中波电台发射系统与接收系统设计
Harbin Institute of Technology
中波电台发射系统与接收系统设计
通信电子线路课程设计
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目录
中波电台发射系统设计 (1)
一、设计目的 (1)
二、技术指标 (1)
三、工作原理与框图 (1)
四、各部分功能电路设计 (2)
1.西勒振荡器及射极跟随器 (2)
2.AM调制电路 (4)
3.高频小信号放大器 (8)
4.高频功率放大器 (9)
五、发射机联合调试 (11)
超外差接受机系统设计 (12)
一、设计目的 (12)
二、技术指标 (12)
三、工作原理与框图 (12)
四、各部分功能电路设计 (13)
1.本机振荡器 (13)
2.乘法器混频器 (14)
3.中频放大器 (16)
4.检波电路 (17)
5.低频电压放大 (19)
五、接收机机联合调试 (20)
参考文献 (22)
中波电台发射系统设计
一、设计目的
掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试。
二、技术指标
表格1：发射机技术指标
三、工作原理与框图
图1：发射机原理框图
主振器提供频率稳定的载波信号，缓冲器为主振器提供合适负载，并使主振器与下级隔离，减小后级对主振器的反馈的影响。由于振荡器输出的电压幅度较小，而采用乘法器调幅电路是也要求输入电压幅度小，刚好满足条件。振幅调制器完成将调制信号与载波信号混频的功能，使载波幅度随着调制信号变化而变化，并通过带通滤波器将不需要的频率分量滤除，之后由于已调信号电压幅值过小，姑送入高频放大器先放大电压，再通过高频功率放大器放大信号功率。
四、 各部分功能电路设计
1. 西勒振荡器及射极跟随器
由于技术指标中要求频率稳定度较高，不低于10-3，姑采用频率稳定度较高的西勒振荡器，原理图如下：
图 2：西勒振荡器原理图
西勒震荡器的主要特点是电感上并联一个电容C4，用它改变震荡频率，而p1、p2不受其影响，整个波段中振幅平稳，且频率稳定度高，而且可以在较宽的范围内调节频率。
静态工作点设置：一般小功率振荡器集电极电流I CQ 大约在0.5~2mA 之间选取，集电极对地电压V CQ =（0.6~1）V CC ,发射机对地V EQ =0.2V CC 。
工作频率设置：西勒电路中的C3远小于C1、C2，使得三极管中极间电容的变化对回路总电容影响很小，总电容约为C3+C4，可保证频率稳定性较高，能达到10-4。工作频率取决于C3、C4，西勒振荡电路的工作频率计算公式：
f =
其中： 3 4 C +C C ∑≈ 理论计算：取I CQ =1.5mA 作Vc=9V 。设定Vceq=7.5V
V (129)21.5Q cc Vc V Rc k Ic mA
--===Ω
V (127.5)31.5Q Q cc Vce V
Rc Re k Ic mA --+===Ω， 1R e k
=Ω 212 5.1*12*25.1 4.321bq R k
V Vcc V R R k k k
===+++
取C 3=100pF ，L=90uH ，C 4取一900pF 的可变电容。当接入0%时，电路中
3100C C pF ∑==
， 1.68f MHz ==，当接入100%时，
341000C C C pF ∑=+=
， 530f kHz ==，满足技术指标中要求的频率
范围。
射极跟随器原理图如下
图 3：射极跟随器原理图
为了减弱外加负载对振荡器振荡波形、幅度以及频率的影响，本设计在振荡器后加上射极跟随器作为缓冲器。射极跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数为1。
由于传输信号是高频正弦波，射极跟随器的主要作用在于使自身输入阻抗高，且工作稳定，以增大频率稳定度。本设计选择固定分压偏置，具有稳定静态工作点的偏置电路。
理论计算：
21210*
12*61010bq R k
V Vcc V R R k k ===++
2.65Re
Vb Vbe
Ic Ie mA -===
西勒振荡器和射极跟随器的仿真电路如下图所示。
图 4：西勒振荡器仿真电路图
用mulitism 仿真，示波器输出如下图：
由示波器可看出输出基本为标准正弦波。 频率计如下图：
可知振荡器输出 1.053f MHz =，连续观察一段时间发现输出频率一直保持
1.053MHz ，即变化值小于0.0005MHz ，0.0005f MHz ?=，40.0005
4.8*101.053f f -?==，
姑频率稳定度满足要求。
2. AM 调制电路
2.1 调制电路原理
“调制”就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。
低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统。它的电路形式有多种，如二极管调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且成本很低。
本次仿真使用模拟乘法器调幅电路，它是一种完成两个模拟信号相乘作用的电子器件，它具有两个输入端对和一个输出端对，是三端对非线性有源器件。传输特性方程为
0()()()x y u t Ku t u t =
本设计中，采用模拟乘法器MC1596构成调幅电路。
由于multisim 中没有所需要的乘法器型号，姑上网查找手册，自行搭建一个Mc1596子电路。内部原理图如下。
图 5：MC1596内部结构
