高频课程设计--调幅发射机(正文)

一.总体设计思路及原理图1.总体设计思路调幅发射机的主要任务是完成有用的低频声音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，调幅发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。

高频部分一般包括本振电路、缓冲放大电路、倍频电路、中间放大电路、功放推动与末级功放电路。

本振电路的作用是产生频率稳定的高频载波。

为了提高频率稳定性，本振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱本振电路对后级的影响。

低频部分一般包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。

一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。

在通信系统中，调制有三个主要作用：1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2调制的另一个重要作用是实现信道的多路复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，提高信道容量，有利于节省成本；3调制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。

振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号幅度的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。

通信系统中的发送设备若采用调幅调制方式则称为调幅发射机，一般调幅发射机的组成框图如图所示，工作原理是：本机振荡产生一个固定频率的载波信号，载波信号经缓冲电路送至振幅调制电路；音频放大电路将低频语音信号放大至足够高的电压送到振幅调制电路；振幅调制电路的输出信号经高频功率放大器放大到所需的发射功率，然后经天线发射出去。

一般小功率点频调幅发射机可以分为四个部分：本振级，音频处理及振幅调制级，以及高频功率放大级。

2.原理框图本机振荡：产生频率为MHz4的载波频率缓冲级：将振荡级与调制级隔离，减小调制级对振荡级的影响；受调级：将要传送的音频信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去。

高频功放级：将信号放大到发射机所需要的输出功率。

匹配网络：对前后级进行阻抗匹配并高效率输出所需功率。

二.本振级的设计本机振荡电路的输出是发射机的载波信号，它要求的振荡频率应十分稳定，一般的LC振荡电路，其频率稳定度约为-，晶体振荡电路的Q值可高达数万，其频率稳定度可达210310-~-。

因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。

510610-~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，以满足所需的频率稳定度。

此电路中其工作在较低的8MHZ频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压。

本振级电路图：三.缓冲电路的设计缓冲隔离级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,工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。

为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。

缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路，如图所示。

射极跟随器调节射极电阻2E R ，可以改变射极跟随器输入阻抗，如果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''//L B i R R R β=输出电阻()0210//r R R R E E +=式中，0r 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im im V R g R g A +=1一般情况下，1>>i m R g ，所以图示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似于1的特点。

晶体管的静态工作点应位于交流负载的中点，一般取CC CEQ V V 21=，()mA I CQ 10~3=，对于图示电路，若取V V CEQ 6=，mA I CEQ 4=，则Ω==+5.121CQ EQ E E I V R R取Ω=k R EQ 1电阻，Ω=k R E 12电位器()Ω=+-==k I V V V I V R CQBE CEQ CC BQBQ B 1010102βΩ=-=k R VV V R B BQCC B 9.721根据宽带功率放大器中已计算出功率激励级的输出阻抗为325Ω，即射极跟随器的负载电阻Ω=325L R ，则射极跟随器的输入电阻为Ω==k R R R L B i 6.3//''β输入电压V R P V i i i 1.2==四.音频处理电路的设计1.语音采集电路1.1 驻极体话筒的内部结构及使用方法驻极体话筒内部电气原理图驻极体话筒的一般接法1.2 MIC驱动电路语音输入信号有驻极体话筒负责采集，一般取Rr=2KΩ,常见的MIC工作电压有1.5V,3V,4.5V三种，工作电流I A在0.1mA至1mA,输出电阻Ro<2KΩ。

这里采用工作电压为3V的MIC。

MIC驱动电路2.音频放大电路由我们日常生活中手机使用双MIC降噪技术的启发，故在此也采用双MIC设计。

放大电路采用差分式放大电路。

差分式放大电路具有抑制共模，放大差模的特点。

两个MIC分别接差分放大的两个输入端，其中一个MIC采集语音信号，另一个则采集外部环境的噪声。

双MIC设计可以达到降低周围环境噪声的干扰，提高语音清晰度的目的。

音频放大级电路图：3.参数计算驻极体话筒输出电阻取Ro=2KΩ，得输出电压Vo约为0.35V。

取三极管β=200，r bb`=200Ω，Io=1mA；Ic=0.5Io=0.5mAr be=r bb`+26mV(1+β)/I c；=200+60*81.25=5KΩ差模电压增益Avd=Vod/Vid=βRc/(2r be)；=(60*4.7KΩ)/5KΩ=56.4所以差分放大电路的输出电压为：56.4*0.35V=19.74V<30V，满足MC1496对调制信号的输入幅值要求。

