哈工大高频课设.docx

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哈工大高频课设

通信电子线路课程设计

课程名称：

高频电子线路课程设计

院系：

电子信息工程

班级：

XXXXXXX

姓名：

XXXX

学号：

XXXXXXXXXXX

指导教师：

XXXXXXXXX

时间：

2014年11月

一、中波电台发射系统设计 

1设计目的 

要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试，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，学会分析电路、设计电路的方法和步骤。

2设计要求

技术指标：

载波频率535-1605KHz，载波频率稳定度不低于10-3，输出负载51Ω，总的输出功率50mW，调幅指数30％~80％。

调制频率500Hz~10kHz。

本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。

高频小功率晶体管3DG6

高频小功率晶体管3DG12

集成模拟乘法器XCC，MC1496

高频磁环NXO-100

运算放大器μA74l

集成振荡电路E16483

3 设计原理  

发射机包括高频振荡、音频信号、调制电路和功率放大器四大部分。

正弦振荡器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，该级电路通常采用LC谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。

选用西勒振荡器来产生所需要的正弦波。

在振荡器后加一缓冲级，缓冲级将的作用是前后两部分隔离开，减小后一级对前一级的影响而又不影响前级的输出。

音频处理器是提供音频调制信号，通常采用低频电压放大器和功率放大电路把音频调制信号送到调幅电路级去完成调幅。

振幅调制使用乘法器将高频振荡信号和低频语音信号相乘得到高频调制信号；再经高频功率放大器放大调制信号的功率，以达到发射机对功率的要求，调制电路和功率放大器要保证信号上下对称且不是真，否则影响发射效果。

发射机设计框图如下：

4具体电路设计

1.正弦振荡器设计

要求频率稳定度10-3，采用频率稳定度较高的西勒振荡器，载波信号振荡电路的输出需要十分稳定的振荡频率，因此采用较电感三点式振荡器振荡频率稳定的电容三点式振荡器。

而一般简单的哈特莱LC振荡器的频率稳定度低，且不能调节频率，并不能满足设计的要求。

因此采用西勒振荡器而且可以在较宽范围内调节载波频率。

选择振荡频点1MHz，电路如下：

器件选择

振荡频率选择1MHz,三极管选用2N2222三极管，单组电容电感均选用普通的即可。

对于西勒振荡器，振荡频率fc的计算

由于西勒振荡器要求C3<

反馈系数F的选择

F一般选择F≈0.1~0.5。

为满足西勒振荡器C3<

频率稳定度

由于西勒振荡器满足C3<

仿真得到的正弦波如下，输出频率稳定在1.001MHz，输出振幅210mV.

2.缓冲级的设计

使用缓冲级的目的是消除后级对前级的影响并便于进行阻抗匹配，利用射极跟随器的输出阻抗高，电压放大倍数为１的特性，构成缓冲级。

设计的电路图如下：

为方便对需求电压的调节，在输出端设置一个变阻器来输出分压以使输出达到所要求的幅值。

输入输出都设置了隔绝直流的耦合电容。

射级跟随器随输出，输出幅度220mV，前级输出210mV，振幅基本没有改变，达到要求。

3.调幅电路设计

在几可以完成调幅的电路中，模拟乘法器调幅电路是集成化的调幅电路，具有调幅性能好，杂波频率少的优点，且方便使用，而且有相应的典型电路可以作参照，可以极大提高设计进度。

