陈仁超外差式调幅发射与接收系统的设计.doc

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1、陈仁,030912104超外差式调幅发射与接收系统的设计 淮海工学院 课程设计报告书 课程名称： 通信电子线路课程设计 题 目： 超外差式调幅发射与接收系统的设计 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 2011-2012-1 专业班级： 通信091 姓 名： 陈仁 学 号： 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 1 概述 1.1 引言 无线电波是信息传播的重要工具。随着广播技术的发展，无论是发射机还是接收机都在不断更新换代。超外差式调幅发射机和接收机是整个通信系统非常基础，是我们必须掌握的。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

2、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。超外差调幅接收机由天线回路、高频小信号放大电路，变频电路、中频放大电路、检波器、低频放大电路等六部分组成，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率（在我国为465KHz），然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。 1.2 设计目的 1坚持理论与实际相结合，学以致用，将所学的基础理论、专业知识和基本技能在仿真实验中得到应用并加以巩固。 2在专业知识方面。掌握功能电路的基本原理和结构组成，以及加强对各个功能电路内在联系的认识

3、。通过实际设计可以认识到每个项目是一个“系统工程”，所含知识是跨专业的，从而提高知识“活学活用”的能力。 3技能培训方面： 掌握设计软件工具的正确使用； 以及如何通过设计工具分析电路的特性； 在设计过程中培养同学具有初步的综合电路设计能力。 4通过对资料的整理，促进同学们对本课题设计的理解，也能养成同学们严谨的工作态度。 5培养团队合作精神。 1.3 设计任务要求 1.3.1 主要性能指标要求： （1）通过一个主振器产生一个高频振荡信号(20MHz)，经缓冲、放大作为高频载波电压。能通过一个振幅调制器把低频电信号(1mV、2000Hz)加载到高频载波电压上产生一个普通调幅波。并且能对调幅波进行

4、功率放大。 （2）能将接收的普通调幅信号转化为固定的中频信号（465kHz）。能对中频信号进行放大。 能把中频信号转化为原来的低频调制信号。 1.3.2 具体要求： 1 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 1完成上述设计任务的基本功能。 2给出系统电路原理图（应用Multisim或Protel软件绘制）并完成主要单元电路的功能仿真。 3完成完整的课程设计报告。应包括系统框图、各单元电路设计与计算、总电路图、工作原理说明、电路仿真波形等；设计报告要在规定的时间内上交，其首页包括课题名称、课程设计时间、学生姓名、班级和指导教师等，正文内容要详细，总结对本次设计活动的经验和体会及建议。总的要求是

5、设计观点、理论分析、方案结论、计算等必须正确，尽量做到纲目分明、逻辑清楚、内容充实、轻重得当、文字通顺、图样清晰规范。 2. 设计思路与总体结构图 2.1 超外差式调幅发射机电路设计 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。超外差式调幅发射机系统原理框图如图1所示 图1超外差式调幅发射机系统原理框图 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，

6、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大级则成为受调放大器。 2.2 超外差式调幅接收机电路设计 接收机的主要任务是从已调制AM波中解调出原始有用信号，主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、低频放大器、低频功率放大电路和喇叭或耳机组成。原理图如图2所示。 2 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 图2超外

7、差式调幅接收机系统原理框图 输入电路把许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHZ。中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给低频放大器。低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。再由功率放大器将音频信号放大，放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。 3. 调幅发射机的电路结构和工作原理 3.1 音频放大电路 图3.1 音频放大电路 如上图3.1是音频放大电路

8、的具体电路，话筒产生的音频信号是一个典型的低频信号，此次设计中设原始音频信号为2kHZ的低频信号，所以采用低频放大电路即可实现音频信号的放大。上图采用的是一个两级低频放大电路，三极管Q1为射级跟随器，主要起隔离级的作用；三极管Q2采用的是高稳定性的分压式偏置电路。电容C1、C3为隔直流耦合电容，避免直流电源和交流信号相互影响，C1将音频信号耦合到放大电路中，C3将放大后的信号（调制信号耦合出来）；从C2可以看出这个两级放大电路采用的隔直 耦合方式，使前后放大电路的静态工作点互不影响。利用这样一个电路便可以把原始的 3 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 音频信号放大成我们需要的调制信号。

9、电路中直流电源选用的是VCC?12V，三极管2N2222的放大倍数?300 IB1?VCC?VBE(ON) R1?(1?)R6,IB2?VCC?VBE(ON)R2/R7?(1?)R8 R1=180k、R2=100k、R3=2k、R6=1.6k、R7=50k、R8=2.7k，可得电路的静态工作点 IB1?0.011mA,IB2?0.022mA；交流小信号能看出放大130倍，V1=10.00uV,V0=1.3mV。 3.2 高频振荡电路 图3.2 主振荡器 图3.2是此调幅发射机中的高频振荡器，本振荡器产生高频正弦波。振荡器产生的信号称为载波，载波的稳定性对整个调幅发射机系统的性能起着决定性的作用

