1、山東科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告 2012-2013 學(xué)年 一 學(xué)期山東科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 簡(jiǎn)易發(fā)射機(jī)電路設(shè)計(jì)組長(zhǎng)姓名 學(xué)號(hào) 聯(lián)系電話 E-mail 成員姓名 學(xué)號(hào) 成員姓名 學(xué)號(hào) 專 業(yè) 班級(jí) 指導(dǎo)教師及職稱 2013年 1 月 14 日一、實(shí)驗(yàn)摘要簡(jiǎn)易調(diào)幅發(fā)射機(jī)，主要由調(diào)幅信號(hào)源和高頻高效功率放大器組成。采用高頻振蕩器將載波頻率鎖定在10MHz，輸出載波的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度達(dá)到1×10-5 ；振幅調(diào)制采用集成模擬乘法器MC1496，調(diào)制度固定為30，3d帶寬為500KHZ。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）加深理解發(fā)射機(jī)工作原理（2）掌握發(fā)

2、射機(jī)電路設(shè)計(jì)步驟及方法三、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及儀器、設(shè)備和材料：學(xué)院實(shí)驗(yàn)室、PC機(jī)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)原理將要傳送的調(diào)制信號(hào)（這里我們以話音信號(hào)為例）從低頻率搬移到高頻，使它能通過電離層反射進(jìn)行傳輸，在遠(yuǎn)距離接收端我們用適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)裝置再把原信號(hào)不失真的恢復(fù)出來，就達(dá)到了傳輸話音低頻信號(hào)的目的。例如調(diào)幅，我們不可能直接傳送話音，我們先用一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置將話音信號(hào)（也就是人說的話）轉(zhuǎn)換成振幅平緩變化的電壓信號(hào)，這就是我們要傳輸?shù)男盘?hào)，叫做調(diào)制信號(hào)，然后將調(diào)制信號(hào)與一個(gè)高頻率的信號(hào)在一個(gè)相乘器里相乘，再經(jīng)過一個(gè)加法電路，就會(huì)得到一高頻率的信號(hào)，它的包絡(luò)（所謂包絡(luò)就是連接周期信號(hào)每個(gè)周期內(nèi)波峰的假想線）隨著調(diào)制

3、信號(hào)幅度的變化而變化，我們把這個(gè)高頻信號(hào)叫做載波，把已經(jīng)調(diào)制好的信號(hào)叫調(diào)幅波。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要由高頻振蕩器、調(diào)制器、高頻放大器、天線等組成。高頻振蕩器是產(chǎn)生高頻載波。調(diào)制器是將放大后的音頻信號(hào)加在高頻電磁波上。高頻放大器把調(diào)制后的電磁波放大后經(jīng)天線發(fā)射到空中傳到各地。發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)必須考慮以下幾個(gè)參數(shù)諧波輸出、寄生輸出、寬帶噪聲、相位噪聲，頻率和相位的穩(wěn)定度，信號(hào)的最大輸出功率以及平均輸出功率。由中頻信號(hào)IF或其諧波與本振混頻產(chǎn)生的三階互調(diào)干擾必須專門考慮。其他比如所需射頻載波信號(hào)的諧波、本振信號(hào)LO與與中頻信號(hào)IF的饋通等多余信號(hào)都會(huì)將產(chǎn)生干擾。如果發(fā)射機(jī)將噪聲發(fā)射出去將會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)的

4、噪聲基數(shù)提高、信噪比SNR降低，從而將會(huì)減少通信所能達(dá)到的最大距離。因此功率放大器必須進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，以保證輸出的附加帶寬噪聲最小化。本設(shè)計(jì)的課題為簡(jiǎn)易發(fā)射機(jī)電路，所要達(dá)到的目標(biāo)并不是很多，及其考慮的因素也不是很專業(yè)化，主要目的只是檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與密度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力。經(jīng)過細(xì)致調(diào)研，本設(shè)計(jì)振幅調(diào)制主要應(yīng)用集成模擬乘法器，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。畢竟由于自己的能力有所限制，設(shè)計(jì)難免有所紕漏，懇請(qǐng)指正3、實(shí)驗(yàn)步驟1、系統(tǒng)框圖高頻振蕩器f=10MAM調(diào)制器高頻功率放大器語音信號(hào)2、各單元電路設(shè)計(jì)及論證2.1高頻振蕩器為了使振蕩器輸出盡可能的穩(wěn)定、準(zhǔn)確的頻率，以達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書所要求

