小功率调幅发射机.docx
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小功率调幅发射机.docx
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小功率调幅发射机
目录
摘要1
1、引言2
2、设计原理及方案论证3
2.1设计要求分析3
2.2电路设计原理3
3、单元电路设计4
3.1语音处理级4
3.2缓冲级5
3.3调制电路6
3.4主振级8
3.5功放末级9
4、调试与仿真10
4.1晶体振荡器的调试10
4.2调制器的测试11
5、总电路设计12
总结13
参考文献:
14
元件清单:
15
摘要
小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中,特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。
原因是调幅发射机实现调幅简便,调制所占的频带窄,并且与之对应的调幅接收设备简单,所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。
本课设结合Multisim软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试方法进行研究。
Multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据,以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。
今天的Multisim软件已不是单纯的设计工具,而是一个系统,它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。
使用Multisim、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势,这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。
本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计对各级电路进行详细地探讨,并利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调幅发射机。
关键词调幅发射机Multisim
1、引言
人类工业的发展已经从工业化社会进步到信息化社会,各种类型的信息必须转化成电子信息才便于处理和传递。
高频电子技术是电子信息发送,处理和传递理论基础,而调幅发射机的设计也是电子行业的重要技术,起着重要的作用。
21世纪人类早已进入信息社会,人们用各种方式方便快捷地传递与接受信息。
人类社会的信息主要以声音、图像、文字、符号等形式存在,各种类型的信息对人类社会产生了极大的影响。
信息技术以前所未有的速度飞快地向前发展,信息技术已经成为经济发展的关键手段。
2、设计原理及方案论证
2.1设计要求分析
本调幅发射机主要技术指标:
工作频率f=6MHz,发射功率P0>=300mW,调制度ma>=50%,整波效率大于40%。
2.2电路设计原理
一般调幅发射机的组成框图:
图2.1调幅发射机组成框图
一台小功率调幅发射机通常有主振级、缓冲级、调制级、音频处理级、功放级组成。
由功放经输出的高频已调信号经天线以电磁波的形式向空间发射出去。
主振级是发射机的核心部件,主要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。
该级电路通常才用LC谐振回路作为选频网络的晶体管振荡器。
受调级主要是产生调制信号,可以是单独一级也可以与功放级共同完成,一般在功放级实现调制转移。
音频处理级是提供音频调制信号。
通常才用低频电压放大器和功率放大电路把音频调制信号送到受理级去完成调幅功能。
缓冲级通常在振荡级后面,起隔离缓冲作用。
一般采用射级跟随器组成。
功放末级是发射机的重要组成部分,它以较高的频率输出最大的功率来满足发射机输出功率的要求,同时该级输出波形不能失真,否则影响发射效。
3、单元电路设计
3.1语音处理级
采用运算放大器,它具有很高的阻抗,能够与高阻抗的话筒配接。