调制整体电路如下
图 6：乘法器调幅电路
经过上述乘法器后得到的信号为：()(1cos )cos cm a c u t U m t t ω=+Ω。cm U 为载波信号幅度，c ω为载波信号频率，Ω为调制信号频率，其值在500Hz 到20kHz 之
间。设计指标要求调制指数在30%80%，其调制指数为a A B
m A B
-=+。这里所用
载波信号为1.053MHz ，100cm U mV =，10kHz Ω=。输入电阻Ri=51Ω。
AM 信号相当于调制信号与加上一个直流电压再与载波信号相乘，在仿真中
输入端我加入如下电路使调制信号有一个直流偏压，以满足输出端为AM 调制信号。
选频回路如下：
图 7：选频回路电路图
其中L=2.2uH ，C=13nF ，R=220Ω。
1M
f Hz ==
R Q=100L ω≈ 10kHz f
f Q
?=≈
姑选频回路满足要求，中心频率为1MHz ，且同频带包含所要的调制信号。而示波器输出的波形如下所示，可以看出波形很理想。
示波器波形如下
可以看出调制比较理想，现在将波形横轴放大如下：
将波形放大后也可以看出是比较理想的正弦波，内部没有失真，易算出调制指数ma=60%，满足技术指标要求。做这部分电路时最难调整的时乘法器输出端的选频网络。
如下是傅立叶分析结果，可以看出AM乘法器调幅将低频分量搬移到高频
区域，频谱纯度很好几乎没有其余分量。
3. 高频小信号放大器
由于上一级乘法器要求输入的信号振幅较小，其输出调幅波振幅也非常小，由示波器波形也可看出，姑我在其后加一高频小信号放大器放大调幅波。
高频小信号放大器原理图如下：
图 8：高频小信号放大器原理图
为避免失真，高频小信号放大器中晶体管的静态工作点同样应靠近截止区，为保证静态工作点靠近截止区，2b R 应比1b R 大，这里取1=100b R k Ω，同样为了
以后调节方便，将2b R 取为可变电阻。由1
12
b BQ b b R U Vc
c R R ≈
?+可得BQ U 为3V 。三
极管取为2N2222，其BE U 可在参数中查的，为0.75V ，假设=1.1EQ I mA 则
3-0.75=
=
21.1BQ BE
e EQ
U U R k I -≈Ω。选频电路中心频率为1MHz
，由0f =
可得=90L H μ，=245C pF ，同样为了调节方便，将电容改为可变电容。
这里我用两个小信号放大电路级联以获得较高的电压增益，具体仿真电路如下图
图7：高频小信号放大电路
IO1接的是上一级输出的调幅波，示波器A通道放大器输入端，B通道接放大器输出端，观察波形如下，由图中很容易看出B通道比例大于A通道且波形也大于A通道，将时间轴放大发现内部也没有失真，输出包络也未改变。
4.高频功率放大器
功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。
图 9：高频功率放大电路
集电极瞬时电压为Vc ＝V cm )cos(wt ＋Vcc 基级瞬时电压为 V B ＝V bm )cos(wt ＋V BB
由电压探针测得51 负载两端U 有效=6.08V ，I 有效=19.6mA
O P =U *I =117mW 有效有效
大于50mW ，姑可以在输出端串联电阻，以分压，而实际上联调的时候由于输入到功率放大器的电压不一定入此处仿真是100mV 那么理想，姑可在联调时调整放大器放大倍数来改变功率。示波器输出如下。
波形无失真，放大时间轴可看出内部为标准正弦波，也无失真。
由此可得，功率放大器满足输出功率为50mW 的技术指标要求。
五、发射机联合调试
联合调制时，由于上述电路结构复杂，难以全部放到一个原理图中，姑我用上述调试完成后的各级电路图作为层次块放入同一电路中用层次块连接线将各级输入输出连接起来，形成如下发射机联合调试仿真电路仿真，其中每一个子层次块都是前面已经调试好的电路原理图。
其中低频信号源用信号发生器产生为10kHz、50mV的单一音频信号。
刚开始联调时输出波形明显失真，无法完成调制功能，经观察各级层次块内部示波器显示的输出波形发现，主要是调制输出波形失真。
分析：
经排查得出是由于调制输入的载波幅值过大导致调制波形严重失真，可能原因是各级之间的输入输出电阻不匹配，导致各级接收端电压值不如分别调试时理想。
解决方法：
为了使震荡器输出到调制端的载波电压幅值达到要求，在西勒振荡器与射极跟随器之间串联一个滑动电阻，起到衰减的作用，使调制输入端满足对较小电压的要求，再在后级小信号放大器和功率放大器进行微调，使联调情况下的输入均接近各级单独调制时的输入。
调整参数后输出如下：
可以看出输出较为理想。
超外差接受机系统设计
一、设计目的
掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。
二、技术指标
表格2：接收机技术指标
三、工作原理与框图
图10：超外差接收机原理框图
超外差式接收机主要由输入电路、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，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。
四、各部分功能电路设计
1.本机振荡器
由前面发射机的调试可以看出，已调信号中心频率为1.053MHz，姑若要得到中频465kHz，本机振荡器要输出一个1.518MHz的正弦波，这里采用与发射机相同的西勒震荡电路，只是改变C3和C4的值，来改变输出的频率，具体理论计算前面已经证明，具体仿真电路如下图：
图11：本振信号仿真电路图
示波器波形输出如下：
频率计输出如下：