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1、(输入章及标题)毕业设计(论文) 简易调幅发射机 学 院 年级专业 电子信息工程 学生姓名 指导教师 专业负责人 答辩日期 2007.6.24 III毕业设计(论文)任务书学院：里仁学院 系级教学单位：电子与通信工程系 学号学生姓名专 业班 级03电子4班课题题 目简易调幅发射机来 源自选主要内容1、采用锁相等技术设计调幅信号源输出波形(载波、包络)无明显失真载波频率：15MHz。载波频率准确度：1。载波频率稳定度：。已调波输出电压：VP-P=1V0.1V。调制系数：ma=30%2、采用功率合成技术设计一个15MHz的高效高频功率放大器：输出波形对称且无明显失真。-3dB带宽。载波频率准确度：
2、。载波频率稳定度：。已调波输出电压：VP-P=1V0.1V。调制系数：ma=30%基本要求1、认真阅读相关书籍、文献；2、给出调幅发射机的电路原理图，用pspice或multisim或maxlus软件做电路仿真。3、完成毕业设计说明书一份。格式符合燕山大学毕业设计论文规范，用Word排版，附程序软盘一张。4、翻译与课题内容相关的外文资料一份。参考资料高频电子线路设计相关书籍电子线路设计相关文献相关元件的参数说明书Pspice9.2 Multisim2001 Maxplus II软件周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查阅文献资料、整体方案设计画电路原理图，电路仿真电路仿真
3、计算分析撰写论文、准备答辩指导教师：荆楠系级教单位审批： 摘 要摘要本系统为简易调幅发射机，主要是由调幅信号源、幅度调制模块和高频高效功率放大器组成，本设计中运用了锁相环频率合成和反相功率合成原理。调制信号源部分是由LC振荡电路产生正弦波，锁相环芯片MC145152和双模分频器MC12017组成锁相环路，并且经过环路滤波器，最终将载波频率精确的锁定在15MHz。调制模块主要是运用模拟乘法器进行调幅，本设计中使用MC1496进行调幅。高频高效功率放大级应用了功率合成技术，采用反相推挽功率合成电路，负载50输出功率大于60MW。本文中首先对调幅发射机的发展情况及面临的问题进行了说明，其次对调幅通信
4、系统原理做了相应的说明，最后对电路进行具体设计。关键词调幅发射机；锁相环；功率合成器IAbstractSummary of the system for AM transmitters, mainly from the AM signal source, amplitude modulation module and high-frequency power amplifier efficient components, the design used PLL frequency synthesizer and RP-power synthesis theory. Modulation Sig
5、nal Source part by the LC oscillator circuit is mysterious wave, MC145152 PLL chip Dual Frequency Divider and MC12017 PLL components, and has gone through a loop filter, which will ultimately carrier frequency precise lock in 15 MHz. Modulation module is mainly used for AM analog multiplier, the des
6、ign for use MC1496 AM. High-frequency power amplifier efficient use of power level synthesis technology, RP-power push-pull circuit, 50 load output power of greater than 60 MW. This article first AM transmitter to the development and the problems facing the note, Second, communication systems theory
7、 AM done a corresponding note, the last pair of circuit design. Keywords Amplitude-modulated Transmitter Lock Appearance Ring Power Synthesizer61目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 本课题发展状况31.2.1 课题的国内外发展现状31.2.2 研究成果31.2.3 发展趋势31.2.4 存在的问题4第2章 调幅通信系统原理分析52.1 调幅电路的原理52.2 LC振荡电路的原理52.3 锁相环路的组成及工作原理72.
