小功率调幅发射机

河南理工大学

高频电子线路课程设计

姓 名：学 号：专业班级：指导老师：所在学院： 小 功 率 调幅发射机

摘要

小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。

本课设结合Multisim软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试方法进行研究。Multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。使用Multisim等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。

本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调幅发射机。

高频电子线路课程设计

目录

1、绪论.............................................................................................. 1 1.1设计的作用和目的 ................................................................ 1 1.2设计要求 ................................................................................ 1 2、小信号调幅发射机的系统设计.................................................. 2 3、各部分电路的具体设计和分析.................................................. 3 3.1主振级 .................................................................................... 3 3.2缓冲级 .................................................................................... 6 3.3放大级 .................................................................................... 8 3.4音频放大 .............................................................................. 10 3.5 AM调制电路 ....................................................................... 11 4、发射机的整体电路以及调试.................................................... 14 4.1 整体电路 ............................................................................. 14 4.2 调试并仿真 ......................................................................... 15 4.3 整机调试故障分析 ............................................................. 15 5、心得与体会................................................................................ 16 6、参考文献.................................................................................... 18

1

高频电子线路课程设计

1、绪论

1.1设计的作用和目的

通过本课题的设计、调试和仿真，加深对《高频电子线路》理论知识的进一步理解，进一步巩固理论知识，能够建立起无线发射机的整机概念，学会分析电路、设计电路的步骤和方法，了解发射机各单元之间的关系以及相互影响，从而能正确设计、计算调幅发射机的各单元电路：主振级、被调级、推动级、功率放大级、输出匹配网络等。进一步掌握所学单元电路以及在此基础上，培养自己分析、应用其他电路单元的能力。同时经过课程设计，要学会查资料、充分利用互联网等一切可利用的学习资源，增强同学们分析问题解决问题的能力，为将来的毕业设计做铺垫，也为将来走向就业岗位打下一定的基础。

1.2设计要求

根据要求设计一个小功率调幅发射机。 主要技术指标：

1、载波频率： f=1~10MHz

2、低频调制信号： 1KHz正弦信号 3、调制系数： Ma=50%5% 4、频率稳定度：ff  5104 5、工作电压： 12V

1

高频电子线路课程设计

2、小信号调幅发射机的系统设计

调幅发射机主要包括三个组成部分:高频部分、音频部分和电源部分。此图省去了电源这一部分。

发射机的主要作用是完成有用的低频信号对高频信号的调制，将其变为在某一个中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射出去的电磁波。

调幅发射机通常由主振级、缓冲级、倍频级、中间放大级、振幅调制、音频放大和输出网络组成。根据设计要求，载波频率f=1~10MHz ，主振级采用西勒振荡电路，输出的载波的频率可以直接满足要求，不需要倍频器。系统原理图如图2.1所示：

主振级缓冲级放大级AM调制输出网络话筒音频放大

图2-1 小功率调幅发射机的系统设计框图

图中，各组成部分的的作用如下： 振荡级：产生平率为4MHz的载波信号。

缓冲级：将晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响。 音频放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。

功放以及调幅级：增大载波输出功率，将话音信号调制到载波上，产生已调波。

输出网络级：对前级送来的信号进行功率放大，通过天线将已调高频载波电流以电磁波的形式发射到空间。

2

高频电子线路课程设计

3、各部分电路的具体设计和分析

3.1主振级

主振级是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。该电路通常采用晶体管LC正弦波振荡器。常用的正弦波振荡器包括电容三点式振荡器即考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。

本级用来产生4MHz左右的高频振荡载波信号，由于整个发射机的频率稳定度由主振级决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也要有一定的振荡功率（或电压），其输出波形失真较小。为此，这里我采用西勒振荡电路，可以满足要求。

为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾，常采用部分接入方式。由前述可知，为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振，当静态工作点确定后，晶体管内部参数

YfYfgmICQ26mV的值就一定，对于小功率晶体管可以近似认为，反

馈系数大小应在0.15～0.5范围内选择。

如图3-1-1西勒振荡器电路所示1、大区，

C1RR2、

R4提供偏置电压使三极管工作在放

起到滤波作用。

输出电路的总电容：

CC2C3C4C2C3C3C4C2C4C5C4C5 *（3-1-1）

振荡频率为：

fosc12LC12L1(C4C5) *（3-1-2）

C5在此西勒振荡器电路中，由于入系数，如果使

C4C5和L并联，所以

C5变化不会影响回路的接

固定，可以通过改变来改变振荡频率，因此，西勒振荡器

可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。

3

高频电子线路课程设计

VCCVCCR110kΩR413kΩ212VXFC1123C430pF90%Key=AC5350pF25%Key=A5L1+A_+B_XSC2Ext Trig+_Q11C133nFR210kΩ2N22223C2600pF50uH25%Key=AR310kΩC3300pF0

