..>電子線路課程設計總結報告小功率調幅AM發(fā)射機設計內容摘要：調幅發(fā)射機應用于無線電播送系統(tǒng)中，本設計以電子線路課程設計實踐教學為應用背景，通過查閱專業(yè)書籍及論文，并結合專業(yè)課程學習要求，根據設計指標、要求和可行性，選擇適合設計方案，并對設計方案進展必要的論證。本課題以小功率調幅發(fā)射機為設計對象，并對其主振級、低頻電壓放大級、調制級、高頻功率放大級進展了詳細的設計、論證、調試及仿真，并進展了整機的調試與仿真。設計具體包括以下幾個步驟：一般性理論設計、具體電路的選擇、根據指標選定適宜器件并計算詳細的器件參數、用multisim進展設計的仿真、根據仿真結果檢驗設計指標并進展調整。最后對整個設計出現(xiàn)的問題，和心得體會進展總結。關鍵詞調幅發(fā)射機；振蕩器；multisim仿真設計一、設計內容及要求(一)設計內容：小功率調幅AM發(fā)射機設計1.確定小功率調幅發(fā)射機的設計方案，根據設計指標對既定方案進展理論設計分析，并給出各單元電路的理論設計方法和實用電路設計細節(jié)，其中包括元器件的具體選擇、參數調整。2.利用multisim仿真軟件，對設計電路進展仿真和分析，依據設計指標對電路參數進展調整直至滿足設計要求。〔二〕技術指標：載波頻率，頻率穩(wěn)定度不低于10-3輸出功率負載電阻輸出信號帶寬〔雙邊帶〕殘波輻射單音調幅系數；平均調幅系數發(fā)射效率二.方案選擇及系統(tǒng)框圖〔一〕總體方案及系統(tǒng)框圖主振蕩器緩沖放大大音頻放大高頻功放振幅調制制放大器音頻信號主振蕩器緩沖放大大音頻放大高頻功放振幅調制制放大器音頻信號(二〕單元電路方案論證1.主振蕩電路主振蕩電路是調幅發(fā)射機的核心部件，載波的頻率穩(wěn)定度和波形的穩(wěn)定度直接影響到發(fā)射信號的質量，因此，主振蕩電路產生的載波信號必須有較高的頻率穩(wěn)定度和較小的波形失真度，主振蕩電路可以有四種設計方案：RC正弦波振蕩電路、石英晶體振蕩電路、三點振蕩電路、改進三點式〔克拉潑〕振蕩電路。方案一：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。可以將RC振蕩電路用于發(fā)生調制信號〔語音信號〕。方案二：采用石英晶體振蕩器，石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，在選擇適宜的偏置電路的情況下，頻穩(wěn)度可到達10-11數量級，而且，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，波形失真度也比較小，因此，在頻穩(wěn)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。本電路對頻率穩(wěn)定度的要求并沒有則高，故未選擇石英晶體振蕩器。方案三：采用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(wěn)定，且頻率變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(wěn)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。方案四：采用克拉潑振蕩器電路。克拉潑振蕩電路是由電容三點式改進而來，根本原理與三點式振蕩電路一樣，但克拉潑振蕩電路加了一個電容，提升了頻穩(wěn)度，雖然在電容選擇不恰當時增加了起振的難度，但綜合本錢和頻率穩(wěn)定度以及Multisim仿真可行性來看，克拉潑振蕩器不失為一個好的選擇。故本設計采用克拉潑振蕩電路。2.