8、3.1 环路滤波器的原理82.3.2 压控振荡器的原理92.4 锁相环频率合成器原理102.5 功率放大器的原理112.6 反相功率合成原理132.7 本章小结14第3章 系统框图与电路设计153.1 系统框图153.2 LC振荡电路的设计153.3 锁相环路的设计173.3.1 集成数字锁相环路的设计173.3.2 环路滤波器的设计173.4 调幅调制电路的设计193.5 高效高频功率放大电路的设计203.6 本章小结22结论23参考文献25附录127附录233附录337附录455致谢57第1章绪论第1章绪论1.1课题背景面对各种新的广播制式的竞争，传统的AM广播播处于明显的劣势地位，欧洲许
9、多国家，正逐渐减少中波广播。为了摆脱困境，国外的广播和与其相关的研究机构，努力寻求新的途径，使AM广播获得新生。将现有的AM广播进行数字化改造，是一条必由之路。我国的广播和工业界也逐渐开始关注数字AM，希望能找到一个行之有效的系统，改造我国大量存在的传统AM广播。数字AM是一种新的广播体制，技术还在不断发展，各国都在研究。1998年3月在广州召开了世界数字AM成立大会，经过3年多的努力，2001年国际电信联盟(ITU)已通过了数字调幅广播的国际标准，这将推动数字调幅广播的进一步广泛应用。世界数字广播公司总裁彼得申格称，数字调幅广播为沉闷的调幅广播市场带来了新鲜空气。国际电联的决定具有划时代的意
10、义，全世界的广播听众将获得价廉物美的高质量数字广播服务，这是半导体发明以来广播事业最大的进步。由于数字AM是在现有的AM波段中进行播出，考虑到现阶段我国的国情，发展数字AM必须考虑以下几方面的问题。根据国内外已公开的研究结果和资料表明，为了不影响现有的模拟AM广播，不变动原有的频率分配，限制数字AM带宽，应保持现有中、短波广播带宽(如9KHz)。有限的带宽必然限制了新系统可能达到的声音质量和数据传送能力，应用目前的音频数字压缩技术，9KHz带宽的数字AM系统质量可达FM水平(同时提供1Kb/s的数据业务)。利用29KHz的带宽，声音质量可接近CD质量。应利用现有发射设备并保持高效率为了扩大覆盖
11、范围和提高效率，继脉冲宽度调制(PDM)发射机之后，又出现了脉冲阶梯调制(PSM)大功率发射机。与国外一样，我国中短波发射台的发射机已经或正在更换为这种新型的发射机。如果未来的数字声音广播系统不再继续使用这些昂贵的大功率、高效率的发射设备，那将造成极大的浪费，是十分可惜的。鉴于此，国外正在试验新的数字传输系统仍然使用现代发射机的调制器和高频前级、末级(被调级)功率放大器。此外，继续保持这些发射机高的效率是非常重要的。要留住原有的听众群就应有较长的过度期我国有数亿台调幅接收机，如果一个模拟AM电台从某一天起改为数字声音广播运行，那么经常收听该电台广播而没有数字声接收机的听众就不可能再用包络检波的
12、接收机收听该台的广播。考虑到绝大多数听众是在农村和偏远地区，尽快拥有数字声接收机不太现实，为了不失去已有的听众，就需要较长时间的过渡期。在过渡期间内，应做到模拟、数字之间相互无影响，也叫兼容。AM波段的广播，由模拟制向数字制过渡是逐步完成的，就像黑白电视向彩色电视过度一样。采用目前已成熟的技术，在发射机进行固态化改造的同时，采用最先进的数字调幅技术将原有发射机进一步改造成数字调幅发射机，作为数字化进程中的一种阶段性技术加以应用，不时为一个较好的办法。运用数字调幅技术的数字调幅发射机即DAM发射机，它最早是由美国哈里斯(HARRIS)公司于上世纪80年代后期发明的新式发射机，其发射后的收听效果可
13、接近调频广播的质量。尽管这样改造后的反射机还不是真正意义上的数字AM系统(没有数据传送)，但比起PDM、PSM发射机的各项指标已经有了很大的进步，经过上述数字化的改造作为过度，可为今后发展和使用真正的数字AM系统，作好技术准备。下面结合我台即将投入使用的DAM数字调幅发射机对DAM数字调幅发射技术应用作一简要介绍。DAM数字调幅发射机取消了传统的高电平音频功率放大器，直接用数字化音频控制信号在射频功率放大器末级实行高电平调幅，它把主振、调制器、和射频功放三合一，是整机性的脉冲阶梯调制，DAM发射机实际上是大功率射频A/D与D/A转换器。DAM数字调幅发射机克服了以往各种模拟调制难于避免的各种非
14、线性失真，有极好的动态响应，各项电声技术指标远优于其它各类模拟调制的广播发射机。另外，我们还可以采用数字调幅广播技术对现有的中短波广播发射机进行改造，充分利用现有设备和现有的中短波频谱资源。DAM数字调幅发射机的工作原理是这样的，音频信号先经数字处理，变换为12比特数字流，并进行编码，用来控制各射频功率放大器的开关。通过接通射频功率放大器的数量多少，来控制发射机输出射频电平。经带通滤波器光滑处理滤除量化台阶和不需要的频谱分量后，就得到通常所说的幅度调制的射频已调波输出，最后经馈线、调配室传送到天线系统发射出去。有限的带宽必然限制了新系统可能达到的声音质量和数据传送能力，应用目前的音频数字压缩技
