1、高頻電子線路課程設計報告設計題目： 小功率調幅發射機設計 教師評語：成績 評閱教師 日期 一、設計題目小功率調幅發射機的設計。二、設計目的、內容及要求設計目的：高頻電子線路是一門理論與實踐密切結合的課程,課程設計是其實踐性教學環節之一，同時也是對課堂所學理論知識的鞏固和補充。其主要目的是加深對理論知識的理解，掌握查閱有關資料的技能，提高實踐技能，培養獨立分析問題、解決問題及實際應用的能力。 (1)加深對高頻電子線路理論知識的掌握，使所學的知識系統、深入地貫穿到實踐中。 (2)提高同學們自學和獨立工作的實際能力，為今后課程的學習和從事相應工作打下堅實基礎。 任務及要求：小功率調幅發射機的設計(1

2、)掌握小功率調幅發射機原理；(2)設計出實現調幅功能的電路圖；(3)應用multisim軟件對所設計電路進行仿真驗證。 技術指標：載波頻率f0=1MHz 10MHz；低頻調制信號1KHz正弦信號；調制系數Ma=50±5；負載電阻RA=50。三、工作原理3.1 小功率調幅發射機的認識目前，雖然調頻技術以及數字化技術突飛猛進，其應用范圍覆蓋了無線通信技術的80%以上，但是由于小功率調幅發射機具有調制解調電路簡單、調試容易、信號帶寬窄和技術成熟等優點，因此仍然使其能夠在中短波通信中廣泛得以應用。課題以電子線路課程設計實踐教學為應用背景，在仿真軟件與實驗室中完成一個完整的調幅發射機，并實現無

3、線電報功能。 發射機的主要任務是利用低頻音頻信號對高頻載波進行調制，將其變為在適合頻率上具有一定的帶寬，有利于天線發射的電磁波。一般來說，簡易發射機主要分為低頻部分、高頻部分、以及電源部分。高頻部分主要包括：主振蕩器、緩沖放大級、中間放大級、功放推動級以及末級功放級。低頻部分主要包括：話筒、低頻電壓放大級、低頻功率放大級以及末級低頻功率放大級等。3.2 小功率調幅發射機的工作原理 一條調幅發射機的組成框圖如下圖圖1所示，其工作原理是：第一本機振蕩產生一個固定頻率的中頻信號，它的輸出送至調制器；話音放大電路放大來自話筒的信號，其輸出也送至調制器；調制器輸出是已調幅了的中頻信號，該信號經中頻放大后

4、與第二本振信號混頻；第二本振是一頻率可變的信號源，一般選第二本振頻率fo2是第一本振f1與發射載頻foc之和，混頻器輸出經帶通或低通濾波器濾波，是輸出載頻fc=fo2-fo1;功放級將載頻信號的功率放大到所需發射功率。調制器中放混頻帶通功放天線本振1話筒話音放大本振2圖1 調幅發射機組成框圖四、設計方案4.1總體電路設計 發射機的主要任務是要完成有用的低頻信號對高頻載波的調制，將其變為在某一中心頻率上具有一定帶寬，適合通過天線發射的電磁波2。發射機一般分為三個部分：高頻部分，低頻部分和電源部分3。高頻部分一般包括：主振蕩級，緩沖放大級，中間放大級，功率推動級以及末級功放級。低頻部分一般包括話筒

5、，低頻電壓放大級，低頻功率放大級和末級低頻功率放大級。低頻信號通過各級放大級的層層放大，最終在末級功放處獲得所需的功率電平，從而可以對高頻功率放大器進行調制。采用典型的調幅發射機設計方案即可達到設計指標的要求，發射機的主要單元電路見圖2。高頻功效振幅調制放大級緩沖器主振器話筒音頻放大 圖2 發射機的主要單元電路圖中各部分主要作用為：主震級：有晶體振蕩器產生頻率為6MHz的震蕩載波信號。緩沖級：將晶體震蕩級與振幅調制級隔離，減少振幅調制級對晶體震蕩器的干擾。音頻放大：將話筒發出的信號放大到調制電路所需要的調制電壓。振幅調制級：將音頻信號加入到高頻載波中，從而產生調幅波。高頻功放：對信號進行功率放