振幅調制電路振幅調制電路是小信號調幅發(fā)射機的核心組成局部，該單元實現(xiàn)將音頻信號加載到載波上以調幅波形式發(fā)送出去，振幅調制電路要能保證輸出的信號為載波信號的振幅隨調制信號線性變化。方案一：二極管雙平衡電路。在電路中為減少無用組合頻率分量，應使二極管工作在大信號狀態(tài)，即控制電壓的信號〔載波信號的電壓〕的幅值至少應大于以上。由于組合頻率分量過多，輸出效率低，且要求輸入信號幅值太大，故舍棄。方案二：MC1496模擬相乘器的核心電路是差分對模擬相乘器，實現(xiàn)調幅和同步檢波。MC1496線性區(qū)和飽和區(qū)的臨界點在15~20mV左右，僅當輸入信號電壓均小于26mV時，器件才有理想的相乘作用，否則電壓中會出現(xiàn)較大的非線性誤差。在2、3引腳之間接入1kΩ反響電阻，可擴大調制信號的輸入線性動態(tài)范圍，滿足設計需要。但由于MC1496是已設計好的集成電路，并不能表達單元設計能力，故舍棄。方案三：基極調幅電路。基極調幅電路根本原理是將調制信號和載波信號加在晶體管的基極上，在通過集電極調諧回路將所需的調幅波選出。由于基極調幅雖然調制線性好，但需要工作于欠壓狀態(tài)，效率過低，無法充分利用電源能量，故舍棄。方案四：集電極調幅電路。集電極調幅的根本原理是將調制信號和載波信號加在晶體管的集電極上，此時，晶體管工作在過壓區(qū)，效率較高。雖然所需輸入信號也比基極調幅大，但通過放大級已經可以實現(xiàn)所需的電壓幅值；雖然調制線性不如低電平調幅好，但本設計任務并未對調制線性度做出過高要求，故而本設計選用集電極調幅電路。緩沖放大電路的設計主要是為了防止高頻放大電路對振蕩電路的振蕩頻率和頻穩(wěn)性造成影響。由于功率放大電路輸出信號較大工作狀態(tài)的變化會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級經常采用射極跟隨器電路，緩沖放大器需將振蕩器輸出電壓不失真的傳送到下級。雖然射隨器放大倍數幾乎為1，但射隨器的輸入電阻極大，對輸入電壓的利用率極高，故常用射隨器作為緩沖放大器。4.音頻放大電路音頻放大器是低頻信號放大器。有時為了調制度的調整，單純語音輸入并不一定能滿足設計要求，語音放大器主要是對語音信號進展放大，經過放大后的語音信號送入調制級對高頻載波信號進展調制。方案一：甲類功率放大器。甲類功放中，晶體管在周期全部導通，可以將輸入信號不失真的放大，雖然甲類功放的工作效率較低，放大功率較小，但足以滿足語音信號的放大。原本想采用這個方案，但其受前級后級影響太嚴重，其靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，導致調試時候即使前級輸出穩(wěn)定了參加后級調制電路后又放大波形失真了。經屢次調試、重復計算，未果，因時間關系，故舍棄此方案。方案二：采用運算放大器進展語音功率放大。采用運算放大器進展語音放大效率高，失真小，使用方便，輸出信號的功率也較大，運算放大器的本錢也不高，各方面綜合考慮，在工程中使用運算放大器進展語音放大是一個好的選擇。5.功率放大電路功率鼓勵級為末級功放提供鼓勵功率。如果所要求發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出能夠滿足末級功放的輸入要求，功率鼓勵級可以省去。末級功放—將前級送來的信號進展功率放大，使負載〔天線〕上獲得滿足要求的發(fā)射功率。如果要求整機效率較高，應采用丙類功率放大器，假設整機效率要求不高如，而對波形失真要求較小時，可以采用甲類功率放大器。本課題要求，可以采用乙類互補推挽功率放大器或丙類諧振功率放大器，故本次設計選用丙類功率放大器。