15、术，9KHz带宽的数字AM系统质量可达FM水平(同时提供1Kb/s的数据业务)。1.2本课题发展状况1.2.1课题的国内外发展现状现代广播技术由调幅(AM)广播、调频(FM)广播、调频立体声广播到目前已经试播的数字音频广播(DAB)，以及数字多媒体广播(DMB)。面对各种新的广播制式的竞争，传统的AM广播处于明显的劣势地位，欧洲许多国家，正逐渐减少中波广播。为了摆脱困境，国外的广播和与其相关的研究机构，努力寻求新的途径，使AM广播获得新生。将现有的AM广播进行数字化改造，是一条必由之路。我国的广播和工业界也逐渐开始关注数字AM，希望能找到一个行之有效的系统，改造我国大量存在的传统AM广播。调幅
16、广播正面临着来自电视、互联网、通讯等的巨大挑战。同传统的广播机相比较，数字调幅广播发射机整机的可靠性、稳定性、抗干扰能力有大大的提高，其音色、音质可与调频机相媲美。1.2.2研究成果数字调幅发射机是一种高效率的设备，比目前国内广泛使用的同功率中波机效率高出2030。目前已经开发出10KW、25KW、50KW、100KW等多种规格和数字广播发射机系列产品，全固态中波数字调幅发射机，并且雷达系统中也有着广泛的应用。1.2.3发展趋势数字AM技术和DAM发射机是AM广播今后发展的必由之路，发展新系统我国已明显落后，但在改造旧系统的进程中，我国虽有一批广播发射台的发射机经技术升级改造成全固态的PDM、
17、PSM或DAM等发射机，但仍有数以千计的大小发射台还等待着这一设备更新时代的到来，作为工作在发射台的技术人员，非常有必要经常充电，迅速提高自身的业务能力和技术水平，尽快掌握DAM发射机的工作原理和使用维护技术，以迎接新的挑战。1.2.4存在的问题发射设备，尤其是调幅发射机设备的复杂性，直接影响一项新技术、新系统的推广应用。从长远来看，数字调幅广播将会逐步取代模拟调幅广播。但由于数字调幅广播发射机要比模拟调幅广播发射机复杂得多，只有采用高度集成的微电子技术才能实现。并且在大批量生产的情况下，价格才有可能降下来。第2章幅通信系统原理分析第2章幅通信系统原理分析2.1调幅电路的原理调幅就是使载波的振
18、幅随调制信号的变化规律而变化。实现调幅的方法有低电平调幅和高电平调幅，其中低电平调幅包括平方律调幅和斩波调幅，高电平调幅包括集电极调幅和基极调幅。调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。这个变化的周期与调制信号的周期相同，而振幅变化则与调制信号的振幅成正比。为简化分析手续起见，假定调制信号是简谐振荡，其表达式为 (2-1)如果用它来对载波进行调幅，那么，在理想的情况下，已调波的振幅为： (2-2)式中，为比例常数。因此，已调波可以用下式表示： (2-3)2.2LC振荡电路的原理成一个振荡器必须具备的条件是有一套振荡回路，包含两个(或两个以上)储能元件。在这两个元件中，当一个释放
19、能量时，另一个就接收能量。有一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。有一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。反馈型LC振荡器有许多形式。按照反馈耦合元件可以分成：互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器与电容反馈式振荡器等。当要求电容三点式振荡电路的振荡频率更高时，则应使电容C1、C2的值较小。由于C1并接在三极管的c、e极之间，C2并接在三极管的b、e极之间，当管子的极间电容随温度等因素的变化而变化时，将对振荡频率产生显著影响，造成振荡频率的不稳定。为了减小极间电容的影响，提高电路频率的稳定性，对电容三点式振荡电路进行适当改进就形成了改进型电容三点
20、式振荡电路，如图2-1所示。该电路称为串联型电容三点式振荡电路，又称克拉泼振荡电路。图2-1串联型电容三点式振荡器由图可知，这种电路是在电容三点式振荡电路的电感支路上串进了一个小电容C而构成的(C3对交流短路，属共基组态)。C1、C2、C及L组成谐振回路，当C C1、CC2时，求得振荡频率为： (2-4)上式可见，振荡频率基本上与C1、C2无关，因此，可选C1、C2的值远大于极间电容，这就减小了极间电容变化对振荡频率的影响，提高了振荡频率的稳定性。LC回路谐振电阻反射到三极管集、射极的等效负载电阻为： (2-5) (2-6)由上式可知：若C调至较小时，将使变小，导致电路增益下降，因此，这一电路
21、的振荡频率只能在小范围内调节，否则将出现输出幅度明显下降的现象。图2-2所示电路，是并联型三点式振荡电路，又称席勒振荡电路，它是在串联型电容三点式振荡电路的电感L旁并接了一个电容C而构成的。由于LC回路的谐振电阻R0反射到三极管集、射极间的等效负载电阻a)西勒振荡器实际电路 b)等效通路图2-2西勒(并联型电容三点式)振荡器 (2-7)而C3C，当C变小时，变化程度不显著，从而削弱了振荡幅度受频率改变的影响。因此，席勒振荡电路的频率调节范围较克拉泼电路要宽，由图2-2可知，当C3C1、C3C2时，振荡频率为： (2-8)改进型电容三点式振荡电路除具有电容三点式振荡电路的特点外，还具有频率稳定度