6、大，加入到天線中，從而向空間輻射。4.2單元電路形式選擇1.本機振蕩電路振蕩電路選擇要根據載波頻率的高低和頻率穩定度來確定，在頻率穩定度要求不是很高的情況下，可以采用電容反饋式振蕩電路，如克拉潑電路，希勒電路等。在頻穩度要求較高的情況下，一般可以選用晶體振蕩電路，也可以選用單片集成電路。本機設計要求頻穩度，一般的LC振蕩電路就可達到要求。 2.高頻電壓放大器高頻電壓放大器的任務是將振蕩電壓放大以后送到振幅調制器，可以選用高頻調諧放大器。需要使用幾級放大器要看振幅調制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調制器，輸入信號是小信號。當振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時，可以不加高頻電壓放大

7、器。如果采用集電極調幅電路，就要使用一至二級高頻電壓放大器，以滿足集電極調幅的大信號輸入。諧振放大器的調試方法與阻容耦合放大器相同，首先應調整每一級所需的直流工作點，但要注意一點：在多級諧振放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測試其直流工作點時，應先用示波器觀察放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經有自激振蕩，應先設法排除它，然后再測試其直流工作點。否則，所測數據是不準確的。對于調諧放大器的頻率特性、增益及動態范圍的調整及測試，一般有兩種方法，一種是逐點法；一種是掃頻法。后者比較簡單、直觀。但由于其頻標較粗，對于窄帶調諧放大器難以精確測試。3.振幅調制電路振幅調制器的任務是將所

8、需傳送的信息“加載”到高頻震蕩電壓中，從而以調幅波的形式將已調信號發射出去。通常調制分為低電平調制和高電平調制，采用模擬乘法器實現調制的方法是屬于低電平調制，低電平調幅電路具有輸出功率小的特點，適用于功率較低的系統。4.功率激勵級由模擬乘法器調制電路輸出的已調信號較小，不能滿足末級功放的輸入要求，因此，要在模擬乘法器后邊加上功率激勵級來放大已調調制的信號功率，從而滿足后級電路的輸入要求。 5.功率放大級功率放大器是調幅發射機的最末級，它的主要任務就是要發射出發射機設計指標所要求的輸出功率。本機所設計的為小功率調幅發射系統，通常采用丙類諧振功率放大器，如果一級放大器不能滿足要求，可以選用兩級或者

9、三級。6.傳輸線與天線天線的主要作用是把已調制的高頻信號變成電磁波，輻射到空間去，從而實現無線電的發射功能。由于無線設備本身的傳播距離的限制，因此，若想達到比較理想的傳播距離，必須外接天線。這里面就必須涉及到兩個概念： (1)頻率范圍頻率范圍指的是天線的工作頻段，這個參數決定了它適用于哪個無線標準的無線設備。 (2)增益值增益值表示天線的功率放大倍數，增益值越大代表對輸入信號的放大倍數越大，傳輸質量也就越好。五、單元電路的設計 1主振級與小信號電壓放大級的設計主震級是調幅發射機的核心部件，其性能的好壞直接影響到發射信號的質量，因此，主震級產生的載波信號必須有較高的頻率穩定度和較小的波形失真度，

10、本機主振級備選方案可以有三種， RC正弦波振蕩器，石英晶體振蕩器，三點式LC正弦波振蕩器等。方案一：采用石英晶體振蕩器，石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩定度，在選擇合適的偏置電路的情況下，頻穩度可達到10-11數量級，而且，其工作狀態穩定，波形失真度也比較小，因此，在頻穩度要求較高的電路中，可以選用石英晶體振蕩器作為主振級。方案二：采用RC正弦波振蕩器，由于RC振蕩器主要是由電阻和電容組成的，在電路中并沒有諧振回路，因此，RC振蕩器不適合于作為高頻振蕩器。方案三：采用LC三點式正弦波振蕩電路，三點式振蕩電路有電容三點式和電感三點式之分，相對來說，電容三點式的輸出波形相對電感三點式要穩定，且頻率變

11、化不會改變電抗的性質，因此振蕩器一般都采用電容三點式形式。在頻率穩定度要求不是很高的情況下，可以采用普通的電容三點式振蕩電路，如克拉潑電路和西勒電路。LC回路由于受到標準性和品質因數的限制，其頻穩度一般只能達到10-4數量級。為使整機電路簡單并且頻穩度度較高，本機采用LC振蕩電路。正弦波振蕩器的作用是產生頻率穩定、幅值不變的正弦波輸出。本設計采用的是改進型電容三點式振蕩器，即西勒振蕩器。其具有輸出波形好、工作頻率高、改變C調節頻率時不影響反饋系數等優點，適用于波段寬、頻率可調的場合。  正弦波振蕩器廣泛應用于各種電子設備中，特別是在通信設備中起到重要作用。它是無線電發送部分