三、調幅發(fā)射機的電路設計及工作原理〔一〕主振級電路根據設計指標的要求，克拉潑電路振蕩器與小信號放大級聯(lián)合電路圖如圖3-1所示。晶C2，C3，C4與L1構成改進型電容三點式振蕩電路，振蕩頻率由電容和電感決定。電路中的三極管靜態(tài)工作點由各電阻決定，在設計靜態(tài)工作點時，應首先決定集電極電流Icq，一般都取0.5mA~4mA，Icq過大會引起波形失真，有時還伴隨產生高次諧波。取放大倍數β=50，.依據電路計算，取L3=25μH,則C3=10pF,取，C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400PfL2，C5，C6起到電源濾波的效果，可以不要。頻率輸出需要通過L,C決定，使震蕩頻率穩(wěn)定10MHz。R1R2R3R4構成分壓式偏置電路，提供靜態(tài)工作點。圖3-1-1圖3-1-(二)射隨隔離級緩沖級接成射隨器，以滿足隔離條件。高頻交流通路為共集極組態(tài)，因為其交流輸入阻抗很大,輸出阻抗很小，從而起到緩沖作用已到達隔離效果，防止后級放大電路對振蕩器的振蕩頻率造成影響，影響振蕩器頻率和穩(wěn)定性。圖3-2-1射隨器原理圖首先設置靜態(tài)工作點：取，，解得、，為了便于調節(jié)本級的輸出電壓，采用30kΩ固定電阻并接30kΩ滑動變阻器。考慮到β值，且由和分壓得到，取。由仿真結果可得幅值Vpp=2V，，幅值比輸入略有降低但滿足要求。圖3-2-2射隨器輸出波形圖圖3-2-3射隨器輸出載波的頻率〔三〕高頻放大器高頻放大電路，以便獲得較高的電壓滿足下一級集電極高電平調制的條件，三極管工作在放大狀態(tài)，設置靜態(tài)工作點與上一個單元電路類似，放大電路的放大電壓在由集電極耦合輸出。下一級的輸入電壓作為本級電路的負載。變壓器采用1:1的高頻變壓器；C7為高頻耦合電容為10pF；C8為高頻旁路電容，取0.01uF；R12為51Ω小電阻，防止發(fā)生寄生振蕩；圖3-3-1高頻功率放大器通過調節(jié)前一級射級跟隨器滑動變阻器的分壓值，最終通過高頻放大器輸出的載波的幅值有所不同，以下圖最大值Vp-p=10V，最小值為0.8V，調節(jié)滑動變阻器得到輸出電壓在0.8V~10V之間變化的電壓，可以滿足下一級集電極調幅電壓的要求。放大級輸出電壓：圖3-3-2〔四〕語音放大電路語音放大器主要是對語音信號進展放大和限頻，經過放大后的語音信號送入調制級對高頻載波信號進展調制，本機采用LM358進展語音功率放大。RP4越小，電路增益越高；反之，增益越小。語音放大單元電路圖3-4-1所示為了測試效果，在話筒處以信號發(fā)生器代替，信號輸出端接示波器得到如圖3-4效果圖圖3-4-1語音放大電路圖3-4-2輸入信號圖3-4-3仿真波形通過調節(jié)R17可以改變放大倍數〔五〕調幅電路圖3-5-1集電極調幅電路本設計采用集電極調幅，三極管工作在丙類狀態(tài)過壓狀態(tài)。基極偏置采用自給偏壓，由R16，R18和C10組成，各參數如圖，保證其工作在丙類過壓狀態(tài)。調制信號由信號源參加，取。輸出采用諧振回路，因集電極電流為余弦脈沖波，為得到不失真的波形，集電極負載采用LC諧振回路，濾出所需頻率，得到不失真的波形，濾波網絡的中心頻率調整為調幅波載波頻率。諧振回路電感采用變壓器，變壓器的初級回路電感量和電容C11諧振，電容值和變壓器的初級線圈的電感滿足：。取=11pF，則變壓器的初級線圈電感量L=23uH。對調幅電路進展頻率特性測試，以驗證集電極諧振回路的頻率特性，由圖3-5-2看到諧振回路的中心頻率為10M，則該諧振濾波網絡滿足要求。圖3-5-2集電極調幅電路的波特圖圖3-5-3集電極調幅波輸出四、調幅發(fā)射機的整體電路及工作原理圖4-1調幅發(fā)射機整體電路將各單元電路連接在一起，即小功率調幅發(fā)射機。