10、，因此载波的稳定性一定要高。由于晶体的稳定性好，Q值很高，故晶体振荡器的频率稳定性高。此次设计就选用晶体振荡器，而且选用经典的三点式振荡。电阻R1、R2、R3和R4是偏置电阻，通过设置这几个电阻以及直流电源的参数使三极管Q1的静态工作点处于放大区； 三极管Q1的发射级通过电容C4交流接地，也就是发射级交流直接接两个电容C1和C2，而集电极和基级之间直接接晶振Y1，这便组成了经典的三点式振荡电路，通过调节C1、C2、和Y1的值可以调节输出频率，所以无需倍频。线圈L1是一个高频扼流圈，直流电源VCC通过L1给三极管集电极供电，而交流电流通过电容C6直接到地，使交流信号不影响直流电源。振荡信号通过电

11、容C5耦合出去。 4 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 3.3 缓冲放大电路的设计 从振荡器输出的波形幅值很小，达不到设计的要求，还不能直接做载波，必须送到放大电路中放大才可以做调幅发射机中的载波，这一级电路又起着隔离级的作用，因此叫缓冲放大电路。电路的设计如图3.3所示： 图3.3 缓冲放大电路 这里也是一个分压式偏置电路，通过电阻R1、R2的分压提供静态电压。为了避免电阻R4对交流电路的影响，在R4旁边加了一个旁路电容C3。输入信号通过C1耦合到三极管的基极，输出信号通过电容C2耦合出去。由于是对高频信号的放大，这里采用了型号为MPQ2222（工作的频率可以达到30MHZ）的三极管，

12、通过调整几个电阻的值可以改变放大倍数。缓冲放大电路是一个分压是偏置电路，直流电源VCC?12V，三极管的放大倍数?300。 IB?VCC?VBE(ON) R1/R2?(1?)R4 电阻R1=200k、R2=89k、R3=5.1k、R4=2.4k时，可得放大电路的静态工作点IB?0.014mA，放大倍数为150倍，V1=10uV、Vo=1.5mV。 3.4 振幅调制电路 5 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 图3.4 基极振幅调制电路 此次调制器的设计采用了基极调制，基极调制是三极管本身具有的调制特性。载波V1加到三极管的基极，调制信号V2由电阻R2接到基极。电阻R3和R6是分压式偏置电阻

13、，设置R3和R6的值可以使三极管工作甲类状态，没有调制信号输入时，输出为幅值恒定的高频正弦波；加上调制信号V2后，三极管的偏置点将移动，像这样利用调制信号的振幅移动载波的偏置点，就形成了AM调幅电路。 3.5 高频功率放大电路 高频功率放大电路是整个调幅发射机系统的最后一个环节，由调制器输出的已调波信号的功率很小，不满足发射的要求。我们知道发射功率和传播距离满足一定的关系，要想传出去的距离远，必须有足够大的发射功率，当发射功率大于500mW时，通信距离才能达到5.08Km以上。高频功放电路如图3.5所示： 图3.5丙类功率放大器 6 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 这里采用的是丙类谐振

14、功率放大器，由于丙类放大器效率高，常应用在无线电发射机中，用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大。电路后边的一部分是滤波匹配网络，与外接负载R1（天线）共同组成谐振回路。匹配网络以方面将负载电阻匹配成需要的输出负载，另一方面将需要的基波分量滤出来。为了实现丙类工作，基极偏置电压必须设置在功率管的截止区内。 3.5.1 由于功率管是丙类工作，功率管静态工作点必须在截止区，我们一直二极管的导通电压时0.7V，所以R5VCC?0.7V，设VCC?9V，R2?65K，则R5?4K，可取R2?R5 R5?2K。 3.5.2 匹配网络与偏置电阻 参数计算公式： Qe2Qe11?Qe21Re(Qe1?Qe2)C?C?Re?R , , , L?211122w0R1w0Re1?Qe2w0(1?Qe1) 6RL?50? Re?100? w?2?f?2?2?1000式中 选Qe1?2 Qe2?(1?Qe21)R1?1?1.2 Re 可得C1?1600pF ，C2?1900pF， L?5.09uF 3.6 超外差式调幅接收机总电路图和 PCB板图 7 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 图3.6.1 超外差式调幅接收机总电路图 图3.6.2超外差式调幅发射机PCB板