因此调幅电路选用模拟乘法器调幅电路，模拟乘法器采用MC1596乘法器，内部电路如下图所示：

由于输出会有其它频率分量，所以在输出端应设置谐振回路。

回路要选出1MHz的频率，根据前面的计算，得到

LC=2.5e-14

选择L=1mH,C=25pF。

为方便重复使用，对MC1596模拟乘法器进行了封装，下面就是使用封装的MC1596电路块设计的调幅电路，如下图所示：

本次设计的元件参数采用了MC1596模拟乘法器典型设计，其中图上两个输入端口是音频输入和载波输入，输出则是未经放大的调幅信号。

调节变阻器Rp可以调节载波信号的电位对称，通过调节振荡器的输入和音频输入，应使调制输出信号应该满足调制深度为30%~80%的要求。

载波信号采用射级跟随器的输出信号，频率1MHz，幅度220mV。

音频信号使用Multisim内置的函数发生器进行模拟，设置模拟的音频输入信号频率1KHz。

得到的调制信号输出：

可以测试输出波形的包络频率为1KHz，调制度68%，满足对输出调制深度要求。

4.高频功率放大器设计

高频功率放大器采用简单的高频小信号放大器来得到功率放大。

由于选频回路设计较为简单，所以在后面加以选频以保证输出波形的稳定。

并采用电容耦合阻抗变换来得到较大的放大倍数。

高频功率放大器电路图如下

使用函数发生器产生信号来计算放大器的电压放大倍数大致评估放大器放大效果的好坏。

由于放大器放大对象是经过调幅的信号，因此选频输出1MHz的信号，所以应使用函数产生器产生频率1MHz幅度100mV的信号，测试信号的选取和仿真结果如下所示，结果输出幅度为1.447V，可知放大倍数在15倍左右，另外放大器产生了一点底部失真，这是在误差允许范围内的，由于放大倍数较小，一级放大并不能满足要求，可以采用多级放大的方式来满足输出功率的要求。

5.发射机联调

将各级电路封装并连接后如图所示

如上所说，采用了两级放大来保证功率输出，若需要再放大则须注意失真的问题。

联调输出如下：

二、中波电台接收系统设计 

1 设计目的 

要求掌握最基本的小功率调幅接收系统的设计与安装调试，了解已调频信号放大器电路、混频器电路、解调器电路、音频放大电路的工作原理，进一步学习分析电路、设计电路的方法和步骤。

2设计要求

主要技术指标：

载波频率535-1605KHz，中频频率465KHz，输出功率0.25W，负载电阻8Ω，灵敏度1mV。

本设计可提供的器件如下，参数请查询芯片数据手册。

晶体三极管3DG6

晶体二极管2AP9

集成模拟乘法器xCC，MCl496

中周10A型

单片调幅接收集成电路TA7641BP

3设计原理

普通直放式接收机的优点是灵敏度高，输出功率较大，适用于固定频率的接收。

但也存在缺点，多个电台接收时，调谐比较复杂。

且高频放大器的放大倍数在频率高端比频率低端小，对不同的电台的接收效果会不同。

而超外差接收机克服了这一缺点，它的特点是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。

电压增益可以做大，选择性可以做高。

本机振荡频率的调节与混频器输入回路的调谐时同步进行的，必须保持角频率差为固定的中频。

多电台接收只需调节本振即可，方便快捷。

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、高频放大、混频电路、本地振荡、解调电路、低频功率放大电路和喇叭或耳机组成。

输入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，经过高频放大电路送给混频电路。

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，本次设计为465KHz。

中频放大器将中频调幅信号放大到解调器所要求的大小。

由解调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。

低频放大器将解调出来的音频信号进行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。

调幅接收机系统原理框图如下图所示

4具体电路设计

本地振荡电路

（1）1465KHz本地载频

中频频率要求为465KHz，发射机设计的作为载波的本地振荡频率为1MHz，根据

fL=fS+fI

可以得到混频器本地载频应为1465KHz。

1465KHz本地载频是作为混频器的载频输入的信号，与发射机类似可以同样采用西勒振荡电路，可以通过修改发射机振荡器来获得所需要的载频信号，根据前面的计算可以得到

L（C3+C4）=1.18e-14

即L=50uH时，C3+C4=236pF，经仿真调整后得到所需要的频率。

由于混频的载频输入对输入电压有要求，大约100mV，所以在振荡器的输出加一分压电阻来控制输出波形的幅度。

下面是电路图。

输出波形及输出频率如下图

选择50mV/DIV，则输出幅度100mV，符合混频器输入要求。

（2）465KHz本地载频

465KHz载频是同步检波器的本地载频输入与1465KHz本地载频相同，同样使用发射机振荡电路进行修改来得到所需要的465KHz，由于频率降低，所需要的L、C3、C4都会相应变大，则需要调整C1和C2的大小来满足C3<

