06通信高频课程设计任务书.docx
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06通信高频课程设计任务书
通信电子线路课程设计(论文)任务书
信息工程学院通信工程专业通信06-1 班
一、课程设计(论文)题目 无线传输系统的调试与设计
二、课程设计(论文)工作自2009年1月5日起至2009年1月14日止。
三、课程设计(论文)地点:
图书馆、通信实验室
四、课程设计(论文)内容要求:
1.本课程设计的目的
1)使学生掌握无线传输系统各功能模块的基本工作原理;
2)培养学生基本掌握通信电路设计的基本思路和方法;
3)使学生掌握无线传输系统调试;
4)培养学生分析、解决问题的能力;
5)提高学生的科技论文写作能力;
6)学会使用pspice软件。
2.课程设计的任务及要求
1)基本要求:
(1)分析无线传输系统各功能模块的工作原理;
(2)选用合适的器件;
(3)提出系统的设计方案;
(4)对所设计电路进行调试。
2)创新要求:
在基本要求达到后,可进行创新设计,如改善电路性能;对系统进行仿真分析。
3)课程设计论文编写要求
(1)要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文;
(2)论文包括目录、中文摘要、绪论、正文、小结、参考文献、附录等;
(3)按课程设计论文装订采用学校统一封面;
4)评分要点:
(1)完成原理分析;
(2)完成仿真分析;
(3)完成调试;
(4)回答问题;
(5)格式规范;
5)参考文献:
(1)董在望.《通信电路原理》高等教育出版社
(2)张肃文.《高频电子线路》高等教育出版社
(3)杨翠娥.《高频电子线路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社,
(4)刘润华.《电工电子实习与设计》石油大学出版社课程设计论文编写要求
(5)李永平.《Pspice电路设计与实现》国防工业出版社
(6)
(7)
(8)
学生签名:
2009年1月19日
6)课程设计进度安排
内容天数 地点
构思及收集资料2 图书馆
组装与调试5 实验室
撰写论文3 图书馆、实验室
课程设计(论文)评审意见
(1)原理分析(20分):
优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(2)设计分析(25分):
优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(3)完成调试(25分):
优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(4)回答问题(30分):
优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(5)格式规范性及考勤是否降等级:
是(√)、否( )
评阅人:
职称:
副教授
2009年1月19日
附加说明:
(不用打印)
1、封面日期写最后一天(1月14日);
2、任务书签名写第一天(1月5日);
3、页数20页以上(正文为小四,行间距为单倍行距);
4、格式按毕业设计格式执行,网址:
5、封面统一到图书馆购买
6、指纹考勤时间:
早上8:
15-8:
35;下午:
2:
15-2:
35
7、指导教师:
罗晖
8、辅导教师:
一班:
黄德昌、梅艳
二班:
黄德昌、邱文军
9、图表的标识为图1.1、图2.1、图2.2或表1.1,图表的大小一定不能超过页面的四分之一,大图可以作为附录;
10、要获“优秀”,可以自行申报,必须通过统一的测试、格式应当绝对规范;
11、不能调试成功系统,总评为“不及格”;
12、如果发现论文有较多雷同,此类论文总评全为“不及格”;
13、章节安排:
目录
1、绪论
2、系统设计与安装
3、接收发射系统调试(必须做实验结果分析)
4、仿真(必须做仿真结果分析)
小结
14、评分的参考:
(会有所变化)
优格式较规范,原理叙述清楚,组装成功,仿真效果好,实验成功,考试成绩好
良格式较规范,原理叙述清楚,组装成功,仿真效果好,实验成功,回答问题较正确
中格式较规范,原理叙述清楚,组装成功,仿真效果较好,实验成功,回答问题不完全正确
及格式不够规范,原理叙述简单,组装(没完全)成功,仿真效果较好,实验成功,回答问题不够正确
目录
第一章:
绪论…………………………………………………………………5
1.1收音机的概述……………………………………………………………5
1.2对讲机的概述……………………………………………………………6
第二章:
超外差收音机………………………………………………………7
2.1系统设计思路……………………………………………………………7
2.2超外差接收机电路原理…………………………………………………8
2.3芯片功能介绍…………………………………………………………15
第三章:
对讲机……………………………………………………………18
3.1对讲机概述……………………………………………………………18
3.2对讲机工作原理………………………………………………………18
