理工科小功率调幅发射机.docx

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理工科小功率调幅发射机

小

功

率

调

幅

发

射

机

学号：

姓名：

年级：

07电信

（2）班

指导老师：

日期：

2010年6月16日

目录

摘要3

一·选题意义4

二·总体方案4

三·各部分设计及原理分析5

高频振荡器电路5

隔离放大电路7

受调放大级电路8

话筒和音频放大电路9

传输线与天线10

四·参数选择10

功率分配及电源的设定10

各级晶体管的选择10

放大级管子的选择11

五·实验结果11

被调级参数的计算11

放大级的计算12

振荡级的计算12

六·结论12

本振级调试12

放大级调整12

末级调试13

统调13

七·实验心得13

八·参考文献：

14

附录：

15

摘要

小功率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的应用。

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一种趋势，这类软件的问世也极大的提高了设计人员在机械·电子等行业的设计人员设计的产品质量与效率。

本课程联系课堂所学知识，增强查阅、收集、整理、吸收消化资料的能力，为毕业设计做准备。

培养一定的独立分析问题、解决问题的能力。

对设计中遇到的问题能通过独立思考、查阅

有关资料，寻找解决问题的途径。

培养学生综合运用所学理论知识能力，提高学生综合能力。

小功率调幅发射机

一·选题意义

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；

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；

发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。

通常，发射机包括三个部分：

高频部分，低频部分，和电源部分。

高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。

主振器的作用是产生频率稳定的载波。

为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。

低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。

低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。

因此，末级低频功率放大级也叫调制器。

调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡（载频）信号上去的过程。

所以末级高频功率放0000000

二·总体方案

根据课程设计要求，其工作频率为7MHz,输出载波频率为0.5W。

由于输出功率小，所以它具有结构简单，体积小和质量轻等特点。

基于以上要去，可选用最基本的发射机结构。

该结构由主振、放大和被调级构成。

由于晶体稳定性好，Q值很高，故频率稳定度也很高。

因此，主振级采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。

末级采用串联馈电的方式。

由于电源靠近的一端，杂散电容小，从而对回路的影响也小，使电路稳定工作。

为了有较高的效率，本级采用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。

输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。

由于本机输出载波功率为0.5W,所以，只需一级功率放大器就能达到要求；而其工作在较

低的7MHz频率,一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度高，无须进行倍频。

为了提高工作效率，采用丙类集电极调幅方式。

因而，本机由最基本的发射机所应有的三级构成。

三·各部分设计及原理分析

调幅发射机方框图

高频振荡器电路

电路如下图所示，振荡器是无线电发射的心脏部分高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波,它的频率叫做载频。

由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。

因此，主振级（高频振荡器）采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。

此电路中其工作在较低的7MHZ频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而其频率稳定度高，无须进行倍频。

图一

频率输出需要通过C4微调。

C1、C2为回路电容，改变C8可以改变耦合程度，R1、R2为偏置电阻，R3为集电极负载电阻，R4为发射极电阻，C3为旁路电阻，Z1为高频扼流圈，C6、C7为电容退耦电容。