22、高(可达以上)的优点。该电路广泛应用于各类电视机中。2.3锁相环路的组成及工作原理 锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态之后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。锁相环由三部分组成，如图2-3所示。它包含压控振荡器(VCO)，鉴相器(pd)和环路滤波器(LF)三个基本部件，三者组成一个闭合环路，输入信号为，输出信号为，反馈至输入端。下面逐一说明基本部件的作用。鉴相器PD环路滤波LF压控振VCOVi(t) V0(t)Vd(t) Vc(t)图2-3锁相环组成方框图(1)
23、压控振荡器(VCO)VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压一频率变换器，实际上还有一种电流一频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。(2)鉴相器(PD)PD是一相位比较装置，用来检测输出信号与输入信号之间PD是一相位比较装置，用来检测输出信号与输入信号之间的相位差，并把转化为电压输出，称为误差电压，通常为一直流量或一低频交流量。(3)环路滤波器(LF)LF为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD的非线性而在中产生的无用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映大小的控制信号。按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO的频率发生
24、变化使得输入频率不相等，这必将使与的相位差发生变化，该相位差经过PD转换成误差电压，此误差电压经LF滤波后得到由去改变VCO的振荡频率使趋近于输入信号的频率，最后达到相等。环路达到最后的这种状态就称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差，即 (2-9)因此在锁定状态，不可能为0，换言之在锁定状态与存在相位差。2.3.1环路滤波器的原理其实它是滤波器中的一种类型，因为这种滤波器使用在环路中，因此得名环路滤波器。它是PLL(锁相环)电路中的重要组成部分。从上世纪二十年代至六十年代，电滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。为了提高无源滤波器的质量，要求所用的电感元件具有较高的品质因数
25、QL，但同时又要求有一定的电感量，这就必然增加电感元件的体积，重量与成本。这种矛盾在低频时尤为突出。为了解决这一矛盾，五十年代有人提出用由电阻、电容与晶体管组成的有源网络替代电感元件，由此产生了用有源元件和无源元件(一般是R和C)共同组成的电滤波器，称为有源滤波器。六十年代末由分立元件组成的有源滤波器得到应用。七十年代以来，由薄膜电容、薄膜电阻和硅集成电路运算放大器构成的薄膜混合集成电路提供了大量质优价廉的小型和微型有源RC滤波器。集成电路技术的出现和迅速发展给有源滤波器赋予巨大的生命力。集成电路有源滤波器不但从根本上克服了R、L、C无源滤波器在低频时存在的体积和重量上的严重问题，而且成本低、
26、质量可靠及寄生影响小。当然，有源滤波器也有如下缺点：由于有源元件固有的带宽限制，使绝大多数有源滤波器仅限于音频范围()内应用，而无源滤波器没有这种上界频率限制，适用的频率范围可高达500MHz。生产工艺和环境变化所造成的元件偏差对有源滤波器的影响较大。有源元件要消耗功率。尽管如此，在声频()范围内有源滤波器在经济和性能上要比无源滤波器优越得多，因此在世界各国先进的电话通信系统中得到极其广泛的应用。任何复杂的n阶有源滤波器总是由若干个二阶有源基本节和一阶无源基本节连接而成，其中二阶有源基本节尤为重要。2.3.2压控振荡器的原理压控振荡器(VCO)也是利用变容二极管作为可控电抗管接入振荡回路图2-
27、4基本Colpitts振荡器来实现可控振荡频率的。有多种可行的振荡器拓扑都可用于构建一个实用的RF VCO，其中一种已经在许多商品化VCO模块和不计其数的分立VCO电路中得到了成功应用，这就是Colpitts共集电极拓扑。该拓扑可用于很宽的工作频率范围。VCO可基于一个由电感和变容二极管组成的电感电容(LC)谐振回路(TANK)组成。振荡器回路是一个并联谐振电路，整个回路依然是一个电容三点式振荡器。2.4锁相环频率合成器原理对于现代移动通信中的移动台来说，频率合成器是由锁相环路(PLL)构成的。锁相环是一种相位负反馈系统，它利用环路的窄带跟踪与同步特性将鉴相器一端VCO的输出相位与另一端晶振参
