小功率调幅发射机

课程设计任务书

学生姓名：专业班级： 电子0903

指导教师： 工作单位：武汉理工大学

题目: 小功率调幅发射机设计

初始条件：

具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：

1. 采用晶体管或集成电路完成一个小功率调幅发射机的设计。

2. 电源电压＋Vcc＝＋10V，－VEE＝－10V；

3. 工作频率f＝16MHz，调幅度=50%；

4. 负载电阻RL＝75Ω时，发射功率P0≥100mW， 整机效率η>40％

5. 完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：

1．2013年1月4日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。

2．2013年1月5日 至2013年1月10日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。

3. 2013年1月11日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。

指导教师签名： 年 月 日

目录

摘要................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................... II

1 调幅发射机的相关知识 ......................................................................................... 1

1.1基本知识及性能指标 ......................................................................................................... 1

1.2调幅发射机的工作原理 ..................................................................................................... 1

2 小功率调幅发射机的设计 ....................................................................................... 3

2.1 设计要求 ............................................................................................................................ 3

2.2确定电路设计方案 ............................................................................................................. 3

2.2.1拟定调幅发射机的工作原理框图 .......................................................................... 3

2.2.2 单元电路设计方案选择 ......................................................................................... 4

2.3单元电路设计 ..................................................................................................................... 5

2.3.1本机振荡电路和话音放大电路 .............................................................................. 5

2.3.2调制电路 .................................................................................................................. 6

2.3.4功率放大级电路 ...................................................................................................... 8

2.3.5整体电路设计 .......................................................................................................... 8

3 调试与仿真 ............................................................................................................... 9

3.1晶体振荡器的调试 ............................................................................................................. 9

3.2调制器的测试 ................................................................................................................... 10

3.3整机联调及其常见故障分析 ........................................................................................... 11

4心得与体会 .............................................................................................................. 12

参考文献...................................................................................................................... 13

摘要

小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。

本次课程设计的任务是完成小功率调幅发射机的设计，这在实际生活中有很广泛的应用。小功率调幅发射机由高频振荡器、低频放大器、振幅调制电路以及高频功率放大器组成，这些模块电路涵盖了高频电子线路课程的主要学习内容，对加深理论知识的理解有很大帮助。

本课题的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对各级电路进行详细地探讨，并利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调幅发射机。

关键字：小功率调幅发射机、MULTISIM仿真、振荡电路、调制电路、功率放大器。

Abstract Small power modulation transmitter is often used in communication system and other radio system, especially in medium short wave radio communication field is a wide range of applications. The reason is am transmitter realize amplitude modulation is simple, modulation of the band of narrow, and the corresponding modulation receiving equipment simple, so am transmitter widely used in radio emission.

The curriculum design task is to achieve low power modulation transmitter design, this in real life have a wide range of application. Small power modulation transmitter by high frequency oscillator, low frequency amplifier, amplitude modulation circuit as well as the high frequency power amplifier composition, these module circuit covers the high frequency electronic circuit course mainly studies the content, to deepen the understanding of the theoretical knowledge is of great help. This topic design purpose is the most basic requires knowledge of small power modulation launch system design and installation of all circuit detailed study, and use Multisim software simulation design a small power modulation transmitter.

Keywords: low-power AM transmitters, MULTISIM simulation, oscillation circuit, modulation circuit, power amplifier.

1 调幅发射机的相关知识

1.1基本知识及性能指标

由于调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。

所谓调幅，就是指，使振幅随调制信号的变化而变化，严格的讲，就是指载波振幅与调制信号的大小成线性关系，而它的频率和相位不变。振幅调制分为4种方式：AM（普通调幅）、DSB（抑制载波双边带调幅）、SSB（单边带条幅）、VSB（残余边带调幅）。本设计调幅发射机指的是AM调幅。

在设计调幅发射机时，主要遵循如下性能指标：

工作频率范围：调幅制一般适用于中、短波广播通信，其工作频率范围为300kHz~30MHz。

发射功率：一般是指发射机送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。

调幅系数：调幅系数ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数，ma的取值范围为0~1，通常以百分数的形式表示，即0%~100%。

非线性失真（包络失真）：调制器的调制特性不能跟调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。

线性失真：保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅度特性变化称为线性失真，

噪声电平：噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，广播发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于1%。