5、的目標(biāo)，下面淺談一下關(guān)于頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度方面的原理，以及本設(shè)計(jì)所采用的合適方案。（1） 頻率準(zhǔn)確度的定義頻率準(zhǔn)確度分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度，又稱頻偏。用振蕩器的實(shí)際工作頻率f與標(biāo)稱頻率fc 之間的偏差f，即f=ffc來表示。相對(duì)頻率準(zhǔn)確度用f / fc 來表示。（2） 頻率穩(wěn)定度的定義頻率穩(wěn)定度通常定義為在一定時(shí)間間隔內(nèi)，振蕩器頻率的相對(duì)偏差的最大值，用表示。這個(gè)數(shù)值越小，頻率穩(wěn)定度越高。按照時(shí)間間隔長(zhǎng)短不同，通常可分為下面三種頻率穩(wěn)定度。長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以上以至幾個(gè)月的時(shí)間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變化。這種變化通常是由振蕩器中元器件老化而引起的。 短期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以內(nèi)，以小時(shí)、分或秒

6、計(jì)算的時(shí)間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變化。產(chǎn)生這種頻率不穩(wěn)的因素有溫度、電源電壓等。 瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度：一般指秒或毫秒時(shí)間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變化。這種頻率變化一般都具有隨機(jī)性質(zhì)并伴隨著有相位的隨機(jī)變化。引起這類頻率不穩(wěn)定的主要因素是振蕩器內(nèi)部噪聲。目前，一般的短波、超短波發(fā)射機(jī)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度約在10-410-5量級(jí)，一些軍用、大型發(fā)射機(jī)及精密儀器的振蕩器的相對(duì)頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-6 量級(jí)甚至更高。高頻振蕩器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小的高頻正弦波信號(hào)作為載波信號(hào)。由于整個(gè)發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度由主振級(jí)決定，因此要求主振級(jí)有較高的頻率穩(wěn)定度，同時(shí)也要有一定的振蕩頻率，使

7、其輸出波形失真較小。圖中R1和R2是偏置電阻，C1是旁路電容，R3是Q1集電極的負(fù)載電阻，R4和R5是Q1發(fā)射極的負(fù)載電阻。中心頻率為： 圖1 高頻振蕩器2.2 振幅調(diào)制調(diào)幅（振幅調(diào)制）是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化，調(diào)制上一個(gè)非線形過程。從頻譜結(jié)構(gòu)來看，調(diào)幅又是一個(gè)對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移的過程，即把較低的頻譜搬到較高頻譜。現(xiàn)在來簡(jiǎn)介振幅調(diào)制的基本特點(diǎn)。設(shè)調(diào)幅電路輸出高頻載波信號(hào)為 （1）基帶信號(hào)為一單頻低頻信號(hào) 其中：載波角頻率，載波頻率，。 （2）將輸入調(diào)幅電路以改變式（1）所示高頻信號(hào)的振幅，則可得到已調(diào)波信號(hào)的為 （3）式中，稱為調(diào)幅系數(shù)，它說明載

8、波振幅受基帶信號(hào)控制的程度。為由調(diào)制電路決定的常數(shù)。將式（3）用三角函數(shù)關(guān)系展開，則得 （4）由式（4）可知，被單頻低頻信號(hào)調(diào)幅后的高頻已調(diào)信號(hào)由振幅為、角頻率為的載波和兩個(gè)振幅相同、角頻率分別為和的高頻波組成。頻譜如圖2。圖2 頻譜圖調(diào)制電路是通信系統(tǒng)的重要組成部分。幅度調(diào)制反映到頻域里就是把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載頻的左右兩旁 ，而信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變 ；反映到時(shí)域里則是用一個(gè)高頻余弦函數(shù)去乘調(diào)制信號(hào) ，所以必須使用具有乘法功能的器件。單片的模擬集成乘法器 MC1596 由于技術(shù)性能高,價(jià)格低廉,使用方便,因而廣泛用作調(diào)制、解調(diào)、混頻和相位檢測(cè)電路中。本文介紹了MC1596 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ，并在

9、 Multisim12仿真環(huán)境下對(duì) MC1596 構(gòu)成的振幅調(diào)制器進(jìn)行了仿真測(cè)試分析。MC1596 是以雙差分電路為基礎(chǔ)的四象限雙平衡式模擬乘法器 ，用以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)的相乘功能 ，是調(diào)幅電路的核心組成 ， Multisim 元器件庫中沒有這個(gè)元件 ，但所以我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)MC1596 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ，連接上輸入 / 輸出端符號(hào)后 ，通過編輯設(shè)置生成子電路 ，以便調(diào)用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 ： 和 Q2 組Q1成第一對(duì)差分放大器 ，Q5 是它的恒流源 ； 和 Q4 組成第二對(duì)Q3差分放大器 ，Q6 是它的恒流源 ， Q5 組成單差分放大器用以激和勵(lì) Q1Q4。Q7 和 Q8 組成的具有負(fù)反