12、的心臟部分，也是超外差接收機的重要部分；各種電子測試儀器如信號發生器、數字式頻率計等，核心部分都離不開正弦波振蕩器；并在自動控制裝置和醫療設備等許多技術領域也得到了廣泛的應用。  西勒振蕩器由起能量控制作用的放大器、將輸出信號送回到輸入端的正反饋網絡以及決定振蕩頻率的選頻回路組成。沒有輸入信號，而是由本身的正反饋信號代替。當振蕩器接通電源后，即開始有瞬變電流產生，經不斷的對它進行放大、選頻、反饋、再放大等多次循環，最終形成自激振蕩，把輸入信號的一部分送回輸入端做輸入信號，從而就產生了一定頻率輸出的正弦波信號輸出。 2緩沖隔離級的設計為了減小調制級對主震級的影響，需要采用加入

13、緩沖級的方法。在緩沖隔離級的選擇上不論是在低頻電路還是高頻電路的整機設計中，緩沖隔離級常采用射極跟隨器電路。 3語音放大級電路設計語音放大器主要是對語音信號進行放大和限頻，經過放大后的語音信號送入調制級對高頻載波信號進行調制，本機采用3354BM進行語音功率放大。 4幅度調制電路的設計所謂振幅調制就是用被傳輸的低頻信號去控制高頻振蕩器，使其輸出信號的幅度隨著低頻信號的變化而變化，從而實現低頻信號搬移到高頻段，被高頻信號攜帶并有效進行遠距離傳輸的目的。完成這種調制過程的裝置稱為振幅調制器。5 高頻諧振放大器設計高頻功率放大器是各種無線電發射機的重要組成部分，其工作頻率較高，相對寬帶也比較窄，一般

14、都采用LC諧振網絡作為負載構成諧振功率放大器。由于諧振網絡頻率調節困難，因此諧振功率放大器主要用來放大固定頻率或窄帶信號，所以諧振功率放大器也稱為窄帶高頻功率放大器。高頻功率放大器一般多用于發射機的末級電路，其電流消耗往往要占到整機耗電量的絕大部分，所以功率放大器工作狀態的優劣以及工作效率的高低就相當重要。高頻功放中常采用平面工藝制作的NPN高頻大功率晶體管，他能承受高電壓和大電流，并有較高的特征頻率ft。晶體管作為一個電流控制器件，它在較小的激勵信號電壓作用下，形成基極電流ib，ib控制了較大的集電極電流ic，ic流過諧振回路產生高頻功率輸出，從而完成了把電源的直流功率轉換為高頻功率的任務。

15、晶體管工作在截至和導通（線性放大）兩種狀態下，基極電流和集電極電流均為高頻脈沖信號。與低頻功放不同的是，高頻功放選用諧振回路作負載，即保證輸出電壓相對于輸入電壓不失真，還具有阻抗變換的作用，這是因為集電極電流是周期性的高頻脈沖其頻率分量除了有用分量（基波分量）外，還有諧波分量和其他頻率成分，用諧振回路選出有用分量，將其他無用分量濾除；通過諧振回路阻抗的調節，從而使諧振回路呈現高頻功放所要求的最佳負載阻抗值，即匹配，使高頻功放以高效率輸出大功率。在丙類諧振功率放大器中，根據晶體管工作是否進入飽和區，可將其分為欠壓臨界和過壓工作狀態。將不進入飽和區的工作狀態稱為欠壓，為頂尖余弦脈沖。將進入飽和區的

16、工作狀態稱為過壓狀態，為中間凹陷的余弦脈沖。如果晶體管工作剛好不進入飽和區，則稱為臨界工作狀態，雖然仍為尖頂余弦脈沖，但頂端變化平緩。在諧振功率放大器中，雖然三種狀態下集電極電流都是脈沖波形，由于諧振回路的濾波作用，放大器的輸出電壓仍為沒有失真的余弦波形。l 欠壓狀態根據丙類諧振功率放大器的工作原理可知，基極電壓最大值uCEmax與集電極電壓最小值uCEmin出現在同一時刻，所以只要當uCEmin比較大（大于uBEmax），晶體管工作就不會進入飽和區而工作在欠壓狀態。由于，可見輸出電壓的幅值Ucm越小，uCEmin就越大，晶體管工作就不會進入飽和區。l 臨界狀態增大Ucm，uCEmin就會減少

