哈工大高频电路课设概述

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.高频电子线路课程设计学院：电子与信息工程学院专业班级：1105102班姓名：苏新学号:1111900211日期：2013年11月9日.. .一设计要求1.1设计内容1.中波电台发射系统设计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调试。技术指标：载波频率535-1605KHz，载波频率稳定度不低于10-3，输出负载51Ω，总的输出功率50mW，调幅指数30％~80％。调制频率500Hz~10kHz。2.中波电台接收系统设计本课题的设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。任务：AM调幅接收系统设计主要技术指标：载波频率535-1605KHz，中频频率465KHz，输出功率0.25W，负载电阻8Ω，灵敏度1mV。1.2设计要求必做任务（针对每个系统）：1.针对每个系统给出系统设计的详细功能框图。2.按照任务技术指标和要求及系统功能框图，给出详细的参数计算及方案论证、器件选择的计算过程。3.给出详细的电路原理图，标出电路模块的输入输出，给出详细的数学模型和计算过程。选作任务（针对每个系统）：这部分完成有额外的加分4.对整个电路进行ADS等计算机软件仿真，给出功能节点及系统的输入输出仿真波形及分析。二中波电台发射系统的设计与仿真2.1小功率调幅发射机的系统设计系统原理图如图2.1所示：图2-1小功率调幅发射机的系统设计框图.. .2.2工作原理及说明图2-1中，各组成部分的的作用如下：正弦震荡器：产生频率为MHz的载波信号。缓冲级：将正弦振荡器与调制电路隔离，减小调制级对正弦振荡器的影响。低频放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。调幅级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。功放及天线：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。现在结合题目所给性能指标进行分析：载波频率535-1605KHz，载波频率稳定度不低于10-3：正弦波振荡器产生的正弦波信号频率为535KHz到1605KHz，当震荡波形不稳定时，最大波动频率与频率之比的数量级小于10-3。输出负载51Ω：输出部分，即高频功率放大器的输出负载为51。总的输出功率50mW：即高频功率放大器的输出功率，结合计算公式可进行分析，实现指标。调幅指数30％~80％：设A为调幅波形的峰峰值，B为谷谷值，则由调幅指数计算公式有。在振幅调制电路中可通过更改调制信号振幅实现此指标。调制频率500Hz~10kHz：调制信号频率，由输入信号的频率来决定。2.3各部分的具体设计及分析2.3.1正弦波振荡器及缓冲电路正弦波振荡器是用来产0.535~1.605MHz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，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，为了减少后级对主振级振荡电路振荡频率的影响，采用缓冲级。缓冲电路采用射极跟随器，特点为输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强。用它连接两电路，可以减少电路间直接相连所带来的影响，起到缓冲作用。振荡器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来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小，即减小主振级与缓冲级的耦合来实现，同时负载也会对缓冲的输出波形也有很大影响。电路图如图2-2所示。如图西勒振荡器电路三极管工作在放大区。.. .图2-2点击运行即可得到输出的波形和电压电流值。结果如下：.. .灵敏度为1mV，频率为1.166MHz，频率计数器不浮动，十分稳定，频率稳定度稳定。满足技术指标。参数计算：先选择合适的三极管，参数如图本次试验为仿真时调节方便快捷，采用理想晶体管2sc945，相关参数近似9013。（因为没在仿真软件中找到9013，而百度元器件又只有9013，所以在仿真中找个差不多的）。直流偏置电路参数：假设电源为12V，为了防止电源直接接入电路，因为突变对电路安全及稳定性产生影响，并联100uF的电解电容。振荡器的工作状态与静态工作点的选择和正负反馈强弱相关，偏置电路采用分压式电流反馈偏置电路，使得静态工作点更稳定。令7.5V，=3mA。由公式（2.1）可计算得=1.5K。（2.1）（2.2）（2.3）为获得较大反馈，发射极电阻应尽量大，取=560，=47，=1K.. .。由（2.2）计算得=3.76V。由公式（2.3）可知=0.31。为方便调节，用一个22K串联一个100K的可调电阻。为了稳定度，用一些其他的电容电感，在这里不再赘述。西勒电路振荡参数：令频率为1.166MHz，L=56，则总电容=300。