28、考的相位保持同步，实现锁定输出频率的功能，同时可以得到和参考源相同的频率稳定度。一个典型的频率合成器原理框图如图2-5所示。设晶振的输出频率为，VCO输出频率为，则它们满足公式： (2-10)晶振R分频器数据寄存器鉴相器N分频器LPFVCO其中R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比，在外部设置并行或串行数据控制分频比，就可以产生出所需要的频率信号。用锁相环构成的频率合成器具有频率稳定度高、相位噪声小、电路简单易集成、易编程等特点。 控制数据 图2-5锁相环频率合成器的原理框图随着大规模集成电路的应用，参考分频器、鉴相器和主分频器以及进行程序控制的寄存器能够集成在一块芯片中，如图2-5中虚线框
29、所示，这样整个电路就仅由一个PLL芯片、一片晶振、一片VCO以及环路滤波器等分立元件组成，大大减小了体积，也降低了设计难度。2.5功率放大器的原理 高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变
30、压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为， 适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于；丙类放大器电流的流通角则小于。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于
31、正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的了类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率)的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相
32、对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz)，但相对频带很窄。例如，调幅广播电台(5351605kHz的频段范围)的频带宽度为10kHz，如中心频率取为1000kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类
33、、甲乙类或丙类(限于推挽电路)状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度(或信号失真度)等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突
34、出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路
35、的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。所以高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器：用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同的繁琐调谐。
36、通常工作于甲类状态。2.6反相功率合成原理在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所能输出的功率时，可以将几个电子元件的输出功率叠加起来以获得足够大的输出功率。这就是功率合成技术。单从增加输出功率这一点来看，并联与推挽电路也可认为是功率合成电路。但是这两种电路都有不可克服的共同缺点：当一管损坏失效时，会使其他管子的工作状态产生剧烈变化，甚至导致这些管子的损坏。因此，并联和推挽电路不是理想的功率合成电路。一个理想的功率合成电路应该满足：N个同类型的放大器，它们的输出振幅相等，每个放大器供给匹配负载以额定功率P，则N个放大器输之负载的总功率为NP，这叫做功率相加条件。合成器的各单位放大
37、电路彼此隔离，也就是说，任何一个放大单元发生故障时，不影响其它放大单元的工作，这些没有发生故障的放大器照旧向电路输出自己的额定输出功率P，这叫做相互无关条件。晶体管放大器功率合成所用的混合网路主要是传输线变压器，特别是1：4传输线变压器。图2-6为1：4传输线变压器的基本连接形式。根据传输线的原理，它的两个线圈中对应点所通过的电流一定是大小相等、方向a)传输线变压器形式 b)变压器形式图 2-61：4传输线变压器组成的网络反的。在满足匹配条件并略去传输线上的损耗时，变压器输入端与输出端电压的振幅也应该是相等的。为了满足合成(或分配)网路所需要的条件，通常取：，可以证明在该网路中，C端与D端是互
38、相隔离的，同样，A端与B端也是互相隔离的。即是说如果在A、B两端馈以反相激励电压，则由于电流的对称性，则在Rc上获得功率为0，在Rd上获得合成功率。上电阻2R正好与A、B两端的电阻2R相匹配。相反，如果在A。B两端馈以同相激励电压，则在正好与等效激励信号内阻相匹配。2.7本章小结本章介绍了调幅、LC振荡电路、锁相环路、功率放大器等通信系统各单元电路的工作原理及其电路分析，为下一章设计电路做好了充分的准备工作。第3章统框图与电路设计第3章系统框图与电路设计3.1系统框图图3-1调幅发射机系统框图简易调幅发射机，由调幅信号源和高频高效放大器组成。调制信号源由LC振荡电路产生正玄波；锁相环芯片MC1