3.3影响对讲机通话距离和效果的因素……………………………20
第四章:
电路仿真…………………………………………………………21
4.1protel简介………………………………………………………………21
4.2运用protel仿真对讲机电路…………………………………………21
第五章:
焊接、安装、调试、检修………………………………………22
5.1焊接……………………………………………………………………22
5.2安装……………………………………………………………………22
5.3调试……………………………………………………………………22
5.4检修……………………………………………………………………23
设计心得……………………………………………………………………25
参考文献……………………………………………………………………25
谢辞…………………………………………………………………………26
附录…………………………………………………………………………27
第一章:
绪论
1.1收音机的概述
课程设计是针对某一理论课程的要求,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时间紧密结合,独立地解决实际问题的能力。
广播节目的发送是在广播电台进行。
广播节目的声波,经过电声器件如话筒等转换成音频电信号,并由音频放大器放大,经音频放大器放大后送往调制器,对高频载波信号进行调制,从调制器输出的调副或调频信号再经过高频放大器放大后送到发射天线,将载有声音“信息”的无线电波发出,就形成无线电广播,如图所示。
优点:
1.抗干扰能力好;2.频带宽,音质好;3.频道容量大,解决电台拥挤问题。
音频信号加载到载波信号上的过程,称为调制。
根据调制方式不同,分成调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。
无线电广播示意图
无线电广播的接收是由收音机实现的。
收音机的接收天线收到空中的电波;调谐电路选中所需频率的信号;检波器将高频信号还原成声频信号(即解调);解调后得到的声频信号再经过放大获得足够的推动功率;最后经过电声转换还原出广播内容。
可见,在无线电广播和接收过程中,无线电波是信息传播的重要工具。
利用无线电波作为载波,对信号进行传递,可以用不同的装载方式。
在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。
目前调频式或调幅式收音机,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对讲机的概述
在手机非常普及的今天,为什么人们还会选择对讲机呢?
存在必合理!
与手机相比,对讲机不受网络的限制,在网络不能覆盖的地方,对讲机可以让你轻松的沟通;另外对讲机提供了一对一,一对多的通话方式,一按就说,操作十分简单,令沟通更自由,尤其在紧急调度和集体协作工作的情况下,这些特点是非常重要的。
与手机相比,对讲机通话成本低。
这样的特点,让对讲机广泛应用在很多领域。
主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业,用于团体成员间的联络和指挥调度,以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。
随着对讲机进入民用市场,人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。
尤其在网络无法覆盖的地方,无线对讲机成为了人们喜爱的通讯工具。
在对讲机技术发展的30多年历史中,模拟技术应用已经非常成熟,关键器件已很可靠,早在20年前,国外就有人将数字技术引入对讲机行业,数字对讲机不仅能实现模拟对讲机基本业务:
单呼、组呼等功能,还具有调度台核查呼叫、区域选择、接入优先、优先呼叫、迟后进入、预占优先呼叫、侦听、动态重组、监听等补充业务。
也就是说,数字集群对讲机可提供更丰富的业务种类、更好的业务质量、更好的保密特性、更好的连接性和更高的频谱效率。
对讲机的主要包括家庭无线服务(FRS)对讲机,HAMradios对讲机,个人移动无线(PMR)对讲机以及陆基移动无线(LMR)对讲机。
目前,各厂家已经很努力地想办法提高产品通讯质量,降低干扰,开发多功能产品,如:
防水、防震功能,集成收音机和GPS功能等等。
摩托罗拉公司的GP2000采用了符合人体工程学原理的设计,具有很高的性能价格比;有可编程键和容易使用的浏览键;具备降噪增音的功能;99个信道;平均电池寿命为8小时,从国内外研究局势看出,对讲机已从单一的通话功能,变成了能和手机媲美的产品,而人们追求个性化的影子已在对讲机上演。
本文从无线对讲机的基本组成原理出发,通过对组成无线对讲机的各大组成部分的原理、功能及运用的研究,从理论上画出适合自己的电路原理图。
第二章:
超外差收音机
2.1系统设计思路
超外差式收音机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
