高频电子线路设计

电子线路课程设计总结报告

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专业：电子信息工程

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河北工业大学信息学院

2015年3月

课题名称：小功率调幅AM 发射机设计

内容摘要：小功率调幅AM 发射机在现代通信系统中应用广泛，小功率调幅AM 发射机的设计包括主振级、缓冲级、高频放大级、音频放大级、振幅调制级、高频功率放大级六个部分的电路设计和参数选择，且还考虑到各个单元电路之间的耦合关系，并结合Multisim 软件进行了各部分的调试与仿真，得到了整机电路。理论上满足了最基本的小功率调幅发射机的设计要求。

一、设计内容及要求

1、设计内容

小功率调幅AM 发射机的设计 2、设计的技术指标：

载波频率 Z MH 10=c f

载波频率稳定度 α≥3

-10

输出功率 mW 2000≥P 负载电阻 Ω=50A R

输出信号带宽 Z kH 9=BW （双边带） 残波辐射 dB 40≤ 单音调幅系数 8.0=a m 平均调幅系数 ≥m 0.3 发射效率 %50≥η

二、方案选择及系统框图

1、方案选择 （1）主振级

方案1：采用LC 三点式正弦波振荡器，由于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，最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。另外，在电容三点式振荡器中，极间电容与电容并联，频率变化不改变电抗的性质。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用普通三点式电路、克拉泼电路、西勒电路。

方案2：采用晶体振荡器，晶体振荡器比普通的三点式振荡器具有更高的频率稳定度，频率稳定度可达到10

-10数量级，波形失真也比较小。在频率稳定度要求较高的电路中，可以采用晶体振荡器作为主

振级，比如石英晶体振荡器。

方案3：采用RC 正弦波振荡器，RC 振荡电路中没有谐振回路，主要有电阻和电容组成，因此一般不采用RC 正弦波振荡器作为主振器。

方案4：负阻正弦波振荡器，采用负阻器件与LC 谐振回路共同构成的一种正弦波振荡器，主要工作在100MHz 以上的超高频段，因此，本设计中不采用负阻正弦波振荡器。

方案5：单片集成振荡电路，可靠性强，频率稳定度高。 （2）高频放大器

方案1：如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。

方案2：如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。高频电压放大器一般采用高频调谐放大器。

（3）振幅调制器

AM 信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前,AM 信号大都用于无线电广播,因此多采用高电平调制方式。 方案1：集电极调幅

集电极调幅的波形 （工作在过压区）

方案2：基极调幅

基

极调幅的波形（工作在欠压区）

(a )

t

(b )

t

t

t t

u C E c0＋u Ω

E c0

00

i c

i c10

I c1

0E c u Ω

t

I c1E c0临界

欠压区

过压区t

0E b I c1

E b min

欠压区过压区

I c1

i c1

u b

t

t

E b 0E b max E b cr

方案3：集电极基极组合调幅 方案4：模拟乘法器实现的调幅

（4）高频功率放大器 方案1：甲类功率放大器

在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲类放大，甲类放大的集电极效率最高为50%。

方案2：乙类功率放大器

在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的iC > 0 ，称为乙类放大。乙类放大的集电极效率最高为78.5%。

方案3：甲乙类功率放大器

在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的iC > 0 ，称为甲乙类放大

方案4：丙类谐振功率放大器

丙类谐振功率放大器有三种状态：欠压、过压和临界。因为欠压状态的工作效率较低，而过压

状态的又会产生较为严重的失真，所以一般选用让其工作在临界状态。为了使高频功放以高效率输出大功率，常选在丙类状态下工作。

2、系统框图

由高频电子线路课程理论内容知道，只有当天线的长度与发射机高频振荡的波长λ相比拟时，天线才能有效的把载波发射出去。发射机能够通过振幅调制功能实现低频信号对高频载波信号的调制，使其最终以电磁波的形式发射出去。小功率调幅发射机的系统框图如下：

三、单元电路设计、参数计算和器件选择

1、主振器

主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低、频率稳定度来确定电路型式。本设计要求载波频率为10MHz,为短波、高频波段，在短波和超短波的通信设备中常用电容三点式反馈振荡器，主要原因是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，反馈是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小，输出中高频谐波小。另外，电容三点式振荡器最高工作频率一

般比电感三点式振荡器的高。本设计要求频率稳定度不低于3

-10，而克拉泼电路的频稳度大体在

4-10和5-10之间，满足设计要求，而且电路比较简单，容易分析，因此主振器选取克拉泼电路。

R1、R2 为直流分压偏置电阻，R1、R2、R3和R22为三极管提供静态工作点，为保证振荡器起振的振幅条件，起始工作点应设置在线性放大区，从稳频出发，稳定状态应在截至区。旁路电容C1使三极管基极交流接地，且为共基状态。克拉泼电路满足电容三点式组成法则，因此为电容三点式振荡器的特例。C3、C4 、C29、L7 的值决定了振荡回路的工作频率。 电路图为：