17、，可使放大器在時工作在放大區和飽和區之間的臨界點上，晶體管工作在放大區和截止區，所以集電極電流仍為尖頂余弦脈沖。l 過壓狀態由于諧振功率放大器的負載是諧振回路，有可能產生較大的Ucm（例如諧振回路Q值比較大），uCEmin很小（小于uces），致使晶體管在附近因uce很小而進入飽和區。因為在飽和區晶體管集電結被加上正向電壓，ube的增加對ic的影想很小，而ic卻隨uce的下降迅速減小，所以使得集電極電流脈沖頂部產生下凹現象。Ucm越大，uCEmin越小，脈沖凹陷越深，脈沖的高度越小。 6.天線的相關知識及設計 1.天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗就是指天線饋電端輸入電壓與輸出電流的比值。天線與饋線

18、的連接，最佳情形就是天線的輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特征阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能的接近饋線的特征阻抗。一般移動通信的天線的輸入阻抗為50。 2.天線的極化方式所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面使使地面表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電

19、流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統中，一般采用垂直極化的傳播方式6。 3.天線的增益天線的增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信息的能力，一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。表征天線增益的參數主要是dBd和dBi。Dbi是相對于點源天線的增益，在各方向的增益是均勻相同的，dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。 4.天線的設計方案在日常的移動通信應用技術中，拉桿天線是我們經常接觸到的，雖然發射機應用時其覆蓋面積不是很大，但是由于其價格低廉，方便實

20、用，因此得到了普遍的應用。由于天線的長度必須與信號的波形相比擬時，信號才能被有效的輻射，我們知道天線傳播一般都是以波長的1/4奇數倍進行傳播，所以在做天線時為了縮小長度一般選取波長的1/4作為天線的長度，這樣不僅能達到最佳的傳播性能，而且也節省了空間和物質消耗。在真空中信號的傳播速度為光速，本機的中心頻率為6MHz，因此，由公式波長=速度頻率可得到信號波長為12.5米，由于天線長度比較長，因此可以采用螺旋形式的天線。與常規的拉桿天線相比，螺旋式天線提供了較短的物理長度，但與1/4波長的拉桿天線比較起來，它的帶寬更有限。螺旋式天線不是將元器件直線延長到1/4波長，而是將天線螺旋纏繞成一個線圈。單

21、元中的金屬線與直線拉桿天線有同樣的電子長度，但整體物理長度變短，并且在盤繞后顯得更加靈活。螺旋式天線的接收效率通常不如直線1/4波長的拉桿天線，但是在某些應用場合中更加關注天線的耐用性而不是有效性。六、系統設計與仿真分析 6.1 振蕩電路仿真與輸出波形 振蕩電路仿真如圖3所示：圖3 振蕩仿真電路 通過改變C5的值可以調整輸出的振蕩頻率，輸出波形如圖4。圖4 振蕩輸出波形 高頻載波輸出波形如圖5 圖5 高頻載波輸出波形 6.2語音放大仿真與輸出波形 語音放大仿真如圖6所示：圖6 語音放大仿真電路 語音信號的放大倍數可以通過R15來調節，輸出波形如圖7。圖7 語音信號放大輸出波形 6.3 AM調制

22、電路與仿真波形二極管平衡調制電路如圖8所示：圖8 二極管平衡調制電路 經二極管調制電路調制后輸出的已調波形如圖9所示。圖9 輸出的已調波形 實際應用中常用的調幅方法主要有乘法器調幅電路、開關型調幅電路、晶體管調幅電路，其中晶體管調幅又分為基極調幅和集電極調幅。此設計方案采用二極管平衡電路進行調幅，二極管平衡電路也是最簡單的調制電路，在實際應用中非常容易實現。音頻調制信號和高頻載波信號分別通過T1、T3輸入到AM調制電路，然后經二極管進行調制，最后經LC諧振回路輸出調制結果。 6.4軟件簡介  Multisim是一個專門用于電子線路設計與仿真的EDA工具軟件，它是加拿大IIT公司（In