在整體電路設計中，對單元電路做了一些調整和精簡：在仿真中，電源輸出十分理想，電源濾波電路不需要，且在參加后級發(fā)現(xiàn)如果有電源濾波電路會影響振蕩電路輸出的波形，形成一種類似解調的效果，故而在整體設計中舍棄了電源濾波電路。語音放大級的效果有些雞肋，其所起到對調幅度的調整可以通過在高頻放大級或調幅級進展調整，在仿真中又是用信號源代替語音信號的輸入，可以隨時調整幅度，但在實際應用中，假設測試后語音信號滿足不了調幅的要求，語音放大級才是必須的。主振蕩電路采用克拉潑振蕩器，產生穩(wěn)定的10MHz的載波信號，經過緩沖級、高頻放大級接入集電極調制器，使得載波不受下一級電路的影響。通過前面的電路以后，信號是已調信號。經測試，高頻放大放大載波幅值滿足調制的要求；且功率足夠大，可以直接經過天線發(fā)射出去。本次仿真中，天線用負載代替，在實際設計時可將電阻用相應阻抗的天線代替完成發(fā)射任務。五、系統(tǒng)元器件清單元件元件參數元件元件參數元件元件參數元件元件參數C1μFC10150pFR22kΩR11390ΩC2μFC1111pFR347kΩR1251ΩC3120pFC1220pFR4ΩR1310ΩC4470pFL112μHR53kΩR1450ΩC523pFQ12SC2786R630kΩR155kΩC65pFQ22SC2786R730kΩR16ΩC710pFQ32SC2786R8(可變電阻)30kΩR172kΩC8μFQ42N2222AR910kΩ變壓器T1〔1:1〕C9μFR147kΩR1010kΩ變壓器T2話筒信號源代替六.電路設計總結電路設計首先要對所設計電子系統(tǒng)的功能有一個整體的把握，然后將任務分解畫出系統(tǒng)框圖，這是所謂的頂層設計，然后利用所學知識對各單元電路進展設計。只有自己親手實踐，計算電路參數，進展每一步的電路設計，才會發(fā)現(xiàn)問題以及理論與實踐的不同，例如：三極管的靜態(tài)工作點參數設定時具體參數的選取，這些在做題時題目中會限定，但自己仿真時候就要想如何設定、怎樣設定才適宜；振蕩器直流通路的設計，要同時考慮起振條件、穩(wěn)定條件、平衡條件，因此在具體參數計算時會遇到麻煩；后級對前級的影響如何解決等。但發(fā)現(xiàn)問題都會有解決的方法，仔細排查，在電路設計時可以查閱資料把問題概括出來，從而找到解決的方法。只有不斷的將理論聯(lián)系實際，在實踐過程中認識和開展自己的理論知識，才能穩(wěn)固所學，學以致用。七.參考文獻[1]張肅文"高頻電子線路"第三版高教出版社[2]謝嘉奎等編."電子線路——非線性局部"〔第四版〕.高等教育出版社[3]于海勛，鄭長明"高頻電路實驗與仿真"科學出版社[4]朱力恒編."電子技術仿真實驗教程"電子工業(yè)出版社[5]曾興雯，陳健，劉乃安主編"高頻電子線路輔導"西安電子科大出版社八、收獲與體會這次課程設計時間緊、任務重，雖然剛剛學完了高頻電子線路，但是對于實踐以及設計卻在理論中未曾涉及，雖然知道應該由哪幾局部構成，每一局部的原理也知道，但是實際做起來卻工作量不小，要根據實際元件的特性去設計元件的參數，理論與實踐無法結合感覺無從下手，但是有困難不能放棄，于是我查閱了一些資料，和同學們一起討論計算參數，逐漸我將理論與實踐結合了起來，接著我便開場設計各個單元模塊，對于各個模塊的比較選擇和討論、對參數的設計，這些都需要自己動手，我只有繼續(xù)查找資料，結合上學期的內容，慢慢的一點點計算。在仿真過程中，測試了多種電路，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比方Multisim所用元件參數如何，在改變參數以及參數應當如何選取占用了一局部時間，但是也因此對元器件的參數性能以及參數的作用有了更深的了解。