高频课设—中频发射机和接收机设计.doc

中波电台发射系统与接收系统设计

通信电子线路课程设计

院 系：电信学院
专 业：通信工程
班 级：
姓 名：
学 号：
日 期：2013年11月1日

引言
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
学习学的不应该仅仅是纸上谈兵，更多的应该是实实在在的掌握。这学期我们学习的通信电子线路课程，是代表我们通信类专业学生属性的重要学科，也是我们未来走上工作岗位最基本的要求学科。通信电子线路课程对我们之重要性可以用举足轻重来形容。而通信电子课程设计又是本门学科最最关键的环节。是我们把课堂学习付诸实践的一次绝佳机会，也是一次挑战，一次考验，一次艰难的跋涉。
本次课程设计要求我们对中波电台发射系统和中波电台接收系统进行设计，虽然知识已足够应对，但是真正把两个系统设计出来并完美运行仍然是困难重重，无论结果如何，希望在设计的过程中学到更多。

超外差调幅发射机系统

1 设计题目
中波电台发射系统设计
2 设计目的
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
3 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。
4 超外差调幅发射机的组成
发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。
超外差调幅发射机是由主振器，缓冲级，高频电压放大器，振幅调制器，高频功率放大器等电路组成。发射机的基本组成框图表示如:

低频调制信号
高频功率放大器
振幅调制器
高频放大
缓冲
主振器

图1 发射机的基本组成框图
5 发射机单元的设计
5.1 主振器
振荡级是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。振荡器通常工作于丙类，因此它的工作状态是非线性的。
晶体振荡器有考比兹电路、克拉泼电路等多种电路，在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用这些电容反馈三点式振荡电路。但是由于要求载波频率稳定度不低于10-3，要求比较高，故选择频率稳定度较高的西勒振荡电路以满足任务要求。
电路原理图如下：

静态工作点设置：一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.5~2mA之间选取，集电极对地电压VCQ=（0.6-1）VCC,发射机对地VEQ=0.2VCC，如本图所示，R3和R4之和大约为R1的5倍使其工作于临近截止区。
工作频率设置：西勒电路的工作频率取决于C3、C5、C6如本图中，C3=270p、C6=100p、C5为可变电容，用于调节产生的正弦波频率。根据西勒振荡电路的工作品频率计算公式

=0.9969M
调节可变电容得到需要的频率。

用Mulitisim仿真结果：

波形图

频率图

由频率计可读数：
振荡频率，与理论计算值有偏差；
频偏，稳定度，满足设计要求。
震荡波形基本可认为是正弦波。
通过观察仿真结果，相应的对各个元件的参数进行调试，可以最终得出元件应取的参数都和理论值有偏差，但是相差不大，不影响结果。

5.2 缓冲隔离级
缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响,因为功放级输出信号较大工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级经常采用射极跟随器电路
通过查阅资料可知，射极跟随器应保证其输入阻抗很大，而输出阻抗很小才能有效阻隔前后级的相互影响。
输入信号为小信号，所以根据射极跟随器的基本电路图可以画出其小信号等效模型。因为对射极跟随器的要求不是很严格，根据查阅的三极管的参数，经粗略计算可以得到整个电路的输入阻抗和输出阻抗，只要保证输入阻抗为几千欧、输出阻抗为几十欧即可。
射极跟随器电路的电路图如图所示

射极跟随器的仿真结果如图

5.3 低频放大器
如下图是低频放大电路的具体电路，话筒产生的音频信号是一个典型的低频信号，此次设计中设原始音频信号为1kHZ的低频信号，图采用的是低频放大电路，电容C1、C2为隔直流耦合电容，避免直流电源和交流信号相互影响，利用这样一个电路便可以把原始的音频信号放大成我们需要的调制信号。

图4 低频放大电路
R1、R4、R2组成偏置电路，
C1、 C2为隔直通交流电容，
电路中直流电源选用的是12V，通过合理设置各电阻的值，
让R1=50k、R2=1.5k、R3=10k、R4=15k，
Av = = 250
5.4 振幅调制电路