23、teractive Image Technologise Ltd.）推出的繼EWB之后的版本。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。學生可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來，并且可以用虛擬儀器技術創造出真正屬于自己的儀表。  Multisim軟件特點:  (1)直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕

24、上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。  (2)豐富的元器件庫：Multisim大大擴充了EWB的元器件庫， 包括基本元件、半導體器件、運算放大器、TTL和CMOS數字IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創建或修改所需元件模型，還可通過liT公司網站或其代理商獲得元件模型的擴充和更新服務。  (3)豐富的測試儀器：除EWB具備的數字萬用表、函數信號發生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發生器、邏輯分析儀和邏輯轉換儀外，Multisim 新增

25、了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網絡分析儀。尤其與EWB不同的是：所有儀器均可多臺同時調用。  (4)完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數掃描分析、溫度掃描分析、極點一零點分析、傳輸函數分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim 新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設計要求。  (5)強大的仿真能力：Multisim 既可對模擬電路或數字電路分別進行仿真，也可進行數模混合仿真，尤其是新增了射頻(RF

26、) 電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，仿真結果可隨時儲存和打印。七、總結與體會通過本次課程設計，讓我對調幅發射機以及Multisim有了更深的理解和操作能力。開始針對題目進行分析，將所涉及的知識點，及相關波形做了分析，大體能夠把握整體的設計流程及思路。再通過查閱相關資料，使自己的知識也更加豐富了，懂得了小功率調幅發射機原理。首先對給題目進行了資料查找，開始時不是很順利，以前學的忘了大半啊，經過復習課本的內容，掌握原理后進行方案設計。然后是利用Multisim進行繪圖，在網上查閱了一些資料，繪圖后在仿真時還是出錯了，之后又經過幾次的修改，終于得出了結果，起初

27、示波器沒有波形顯示，后來進行仔細的調試后，才得出所需的波形圖。該課程設計使我建立無線電發射機的整機概念，了解發射機整機各單元電路之間的關系及相互影響，能正確設計、計算發射機的各個單元電路：主振級、激勵級、輸出級、調制級、輸出匹配網絡及音頻放大器。初步掌握小型調幅波發射機的調整及測試方法。在設計電路時，要首先將總體電路分成若干個不子模塊，使每個模塊有各自的不同的任務；再對各相對簡單的子模塊進行單獨設計；最后將各個子電路組合在一起完成整個電路。這樣做法分工明確，層次清晰，使設計者能更宏觀的把握設計的總體步驟 。而且設計單獨的子電路降低了工作難度，使設計工作更有條理性。在檢查電路時，也可根據各種情況

28、分析是哪個子系統出了問題，再單獨檢查該出問題系統，可以提高檢查的效率。在課程設計過程中，就是要不斷發現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲齲最終的檢測調試。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發現問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可。我們這個專業，重在實踐和交流。不能只看書本上的理論知識，我們應該多做類似的程序，寫文檔。

29、這次經歷，讓我感覺到繪圖的重要性。所以我們要在以后的實踐中不斷摸索，不斷提升自己的繪圖水平和寫文檔水平。同時要善于交流，怎樣將自己的思想準確清楚地表達出來也是至關重要的。當我們遇到難以解決的問題時候，一個交流，幾句提示，也許就能讓我們“柳暗花明”、“絕處逢生”，在這次課程設計中我感觸頗深。其次在這兩周的課程設計中，不僅讓我對以前學過的知識有又記了起來，而且對其更是有了深層次的理解。再動手方面也有很大的提高，對計算機的操作也比以前強了很多。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會,在不懈的努力之下最后還是得出來了自己想要的結果，心里還是很高興的。在

30、設計過程中，深刻明白了只動腦和動手做之間的天壤之別。原本設想的很完美的東西一動手做起來就困難重重，各種想象不到的困難都出現在眼前。認識到只有動手做才能發現問題，遇到問題不能只空想要動手實踐，從實際中發現問題。回顧整個漫長復雜的設計過程，耐心毅力和恒心是不可少的。而以后我必將面對更多更加復雜的設計工作，此次設計過程對我的各個方面都有了許多積極的影響，使我做事情更加細心有耐心。這次設計過程啊讓我認識到了只有付出才能有收獲，看著做完的電路圖，讓我感到以往的付出都是值得的。只要耕耘就會有收獲。我收獲的不僅僅是完成了一次任務，更重要的是讓我更清楚的認識了自己的不足，鍛煉了自己的能力。最后通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一