图3-1-1 西勒振荡器

西勒振荡电路仿真如下：

图3-1-2 载波频率

4

高频电子线路课程设计

图3-1-3 西勒振荡器的输出波形

5

高频电子线路课程设计

3.2缓冲级

为了减少后级对主振级振荡电路振荡频率的影响，采用缓冲级。主振级与缓冲级联调时会出现缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况，可通过增大缓冲级的射极电阻R4来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C2，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现，同时负载R5也会对缓冲的输出波形也有很大影响。

VCCVCCR110kΩ5C2100pFV11 Vrms 4MHz 0° R210kΩQ112N2102R42C1100nF0R51kΩ4+A_+B_5VXSC1Ext Trig+_1kΩ50%Key=A图3-2-1 缓冲级电路

缓冲级电路的仿真如下：

6

高频电子线路课程设计

图3-2-2 缓冲级的输出波形

7

高频电子线路课程设计

3.3放大级

这里选用高频小信号放大器最典型的单元电路如下图3-3-1所示，这里由L1、

C2构成

LC单调谐回路，由LC单调谐回路作为负载构成晶体管调谐放大器。晶

体管基极为正偏，工作在甲类状态，负载回路调谐在输入信号频率f0上，能够对输入的高频小信号进行反相放大。由LC调谐回路的作用主要有两个：一是选频滤波，选择放大f=f0工作信号频率，抑制其他频率的信号；二是提供晶体管集电极所需的负载电阻，同时进行匹配交换。

设计的推动级采用高频小信号谐振放大器电路。由于推动级还起到隔离缓冲的作用，故它的电路一般用谐振放大器加一级射随器组成。

高频小信号谐振放大器的主要性能指标有：

（1）中心频率f 指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源

o器件、计算谐振回路元器件参数的依据。

（2）增益 指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和功率增益。

电压增益 功率增益

oiAvoVoVi *（3-3-1）

*（3-3-2）

PoPAPOPoPi式中，V、V分别为放大器中心频率上的输出、输入电压；大器中心频率上的输出、输入功率。

、i分别为放

（3） 通频带 指放大电路增益由最大值下降3dB时所对应的频带宽度，用

BW0.7表示。它相当于输入不变时，输出电压由最大值下降到0.707倍或功率下降

到一半时对应的频带宽度

（4）选择性 指放大器对通频带之外干扰信号的衰减能力。通常有两种表征方法：

1）用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏。 矩形系数Kr0.1定义为

Kr0.12f0.12f0.7 *（3-3-3）

fnfn理想矩形系数应为1，实际矩形系数均大于1。 2）用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率义为中心频率上功率增益

AP(fo)信号抑制能力的大小，其定上的功率增益

AP(fn)与特定干扰频率之比。

8

高频电子线路课程设计

dAP(fo)AP(fn) *（3-3-4）

用分贝表示，则为：

d10lgAP(fo)AP(fn)

VCC12V *（3-3-5）

VCCR42kΩL110uHXSC1C2Ext Trig+R315kΩR1V11kΩ500mVrms 4MHz 0° C1100pFR26.2kΩ2350pF60%Key=AC463100nFR6100Ω_A+_+B_0Q112N2222A4R51.5kΩC3100nF 图3-3-1 放大级电路

放大级电路对输入信号的放大输出波形如图3-3-2所示：

图3-3-2 音频信号与放大

9

高频电子线路课程设计

3.4音频放大

本课程设计中，音频信号用如图3-4-1所示的电压源代替，采用3354BM运算放大器进行功率放大。

XSC1VDD12V1V1C1R12R31kΩ57AB_+_Ext Trig+_VDD3260C222uF3554BMC3+10mVrms 10kΩ50%1kHz Key=A0° 022uFU11045R58kΩVDD22uF12VVDD6R21kΩ7C422uF0R420kΩ

图3-4-1 音频放大电路

音频放大器的输出波形如下图所示：

图3-4-2 音频放大输出波形

10

高频电子线路课程设计

3.5 AM调制电路

调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号之中，通过天线把高频信号发射出去。调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅：大功率广播和通信多采用高电平调平，这种调幅机输出功率大、效率高；载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅，它们对输出功率和效率要求不高，可以选用调幅特性较好的电路中。

常见的调幅方法主要有乘法器调幅、开关型调幅电路、晶体管调幅电路，其中晶体管调幅又分为基极调幅、集电极调幅。本课程设计采用二极管平衡电路进行调幅，二极管平衡电路也是最简单的调制电路。音频信号和载波信号分别通过变压器T1、T3输入到调制电路，然后经二极管进行调制，最后经LC谐振回路输出调制结果。

XSC2Ext Trig+_A+_+B_AB_+_XSC1Ext Trig+_+C1T11D12T25L16V1DIODE_VIRTUAL200mVrms 341kHz NLT_PQ_4_10NLT_PQ_4_100° 0T3NLT_PQ_4_1050%320pF30uH30%Key=AKey=A0XSC3V271 Vrms 4MHz 0° 图3-5-1 AM调制电路