同时其输出阻抗很低,近似为零,带负载能力强。
如图1所示,R16和R17为运放同相端提供静态直流工作点,电压的放大倍数计算Uo=Ui(1+R19/R18),C5,C6为耦合电容,因为音频为低频,所以用大容量的电解电容耦合。
图3.1语音放大电路
3.2缓冲级
将振荡级与调制级隔离,以减小调制级对振荡级的影响。
调制级工作状态的变化会影响到振荡器频率的稳定度或波形失真或者输出电压下降。
缓冲级通常采用电压跟随器,有分立元件和集成块两种方法构成。
分立元件采用三极管构成射极跟随器,集成块采用运算放大器构成。
这里采用分立元件构成.射级跟随器为共集电极放大电路。
首先得选择三极管,这里选用2N2222,查DataSheet知Uce=1v,放大倍数为50-300,这里取100.然后确定静态工作点,由模电知识可知需要工作在线性放大区,这里取IC=4mA,所以Re=(Vc-Vce)/Ic=1K欧姆,这里采用滑动电阻,进行调节。
所以Ib=Ic/放大倍数,Ib=0.04mA.由此可得R26,R25。
图3.2射级跟随器
3.3调制电路
模拟乘法器是完成两个模拟量(电压或电流)相乘的电子器件。
高频电子线路中的振幅解调,同步检波,混频,倍频,鉴频,鉴相等调制和解调的过程,均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。
采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单得多,而且性能优越。
因为Multisim中没有MC1496,所以要自己画,其原理电路图如图3.3.1所示。
图3.3.1MC1496内部原理图
MC1496属于模拟乘法器。
以MC1496为核心,构成调幅电路。
调节R15数值可改变调幅指数。
乘法器的静态偏置电流主要由内部恒流源IO的值来确定,IO是第5脚上的镜像电流,改变电阻R14可调节IO的大小,在设置模拟乘法器各点的静态偏置电压时,应使模拟乘法器内部的三极管均工作在放大状态。
外部接线图如图3.3.2所示:
图3.3.2MC1496外部接线
3.4主振级
本机振荡电路的输出是发射机的载波信号源,要求它的振荡频率十分稳定,一般的LC振荡电路,其频率稳定度约为10-2~10-3,这里采用西勒振荡器,输出的正弦波为6MHz。
振荡电路的设计一般有这几步:
(1)选择合适的三极管,Ft>(3-10)fmax.这里选择2N2222,由数据手册知最大工作频率为300MHz,所以满足设计要求。
(2)取直流工作点.一般起振时工作在线性放大区,振幅稳定时工作在截止区。
Ic一般取(1-4)mA.这里取Ic=1.5mA,设Uce=0.5v.(R24+R22)=(Uc-Uce)/Ic=3KΩ.取R22=2kΩ,R24=1KΩ。
又因为2N2222放大倍数在50倍以上,这里取50倍。
所以Ib=Ic/β=0.3mA.Ub=Ube+Ueq=2.2v.又因为Ir21=(1-5)Ib,这里取Ir21=2Ib,所以R21=Ub/Ir21=4KΩ。
所以(R20+R23)=(Uc-Ub)/Ir21=4.7KΩ,这里取R20=3KΩ,R23为滑动电阻器,10KΩ,便于调节直流工作点。
(3)反馈系数选择。
这里F=C9/C8,一般取(0.1-0.5)。
取L3=10Uh,所以由f=1/(2*pi
)得c10+c11=70.3PF,取c10=30PF,c11=100PF可调电容,调节频率。
还有C9,C8>>C10,C11。
所以取C9=120PF,C8=C9/F=120PF/0.2=560PF.根据以上步骤设计出如图3.4所示电路,频率可调范围在4-12MHz之间。
图3.4西勒振荡电路
3.5功放末级
通过前面的电路以后,进入功率放大级的是已调信号。
但由于信号的功率太小,发射出去存在很大衰减,影响信号的传送,所以要进行功率放大。
功放电路采用一级丙类功放,因为功率要求不是很大。
C7、C10为耦合电容,滤除低频成分,所以取0.1uF。
R9上的偏压作为基极偏压。
C9,L7构成选频网络,将调制信号送到天线上发射。
R3等效天线负载。
L1耦合直流。
图3.5丙类功率放大器
4、调试与仿真
4.1晶体振荡器的调试
调电容反馈式振荡器时,应先短路电感,使振荡器不振荡,再用万用表测三极管的各极电压。