不妨设=470，=1000，=270，=150（为方便调节参数，将之拆为100固定电容与100可调电容并联）。（2.4）（2.5）缓冲电路参数：取Uceq=8.7V，取=3.1mA。。不妨取为1K变阻器，Re为560电阻。结合（2.2）与（2.3），令Rb22=11K，Rb21=4.7K。2.3.2高频小信号放大电路三极管选用理想晶体管，放大倍数=100。取9V，=1.2mA。所以R5=2.5k。则=3.7V。由（2.3）可知，令=5K，R2为100K可调电阻。由中心频率=1.166MHz，结合公式（2.5）可知，L=80，=300，两电容并联便于调节。放大倍数：Yfe=0.046S（2.6）(2.7)其中为三极管输出电导，理想三极管条件下为零。为负载电导，等于，即0.067mS，为电感电导，等于，即0.05mS。故=0.117mS。（2.8）由（2.12），放大增益=51.89dB。整体电路如图所示.. ... .可以看到本电路可以实现在1.166MHz附近时最大放大，增益为53.454dB，与计算结果相近。2.3.3振幅调制电路采用双平衡四象限式乘法器经过上述乘法器后得到的信号为：。为载波信号幅度，为载波信号频率，为调制信号频率，有题设可知，在500Hz到1KHz之间。(2.9)其中A为调幅信号的峰峰值，B为调幅信号的谷谷值。在本电路中Ma>30%1.4联合仿真.. .三中波电台接收系统的设计3.1超外差调幅接收系统系统框图如下现在结合题目所给性能指标进行分析：载波频率535-1605KHz：正弦波振荡器产生波形的频率为535-1605KHz.. .，通过有关知识设计电路即可。中频频率465KHz：混频器输出信号频率为465KHz，混频器实际上是将两个输入信号频率进行相减，所以本性能指标说明两频率相减后得到频率为465KHz的信号。输出功率0.25W：输出模块，即低频功率放大器输出功率为0.25W。负载电阻8Ω：输入模块的输出电阻，由电路相关知识进行计算可匹配该指标灵敏度1mV：灵敏度用来表征网络特性对元件参数变化的敏感程度，网络函数H或网络响应R(统一用T来表示) 对某元件相关参数(p可以是元件参数或影响元件参数的温度、湿度、压力等)变化率称为网络函数对该参数的绝对灵敏度，记作：。在仿真软件中有灵敏度测试，可以直接使用对电路进行分析。3.2.1本地振荡器本地振荡器同理可运用发射系统的西勒电路来产生振荡。3.2.2混频器电路设计  根据要求中心频率为465Khz,所以本地振荡器的频率为fL=fs+465Khz=1.631MHZ.在此不再调试，后续的电路中直接用频率为1.631MHZ的正弦波代替。混频器相关公式为：（3.1）可以这样理解，为调幅信号频率量，为本振频率量，产生和差频。混频原理图如下：.. .示波器波形如下，左图为调幅信号波形，频率为465KHz。右图为将时间轴拉开以后的波形，可以看到波形并无失真，并与前期理论分析所要求的波形一致。3.3检波电路3.3.1检波电路设计小信号检波是高频输入信号的振幅小于0.2v，利用二极管伏安特性弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。.. .对于二极管包络检波的一个重要问题就是防止失真，产生失真的来源主要有三种：（1）二极管伏安特性非线性引起的失真；（2）检波负载时间常数过大引起的惰性失真；（3）检波负载交、直流值不同造成的平底切削失真。对于二极管伏安特性非线性引起的失真，可以给二极管加一个微小的正向偏压，使它的静态工作点处于导通点附近，从而减少二极管导通电压不为零造成的失真。任何瞬间都不产生惰性失真的条件为：（3.2）而，调制频率。所以（3.3）不妨取，。任何瞬间都不产生削底失真的条件为：，其中(3.4)（3.5）又=5，因此取=10。取隔直电容=10。得输出波形如下，白色为调制信号，红色为包络检波输出。可以看到保真性良好.. .。3.4低频电压放大电路3.4.1低频电压放大电路设计在输出端连接示波器观察波形是否失真，利用波特仪观察幅频特性等值，并测量频率，电压电流，电路图如下：.. .四.心得体会过本次课程设计，我对通信电子电路以及Multisim仿真软件的相关知识有了较深的理解。对本课题涉及的振荡器，高频谐振放大器，AM调制电路，调幅电路的解调、检波变频器等知识有了更深入的认识，通过查资料和自己设计，提高了自己的自学能力，了解了理论与实际的联系与区别，深知了实践是检验真理的唯一标准，为今后的学习方法和学习方向提供了参考。.. .作为电子信息类的大学生，我希望学校在今后的教学过程中能增加此类实践性的环节，多加强我们的实践能力，加强我们把理论应用于实践的能力，另外，对于这次课设，我希望能有更多的时间，来设计更加完善的电路，甚至将电路用硬件实现。五参考文献[1]闵锐,徐勇.电子线路基础.2版.西安电子科技大学出版社,2010[2]阳昌汉.高频电子线路.高等教育出版社,2005[3]王连英.multisim7仿真与设计.江西高校出版社,2007[4]无名.超外差接收机解调部分设计.武汉理工大学[5]无名.调幅发射机设计.武汉理工大学[6]董永孟.小功率调幅发射机[7]无名.无线调幅发射机设计.河南工业大学..