的有限信道上，为了提高信道的通信容量，基带信号的传输方式也很少采用。
一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。
在通信系统中，调制有三个主要作用：
1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2调制的另一个重要作用是实现信道复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输。
对不同的信道，根据经济技术等因素，可以采用不同的调制方式。
以模拟信号为调制信号，对连续的正（余）弦载波进行调制，亦即载波的参数随着调制信号的作用而变化，这种调制方式称为模拟调制。
而所谓振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。
这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。
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2.2工作原理
本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲倍频送至振幅调制电路；话音放大电路将低频信号（例如语音信号）放大至足够的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器，高放级将载频信号的功率放大到所需的发射功率，然后经天线输出。
本机振荡：
产生频率为300KHz的载波频率；
倍频器：
将振荡级与调制级隔离，减小调制级对振荡级的影响；
调制器：
将低频信号调制到载波上产生调幅信号。
混频器：
将调制波的频谱搬移到一个更高的频段，有利于在信道中传输；功率放大器：
高效率输出所需功率。
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三．单元电路设计与仿真
3.1晶体振荡电路
主振器就是高频振荡器，是发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定的，幅度较大的，波形失真小的高频正弦波信号作为发射载频信号。
高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。
晶体振荡器原理图及仿真波形如下：
图2晶体振荡电路
在此电路中，左边的三个电阻R7，R8，R9构成分压式偏置电路，电感线圈作为高频扼流圈，C4作为旁路电容，C6作为耦合电容。
晶体在振荡器中起的作用是提高Q电感，取代了在电容三点式振荡器中电容谐振回路的地位；右边回路中的三个开关分别串联了三个电阻，可用于观测在晶体标称频率下的微调结果，也可提高回路的标准性。
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3.2倍频电路
本课程设计的倍频电路是三极管倍频电路，用于将输入信号频率成倍增加的电路，它主要用于甚高频无线电发射机或其他电子设备。
由于振荡其频率愈高稳定性愈差，一般采用频率较低的振荡器，以后加若干级倍频器达到所需频率。
图3倍频电路
三极管倍频器利用三极管的非线性器件特性，当一个信号通过时会产生各次谐波分量，利用选频网络，使各个LC回路谐振与一定的工做频率，从而选出我们所需要的频率分量。
电路图中12V直流源提供三极管静态工作点，构成偏置电压，是三极管工作在丙类状态，Ubb=0V，Ube>0；L4为高频扼流圈，为直流通路，阻止交流通过；L1、C5和L2、C4谐振与不需要的谐振频率，对不需要的频率分量相当于短路，滤除掉，C2、L3谐振于信号的5倍频处，对5倍频率有阻抗，从而选出其5倍频分量。
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3.3乘法器调制电路
本课程设计的振幅调制电路为单差分乘法器调制电路，将载波和调制信号作为输入，得到的输出信号为以调波，，这种电路称为调制器。
平衡调制器产生抑制载波的双边带（DSB）信号或单边带（SSB）信号，在通信系统中得到了广泛应用。
乘法器电路及仿真如下：
图4乘法器电路
本图为典型的单差分对构成的乘法器电路，其中Q1，Q2构成了一对差分放大器，载波通过Q3放大从集电极输入，调制信号通过差分对的基极放大对载波进行乘法运算，但条件是Q1Q2要处于其微导通的非线性区域中，这就对输入的调制信号做出了要求，因三极管在常温下的温度当量为26mV，因而只有当调制信号小于这个数值的时候差分对才会工作在非线性区域，才会使差分对基极的信号与集电极的信号作乘法运算。
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3.4上混频电路
混频器实际是一种乘法器，对输入的两个频率进行向加，再经选频网络滤掉不需要的频率分量。
此处的混频应将调幅波搬移到一个更高的频段，称其为上混频。
以利于其在信道中更好传输。
在此用一个正弦信号代替调幅波和本振信号进行上混频。
图5混频电路
12V直流电源、R2、R3、R1提供给三极管偏置电压，是三极管工作在合适的非线性区，输入信号频率为10.5MHz,本振频率为11MHz,集电极负载为LC谐振回路，谐振在21MHz左右，从而实现了输入信号和本振信号的和频，既上混频电路。
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3.5功率放大器电路
丙类功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是以较高的效率输出最大的功率来满足发射机输出功率的要求，同时该级输出波形不能失真，否则谐波发射严重，影响发射效果。
图6功率放大电路
上图为丙类谐振功率放大电路，其负载为LC谐振回路，基极回路的固定偏置可取正、负或零值。
为使放大器工作于丙类，偏置电压应低于晶体管导通电压，对输入信号进行放大至射频，更有利于发射出去。
丙类功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。
在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。
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四．整机电路设计图
图11整机电路原理图
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五．高频实验平台整机联调
图8调幅系统源信号图9中频放大信号
图10解调信号图11调频信号斜率鉴频
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图12调频信号相位鉴频图13脉冲计数式鉴频
图14锁相环调频图15锁相环倍频
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六．设计总结
通信电子线路是这学期我们学习的课程中最接近实际的部分，但也是最难的，通过这两周的课程设计我更深有体会。
尤其是因为之前的基础电路几门学科觉得甚是马虎，这次实践下来更觉得太多知识近乎一片空白。
因此，这个课程设计也就变得手忙脚乱了。
不过还好给我们留的时间并非不多，有很多时间可以复习之前未熟悉的电路，虽然还是感觉困难重重，但一一克服也是一件非常有意义的事情。
任务下达后，我承担了晶体振荡器、单双差分对乘法调制器、倍频器及混频器等电路设计，这些电路除开乘法器我曾经仿真过还算比较熟悉，其他的电路都少有涉及，尤其是振荡部分，调试过很多次都不能给出很好的波形。
开始任务时，我打算查找相关资料作准备，并在图书馆和上网采集了一些有用的资料。
因为基础的问题，查阅资料的效率很低，很多电路都只限于知其然而不知其所以然，而且收集到资料并非很丰富，毕竟术业有专攻，不是每个人每本书都对自己有用。
这就导致前期准备工作进度很慢，但经过这次忙碌以后，自己在这方面确实弥补了许多以前的不足，使自己更进了一步。
这次课程设计我们完成了任务，我想对于我还是其他的同学都会有很多体验和收获。
对于我而言，以前对书上的知识的记忆，有些纯粹是为了应付期末考试没有深入太多。
而现在经过了这次课程设计之后，让我明白了一些东西，感觉在高频这一块儿清晰了很多。
我想这次实践的意义是重大的，不只为了任务，更懂得了设计产品的流程与方法。
我觉得很多同学在这一方面和我一样都很薄弱。
老师也有讲过高频是一门很难的学科，是我们通信专业学科的基础。
也会有一些同学在这方面很有天赋。
有的时候会很羡慕他们作设计犹如如鱼得水般的顺利。
后悔曾经没有好好去学，本来注定自己的节奏就要比别人慢半拍，只有通过不断努力，来提高自己，弥补不足，让自己进步。
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参考文献
[1]《Multisim11电路设计及仿真应用》清华大学出版社2012年7月
[2]《高频电路原理与分析》西安电子科技大学出版社2006年7月
[3]《通信电子线路》清华大学出版社2008年12月
[4]《电子线路设计、实验、测试》
[5]《高频电子线路实验平台说明书》
华中理工大学出版社南京润众科技有限公司13
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