由输入电路,即选择电路,或称调谐电路把空中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,送给前置放低频放大器。
前置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。
而为了得到较高得接受质量,目前广泛采用超外差接受方式。
超外差接受机的优点:
㈠、超外差式接收机可以有很大的接收动态范围。
㈡、超外差式接收机具有很高的邻道选择性和接收灵敏度。
一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器,在混频器后面还会有一个中频滤波器。
这就使得它具有良好的选择性,可以抑制很强的干扰。
㈢、超外差式接收机接受信号不平衡度影响小,不需要复杂的直流消除电路。
超外差式接收机的缺点:
㈠、超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频,电路复杂,成本高,集成度不高。
㈡、超外差式接收机会用到很多离散的滤波器,这些滤波器可以是SAW或陶瓷的,但一般比较昂贵,而且体积较大。
㈢、超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。
鉴于以上得优点以及缺点,因此我们可以选用集成芯片进行实现超外差接受机的功能,本实验产品仿手机调频收音机、对讲机中的收音(接收)部分采用D1800芯片来实现收音机得功能。
2.2超外差接收机电路原理
2.2.1超外差接收机电路方框图及工作原理:
图2-1调幅超外差收音机方框图
天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率(其频率较外来高频信号高一个固定中频,我国中频标准规定为465KHZ)一起送入变频管内混合——变频,在变频级的负载回路(选频)产生一个新频率即通过差频产生的中频,中频只改变了载波的频率,原来的音频包络线并没有改变,中频信号可以更好地得到放大,中频信号经检波并滤除高频信号。
再经低放,功率放大后,推动扬声器发出声音。
2.2.1输入回路
收音机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波,并从中选择出所需电台信号。
输入回路是由收音机内部的磁棒天线线圈与调台旋钮相连的可变电容CA构成的LC调谐电路,如图2-2所示。
调节可变电容CA可使LC的固有频率等于电台频率,产生谐振,以选择不同频率的电台信号。
再由L2耦合到下一级变频级。
图2-2输入回路
输入回路由可变电容和电感组成一个LC选频网络,通过改变电容的大小,LC选频网络的中心频率也会随之改变,在通频带内,即衰减3dB(2△f0.7)的范围之内,可以将其保留并向下传输,在通频带范围以外得频率区域内信号则大大衰减。
以此得到抑制,输入回路正是通过LC谐振回路的这一特性进行频道得选择,如图2-3
图2-3
2.2.2高频小信号放大
此电路的作用是用来对接受信号得放大。
它拥有增益高、噪声低,通频带宽,工作稳定性好得特点。
对于此类电路,它的输入回路和负载是谐振回路,而且谐振回路中心频率很高,使得电路在高频环境下工作,由于谐振回路得出现,使得高频小信号调谐放大器不仅有放大的作用,还起着滤波选频的作用。
图2-4高频小信号放大原理图
放大器各项性能指标及测量方法如下:
1.谐振频率
放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率,对于图1-1(a)所示电路(也是以下各项指标所对应电路),f0的表达式为
谐振频率f0的测量方法是:
用扫频仪作为测量仪器,测出电路的幅频特性曲线,调变压器T的磁芯,使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。
2.电压放大倍数
放大器的谐振回路谐振时,所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。
AV0的表达式为
AV0的测量方法是:
在谐振回路已处于谐振状态时,用高频电压表测量图1-1(a)中输出信号V0及输入信号Vi的大小,则电压放大倍数AV0由下式计算:
AV0=V0/Vi或AV0=20lg(V0/Vi)dB
3.通频带
由于谐振回路的选频作用,当工作频率偏离谐振频率时,放大器的电压放大倍数下降,习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW,其表达式为
BW=2△f0.7=f0/QL
式中,QL为谐振回路的有载品质因数。
分析表明,放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为
上式说明,当晶体管选定即yfe确定,且回路总电容
为定值时,谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。
这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。
通频带BW的测量方法:
是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。
测量方法可以是扫频法,也可以是逐点法。
逐点法的测量步骤是:
先调谐放大器的谐振回路使其谐振,记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率(保持其输出电压VS不变),并测出对应的电压放大倍数AV0。
由于回路失谐后电压放大倍数下降,所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。
可得:
通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。
要想得到一定宽度的通频宽,同时又能提高放大器的电压增益,除了选用yfe较大的晶体管外,还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。
如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号,则可减小通频带,尽量提高放大器的增益。
4.选择性——矩形系数
调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kv0.1时来表示,如图1-2所示的谐振曲线,矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707AV0时对应的频率偏移之比,即
Kv0.1=2△f0.1/2△f0.7=2△f0.1/BW
上式表明,矩形系数Kv0.1越小,谐振曲线的形状越接近矩形,选择性越好,反之亦然。
一般单级调谐放大器的选择性较差(矩形系数Kv0.1远大于1),为提高放大器的选择性,通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。
可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kv0.1。
2.2.2变频电路
又称变频器,由本机振荡器和混频器组成,其作用是将输入电路选出的信号(载波频率为fs的高频信号)与本机振荡器产生的振荡信号(频率为fr)在混频器中进行混频,结果得到一个固定频率(465kHz)的中频信号。
这个过程称为“变频”,它只是将信号的载波频率降低了,而信号的调制特性并没有改变,仍属于调幅波。
由于混频管的非线性作用,fs与fr在混频过程中,产生的信号除原信号频率外,还有二次谐波及两个频率的和频和差频分量。
其中差频分量(fr—fs)就是我们需要的中频信号,可以用谐振回路选择出来,而将其它不需要的信号滤除掉。
因为465kHz中频信号的频率是固定的,所以本机振荡信号的频率始终比接收到的外来信号频率高出465kHz,这也是“超外差”得名的原因。
图2-6混频示意图
VTl、T2、CB等元件组成本机振荡电路,它的任务是产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅高频振荡信号。
由于Cl对高频信号相当短路,Tl的次级Lcd的电感量又很小,对高频信号提供了通路,所以本机振荡电路是共基极电路,振荡频率由T2、CB控制,CB是双连电容器的另一连,调节它以改变本机振荡频率。
T2是振荡线圈,其初次绕在同一磁芯上,它们把VT1的等电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路,本机振荡的电压由T2的初级的抽头引出,通过C2耦合到VT1的发射极上
混频电路由VTl、T3的初级线圈等组成,是共发射极电路。
其工作过程是:
(磁性天线接收的电台信号)通过输入调谐电路接收到的电台信号,通过Tl的次级线圈Lcd送到VTl的基极,本机振荡信号又通过C2送到VTl和发射极,两种频率的信号在T1中进行混频,由于晶体三极管的非线性作用,混合的结果产生各种频率的信号,其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号,这就是中频信号。
混频电路的负载是中频变压器,T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路,它的谐振频率是465KHz,可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来,并通过T3的次级线圈耦合到下一级去,而其它信号几乎被滤掉。
2.2.3中频放大及检波电路
图2-7中频放大及检波电路示意图
又叫中频放大器,其作用是将变频级送来的中频信号进行放大,一般采用变压器耦合的多级放大器。
中频放大器是超外差式收音机的重要组成部分,直接影响着收音机的主要性能指标。
质量好的中频放大器应有较高的增益,足够的通频带和阻带(使通频带以外的频率全部衰减),以保证整机良好的灵敏度、选择性和频率响应特性。
检波的作用是从中频调幅信号中取出音频信号,常利用二极管来实现。
由于二极管的单向导电性,中频调幅信号通过检波二极管后将得到包含有多种频率成份的脉动电压,然后经过滤波电路滤除不要的成份,取出音频信号和直流分量。