五.混频调制电路的设计MC1496属于模拟乘法器。

以MC1496为核心，构成调幅电路，通常调节RP3数值可准确地将调幅系数ma调在50%以上。

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R25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，并尽量使静态工作点处于直流负载线的中点。

MC1496需要外加直流偏置电压。

建立这三种等级的方案是三极管的集电极和基极电压不小于2.0V，并且不能超出以下范围前述所有的前提是基本满足：进入引脚1，4，8，10的偏置电流是三极管的基极电流在外部偏置被设计为不小于1.0mA时可以忽略。

混频调制级电路图：其中，载波信号C V 经高频耦合电容2C 从⑩脚x V 端输入，3C 为高频旁路电容，使⑧脚交流接地；调制信号ΩV 经低频耦合电容1C 从①脚y V 端输入，4C 为低频旁路电容，使④脚接地。

调制信号0V 从脚单端输出。

采用双电源供电，所以⑤脚的偏置电阻5R 接地，静态偏置电流5I 或0I 为mA R V V I I EE 15007.0505=Ω+--==脚②与③间接入负反馈电阻E R ，以扩展调制信号ΩV 的线性动态范围，E R 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。

电阻6R 、7R 、8R 及1C R 、2C R 提供静态偏置电压。

1R 、2R 与电位器RP 组成平衡调节电路，改变RP 的值可以改变调幅系数。

六.高频功率放大电路的设计1.高频谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。

根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。

丙类功率放大器导通角θ＜900，集电极效率可达80%，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。

图6-1丙类放大器原理图图6-2 ic与ub关系图图6-1中，Vbb 为基极偏压，Vcc为集电极直流电源电压。

为了得到丙类工作状态，Vbb应为负值，即基极处于反向偏置。

ub为基极激励电压。

图6-2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。

Vbz是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压）。

由图可知，只有在u b 的正半周，并且大于Vbb和Vbz绝对值之和时，才有集电极电流流通。

即在一个周期内，集电极电流ic只在-θ～+θ时间内导通。

由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲，对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值，即：i c =I C0+ I C1m COS ωt + I C2M COS2ωt + … + I CnM COSn ωt+ …通过滤波，选出所需要的基波分量。

求解方法在此不再叙述。

为了获取较大功率和有较高效率，一般取θ=700～800左右。

2.基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压V BE 是利用发射极电流的直流分量I EO （≈I CO ）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。

当放大器的输入信号'i v 为正弦波时，集电极的输出电流i C 为余弦脉冲波。

利用谐振回路LC 的选频作用可输出基波谐振电压v c1,电流i c1。

图3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。

分析可得下列基本关系式：011R I V m c m c图6-3 丙类功放的基极/集电极电流和电压波形式中，m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；m c I 1为集电极基波电流振幅；0R 为集电极回路的谐振阻抗。

2102111212121R V R I I V P m c m c m c m c C === 式中，P C 为集电极输出功率CO CC D I V P =式中，P D 为电源V CC 供给的直流功率；I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。

放大器的效率η为CO m c CC m c I I V V 1121⋅⋅=η3.负载特性 当放大器的电源电压＋V CC ，基极偏压v b ，输入电压(或称激励电压)v sm 确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻R q 。

谐振功率放大器的交流负载特性如图2-4所示。

由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A 时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降V CES ，集电极电流脉冲接近最大值I cm 。

此时，集电极输出的功率P C 和效率η都较高，此时放大器处于临界工作状态。

R q 所对应的值称为最佳负载电阻，用R 0表示，即202)(P V V R CES CC -= 当R q ﹤R 0时，放大器处于欠压状态，如C 点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。