《调幅发射机的仿真设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《调幅发射机的仿真设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1高 频 电 子 线 路课 程 设计题 目： 调幅发射模块设计 院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 2013 年 月 日学院教务处制 专业： 电子信息工程 学号： 摘 要摘 要高频电子线路是通信系统，特别是无线通信系统的基础，是无线通信设备的重要组成部分，其研究对象是通信系统中的发送设备和接受设备的高频“功能”电路功能的基本组成和原理。调幅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。本设计以高频电子线路为基础，完成了小功率调幅发射机的基本理论设计。本文详细的设计了系统的本地振荡器、低频放大器
2、、调幅调制电路和功率放大电路，并用 multisim 软件对单元电路进行了仿真，以及部分电路理论的计算，并结合 protel99se 完成了总体电路的原理图及 PCB 设计。关键词： 高频；multisim；调幅发射；protel目 录摘 要 .I1 设计任务及要求.11.1 设计任务及技术指标.11.2 设计要求.12 方案论证 .22.1 主振荡器模块.22.2 振幅调制模块.22.3 高频功率放大模块.32.4 低频放大模块.33 单元电路设计 .33.1 主振荡器模块.33.2 振幅调制模块.63.3 高频功率放大模块.83.4 低频放大模块.94 电路原理图及 PCB 版图 .95
3、总结 .3附录及参考文献 .311 设计任务及要求 1.1 设计任务及技术指标（1）学会 multisim 等电子电路仿真软件分析电路、设计电路的方法和步骤；（2）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；（3）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；（4） 输出功率 P10W，发射效率 ，工作频率 f0=11MHz，调幅度%50ma0.3， 电源电压 12V ；（5）画出调幅发射机原理图，方案的确定，晶体振荡器设计计算；（6）完成 PCB 版图的制作。1.2 设计要求本次设计要求我们通过查阅资料等独立完成任务，我们应该对自己所设计东
4、西的原理以及每个模块的设计思想有一定的理解，其次要求认真完成原理图的设计与仿真和报告。并且通过一个主振器产生一个高频振荡信号(11MHz)，经缓冲、放大作为高频载波电压。然后通过一个振幅调制器把低频电信号(1mV、1000Hz)加载到高频载波电压上产生一个普通调幅波。最后要对能对调幅波进行功率放大。完成上述设计任务的基本功能。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。完成完整的课程设计报告。2 方案论证2.1 主振荡器模块方案一：RC 正弦波振荡器由电阻和电容组成，没有调谐回路，结构简单，易于实现，但不能抑高制次谐波的产生，因此不适合
5、用于高频电路。方案二：LC 三点式振荡器，包括电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。其中电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。为提高频率稳定度，可采用改进三点式振荡电路，如克拉波振荡电路、西勒振荡电路。2方案三：晶体振荡器，晶体振荡器频率稳定度高，振荡频率不易受外界因素（温度、湿度、电压变化等）影响。 因此，RC 振荡器不符合要求，可以采用西勒振荡器或者晶体振荡器，由于晶体振荡器不易受外界因素影响，故本设计选用晶体振荡器作为本振信号源。2.2 振幅调制模块方案一：模拟乘法器调幅，模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关
6、信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。采用模拟相乘器实现的调制方法是低电平调制，输出功率较小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。方案二：高电平调幅，采用集电极调幅实现的调制方法属于高电平调制，输出功率基本能够满足发射功率要求。本次设计采用集电极调幅实现的调制方法，与低电平调制相比，高电平调制电路的优点是不必采用效率较低的线性功率大器，直接产生满足发射机输出功率要求的已调波，多采用丙类谐振功率放大器。集电极调制电路工作在过压状态，用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，实现调幅。它具有调制线性好，集电极效率高，效率不变等优点；但是调制信号功率大。基极调制电路工作在