在做仿真時也收獲了許多，有時經常計算的時候是準確的電阻在標準元器件庫里卻沒有，有些可以用電位器來代替，有些則需根據準確的阻值或電容值電感值選擇標準元器件，但正是由于這些標準值與準確值的差異，導致了有時候靜態(tài)工作點以及振蕩頻率的偏移，這時就需要改變阻值并參加可變電阻或者可變電容來調試，更讓我體會到了理論與實踐的結合與不同之處，考試理論計算僅需要考慮理想情況甚至不用考慮前級對后級的影響，更不用論證不同方案的好壞，但仿真和實踐卻不同，小功率調幅發(fā)射機作為一個整體，需要考慮前后級的輸入輸出電阻的影響、諧振回路的阻抗匹配等，并且因為是高頻信號，還要考慮是否會發(fā)生信號互串。在設計過程中，我深刻明白了動腦和動手做之間的天壤之別，各種想象不到的困難都可能出現(xiàn)。只好認真排查，仔細計算，查閱資料。認識到只有動手做才能發(fā)現(xiàn)問題，遇到問題要解決，從實際中發(fā)現(xiàn)問題。回憶整個漫長復雜的設計過程，耐心是不可少的。而以后我們在工作中必將面對更多更加復雜的設計工作，問題出的越多，對我的促進就越是大，使我在畫電路做計算更加細心耐心。這次設計過程讓我認識到了只有理論聯(lián)系實際，在實踐中檢驗和完善自己的理論知識才是最重要的。我收獲的不僅僅是完成了課設，更重要的是讓我更清楚的認識到理論聯(lián)系實際的重要意義，并在設計過程中鍛煉了自己的能力。報告成績報告成績:_____________評閱時間：——————教師簽字：————————評閱時間：教師簽字：實驗報告班級：課程名稱：電子線路課程設計實驗室：第二實驗室實驗時間：2016年3月實驗工程名稱：小功率調幅發(fā)射機的安裝與調試一、實驗目的：1、熟練掌握小功率調幅發(fā)射機的安裝與調試。2、熟悉小功率調幅發(fā)射機的工作原理，對所學高頻電子線路知識加以穩(wěn)固。3、熟悉理解實驗電路原理。4、通過整機裝配和調試提高獨立分析問題和解決問題的能力。5、實踐與理論設計相結合，更深刻地理解學習相關知識。6、通過一套完整的調幅發(fā)射系統(tǒng)設計、安裝和調試，提高學生的綜合素質和科學實驗的能力。二、實驗內容與原理〔一〕、實驗內容1、熟悉實驗電路原理2、熟悉并測試電路元件參數3、熟悉印刷板與電路、元件的對應關系4、電路焊接、調試5、測試并記錄參數〔二〕、實驗原理1、調幅發(fā)射機組成框圖如以下圖：晶體振蕩器晶體振蕩器振蕩器語音信號振幅調制器〔乘法器〕放大器高頻功放驅動電路高頻功率放大器小功率調幅發(fā)射機設計的技術指標：載波頻率,輸出功率，負載阻抗，輸出信號帶寬，單音調幅系數，平均調幅系數，發(fā)射效率，調制信號的F=1KHz。2、實驗電路圖如圖圖1小功率調幅發(fā)射機原理圖圖2PCB圖三、實驗器材〔設備、元器件、軟件工具：、平臺〕：1．雙蹤示波器，數字信號源，數字萬用表等各一臺。2．電烙鐵，鑷子，鉗子，螺絲刀等工具一套。3．調幅發(fā)射機實驗板，套件，焊錫，漆包線等。名稱參數數量名稱參數數量名稱參數數量電阻10110K3二極管IN4148251450K1三極管805011001500K1901841501瓷片電容100pF1芯片底座8P15102150pF114P11K7300pF1端子1套222pF213K28集成電路MC1496112導線\\16K22放大器LM358〔含2個放大器〕10K104高頻磁環(huán)\2150K1電解電容10uF3可調電容5~30pF1501電感56uH2電位器1K1晶振6MHz1四、調幅發(fā)射機各模塊調試4.1載波振蕩器電路采用晶體接成并聯(lián)型晶體振蕩器，其穩(wěn)定性比LC振蕩器高一個數量級，振蕩頻率等于晶振的固有頻率。