10、饋電阻的鏡像恒流源 ，電阻Re1、Re2、Re3 為負(fù)反饋電阻 ，用以擴(kuò)展輸入電壓的線性動(dòng)態(tài)范圍。其引腳 8 和 10 接輸入電壓 ，引腳 1 和 4 接另一個(gè)輸入電壓 ，引腳 6 和 12 輸出電壓。引腳 14 為負(fù)電源端。引腳 2 和 3 接電阻對(duì)差分放大器 Q5、Q6 產(chǎn)生電流負(fù)反饋 ，調(diào)節(jié)乘法器的信號(hào)增益 ，引腳 5 外接電阻 ，用來偏置電流以及鏡像電流。圖3 MC1596內(nèi)部電路和引腳圖用MC1596 構(gòu)成的乘法器電路如圖3所示，端接12V電源，12U C (t )14 端接-8V電源，載波信號(hào)Uc(t)通過耦合電容C8接至10端 ，8端外面有 Rt2、R12、C1、C3、R1 組成

11、的偏置電路 ，用來濾除加到載波端的直流分量及低頻干擾。調(diào)制信號(hào)通過耦合電容C2加至1端 R2R5 構(gòu)成的偏置電路 ，由用來調(diào)節(jié)加到 4 端直流分量的大小。輸出信號(hào)從 6 端引出后經(jīng)過后級(jí)緩沖器輸出。圖4 乘法器調(diào)制器電路圖2.3 高頻功率放大器利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器。這是無線發(fā)射機(jī)中的重要組成部分。根據(jù)放大器的電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類乙類丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角愈小，放大器的功率愈高。如甲類功放的=180效率最高也只能達(dá)到50%；而丙類功放的90，效率可達(dá)80%。因而甲類功率放大器適合作為中間級(jí)或輸出功率較小的末級(jí)功率放大器；丙類功率放大器

12、則通常作為末級(jí)功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。圖5 高頻功率放大器2.4系統(tǒng)總電路圖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)記錄1、高頻振蕩電路仿真2、高頻功率放大器輸出3、系統(tǒng)輸出2、對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及觀察結(jié)果的分析與討論：軟硬件的系統(tǒng)測(cè)試簡(jiǎn)易發(fā)射機(jī)的測(cè)試分兩步進(jìn)行。一是觀察，它是定性測(cè)試：觀察輸出波形的時(shí)針和對(duì)稱性。所用的儀器是40MHz以上的示波器。正確的觀察是測(cè)量的前提，因所有其他的測(cè)試都是在輸出波形對(duì)稱，且不失真條件下進(jìn)行的。正確調(diào)整使用示波器也很重要。二是測(cè)量，它是定量測(cè)試：（1） 測(cè)量頻率及頻率準(zhǔn)確度。用頻率計(jì)或示波器測(cè)量，記錄測(cè)量到的信號(hào)頻率f，求=|15MHz-f|/15M

13、Hz。（2） 測(cè)量頻率穩(wěn)定度。測(cè)量一次信號(hào)頻率后，觀察一分鐘，得到變化最大的一次，求=|-|/15MHz。（3） 測(cè)量調(diào)幅系數(shù)。用有CRT讀數(shù)的40MHz的示波器穩(wěn)定地顯示一個(gè)完整的調(diào)幅波形，測(cè)量A和B的值，求=（A-B/A+B）100%。圖 輸出的已調(diào)波（4） 測(cè)量調(diào)幅信號(hào)源輸出已調(diào)波幅度VP-P=A,如圖25。（5） 測(cè)量功率放大器的功率和效率。測(cè)量條件是輸入VP-P=1V±0.1V，頻率為15MHz的正弦波，輸出無明顯失真。用示波器測(cè)量50負(fù)載上的VP-P，根據(jù)PO=VP-P2/8RL得到輸出功率；測(cè)量功放管的IC及電源電壓，根據(jù)=ICVCC求得=PO/PE。3、關(guān)鍵點(diǎn)： （1）諧振頻率的調(diào)試（2）調(diào)制度的計(jì)算（3）各級(jí)之間的阻抗匹配六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論該課程設(shè)計(jì)使我建立無線電發(fā)射機(jī)的整體概念，了解發(fā)射機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，能正確設(shè)計(jì)和計(jì)算發(fā)射機(jī)的各個(gè)單元電路:主振級(jí)激勵(lì)級(jí)輸出級(jí)調(diào)制級(jí)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)及音頻放大器。初步掌握小型調(diào)幅波發(fā)射機(jī)的調(diào)幅及測(cè)試方法。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要首先將總體電路分成若干個(gè)子模塊，使每個(gè)模塊有各自的不同的任務(wù)，再對(duì)各相對(duì)簡(jiǎn)單的子模塊進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，最后將各個(gè)子