5.41调制原理和方案选择
所谓“调制”就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。
低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统。它的电路形式有多种，如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且成本很低。
高电平调幅电路输出功率大，一般在系统末级直接产生满足发射要求的调幅波。它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。集电极调幅电路的优点是效率高，晶体管获得充分的应用；缺点是需要大功率的调制信号源。基极调幅电路的优缺点正好与之相反，它的平均集电极效率不高，但所需的调制功率很小，有利于调幅发射系统整机的小型化。
本设计中，采用模拟乘法器MC1496构成调幅电路。
MC1496PG是摩托罗拉（Motorola）公司生产的一款单片集成模拟乘法器，该芯片内部非常简单，只集成了8个晶体管。它是一款可应用于抑制载波调幅、普通调幅，同步解调，FM解调，相位解调等应用的模拟乘法器，其性能良好，外围电路简单，十分适合在普通调幅器中选用。
模拟乘法器MC1496的内部电路图如下图所示。

5.42调制电路设计
设计出的AM调制器的原理图如图

乘法器调制的原理是利用高频载波和低频正弦波相乘最终得出AM信号，输出已调波的表达式是：

由上式可知，调幅指数ma的大小与Ucm和UΩm的相对大小有关，所以为了得到理想的调幅指数可以调节二者的相对大小。除此之外，调节滑动变阻器也可以调整电路的调幅指数。

5.43调制电路仿真
经过对滑动变阻器的调试，可得出如图的模拟乘法器调制电路的仿真结果。

由图中可得出以下信息：峰-峰值为5.444V,谷-谷值为2.642V,经计算，调幅指数ma=0.347，满足调幅指数在30％到80％之间的要求。

5.5高频功率放大器的设计
功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换效率越高，输出的交流功率越大。
谐振功率放大电路设计如下：

集电极瞬时电压为
Vc＝Vcm＋Vcc
其最大值为
Vcmax=VCM +VCC=Vcc（ma＋1）
当ma＝0.8时
Vcmax＝21V
高频一周的品均输出功率
Po===50mW,
当导通角为70时
，，
所以
=0.1A
由计算可得，功率放大器满足输出功率为50mW的技术指标要求。

超外差调幅接收机系统
1 设计题目
超外差调幅接收机设计
2 设计目的
要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试
3 技术指标
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。
4 超外差调幅接收机的组成
超外差式接收机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
由输入电路，即选择电路，或称调谐电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。
混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，为465KHZ。
中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给前置放低频放大器。
前置低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。再由功率放大器将音频信号放大，放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。
工作原理图如下：

低频功率
放大器
低频电压放大器
中频
放大器

检波器
混频器

本地
振荡器

5 接收机单元的设计
5.1混频器的设计与仿真
变频电路作用是把不同频率的输入信号变成频率固定的465KHZ的中频信号。变频电路的原理：输入回路的高频信号（其频率为）和本机振荡器 产生的高频等幅信号（其频率为）同时送到混频器。本振信号的频率始终比输入的高频信号高465KHZ。混频后主要有高频调幅信号、本振信号和它们的和频信号+、差频信号- ，此外还有与的各次谐波信号。通过LC谐振回路，从而从混频器中选出频率为465KHZ的中频信号。
本次选取的是以乘法模拟器MC1596制成的混频器。电路原理图如下：
由于输入的AM信号的频率是1MHz，为了使频谱搬移至465KHz处，应选择频率为1.465MHz的本地载波信号，然后将二者一同输入乘法器。
乘法器输出的信号包含465KHz和2.465MHz两种频率分量为了选出中频信号，谐振网络应谐振于465KHz左右。
混频器的仿真输出波形如图所示：

经测试输出频率为505.3kHz，测试结果不是很理想，但基本满足中频调幅波465kHz的要求

5.2中频放大器的设计与仿真

中频放大器电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起到极其重要的作用。
中频放大电路的电路图如图所示