39、45152和双模分频器MC12017组成锁相环，将载波频率精确的锁定在15MHz，输出载波的稳定度和准确度达到1；振幅调制采用MC1496，调制度为30%，输出幅度调节范围宽；高频功率放大级应用功率合成技术，采用反相推挽功率合成电路。整个电路设计的优点在于频率稳定度和准确度高，调制度稳定在30%，输出功率大、效率高。3.2LC振荡电路的设计本振信号的产生采用西勒电路的接法，产生一15MHz左右的频率电路。如图3-2所式为保证发射机频率的准确性，本设计采用了变容二极管实现频率调节，达到一定的调节范围，C5的取值应小，取20pF。由BB910的参数可知在05v的控制电压下，其容值变化范围是10u
40、F20u F，由得到L1的值为4uH，L1为回路电感，选定C3=100pF。C4=330pF。C5=20pF。直流工作点的选取(硅三极管)，(锗三极管)。图 3-2本振电路 (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)直流工作点的选取：根据9018的DATA SHEET，取，此时，则 (3-5)取。则 ，3.3锁相环路的设计本振信号输出到由MC145152和MC12017构成的电路中，构成锁相环。MC145152是MOTOROLA公司生产的大规模集成电路，它是一块采用并行输入数据编程的双模CMOS-LSI锁相环频率合成器。该芯片内含参考频率振荡器、可供用户选择的参考分频器(12*8ROM参考
41、译码器和12bitR计数器)、双端输出的鉴相器、控制逻辑、10位可编程的10bitN计数器、6位可编程的6bitA计数器和锁定检测等部分。其中，10bitN计数器、6bitA计数器、模拟控制逻辑和外接双模前置分频器12017组成吞脉冲程序分频器，吞脉冲程序分频器的总分频比为DVN+A。3.3.1集成数字锁相环路的设计当锁相环路锁定时，输出频率为：， (3-6)其中，为输出频率，参考频率，M为程序分频器总分频比，为程序分频比，P为前置分频比，A为吞吐计数器预置数。设计采用高精度晶体振荡器频率为15MHz，基准频率设为，则基准分频比，前置分频器采用64/65技术模式，则Mf/fr，NM/64，即N
42、12001111000，A=0电路如图3-3所式，晶振CR与参考振荡端26、27脚相接，形成一个参考频率振荡器。C1、C2为频率置定电容。1脚为输入信号端，将输入信号交流耦合到本引脚，其输入信号频率应小于30MHz。引脚10、2125为6bitA计数器的分频端。其预置数决定了v/(v+1)双模前置频器的v/(v+1)。引脚1120为10bitN计数器的分频端。鉴相器双输出端(7、8脚)输出的误差信号v，r输入到一级双输输入的有源低通滤波器。其中R3，R4，C7构成有源滤波器输入电路的RC低通环节，而C6。R5构成有源滤波器的高反馈环节。3.3.2环路滤波器的设计环路滤波器是滤波器中的一种类型，
43、因为这种滤波器使用在环路中，因此得名环路滤波器。它是PLL(锁相环)电路中的重要组成部分。要了解它必须先要对PLL的原理有一定了解。PLL的原理如下：图3-3锁相环电路设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为： (3-7) (3-8)式中的为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压为：=+ (3-9)此时需要用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，快速衰减高频干扰，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入，在环路跳出锁定状态时，提高环路以短期存储，并迅速恢复环路。环路滤波器的主要指标是带宽、直流增益和高频增益，它由滤波器的时
44、间常数和滤波器的类型决定。简单RC滤波器的高频增益为零。比例积分滤波器在高频时有一定的增益，这对锁相环的捕捉特性有利。我们采用有源低通滤波器和简单RC滤波器组成环路滤波器，如图3-4其中R3，R4。C7构成有源滤波器输入电路的RC低通环节，而C6。R5构成有源滤波器的高反馈环节。图3-4环路滤波电路3.4调幅调制电路的设计该部分用的是集成模拟乘法器MC1496进行振幅调幅。其中，载波信号经高频耦合电容C1从脚输入，C3高频旁路电容，使脚接地。调幅信号经低频耦合电容C2，从脚输入，调幅信号从12脚单端输出。由于采用双电源供电方式，所以脚的偏置电阻R5接地。由于是的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节的大小，即 (3-10)根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取左右。脚2与3间接入负反馈电阻R8，以扩展调制信号的的线性动态范围，R8增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。电阻R1、R2、R3及R9为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