参数计算： 已知条件：

Vcc=12V ，fc=10MHz ，选择的晶体管型号是2N2219，如果其放大倍数β，静态工作点ICQ 、VCEQ 、VCEQ 已知。依据电路计算：

反馈系数kf= gm=

频率稳定度表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。

()osc=

f

L C C C ?++??πV

ICQ m 260

010f f f f f -=?9

8C C

式中f0为标称频率， f1为实际工作频率。仿真波形为：

2、缓冲器

缓冲器的作用是将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。不论是在低频电路还是高频电路的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路，改变射极电阻R7的阻值，可以改变射极跟随器输入阻抗。 电路图为： 参数计

算：

忽略晶体管基极体电阻b

b r '的影响，则射极输出器的输入电阻

()()()8//76//5//4R R R R R Ri +=β

输出电阻

()0

//76r R R R +=

式中，

r 很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源，电压放大倍数

i m i

m V R g R g A +=

1

式中，gm ——晶体管的跨导，一般情况下

1??i

m

R g

仿真波形为：

3、高频放大器

高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路或者基极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅或基极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察一下放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带

调谐放大器难以精确测试。

电路图为：

仿真波形为：

4、音频放大器

音频放大器用于放大音频信号，作为调制信号对高频载波信号进行幅度调制。电路图为：

仿真波形为：

5、振幅调制器

振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，使其输出信号的幅度随着低频信号的变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带并有效进行远距离传输的目的。AM 信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前，AM 信号大都用于无线电广播, 多采用高电平调制方式。

高电平调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极

(或发射极)组合调幅。此设计采用基极调幅方式，放大器工作于欠压状态。电路图为：

仿真波形为：

6、高频功率放大器

高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本题要求

%

50

≥

η，

通常采用丙类功率放大器。

电路图为：

仿真波形为：

四、整体电路设计及工作原理

六、电路设计总结

七、参考文献

1 谢嘉奎，宣月清，冯军. 电子线路（非线性部分）. 北京：高等教育出版社，2005

2 谢嘉奎，宣月清，冯军. 电子线路（线性部分）. 北京：高等教育出版社，2005

3 孙余凯，项绮明.精选实用电子电路260例.北京：电子工业出版社，2007

4 何国栋.Multisim基础与应用.北京：中国水利出版社，2014

5 张肃文．高频电子线路（第五版）．北京：高等教育出社，2009

八、收获、体会

通过本次高频电子线路课程设计，不论是理论知识方面还是实际应用方面我都收获了很多。虽然上学期刚刚学完了高频电子线路的理论课程，但实际设计电路时仍然感觉不知所措。根据老师的讲解知道电路应该由哪几部分构成，为每一部分寻找模型并没有花费太大的力气，但是要根据实际元件的特性去设计元件的参数却遇到很大的困难，于是我查阅了一些资料，和同组人一起讨论计算，再不懂的像老师请教，并用心注意细节问题。经过不断的努力，各个单元模块的设计大致成型。我想遇到困难的主要原因是对于电路的分析不清楚，对电路的设计能力不足。

Ｍｕｌｔｉｓｉｍ是本学期我接触的新软件，用于高频仿真，为此，我查阅了大量的书籍了解这个软件的运用方法，为设计电路奠定基础。在实际进行仿真时，我首先将电路的六个部分结合起来构成整机电路，发现仿真过程中出现很多错误。于是我将六个部分分别进行了仿真，确保每一部分电路功能正确后再构成整机电路，这样使电路的仿真变得容易一些。另外，在仿真的过程中除了修改一些电阻的阻值，使电路正常工作外，将话筒和天线用ＸＦＧ和电阻代替。

当然这次课程设计也教会了我许多，首先它将我平时的所学结合在一起，有了一个系统的框架，然后再去补充这个框架的内容，使我有了一个课程设计的基本方向和目的，不至于太过盲目；其次也锻炼了我查阅资料的能力，以及对有用资料的筛选能力；再者通过跟同学们的讨论研究，我懂得了合作的重要性。

课程设计是一项很能锻炼人的实践，虽然它看起来充满着困难，但是不管怎么样我们都得敢于去挑战，以后还有毕业设计，这将是一次更大的考验，不管是从设计原则，设计思路以及报告格式还有心理上来说都是一次很好的锻炼。

*上述一至八段标题为一级标题，字号为小四黑体；

*一级标题下段内的二级标题为五号黑体；三级标题为五号仿宋；段落内容为五号宋体）

*另外要求：段内行间距18磅，页边距上下左右均为2厘米。

*参考文献格式如下：（至少5个，在报告征文中要有引注）

班级：姓名：学号：同组人：

课程名称：电子线路课程设计实验室：第一实验室实验时间： 2009年2月23—27日

实验项目名称：小功率调幅发射机的安装与调试

一、实验目的：

二、实验内容与原理：

三、实验器材（设备、元器件、软件工具、平台）：

四、实验步骤：

五、实验数据及结果分析：

六、实验结论：

七、思考题：

八、其他：(实验总结、心得体会及对本实验方法、手段及过程的改进建议等。)

说明：

*上述一至八段标题为一级标题，字号为小四黑体；

*二级标题为五号黑体；

*三级标题为五号仿宋；

*段落内容为五号宋体；

*另外要求：段内行间距18磅，页边距上下左右均为2.5厘米。

*报告内容主要包括：

①实验电路原理及特点；组装调试用仪器设备

②调试电路的方法和技巧

③测试的数据和波形并与计算设计结果比较分析

④调试中出现的故障、原因及排除方法

⑤收获和体会