Ext Trig+0+_A_B+_0

调制电路仿真调试结果如下图所示：

11

高频电子线路课程设计

图3-5-2 音频信号

图3-5-3 高频载波信号

12

高频电子线路课程设计

图3-5-4 调制信号

13

高频电子线路课程设计

4、发射机的整体电路以及调试

4.1 整体电路

XSC2Ext Trig+_A+_+B_0VCC12VVCCAXSC3Ext Trig+_B_+_R110kΩR413kΩ3Q1C2600pF4C4C730pF50%Key=AC5350pF50%Key=AC3300pF25L150uH50%Key=A100pFR510kΩQ2+01R610kΩ72N2102R8C6100nF2C133nFR210kΩ2N2222R310kΩ6R71kΩ50%Key=A1kΩ50%Key=A00VCC12VVCCR1115kΩC8100pFR106.2kΩ8R122kΩL210uHC9+A_XSC4Ext Trig+_B+_350pF50%Key=AC1115100nFR14100ΩT1019C16D120T223L3Q3DIODE_VIRTUAL2122NLT_PQ_4_10NLT_PQ_4_10001718T3NLT_PQ_4_1050%320pF30uH50%Key=AKey=A2N2222A16R131.5kΩ24C10100nFXSC1Ext Trig+_A+_+B_VDD14V1R99R161kΩ057XSC512VC120+A_+B_Ext Trig+_0VDD106210mVrms 10kΩ50%1kHz Key=A0° 22uFU11C1322uFR188kΩ00123554BMC14VDD22uF12V11VDDR151kΩ13C1522uF0R1720kΩ 图4-1-1 调幅发射机的整体设计电路

14

高频电子线路课程设计

4.2 调试并仿真

从主振级出发，一步一步进行调试，知道每一部基本符合要求的情况下再进行下一步级联，调试的最终结果如下所示：

图4-2 已调波信号

4.3 整机调试故障分析

晶振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。产生的主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大，使晶振级负载加重。这可通过增大缓冲级的射极电阻RP1来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C4，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。

本机振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调幅现象。产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压v0偏小或者是话音放大级输出的调制电压vΩ过大。调整话音放大级增益，以满足调幅度ma=50%的技术指标要求。

15

高频电子线路课程设计

5、心得与体会

经过这两周时间的努力，终于完成了这次课程设计，结果还算是差强人意，基本上符合课程设计的要求。

本次设计通过对《通信电子线路》的学习使用Multisim软件设计了一个小功率调幅发射机。我根据先局部后整体的设计方案，先将小信号调幅发射机的各部分电路设计出来，并且单独进行仿真和调试，各部分电路调试成功之后再进行整体联接，然后再进行调试并且仿真。在设计各个环节中都遇到了很多问题：首先，参数的选定很难，课堂上基本上是分析电路的原理功能和计算电路的性能指标，很少亲自选定器件的参数，从资料或网上得到的数据很多都有问题；必须经过修正和调试才能确定出器件的参数，只有正确的参数，才能够设计出我们所想要的输出结果，参数的正确性可以说决定着设计成功的50%；其次，有些时候理论上符合要求的电路，仿真后却得不到相应的结果，尤其是整机联接的时候出现了更多问题，也花费了很多时间（其实差不多一半的时间都在进行整机调试和修正），比如主振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小并且波形失真严重，开始的时候，主振级甚至起振不起来，还有就是调幅失真，问题更加复杂。当然也正是由于问题的出现，我才学到了更多的知识，以及设计的技巧，对Multisim软件的应用也更加熟练了。出现问题的时候，首先思考出现问题的环节，然后借助于从图书馆借的几本书，有时候直接上网查询，也请教其他同学，在这个过程中对以前学的知识有了更深刻的了解，也明白了所学知识的应用范围，收获颇丰。

通过这次课程设计，我再次感受到理论应用于实际中的难度，认识到理论联系实际的重要性。虽然在做这次课程设计中很不顺利，但是学到了很多从书本单方面学不到的东西，看到自己经过努力换来的成果感到比较欣慰，也有点小小的骄傲。我做的小功率调幅发射机所应用到的理论知识都是书中经典的知识点，因此对课本知识也有了进一步的理解，也意识到自己对课本知识理解不够到位，知识面不够广，分析电路也有点吃力，我想这对我以后的学习有很大的促进作用。眼看大三的即将结束，我选择考研进一步深造自己，使自己在专业知识方面有进一步的认识，提高自己的平台。同时很感谢和感激我们的《高频电子线路》张老师，记得有一次生病说不出话来还继续给我们讲实验，而班里的很多同学都迟到了，有的甚至还缺勤了，老师却没有发脾气，而是像往常一样认真地给同学们上

16

高频电子线路课程设计

课，老师的敬业和教育精神真的令大家十分感动，我们为有这样的老师而感到幸运。最后祝老师身体健康、工作顺利。今后，我们会更加地努力学好专业知识，请老师放心。

17

高频电子线路课程设计

6、参考文献

1、《高频电子线路》第四版 张肃文主编， 高等教育出版社 2、《高频电路设计与制作》 何中庸译，科学出版社

3、《高频电子线路实验与综合设计》 杨霓清主编，机械工业出版社 4、《高频电路实验与仿真》 于海勋、郑长明主编，科学出版社

5、《高频电子线路实验与课程设计》 杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社

18