无线调幅发射机.docx
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无线调幅发射机
通信原理课程设计
无线调幅发射机的设计
专业名称
通信
班级学号
学生姓名
指导教师
设计时间
2009.12.07~2009.12.25
目录
1.设计题目与设计任务
1.1设计题目
1.2设计任务
2.前言
3.调幅发射机的设计及其原理框图
3.1方案选择
3.2功率分配及电源电压的确定
3.3各级晶体管的选择
3.4放大级管子的选择
3.5调幅发射机方框图
4.调幅发射机的电路形成及工作原理
4.1高频振荡器电路
4.2隔离放大电路
4.3受调放大级电路
4.4传输线与天线
5.调幅发射机各级电路的计算及调试
5.1各级电路的计算
5.2电路的调试
6.总结与感想
7.参考文献
1.设计题目与设计任务
1.1设计题目
无线调幅发射机的设计
1.2设计任务
1)通过查资料、选方案、总体设计、方案实现、撰写设计报告、分析实验结果完成无效调幅发射机的设计;
2)画出调幅发射机组成框图,方案的确定,晶体振荡器设计计算;
3)设计时间为3周。
2.前言
当今时代,信息技术发展迅猛,更新换代明显加快,尤其是无线技术创新活跃,各类技术加快发展和融合,新技术新应用层出不穷,向社会各部门各行业各领域的渗透日益广泛深入。
目前,移动通信、卫星通信、雷达导航、遥控遥测、射电天文等40多种无线电业务,已在我国通信、广播、电视、国防、安全、铁路、交通、航空、航天、气象、渔业、科研等多个行业和部门得到广泛应用。
据不完全统计,截止2006年底,我国各类无线电台站总数达到260多万个,双向卫星通信地球站1.3万个,广播和短波电台4.6万个,微波站4.8万个,在用静止卫星18颗,非静止卫星7颗,卫星通信网络170个(双向、单向)。
作为频率使用最多的行业,移动通信发展十分迅速,目前用户数已达到5.1亿。
其它各类专业无线电通信、广播、无线电定位、遥控遥测等业务也得到了很大的发展。
无线技术的迅猛发展和广泛应用,正在深刻地影响和改变着人们的工作、学习和生活方式,在推动经济社会发展和信息化建设中发挥着越来越重要的作用。
无线发射机在其中占据着重要地位,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,和调制部分。
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。
主震器的作用是产生频率稳定的载波。
为了提高频率稳定性,主振级往往采用适应晶体振荡器,并在它后面发上缓冲级,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信号上去的过程。
所以末级高频功率放大级称为受调放大器。
3.调幅发射机的设计及其原理框图
3.1方案选择
本发射机工作频率为7MHz,输出载波频率为0.5W。
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,只需要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,无需进行倍频。
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。
3.2功率分配及电源电压的确定
本机输出的最大功率P0=2W。
设输出变压器的效率n=0.8,则末级功率放大器最大输出功率为P0=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。
3.3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,且集电极瞬时电压最大值为Vc=Vcm+Vm+Vcc=(Vm+Vc)*Vm+Vc=Vc(1+ma)*(n+1)。
当ma=1,n=1时,Vcmax=4*Vcc=48V,可选用3DA1B,其参数为:
BVceo≥50V,Pcm=7.5W,Icm=0.75A,f=70MHz≥10f0,Ap=13dB。
3.4放大级管子的选择
集电极输出的功率为145.25mW,若取Ap=10dB(10倍),则末级激励功率为156.24mW/10=15.6mW,可选择参数Icm=300mA,fT≥200MHz,BVceo≥45V,Pcm=0.7W的放大级管子。
3.5调幅发射机方框图
图1调幅发射机的方框图
4.调幅发射机的电路形成及工作原理
4.1高频振荡器电路
电路如图2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。
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为旁路所输出的波形如图3所示:
图2高频振荡电路部分
图3高频振荡器输出波形
4.5隔离放大电路
图4隔离放大电路部分
电路如图4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图5所示:
图5隔离放大其输出波形
图5与图3的区别是输出波形幅度变大,而频率不变。
4.6受调放大级电路
图6受调放大级电路部分
电路如图6所示。
末级采用串联馈电的方式。
未来有较高的效率,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。
4.4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。
5.调幅发射机各级电路的计算及调试
5.1各级电路的计算
被调级参数的参数
已知条件:
Vcc=12V,f0=7mHZ,Q1=5,P0=0.5W,RL=51,hef=10,Q0=150,系数P1=0.15,P2=0.2。
三极管型号3DAIB。
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
C=Po’/PD=86.8%
Ap=10log10(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*cos1V
Ibo=6mA
R5=|Vbb|/Ibo=310.标称值可取R5=390可变电压。
取耦合电容C22=8pf,旁路电容C18=C19=0.033F,高频扼流圈Z4=Z5=100H,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管选3DG12B,其Ap=10,Cb’c=15pF。
同理,取C12=85.5Pf,则L2=6H,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的电容为80.8pF.若取C12=68pF,C11=0.25pF,RR=1K,C14=0.047F,C15=100F,Z3=Z2=100H,C10=0.033F.
震荡级的计算
已知条件:
Vcc=12V,f0=7mHZ,选晶体型号为3DG12B,其放大倍数IcQ=3Ma,VceQ=6V,VeQ=0.2Vcc.从而通过计算可得;R3=1.2KR4=800,取标称值R4=810,BQ=0.06mA,R2=5.1K,R1=15K。
可取R1=10+10的电位器调整偏置。
取C4=0.25Pf,C5=20Pf,则F=0.5mA,C4//C5< 5.2电路的调试 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;然后改变变压器的抽头,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,主次对C11,C12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,即主次改变末级直流电压后,观察末级集电极回路电表的指示变化。 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。 、 6.总结与感想 本次课程设计内容是设计无线调幅发射机。 由于不允许使用芯片设计,所以只能用集成电路设计。 相对于先前做过的数电和电子线路课程设计来说难度不算大,设计出电路图来然后能仿真出来即可。 但在设计的过程中我们还是发现的一些不足之处,也学到了不少东西。 7.参考文献 [1]樊昌信,曹丽娜.通信原理(第六版)[M].北京: 国防工业出版社,2008. [2]曹兴雯,刘乃安.高频电路原理与分析[M].陕西: 西安电子科技大学出版社,2006. [3]韩晓东,李勇江.Protel99se电路设计使用教程[M].北京: 中国铁道出版社,2008. [4]豆丁网 附录: 实验原理电路图
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