調節(jié)RP0可以使振蕩器滿足起振條件。后一級為緩沖器，晶體三極管接成共集組態(tài)放大器，以滿足隔離條件。單元電路原理圖如以下圖音頻放大電路、音頻信號發(fā)生電路低頻信號可以通過J2參加電路，亦可以通過圖中U1A組成的RC文氏橋路振蕩產生。振蕩頻率由圖中R12、R13，C8、C9決定，振蕩頻率由于三極管電容及溫度等其余因素，振蕩頻率在1Khz左右D1、D2和R11組成電橋的一個臂，起穩(wěn)定振幅的作用，調節(jié)R11可以得到波形失真較小，且工作穩(wěn)定的波形。U1B接成同向放大器，調節(jié)RP4可以改變放大器的放大倍數，輸出在一定范圍可調的電壓，以滿足下一級調制的需求。振幅調制電路由于乘法器的限制條件，只有當乘法器1、10引腳輸入電壓幅值小于等于26mV時才是理想的乘法器，否則會會出現(xiàn)雜波：高頻分量。由于本電路為改進型差分對管平衡調制器，電壓得到擴展，只要可滿足相乘條件。本單元原理圖如下：功率放大電路T3組成構成射隨器，以增強其負載能力；T4為高頻寬帶放大器，以使后級丙類功放電路獲得較大的鼓勵電壓；T5構成丙類諧振功率放大器，其負載采用諧振回路，諧振回路具有選頻和阻抗匹配的作用；其負載為75Ω電阻，亦可用阻抗為75Ω的天線代替。功率放大電路局部前一級高頻磁環(huán)為6:2，后一級的磁環(huán)為10:4。本單元原理圖如下：實驗數據與結果1.晶體震蕩電路圖未經射隨器的輸出震蕩波形圖經過射隨器后的波形結果分析：調節(jié)RP0使得振蕩級輸出信號為6MHz，晶體振蕩電路的頻穩(wěn)度很高，頻率根本穩(wěn)定在6MHz；調節(jié)RP2可以改變載波信號的幅度。2.音頻放大器調試音頻放大電路使之穩(wěn)定輸出1KHZ的頻率，調節(jié)RP3使波形最好，調節(jié)RP4調節(jié)幅度大小300mV左右。結果分析：LM358的第一個局部用于產生頻率為1KHz的音頻信號，LM358的后一個局部用于放大音頻信號的幅度，調節(jié)RP4Hz調節(jié)RP4可以調節(jié)音頻信號幅度圖音頻發(fā)生器產生的調制信號3.振幅調制電路焊接并調試相乘器電路，以MC1496為核心，實現(xiàn)載頻信號與音頻信號的相乘，連接JP1、JP2、JP6，可以分別通過調節(jié)RP2、RP4來改變載波與調制信號的幅值，使其能正確調幅；然后用示波器測試Jp3端口，輸出為普通調幅波圖調幅后的輸出波形4.功率放大焊接并調試功率放大電路，通過理論計算，調整線圈匝數，甲類功放的線圈匝數之比為24：8，丙類功放的線圈匝數比為7:4,調諧回路中的可變電容用收音機中雙聯(lián)代替，容易實現(xiàn)選頻與阻抗匹配。圖功率放大后的波形圖負載處輸出波形圖電路板五、實驗中出現(xiàn)的故障調試方法及原因：經過理解原理圖、整理元器件、焊接、調試、發(fā)現(xiàn)故障排除問題的小功率調幅發(fā)射機的安裝調試過程，最終在末級負載得到有較小失真的調幅波形，與理論設計較為符合。只有不斷的論證，并且將正確的理論具體化，才能得到正確的設計。在安裝調試過程中出現(xiàn)了故障，載波輸出正常，但一直加不到乘法器上，由于這個問題比較特殊，問了很多組都沒有出現(xiàn)過這個情況，我們只好一個元件一個元件、一個管腳一個管腳、一個焊點一個焊點的耐心認真排查，花了幾乎一天的時間，最后在教師的指點以及我們的認真排查，定位了問題點，或是電容C22壞了或是電路板在這一處的線路斷了，經過將電容C22焊下來替換、再次檢測、重新焊電容，問題并沒有解決且原來的電容是好的。最終，確定了只可能是電路板出現(xiàn)了問題，應該是在那一段有一處斷路，最終