7、欠压状态，用调制信号来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。它的缺点调制过程中效率有变化，平均集电极的效率不是很高；但它的优点在于调制功率很小。2.3 高频功率放大模块功率放大模块有缓冲级、激励级和功率放大级组成。因为本次设计要求发射效率 ，所以采用丙类功率放大器。%502.4 低频放大模块低频放大是对输入的调制信号进行放大，本设计中采用甲类共射极放大电路作为低频放大部分。3 单元电路设计3.1 主振荡器模块3.1.1 基本原理及参数选择3主振荡器采用石英晶体振荡器，本设计中主振电路由两部分组成：并联型 c-b 型（皮尔斯）晶体振荡电路；三极管缓冲放大电路。c-b 型并联晶体振荡器的典型电
8、路如图 3-1 所示，振荡管的基极对高频接地，晶体接集电极与基极之间，C2 和 C3 位于回路的另外两个电抗元件，振荡器的回路等效电路如图3-2 所示，它类似于克拉泼振荡器，由于 Cq 非常小，因此，晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱，从而使频率稳定度大大提高。由于晶体的品质因数很高，故其并联谐振阻抗也很高，虽然接入系数很小，但等效到晶体管 CE 两端的阻抗仍很高，因此放大器的增益高，电路容易满足振幅起振条件。图 3-1 c-b 型并联晶体振荡器实际线路图 图 3-2 c-b 型并联晶体振荡器等效线路静态工作点的选择：选 ICQ=2mA VCEQ=6V =60，则有KIURCQE
9、32643为提高电路的稳定性 RE值适当增大，取 R4=1K 则 R3=2K则 VIECQ21mA0取流过 R2的电流为 10IBQ则 （取 =0.6V） KIVBQONBE8.710)()(ONBE取 R2=5.1K，则 30.9KR2101 QCIUWR取 R1=10K， W 1为 50K 的可调电阻。确定主振回路元器件 LCf10当为 LC 振荡时， f 0=11MHz 设 L =2.2H则 PFLfC1)2(则取 C6=100P，C2=200P 而对于晶体振荡，只并联一可调电容进行微调即可。3.1.2 电路仿真及结果分析 图 3-3 振荡器电路原理图通过调节示波器可以观察到振荡器起振时
10、波形如图 3-4 所示：图 3-4 起振时波形达到振幅稳定时波形如图 3-5 所示：图 3-5 振幅稳定时波形用频率计测量振荡频率为 10.815MHz图 3-6 频率计示数3.2 振幅调制模块3.2.1 集电极调幅的工作原理集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。实际上，它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器，属高电平调幅。调幅管处于丙类工作状态。设基极激励信号电压（即载波电压）为： 。则加在基射极间的瞬时tV00cos电压为 。调制信号电压 加在集电极电路中，与集电极直流电tVBE0
11、cos压 VCC 串联，因此，集电极有效电源电压为式中，VCC 为集电极固定电源电压； tmtVaCCC cs10为调幅指数。am3.2.2 设计仿真及结果分析图 3-7 集电极调幅电路原理图用示波器观察仿真效果如图 3-8 所示：图 3-8 调幅波输出波形为了便于分析计算，调节示波器，使输出波形如下,计算可得：调幅度 ma=1/2*(Vmax-Vmin)/Vo=46%.图 3-9 调幅波输出3.3 高频功率放大模块3.3.1 谐振功率放大器的工作原理LC 谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。作用：滤波、匹配。VBB:基极直流电压作用:保证三极管工作在丙类状态。VBB 的值应小于放大管的导通电压 Uon；通常取 VBB0。VCC：集电极直流电压作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。功率关系：直流功率：PV=VCCICO；输出功率：PO= Icm1Ucm；放大管功耗：PT=PV-PO；效率：= PO/PV3.2.2 仿真设计及结果分析仿真电路图：图 3-10 高频功放电路原理图用扫频仪观察谐振曲线如图 3-11 所示：图 3-11 谐振曲线使用示波器观察到输入输出波形分别如下：图 3-12 输入输出波形使用功率表分别测得输入小信号，直流输入功率，输出功率如下：图 3-1