1.2调幅发射机的工作原理

所谓调幅，就是按照调制信号的变化规律去改变载波的幅度，使输出信号的频谱搬移到高频波段，而输出信号的振幅携带调制信号的相关信息。调幅发射机

的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的幅度调制,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。

通常，调幅发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和调制部分。

高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器或LC振荡电路，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。

低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。

调制部分即振幅调制电路，它将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。

一条调幅发射机的组成框图如下图图1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，它的输出送至调制器；话音放大电路放大来自话筒信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调幅了的中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源，一般选第二本振频率fo2是第一本振f1与发射载频foc之和，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，是输出载频fc=fo2-fo1;功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。

图1 调幅发射机组成框图

2小功率调幅发射机的设计

2.1 设计要求

根据以上的原理，要求设计一个小功率调幅发射机，

主要参数：

已知+Vcc=+10V、-VEE=-10V；负载电阻RL=75Ω。

主要元器件：主要元件有MC1496、3DG100、3DG130、16MHz晶振、NXO-10磁环；

主要技术指标：

工作频率 f=16MHz，发射功率P0>=100mW，调制度ma=50%，整波效率大于40%。

实验仪器设备：

函数信号发生器∕计数器EE164B 一台

调制度测量仪器HP8901A或BD5 一台

高频信号发生器一台

超高频毫伏表DA-36A一台

双踪示波器（COS5020）或数字存储示波器

数字万用表一台

2.2确定电路设计方案

2.2.1拟定调幅发射机的工作原理框图

根据调幅发射机的工作原理和给定的技术指标要求画出组成框图，如下图2所示：

图2 拟定调幅发射机组成框图

图中，各组成部分的的作用如下：

本机振荡：产生频率为16MHz的载波信号。

缓冲隔离级：将晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响；将功率激励级与调制级隔离，减小功率激励级对调制级的影响。

话音放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。

调制级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。

功率激励级：为末级功放提供激励功率。

末级功放：对前级送来的信号进行功率放大，在负载上获得满足要求的发射功率。

2.2.2 单元电路设计方案选择

（1）本机振荡器

本机振荡器就是高频振荡器，根据载波频率的高低和频率稳定度来确定电路形式。在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用电容反馈三点式振荡电路，如克拉泼、西勒电路等。而在频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器，也可以采用单片集成振荡电路。

本机放大电路的输出是发射机的载波信号源，要求它的振荡频率应十分稳定。一般的LC振荡电路，其日频率稳定度约为10-2~10-3，晶体振荡电路的Q值可达数万，其日频率稳定度可达10-5~10-6.因此，在本设计中本机振荡电路采用晶体振荡器。

（2）语音放大器

语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大的音频信号送到调制器对高频载波进行调制。本机语音放大器采用uA741.

（3）调制电路

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。

(4) 功率激励级

由于在本电路中，经模拟乘法器调制电路输出的调制信号较小，不能满足末级功放的输入要求，因此，本电路中采用功率激励级来放大调制信号功率。

(5)功率放大器

功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）、丙类功放，根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。采用低电平调幅电路的系统，由于调制器输出信号为调幅波，其后的功率放大器必须是线性的（如甲类、甲乙类或乙类功放）；而采用高电平调幅电路的系统，则在末级直接产生达到输出功率要求的调幅波，多以丙类放大器作为此时的末级电路。

2.3单元电路设计

2.3.1本机振荡电路和话音放大电路

晶体振荡器和话音放大电路的电路图如图3所示。其中，晶体、C1、C2、C3与T1构成改进型电容三点式振荡电路（克拉泼电路），振荡频率由晶振的等效电容和电感决定，电路中T1构成静态工作点由R4、R5、R6决定。在设置静态工作点时，应首先设定晶体管的集电极电流ICQ，一般取0.5mA~4mA，ICQ太大会引起输出波形失真，产生高次谐波。设晶体管β=60，Icq=2mA，VEQ=（1∕

2~1∕3）Vcc，则可算出R4，R5、R6。如图所示。

图3 晶体振荡器和话音放大电路

2.3.2调制电路

根据题意及给定的主要元件，选定模拟乘法器MC1496构成的调幅电路如图 4所示。

图4 调幅电路图

图5 MC1496

模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。高频电子线路中的振幅解调，同步检波，混频，倍频，鉴频，鉴相等调制和解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单得多，而且性能优越。课设运用Multisim软件对电路进行设计，因此MC1496需要自己搭建，其原理电路图如图5所示。