VEQ应满足VEQ∕(R22+R24)≈Icq=1.5mA,若不满足则可调整R24的值。
将三极管的静态工作点调试正确以后,在断开短路线,调节C11,直到输出频率为6Mhz.仿真结果如图4.1所示:
图4.1晶体振荡器的调试
4.2调制器的测试
测调制器电路静态工作点时,应使本振信号V0=0.先测MC1496五角的电压Vs,调整R5的值,是V5∕R5=I0;然后测量各点静态工作电压,其值应与设计值大致相同。
加本振电压v0=60mV,使调制电压vΩ=0,调节RP3使mc1496输出信号为最小值,再使vΩ=100mV,这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形,在调节RP3使输出波形为ma=70%的调幅波,红色的为调制信号,蓝色为调幅信号,由图4.2可知,调幅工作正常,无明显失真。
图4.2调制器测试
5、总电路设计
图5.1整体电路
总结
这次的课程设计即让我加深了对高频电路的理解,又让我明白以后该努力的地方。
一开始,什么都不懂,虽然看到那些振荡电路我知道是振荡电路,但让我去设计一个,真的无法下手。
我翻看了教材,书上也只是有点拨,具体的例子也没有。
后来上网找了很多资料,慢慢的才知道该如何来设计。
射级跟随器和语音放大电路,这两个都是以前模拟电路的内容,相对于高频而言要容易些,但以前自己也是很少仿真,所以这次做了,让我还是感觉有收获。
调制电路用的MC1496,直接上网找到电路图,然后在软件中仿真。
虽然有现成的实例,但我还是认真的看了它的数据手册,毕竟以后做设计还是得自己参照数据手册来做,凡是还得靠自己。
在我分别做好振荡电路,语音放大电路,和调制电路后,准备联调时,却发现功能实现不了了。
当时有点沮丧,一度很纠结,最后也是不断地上网找资料和不断地调试,才解决掉。
最后在设计功率放大器时也是伤透了脑筋。
理论上好像算起来是那么一回事,但是用Multisim来仿真,却发现很多元件没有。
例如变压器耦合,里面变压器的参数真不知如何改,上网找了很多资料,也没有结果。
由于时间很紧,我也是放弃了用变压器耦合。
最后也是很简单的用了LC选频网络,直接就是接上一定的负载。
很多地方,我做了理想化的处理,当然在实际调试中肯定会碰到很多麻烦。
总的来说这次的课程设计还是让我觉得蛮有压力和挑战性的。
给我的感受还是苦大于甜,但是有了这次课程设计我才会看到很多不足,才能发现问题。
做完课程设计,我也觉得当初选择这题没错,对于高频的那些知识有了感性的认识。
尽管这次仿真出来了,但是感觉自己的设计还是有很多不足。
接下来,我会继续完善。
做了这次课程设计,我也认识到自己电路设计的能力还不够,以前大一大二没有好好来做电路这方面的仿真和设计。
如果从那时开始,现在肯定会好很多。
对于课程设计我一直都认为是锻炼的好机会,和同学合作也是很快乐的事。
很多东西老师上课也是有所点到,没有老师的教导,可能自己也不会这么好理解。
在这里还是得感谢老师,同学。
参考文献:
1、<<高频电子线路第二版>>曾兴雯主编
2.、<<模拟电子技术基础>>胡宴如耿秋燕主编
3.、还有网上很多文献和论文,由于没有名字,所以统一感谢。
元件清单:
元件名称
元件符号
元件参数
元件数目
电阻
R
10Ω
1
电阻
R
51Ω
3
电阻
R
750Ω
3
电阻
R
1KΩ
8
电阻
R
2KΩ
1
电阻
R
3KΩ
1
电阻
R
3.9KΩ
2
电阻
R
4KΩ
1
电阻
R
6.8KΩ
1
电阻
R
10KΩ
4
电阻
R
50KΩ
1
电阻
R
100KΩ
1
瓷片电容
C
30PF
1
滑动电容
C
100PF
1
瓷片电容
C
100PF
1
瓷片电容
C
120PF
1
瓷片电容
C
560PF
1
瓷片电容
C
2.7nF
1
瓷片电容
C
22nF
1
瓷片电容
C
33nF
1
瓷片电容
C
100nF
3
电解电容
C
10uF
2
电感
L
10uH
1
电感
L
500nH
1
晶体管
Q
2N2222
2
晶体管
Q
2N2219
1
集成运放
U
uA741CD
1
模拟乘法器
MC1496
1
- 配套讲稿:
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- 功率 调幅发射机