高频课程设计-调相放大器.doc

设计内容与设计要求一、设计内容1、单频调相放大器设计2、以多级变容二极管调相模块为核心，完成调制信号产生、放大、调相和功率真放大器电路的设计3、相关元件参数及元件选择要求。二、总体要求1、给出具体设计思路和系统实现的框图，系统总体框图打印出图纸。2、给出调制信号产生、放大、调相和功率真放大器电路的具体实现电路，说明其工作原理；对选择回路或滤波器给出元件参数要求。3、编写设计说明书，所有图纸和说明书均用16K纸打印。 三、电路指标要求1、调制信号频率1000HZ2、载波频率为10MHZ3、最大相偏：4、回路空载品质因素Q0=100四、给定条件1、+VCC=812V2、主要器件：变容二极管、三极管、电阻、电容、电感若干。主要设计条件1、提供直流电源一台；2、其它必要的仪器和连接导线等；3、计算机。说明书格式1、课程设计封面；2、任务书；3、说明书目录；4、设计总体思路及系统框图；5、电路设计；6、总结与体会；7、附录；10、参考文献；8、电路器件连接总图。进度安排十五周星期一上午：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；十五周星期一下午至星期三上午：查找资料，确定总体设计方案，画出整机原理图草图；十五周星期三下午至星期五：具体电路设计；十六周星期一上午至星期星期五上午书写设计报告打印出图纸。十六周星期五下午：答辩。 参考文献1. 张肃文主编.，高频电子线路，高等教育出版社.。2. 谢自美主编，电子线路设计、实验、测试，华中理工大学出版社。3. 沈伟慈主编，通信电路，西安电子科技大学出版社。目 录一、总体设计思路、基本原理和组成11.总体思路12.基本原理13.系统组成2二、单元电路设计31. 载波信号10MHz产生电路32. 调制信号1000Hz产生电路53. 前置放大电路64. 调相电路75. 谐振功率放大及匹配网络电路10三、总结与体会13四、参考文献14五、附 录15电路器件连接总图15六、评分表16一、总体设计思路、基本原理和组成1.总体思路相位调制电路是使受调波的相位随调制信号而变化的电路。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系,调频波的瞬时频率与调制信号成线性关系。正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相(PM)。正弦波调相器分直接调相和间接调相两类。前一种方法利用调制信号直接改变谐振回路的参数，使载波（受调波）信号通过回路时产生相移而形成调相波。现介绍这么一种简易的相位调制电路，该电路的调制信号由RC桥式震荡电路产生，经放大后和载波信号经相位调制器后，输出调相波，输出的调相波经前置放大后再经过功率放大，最后通过匹配网络匹配后就可产生用于天线发送的调相波。2.基本原理低频调制信号频率为1000Hz，可用RC桥式电路实现。高频载波信号频率为10MHz，采用频率稳定度高的石英晶体震荡器，使晶体作为电感元件接入谐振回路，构成并联型晶体振荡器。相位调制是通过一个可控相移网络使角频率为c的高频载波uc(t) 产生受调制电压u(t)控制,满足=kpu(t)的关系的相移,即实现调相。高频载波信号由晶体震荡器产生，低频调制信号用RC震荡电路产生，经放大后与载波信号一同送入可控相移网络，可控相移网络以多级变容二极管调相模块为核心进行相位调制。最后调相后的信号经功率放大后输出。载波信号10MHz（高频信号采用晶体震荡电路产生）3.系统组成调制信号1KHz（低频信号采用RC震荡电路产生）放大器（采用三极管共射放大器对调制信号进行放大）调相网络（用调制信号改变谐振回路参数，使载波信号通过回路时产生相移而形成调相波）前置放大（对产生的调相信号进行放大，提高到功率放大级的输入范围）功率放大（丙类谐振功率放大，增大输出功率）LC匹配网络（T型选频网络，选出有用信号频率，起到阻抗变换的作用）二、单元电路设计1. 载波信号10MHz产生电路 晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。并联型晶体振荡器：将石英晶振作为等效电感元件用在三点式电路中，且工作在感性区，称为并联型晶体振荡器。此时，石英晶振接在晶体管、极之间称为皮尔斯振荡电路，接在晶体管、极之间称为密勒振荡电路。本电路利用皮尔斯振荡电路原理产生10MHz载波信号，与晶体管Q1发射极相连的为电容，晶振作为电感元件接在Q1基极与集电极之间，构成三点式震荡。振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。其中C18为加入的微调电容，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在标称频率10MHz上。电路及等效电路如下图所示：图1-1 10MHz晶体震荡电路 图1-2 交流等效电路石英晶振的阻抗频率特性：石英晶振的符号和等效电路如图1-3所示：图1-3 石英晶振及等效电路由图1-3（b）可求得石英晶振的接入系数：n=Cq(C0+Cq)很小，所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。英晶振的频率稳定度非常高。 对于石英晶振并联谐振频率fp、串联谐振频率fs，由于CqC0很小，其值很相近，并且在其间电抗呈感性，同时具有很陡峭的电抗频率特性，曲线斜率大，从而有利于稳频。电抗频率特性曲线如图1-4所示：图1-4 石英晶振的电抗频率特性并联谐振频率：2. 调制信号1000Hz产生电路调制信号频率为1000Hz，可用低频RC桥式震荡电路产生。