即增大C1和C2的大小。

根据前面的计算可以得到

L（C3+C4）=1.17e-13

即L=350uH时，C3+C4=334pF，经仿真调整后得到所需要的频率。

要控制检波器的本地载波幅度大约100mV，所以在振荡器的输出加一分压电阻来控制输出波形的幅度。

下面是电路图。

缓冲级

缓冲级包括1465KHz本地载频的输出缓冲级和465KHz本地载频的输出缓冲级，均直接采用发射机争先振荡器的缓冲级。

1465KHz缓冲级输出波如下，选择标度100mV/DIV,可见输出波形的幅度是100mV符合输入要求。

465KHz缓冲级输出波形如下，选择标度100mV/DIV,可见输出波形的幅度是100mV符合输入要求。

混频器

混频器的作用是将已调信号不失真的从原有频率搬移到另一频率称之为中频上，也就是混频器就是一种频谱搬移电路，选用较为稳定的模拟乘法器混频电路，其工作原理与模拟乘法器调幅电路相似，可以复用之前封装好的MC1596电路块，而且模拟乘法器混频电路有成熟的电路可循，得到电路图如下

uL为本地载频输入端，uS为调幅信号输入端，uI为中频信号输出端。

得到波形如下图：

用频率计数器测量可以得到

当前200us/DIV的情况下，波形包络将在5个格子时走过一个周期，也就是调制信号的频率1KHz。

解调电路

常用的检波方法包括包络检波法和同步检波法，这里采用同步检波法。

同步检波法需要一个465KHz的本地载频，得到电路图如下：

载频端输入465KHz，载波端输入混频后的中频信号，的到输出如下

选取了半个周期，此时的时基调节在200us/DIV，图中信号一个周期走了5个格，也就是1ms一个周期，即信号频率1KHz。

功率放大器

仍采用前面发射机使用的高频小信号放大器。

接收机联调

音频输入采用Multisim内置的AM信号源

将前面的电路都封装成电路块并连接得到输出，电路图如下：

三、收获与体会

模拟调制系统是电子信息工程通信方向最主要的模块之一，通过在课堂上对理论知识的学习，我们了解到模拟调制系统的基本方式以及其原理。

但有些知识与经验未经实际操作很难获得，而实际的制版焊接存在周期长的缺点，这样一来，仿真成为了最可靠也最实际的实践学习方式。

有效完善了学习过程中实际操作不足的问题，同时进一步巩固了原先的基础知识。

课程设计过程中遇到很多问题，有知识层面的问题，这一部分问题要通过查阅书籍来得到补充，有关三极管的知识查阅了《电子线路基础》，关于调制器、混频器和检波器的知识正是《高频电子线路》所学习的内容。

关于所使用的仿真软件Multisim，操作问题查阅了书籍《Multisim 12计算机仿真在电子电路设计中的应用》大多数问题得到了解决。

在实际仿真当中最难解决的问题是高频小信号放大器的放大倍数，初步判断可能是静态工作点的选择问题。

最终得到的放大倍数仍旧偏低，有待解决。

再次对所有使我获得帮助的组织和个人表示感谢，特别感谢王露同学在仿真和理论计算上给予的理论支持。

四、参考文献

[1]. 阳昌汉. 《高频电子线路》. 高等教育出版社. 

[2]. 聂典丁伟. 《Multisim 12计算机仿真在电子电路设计中的应用》. 电子工业出版社

[3]. 闵锐徐勇孙铮. 《电子线路基础》.西安电子科技大学出版社