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1、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学生姓名：学号：班级：专业：任课教师：所 在 单 位：年 月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21.西勒振荡器及射极跟随器22.AM调制电路43.高频小信号放大器84.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13一、设计目的13二、技术指标13三、工作原理与框图13四、各部分功能电路设计141.本机振荡器142.乘法器混频器153.中频放大器174.检波电路185.低频电压放大20五、接收机机联合调试21
2、参考文献23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：发射机技术指标载波频率5351605 频率稳定度不低于10-3输出负载51 总输出功率50 调制指数30 80调制频率50010三、 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
3、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ICQ大约在0.52mA之间选取，集电极对地电压VCQ=（0.61）VCC,发射机对地VEQ=0.2VCC。 工作频率设置：西勒电路
4、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：其中：理论计算：取ICQ=1.5mA作Vc=9V。设定Vceq=7.5V ， 取C3=100pF，L=90uH，C4取一900pF的可变电容。当接入0%时，电路中，当接入100%时，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
5、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：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，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，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
6、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
7、述乘法器后得到的信号为：。为载波信号幅度，为载波信号频率，为调制信号频率，其值在到之间。设计指标要求调制指数在，其调制指数为。这里所用载波信号为1.053MHz，。输入电阻Ri=51。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，。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
8、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，应比大，这里取，同样为了以后调节方便，将取为可变电阻。由可得为。三极管取
9、为2N2222，其可在参数中查的，为，假设则。选频电路中心频率为，由可得，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
10、频功率放大电路集电极瞬时电压为VcVcmVcc基级瞬时电压为 VBVbmVBB由电压探针测得51负载两端U有效=6.08V，I有效=19.6mA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
11、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
12、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：接收机技术指标载波频率5351605中心频率465输出功率0.25 输出负载8灵敏度1 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
13、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
14、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：2. 乘法器混频器变频电路作用是把不同频率的输入信号变成频率固定的465KHZ的中频信号。变频电路的原理：输入回路的高频信号 （其频率为 1.053MHz）和本机振荡器 产生的高频等幅信号 （其频率为1.518MHz ）同时送到混频器。本振信号的频率始终比输入的高频信号高465KHZ。混频后主要有高频调幅信号 、本振信号和它们的和频信号、差频信号，此外还有与的各次谐波信号。通过选频回路，从而从混频器中选出频率为465KHZ的中频信号。原理框图如下：本振信号带通滤波器本机振荡
15、模拟相乘器射频信号输入中频信号输出图 12：混频器原理框图乘法器混频器中我采用的仍然是前面搭好的MC1596乘法器，乘法器输出的信号主要包含465KHz和2.571MHz两种频率分量，为了选出中频信号，谐振网络应谐振于465KHz左右。混频器仿真电路如下：图 13：混频器仿真电路图选频回路如下：图 14：选频回路电路图其中L=9uH，C=13nF，。姑选频回路满足要求，中心频率为465kHz，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。示波器输出波形如下傅立叶分析如下：可以看出选频回路很好的选出了465kHz、475kHz、455kHz的频率，而其余的频率分量非
16、常小。3. 中频放大器上一级中混频输出的波形包络仍然保持原始信号的形状，但是输出的Vp-p仅20mV左右，所以在其输出后加一中频放大器，放大中频信号使其满足下一级检波电路的要求 中频放大器仍采用与之前高频放大器相同的电路，仅仅改变选频回路，将465kHz左右的分量选出。仿真电路如下：图 15：中频放大仿真电路图选频回路计算：仿真结果如下：从示波器的读数可以看出放大至少10倍。4. 检波电路二极管包迹检波是一种应用十分广泛，而且工作频率高的电路，而且电路简单，易于实现。本设计的检波电路就是采用二极管包络检波。对于二极管包络检波电路，因为二极管只是在输入信号正半周的峰值附近一部分时间导电，二极管一
17、直处于充放电状态，形成锯齿状波形。从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。还原所得信号，与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称包络检波器。原理电路图如下图所示。仿真电路如下：图 16：二极管包络检波电路图二极管包络检波易产生失真：查阅资料可得，R3取100左右时RC回路的时间常数较为合理，计算中认为R3是80。电路中取调幅指数ma=0.6，调制频率为10kHz。a) 不产生惰性失真：R3、C1和调制信号频率应满足以下关系：。将R3=80、ma=0.6、=10kHz、C1=0.1uF代入式中，满足条件，其最佳取值还需通过观察仿真并调试来确定。b) 不产生负峰切割失真：同时还要保证R1、R3分
18、压过后输出电压足够大，通过查阅资料可知R3应在（0.10.2）R1内取值。这里取R1=400。 若要求电路不产生负峰切割失真，则应满足以下条件：。其中，。将ma=0.6、R1=100、R2=400、R3=80代入式中，满足条件。 仿真输出图像如下：5. 低频电压放大上级经包络检波得到的正弦波峰峰值较小，要真正还原原始信号还需要对其进行电压放大，这时的信号频率较低，姑采用运算放大器3554AM进行放大。由于运算放大器的理想特性，输出阻抗几乎为0，所以当接入小电阻时，也相当于放大功率，姑不在需要低频功率放大，仅用一级低频电压放大就可达到既放大电压又放大功率的作用。仿真电路图如下：理论计算：放大倍数
19、， 负载电阻。仿真结果如下： 可以看出放大后输出为10kHz正弦，再在上述电路的基础上用功率表测量输出功率 可以看出放大后的功率约为0.25W，满足技术指标要求。五、 接收机机联合调试接收机的联合调试中我仍然采用层次块的方式，接收机接收的信号我用AM信号源产生，而不用上述已经调好的发射机的输出，因为若总体全部连接仿真时间过长。接收机联合调试电路如下：接收端联合调试过程中较为理想，仅需微调各级参数，即可得到解调输出的单一音频信号，但是输出信号如下所示： 可以看出输出波形峰值部分毛刺较为明显并且发现输出信号的下降部分持续时间比上升部分持续时间略长。推测可能是二极管检波的滤波电路时间常数不理想，经尝试更改检波电路的参数后发现仍无法完全去除峰值上的毛刺，也不能是波形上升下降完全对称。可能是单一二极管检波的必有的缺陷，不能通过更改参数解决。不过总体输出还算理想。参考文献1 阳昌汉 高频电子线路 高等教育出版社 2013.082 赵淑范、张化勋 通信电子线路实验与课程设计 清华大学出版社 2009.013 张海燕、苏新红 高频电子线路与仿真设计 北京邮电大学出版社 2010.034 梁清、候传教 Multisim 11电路仿真与实践 清华大学出版社 2012.12