仿真结果如下图所示：

通过对电容和电感的参数适当地调节，可以得到如图所示的中频放大电路的仿真输出波形。由波形图可知电路的放大倍数在400倍左右。

5.3 检波器的设计与仿真

检波过程是一个调制过程。检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。还原所得信号，与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称包络检波器。
本设计的检波器采用的是二极管大信号包络检波器，检波器电路结构如图所示。

①C1参数的确定：
查阅资料可得，R1取100Ω左右时RC回路的时间常数较为合理，计算中认为R1是100Ω。电路中取理想AM电压源的调幅指数ma=0.3，调制频率Ω为1kHz。
为了不产生惰性失真，R1、C1和调制信号频率Ω应满足以下关系：
。将R1=100Ω、ma=0.3、Ω=1kHz代入式中，可得：C1≤4uF，故C1应取在4uF左右，其最佳取值还需通过观察仿真来确定。
②R2、RL参数的确定：
为了保证输出波形不产生负峰切割失真，同时还要保证R1、R2分压过后输出电压足够大，通过查阅资料可知R1应在（0.1~0.2）R2内取值。这里取R1=0.2R2=100Ω，则R2取值应在500Ω左右。
若要求电路不产生负峰切割失真，则应满足以下条件：,其中，。将ma=0.3、R1=100Ω、R2=500Ω代入式中，可得：R3≥95.2Ω，故R3应在90Ω左右进行取值。
③二极管大信号检波器的仿真：

通过对电路中各元器件参数的调整，可以得到比较好的检波电路的仿真
出波形如图所示。最终得到的元器件参数值和理论计算值存在一定的偏差。
5.4低频功率放大器的设计与仿真
低频功率放大器的作用是将输入的信号功率进行放大，并进行进一步选频。
输入的信号为低频小信号，所以本级同中频放大级一样，都可以采用普通的三极管放大网络来进行功率放大，电路结构基本相同，虽然由于两个电路选频网络的输入信号频率不同造成两者谐振网络的谐振频率有所不同，但是谐振频率的设置、计算方法和电容电感参数设置方法完全相同
低频功率放大电路的电路组成如图所示。

低频功放的输出仿真波形如下图所示，由波形可知，低频功放的放大倍数在4倍左右。

结束语
俗话说“不当家不知柴米贵，不养儿不知父母心”，同样，不做课程设计不知道什么叫艰难。都说看花容易绣花难，说起来容易做起来难，这次也不列外。由于课本知识是一章一章地学，知识点都是分开的，且不说我学的本来就不怎么样，加上没有复习，单单是把整本书的内容组合在一起做个系统就足够难倒我了。
这次课设我看到了自己的很多不足，首先就是畏难情绪以及效率低下，我总感觉自己的能力不足以做出个系统，要复习的话任务量也太大，就一直拖拖拖。整天只是着急，但是每每到电脑面前或者拿起课本就感觉无从下手。直到最后期限也没做出来，只是在网上找了然后稀里糊涂的改了就交了上去。交的时候想起来自己的规划日程，感觉就像个大大的笑话。现在想想交上去的东西估计混乱一片，乱七八糟吧，真是难为翻阅的老师了。
但是后来想想感觉这次课设真的很重要也很有意义。舍弃这次机会应该是自己的遗憾吧。于是重新拿起课本，上网查资料，参看同学思路，终于把整个系统捋顺了一遍，重新做了一个课程设计。当然还有很多不明白的，而且也应该是挺粗糙的。但是至少心里轻松点了。所以现在看着整齐点的课程设计，心里也是挺充实的吧。也希望自己以后多注意克服，学习也要再努力点。
参考文献
1、阳昌汉 高频电子线路 高等教育出版社 2006.02
2、谢自美 电子线路设计·实验·测试 华中科技大学出版社2003.10
3、张肃文 高频电子线路 高等教育出版社2004.11
4、李银华 电子线路设计指导 北京航天航空大学出版社2005.6

18