高频振荡器所输出的波形如下图所示：

高频振荡器输出波形

隔离放大电路

图二

电路如上图所示。

该电路采用自给负偏压方式，通过R4可改变电位器改变负偏压大小。

回路谐振在工作频率，通过改变变压器B1耦合输出。

Z2、Z3为高频扼流圈，C10为旁路电容，C11、C12为回路电容，C16、C17为耦合电容，C14、C15为电源退耦电容。

隔离放大级的输出波形如下图所示：

隔离放大器输出波形

此图与图一的区别是输出波形幅度变大，而频率不变。

受调放大级电路

图三

电路如上图所示。

末级采用串联馈电的方式。

为了有较高的效率，本级利用集电极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。

输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。

为加强耦合度，可在变压器初次级之间接一个小耦合电容C22,C20和C21为回路电容。

受调放大电路的输出波形如下所示：

受调放大级的输出波形

话筒和音频放大电路

如下图：

音频放大器采用LA4101。

电源由14脚接入，3脚接地，10脚与地之间接退耦电容C20，12脚与地之间接有源滤波退耦电容C21。

信号由9脚输入，经放大后由1脚经数出电容C26送到受调放大级。

6脚到地之间接入C19和Rf组成的负反馈电路，决定放大倍数的大小。

Rf越小，电路增益越高；反之，增益越小。

13、14之间接入自举电容C24、C22和C23，以防止产生寄生振荡。

图四

信号经过话筒、音频放大电路和调制器后的波形如下所示：

传输线与天线

这部分的作用是把已调高频信号由传输线送至天线，变成电磁波，辐射到空间去，实现无限电波的发射。

无线设备本身的天线都有一定距离的限制，当超出这个限制的距离，就要通过这些外接天线来增强无线信号，达到延伸传输距离的目的。

这里面要涉及到两个概念：

1、频率范围

它是指天线工作的频段。

这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。

比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品

2、增益值

此参数表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。

四·参数选择

功率分配及电源的设定：

本机输出的最大功率Po,max=（1+ma）2×Po=4×Po＝4×0.5W=2W。

设输出变压器的效率=0.8，则末级功率放大器管最大输出功率为Po,max=2W/0.8=2.5W,取功率放大器管功率增益为Ap＝13dB（20倍），则末级的最大激励功率应为125mW,而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。

对于小型发射机，电源电压一般为9～15V，所以取标准电源12V。

各级晶体管的选择：

一般选取晶体管的原则是BVceo、PCM、ICM必须满足要求。

末级功率放大器管：

工作频率为7MHz,最大输出功率为2.5W，且集电极瞬时电压为Vc＝Vcmcoswct+VWmcosWt+Vcc,其最大值为：

Vc,max=Vcm+VWm+Vcc=（VWm+Vc）×x+VWm+Vc=Vc（1+ma）×（x＋1）

当ma＝1，x＝1时，Vc,max＝4×Vcc＝4×12＝48V，可选用3DA1B，其参数为：

BVceo≥50V,Pcm=7.5W,Icm=0.75A,fT=70MHz≥10f0,Ap=13dB

放大级管子的选择：

集电极瞬时电压为Vc＝Vcmcoswct＋Vcc，其最大值为Vc,max=Vcm+Vc=Vc（x＋1）,当x＝1时，Vc,max＝24V。

其参数为Icm＝300mA,fT≥200MHz,BVceo≥45V,Pcm=0.7W,

振荡管的选择，要求b≥50,fT≥10f0,仍选用3DG12

五·实验结果

被调级参数的计算

已知条件：

Vcc=１２V，f0=7mHZ，Ql=5,P0=0.5W,q=70o,RL＝51W，hfe=10,hT=0.8,Q0=150,系数P1=0.15,P2=0.2。

三级管型号3DA1B。

通过计算,可得：

Ic1m=0.104A,Icm=0.238A,Ico=0.06A

PD=Ico×Vcc=0.72W

Pc=PD-Po’=0.098W

hc=Po’/PD=86.8%

Ap=10㏒10（Po’/PD）=13dB（20倍）

所以，激励功率Pi＝Po’/20=31.25mW

Ibm=Icm/hfe=0.0238A

Ib1m=0.01A

Vbm=2×Pi/Ib1m=6.24V

Vbb=VBZ-Vbm×cosq=-1.9V

Ibo=6mA

R5=|Vbb|/Ibo=310W,标称值可取R5＝390W可变电压。

取耦合电容C22=8pf,旁路电容C18=C19＝0.033mF,高频扼流圈Z4=Z5=100mH,从而得到各项功率的计算。

放大级的计算

已知条件：

Vcc=１２V,f0=7mHZ,末级激励功P1=31.25mW,,系数P1=0.2,P2=0.4,管子选3DG12B,其Ap=10,Cb’c=15pF。

同理，取C12＝85.5pF,则L2＝6mH，用Q表测得其圈数n=12匝，n1=P1×n=2匝，n2=P2×n=5匝.C0＝2×Cb’c=30pF，折合到回路上从而算出回路所需电容为80.8pF.若取C12=68pF,C11=0.25pF,RR=1KW,C14=0.047mF,C15=100mF,Z3=Z2=100mH，C10＝0.033mF.

振荡级的计算

已知条件：

Vcc=12V，f0=7mHZ，选晶体型号为3DG12B，其放大倍数b=50,IcQ＝3mA,VceQ=6V,VeQ=0.2Vcc.