音频信号通过音量控制电位器送往音频放大器,而直流分量与信号强弱成正比,可将其反馈至中放级实现自动增益控制(简称AGC)。
2.2.4自动增益控制电路(AGC)
这一部分在实验过程中没有用到,但是个人觉得这一部分在超外差收音机当中还是相当重要的,所以,我个人额外的对AGC这一部分进行简单的介绍。
收音机中设计AGC电路的目的是:
接收弱信号时,使收音机的中放电路增益增高,而接收强信号时自动使其增益降低,从而使检波前的放大增益随输入信号的强弱变化而自动增减,以保持输出的相对稳定。
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3,VT3既起放大作用,又是检波管,VT3构成的三极管检波电路,这种电路检波效率高,有较强的自动增益控制(AGC)作用。
AGC控制电压通过R3加到VT2的基极,
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号,C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
保证中频信号不随电台信号强弱而变化,趋于稳定。
2.2.5音频功率放大电路组成
前置低放电路
检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4,经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍,但是音频信号经过放大后带负载能力还很差,不能直接推动扬声器工作,还需进行功率放大。
旋转电位器RP可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小,可达到控制音量的目的。
功率放大器(OTL电路)
功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压,而且能够输出较大的电流。
本电路采用无输出变压器功率放大器,可以消除输出变压器引起的失真和损耗,频率特性好,还可以减小放大器的体积和重量。
VT5、VT6组成同类型晶体管的推挽电路,R7、R8和R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。
变压器T5做倒相耦合,C9是隔直电容,也是耦合电容。
为了减少低频失真,电容C9选得越大越好。
无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低,可以直接推动扬声器工作。
音频放大电路它包括低频电压放大器和功率放大器。
一般收音机中有一至两级低频电压放大。
两级中的第一级称为前置低频放大器,第二级称为末级低频放大器。
低频电压放大级应有足够的增益和频带宽度,同时要求其非线性失真和噪声都要小。
功率放大器是用来对音频信号进行功率放大,用以推动扬声器还原声音,要求它的输出功率大,频率响应宽,效率高,而且非线性失真小。
收音机一般采用甲乙类推挽功率放大器,按照放大器与负载的耦合方式不同,具体来说有变压器耦合、电容耦合(OTL)、直接耦合(OCL)等几种型式的功率放大器。
由于采用集成电路作为功率放大器具有体积小、功耗小、可靠性高、稳定性好、检修调试方便等优点,所以应用广泛。
2.2.6实验室发射接受部分连调如下
1.将模块10的S1的2拨上,即选通音乐信号,经U4放大从J6输出,调节W2使J6处信号峰-峰值为200mV左右,连接J6和J5将音频放大信号送入模拟乘法器的调制信号输入端。
同时将1MHz(峰-峰值500mV左右)的载波从J1端输入。
2.调节W1使得有载波出现,调节W2从J3处观察输出波形,使调幅度适中。
3.将AM调制的输出端(J3)连到集成线性宽带功率放大器的输入端J7,从TH9处可以观察到放大的波形。
将已经放大的高频调制信号连到模块10的天线发射端TX1,并按下开关J2,这样就将高频调制信号从天线发射出去了,观察TH3处波形:
接收机由天线回路、变频电路、中频放大电路、检波器、音频功放、耳机等六部分组成,各部分电路中元件的功能与作用前述单元电路中己讲述,参见各章。
实验箱上由模块2,4,7,10构成。
步骤如下:
㈠、将模块10的天线接收到的高频信号(中波调幅发射机发射的信号,由另一台实验箱提供)送入模块7的J4,将模块7的J6连到模块2的J5。
㈡、将模块2的J6连到模块4的J7,从模块4的J10输出的信号连接到模块10的耳机输入端。
㈢、慢慢调谐模块7的双联电容调谐盘,使接收到音乐信号。
㈣、观察各点波形,并记录下来。
2.3芯片功能介绍
2.3.1D1800芯片:
D1800为单片FM/AM收音机电路,FM部分包含混频,
本振中放,鉴频,静噪,低通滤波器等;AM部分包括
高放检波,此外还有音频驱动级和功放电路,用一块
D1800电路和少数外围元件,可制作完整的收音机。
该
电路工作电源电压范围为2.5V~5V。
该电路采用密间距的22脚双列直插封装。
2-8功能框图
2-9引出端功能
2-10应用图
通过了解D1800芯片的
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