2.3.4功率放大级电路

通过前面的电路以后，进入功率放大级的是已调信号。但由于信号的功率太小，发射出去存在很大衰减，影响信号的传送，所以要进行功率放大。功率放大电路如下图6所示：

图6 功率放大级电路

2.3.5整体电路设计

将以上各级单元电路一次连接就构成了小功率调幅发射机整体电路原理图，如图7所示：

图7 小功率调幅发射机整体电路

3 调试与仿真

3.1晶体振荡器的调试

调晶体振荡器时，应先断开晶振，使振荡器不振荡，再用万用表测三极管的各极电压。VEQ应满足VEQ∕（R5+R6）≈Icq=2mA，若不满足则可调整R5的值。将三极管的静态工作点调试正确以后，再接上晶振，测量振荡器的振荡频率和输出电压幅度，如图8所示：

图8 晶体振荡器的调试

3.2调制器的测试

测调制器电路静态工作点时，应使本振信号V0=0。先测MC1496五角的电压Vs，调整R5的值，是V5∕R5=I0；然后测量各点静态工作电压，其值应与设计值大致相同。加本振电压v0=100mV，使调制电压vΩ=0，调节RP3使mc1496输出信号为最小值，再使vΩ=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形，在调节RP3使输出波形为ma=50%的调幅波，如图9所示：

图9 调制器测试

3.3整机联调及其常见故障分析

晶振级与缓冲级联调时缓冲级输出电压明显减小或波形失真的情况。产生的主要原因是缓冲级的输入阻抗不够大，使晶振级负载加重。这可通过增大缓冲级的射极电阻RP1来提高缓冲输入级输入阻抗，也可通过减小C4，即减小晶振级与缓冲级的耦合来实现。

本机振荡级、缓冲级、话语放大级以及调制级联调时，往往会出现过调幅现象。产生的原因可能是经射级跟随器输出的本振电压v0偏小或者是话音放大级输出的调制电压vΩ过大。可以调节RP2使v0=100~150mV，并测量调制器输出的波形。调整话音放大级增益，以满足调幅度ma=50%的技术指标要求。

功率激励级与功率放大级联调时，往往会出现低频调试、高频自激、输出功率小、波形失真大等现象。产生的原因可能是级间通过电源产生串扰或是甲类功放与丙类功放的阻抗不匹配，级间相互影响。这可在每一级单元电路的电源上加低、高频去耦电路，以消除来自电源的串扰，也可以重新调整谐振回路，使回路谐振。

4心得与体会

经过近一周的高频电子线路课程设计，我越来越认识到了，在学习、工作中独立思考问题，解决问题的重要性，刚开始我拿到这个题目完全一头雾水，根本不知道从哪里下手，做的效率也很低，感觉学到的知识不知道从哪里用，只有请教同学，在同学简单的指点之下，我逐渐认清了方向，最终完成了这个课程设计。

虽然完成了课程设计，也取得较好的效果，但也发现了自己的不少问题，不仅仅是知识的掌握方面，还有自己思维方法、独立解决问题能力方面。由于自己对知识掌握的不是很全面，在计算元件的参数、设计电路图时，遇到了很大的困难；

在思维方式方面，由于对自己的心里原因，并没有在很短的时间里对设计有个整体的框架，进而很快进入状态。

当然，在发现自身一系列问题的同时，通过这次课程设计，我巩固了自己的课本知识，提高了自己独立发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高了自己的综合能力。

在以后的学习工作中，我要抓住这样的机会，进一步提高自己独立解决问题的能力。

参考文献

[1]《高频电子线路实验与课程设计》杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社

[2]《高频电路设计与制作》何中庸译，科学出版社

[3]《高频电子线路》第三版张肃文主编，高教出版社

[4]《高频电子线路辅导》曾兴雯，陈健，刘乃安主编，西安电子科大出版社

[5]《高频电子线路实验与综合设计》杨霓清主编，机械工业出版社

[6]《高频电路实验与仿真》于海勋，郑长明主编，科学出版社

本科生高频电子线路课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年月日