从而通过计算可得：

R3=1.2kW,R4=800W，取标称值R4＝810W，BQ=0.06mA,R2=5.1KW，R1=15kW,可取R1=10W+10W的电位器调整偏置。

取C4=0.25pF,C5=20pF,则F＝0.5mA,C4//C5<

六·结论

本振级调试

按设计电路安装后，将后级断开，调整晶体管的工作点，使振荡管静态电流为3mA左右；适当调整C4，输出频率为7MHz，幅度为3V的正弦波。

放大级调整

将前级的振荡输出通过耦合电容接入放大器的输入端，断开末端，接入约80的假负载；在B1的次级，改变回路电容CL1，使电表读数指示最小，即回路对工作频率发生谐振；然后改变变压器抽头，使放大器工作在临界状态，在假负载上输出约200MW的功率。

末级调试

前两级调试通过后，通过耦合电容接入末级输入，并按天线的等效电阻接入B2的次级，调整回路电容C20，使回路谐振，集电极电流指示最小，将调制信号短路，改变抽头，使载波最大点工作于临界状态，输出功率大于0.5W，且有较好的正弦波输出。

统调

由于将最后一级接上后，其输入阻抗不可能就等于假负载的阻值，因而接入电路后，会改变前级的反射阻抗，使其回路失谐，影响工作波形和输出，所以必须进行统调。

重新改变抽头位置，逐次对Cl1、Cl2进行调整，且改变级间耦合电容，反复调试，达到要求为止。

最后将末级电源断开，接入另一级电源进行模拟调制，调试时要注意观察调制特性，即逐级改变末级直流电压后，观察末级集电极回路电表指示的变化。

若在均匀改变电源电压的过程中，电流表指示均匀变化没有突变的现象，则在允许调幅度的情况下，有较好的调制特性，如果调制特性不好，则说明末级工作状态不对，应改变B2的抽头，重新使载波的最大点工作在临界状态。

调好后，接入1KHz的调制信号，观察调幅波形，改变音频信号发生器输出电压，使音频电压幅值变化，观察包络的变化，则调试完毕。

在调试过程中，会出现输出功率不够，输出波形不纯，有谐波分量等问题，需细心调试。

七·实验心得

经过近一周的高频电子线路设计我越来越认识到了，在学习·工作中独立思考问题解决问题的重要性，刚开始觉得这个题目很有意思，但还是觉得一头雾水，根本不知道不知道从哪里下手，做的效率很低，在同学的指导下，我逐渐认清了方向，总重完成了这个课程设计。

虽然完成了课程设计，也取得教好的效果，但也发现了自己的不少问题，不仅对知识的掌握不是很全面，在计算元件的参数·设计电路图式，遇到了很大的困难。

在思维方式方面，由于对自己不自信，并没有在很短的时间里队设计有整体的框架，进而很快进入状态。

当然，在发现自身一系列问题的同时，通过这次课程设计，我巩固了所学知识，提高了自己独立发现问题·分析问题·解决问题的能力，提高了自己的综合能力。

在这次的高频电子线路设计的过程中，自己感到虽然课本上的理论知识掌握的可以，但是一到实际应用上、具体的课程设计的时候，自己不能够很好的应用自己所学的知识去解决一系列的问题。

在其他同学的帮助下，以及自己不断的翻阅有关资料，才能够顺利的解决这次的课程设计，

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

八·参考文献：

[1]张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11

[2]高吉祥，易凡，丁文霞等，电子技术基础实验与课程设计，北京：

电子工业出版社，2002。

[3]郭维芹.模拟电子线路实验.同济大学出版社，1985.

[4]陆宗逸.非线性电子线路实验指导书.北京理工大学出版社，1989.

[5]周晓宁.音频功率放大电路.中国科技论文在线（）,2005-08.

[6]黄智伟，基于射频收发芯片NRF403的无线接口电路设计[J]，电子技术，2002.4.59-60.

[7]张义芳，冯建化。

高频电子线路.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，1998.

[8]沈伟慈.高频电路.西安：

西安电子科技大学出版社，2000

[9]李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社2005.6

[10]谢自美电子线路设计实验测试华中科技大学出版社2003.10

[11]谢嘉奎，电子线路非线形部分（第四版），北京：

高等教育出版社，1996。

附录：

整体电路图