电路如图2-1所示： 图2-1 1000Hz RC桥式震荡电路图2-1中RC（R4，C8，R5，C9）串并联网络接在运算放大器的输出端和同相输入端构成了带有选频作用的正反馈网络，另外R6、R7和R8接在运算放大器的输出端和反向输入端之间，与运放一起构成负反馈放大电路。负反馈闭环电压放大倍数：；振幅起振条件：，即（R6+R7）2R8；相位起振条件：；所以取R6+R7=15.3k，R8=6.2k，震荡频率f=1000Hz，取R4=R5=16K，则C8=C9=10nF，即可产生频率为1000Hz的正弦信号。稳幅过程：图2-1中二极管D1，D2用以改善输出电压波形，稳定输出幅度。起振时，由于运放输出电压很低，D1，D2接近开路，R6，D1，D2并联电路的等效电阻近似等于R6，|AF|1，电路产生震荡，随着运放输出电压的增大，当R6上的分压超过二极管正向导通电压时，流过R6上电流被分流，负反馈支路反馈系数增大，迫使|AF|逐渐等于1，最终电路进入稳幅工作状态。3. 前置放大电路由于信号发生电路产生信号幅度一般较小，所以需对产生的信号首先进行前置放大后使其满足下一级的输入信号范围，再输入到下级电路中，可以用三极管放大电路实现。本电路采用共发射极放大电路实现信号的放大。使发射极正偏：VbVe，且Vbe0.6V，集电极反偏Vb 1V，使三极管工作在甲类放大状态。放大电路如图3-1所示： 图3-1 共射放大器4. 调相电路本设计要求最大相偏为，由于单级变容二极管调相电路最大相偏为，所以得采用三级单回路变容二极管调相电路，扩大相偏，最大相偏。电路如下图所示。图4-1 变容二极管调相电路4.1变容二极管调相电路组成电路及等效电路如图所示：图4-1-1变容二极管调相电路 图4-1-2 等效电路 当时，即时，即构成调相电路。4.2工作原理（1）当时，变容二极管反向电压，谐振回路谐振频率为。输出电压与输入电压同相。（2）当时，变容二极管反向电压加大，减小，谐振回路谐振频率为输出电压的相位为。（3）当时，变容二极管反向电压减小，增大，谐振回路谐振频率为输出电压的相位为。附加相移在调制信号控制下变化，导致输出电压的相位也随调制信号变化，从而实现调相。4.3调相分析设输入载波信号调制信号变容二极管作为回路总电容，当m很小时，回路的谐振频率为：输出电压： 分别是谐振回路在上呈现的阻抗幅值和相移。在失谐不大的条件下,实现线性调相的条件：5. 谐振功率放大及匹配网络电路为了满足发射输出的高功率，所以得对产生的调相信号进行功率放大后才能发射出去。本电路中采用自给基极偏置电路，使其工作在丙类状态。谐振功率放大器原理电路及等效电路如下图所示： 图5-1 谐振功率放大器图5-2 等效电路选频网络（滤波器）的功能：从众多频率中选出有用信号，滤除或抑制无用信号，以保证放大器工作在要求的状态，即起到阻抗变换的作用，又可以抑制工作频率范围以外的频率。本设计中采用LC并联谐振回路使回路谐振在输入信号频率上。图5-2中RL为外接负载，呈阻抗性。L7 和 C19、C21 为 T型匹配网络，与 RL 组成并联谐振回路。调节 C19、C21 使回路谐振在输入信号频率。 VBB为基极偏置电压，使功率管 Q 点设在截止区，以实现丙类工作。工作原理：在Vs产生激励电流为作用下 ,看各极电压电流波形如图5-3所示：图5-3 各电极电压电路波形图Ib的波形为一串余弦脉冲 Ic的波形为一串余弦脉冲 称为电流分解系数V b的波形为余弦波 V be 其中 Vce的波形为余弦波 因负载是具有选频作用的Lr、Cr并谐回路； 所以 工作原理描述：在 i s为余弦信号的激励下,丙类谐振功放的 ib，ic均是余弦脉冲，而 Vb, V c是完整的余弦波。（因为输入输出均为LC 选频网络）。本设计电路中由于晶体管3DA21A输入阻抗与前级输出阻抗不匹配，所以在放大器之间加入T型选频匹配网络（C18、C20、L6），在放大器输出的与负载之间也加入T型匹配网络（C19、C21、L7）。由于晶体管参数的分散性和分布参数的影响, C18C19均采用可变电容器, 其最大容量应为计算值的23倍。三、总结与体会本次课程设计历时二个星期多左右，通过这二个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作，可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞高频线路开发的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！ 通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。这个工程确实很累，但当我们仿真实验成功的时候，我们的心中就不免兴奋，不免激动。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！ 对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！四、参考文献1. 张肃文主编，高频电子线路，高等教育出版社。2. 高吉祥主编，高频电子线路，电子工业出版社。3. 谢自美主编，电子线路设计、实验、测试，华中理工大学出版社。4. 沈伟慈主编，通信电路，西安电子科技大学出版社。五、附 录电路器件连接总图六、评分表课程设计评分表项 目评 价设计与总结报告方案设计与论证单元电路设计与合理性电路图测试结果的分析特色与创新实际制作完成情况答辩情况过程监控情况综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_ 16