小功率调幅发射机 大连大学 - 图文

小 功 率 调 幅 发 射 机 论 文

大连大学论文

学 生 姓 名：

学 生 姓 名： 指 导 教 师： 张玉霞 专 业： 通信工程 课 题 名 称： 小功率调幅发射机 完 成 日 期：

大连大学 Dalian University

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摘 要

我们的课题是以电子线路课程设计为背景，查阅大量教学文献，并结合专业基础课程教学需要，以教学内容为基础，小组分工合作完成了小功率调幅发射机从设计、仿真、调试等一系列设计工作。

小功率调幅发射机包括了主振级、被调级、推动级、音频处理器、功率放大末级等几个主要的模块。根据原理框图拟定大致的方案，在由技术指标设计出各部分电路参数。主振级电路是LC正弦整荡器，电路组装调试合格后，将输出信号由发射机经耦合电容送到推动级将信号加以放大，主振器采用频率稳定度高的石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响，经过音频放大后的信号在高频部分的末级功放实现对载波信号的调幅。推动级采用小信号谐振放大器电路，应注意该级谐振在信号频率上，连接本电路时一定先调整好该级正常工作。功率放大级采用丙类谐振功率放大器电路。调幅信号的是在功率放大实现的情况下进行。整机发射与接收是在前面联调的基础上，应首先测量发射机工作频率、输出功率，在满足要求的情况下，在进行实际的发射与接受联机实验，同时测试发射效果。

在实验的过程中我们逐步了解到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。

关键字：小功率发射机；主要模块；电路设计；仿真

I

Abstract

Our task is to Electronic Circuit Design background, access to a large number of teaching literature, combined with professional foundation courses teaching needs, content-based teaching, the group completed the division of labor from low-power AM transmitter design, simulation, debugging series complete design work.

Low-power AM transmitter includes a main vibration level is adjusted level, to promote several major module level, the audio processor, power amplifier final stage and so on. According to a rough block diagram of the preparation program, devised by the technical specifications for each part of the circuit parameters.Main vibration level circuit LC Sine oscillator, circuit assembly debugging qualified, the output signal from the transmitter via a coupling capacitor to promote the level of the signal to be amplified, the main oscillator uses high frequency stability of quartz crystal oscillator, and behind it with a buffer stage to weaken the influence of the master oscillator stage, after the audio signal amplified in the high frequency part of the final amplifier to achieve the carrier signal amplitude. Push-class small-signal amplifier circuit resonance, you should note that the resonance frequency of the signal level, the connection of the circuit must first adjust the level to work properly. Class C power amplifier stage with a resonant power amplifier circuit. AM signal is carried out in the case of the power amplifier implementation. Machine transmit and receive is based on the front of the FBI, should first measure the transmitter operating frequency, output power, to meet the requirements of the situation, making the actual launch and acceptance of the online test, while the test launch effect.

During the experiment, we gradually learned that low-power AM transmitters commonly used in communication systems and other radio systems, particularly in the field of short-wave radio communications where it is widely used. The reason is simple amplitude modulation AM transmitter to achieve narrow band modulation percentage, and the corresponding device simple AM receiver, AM transmitter so widely used in broadcast transmission.

Keywords: low-power transmitters; the main module; circuit design; simulation

II

目 录

摘 要............................................................................................................................................ I Abstract ............................................................................................................................................ II 目 录 .............................................................................................................................................. III 1小功率调幅发射机的基本原理 .................................................................................................... 1

1.1小功率调幅发射机的总体认识 ........................................................................................ 1 1.2调幅发射机的原理 ............................................................................................................ 1 1.3电路各部分工作原理 ........................................................................................................ 2

1.3.1主振级工作原理 .................................................................................................... 2 1.3.2高频电压放大器工作原理 .................................................................................... 3 1.3.3高频功率放大器工作原理 .................................................................................... 3 1.3.4音频功率放大工作原理 ........................................................................................ 3 1.3.5振幅调制工作原理 ................................................................................................ 4

2设计思路........................................................................................................................................ 5

2.1设计方案的确定 ................................................................................................................ 5 2.2参数计算 ............................................................................................................................ 6

2.2.1技术指标 ................................................................................................................ 6 2.2.2计算 ........................................................................................................................ 6

4总体电路设计 ................................................................................................................................ 7

4.1总体电路 ............................................................................................................................ 7 4.2等效电路 ............................................................................................................................ 7 5电路仿真........................................................................................................................................ 8

5.1 调试步骤及结果 ............................................................................................................... 8

5.1.1主振级 .................................................................................................................... 8 5.1.2缓冲级 .................................................................................................................... 9 5.1.3高频放大级 .......................................................................................................... 12 5.1.4音频放大级： ...................................................................................................... 13 5.1.5调幅级 .................................................................................................................. 15 5.1.6功率放大级 .......................................................................................................... 16 5.2整体电路 .......................................................................................................................... 17 5.3 调试过程中遇到的问题 ................................................................................................. 18 6心得体会...................................................................................................................................... 19 7原件清单...................................................................................................................................... 20 参考文献......................................................................................................................................... 23 附录 ................................................................................................................................................ 24

III

1小功率调幅发射机的基本原理

1.1小功率调幅发射机的总体认识

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。

通常发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。

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，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。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。

调制是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。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。

1.2调幅发射机的原理

台小型晶体管调幅发射机通常由下面几部分组成：主振级、被调级、推动级及功率放大级等。由功率放大级输出的高频已调信号经天线以及电磁波的形式向空间发射，调幅发射机的基本组成框图如图1.1.1、2所示。

1

图1.1.1

图1.1.2

1.3电路各部分工作原理

1.3.1主振级工作原理

主振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。该级电路通常采用晶体管LC正弦波振荡器。主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路型式。高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。

频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。

改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。

提高振荡回路标准性，除了采用高Q值和高稳定的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容，实现温度补偿的作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响。

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1.3.2高频电压放大器工作原理

高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。

1.3.3高频功率放大器工作原理

高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通常采用丙类功率放大器，如果一级不能满足指标要求，可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。

1.3.4音频功率放大工作原理

音频信号通过放大器后放大相应的倍数。高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。

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1.3.5振幅调制工作原理

振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就可以在调制级将信号直接发射出去。

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2设计思路

2.1设计方案的确定

要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。为了有效地进行传输，必须将携带信息的低频电信号调制到几十kHz～几百MHz以上的高频振荡信号上，再经天线发送出去。低频小功率调幅发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。

由于设计任务所要求的调幅发射机输出功率小，因此可选用最基本的发射机结构，系统框图如图2-1所示，由主振、推动、放大和被调级构成。由石英晶体构成的振荡电路产生载频，通过隔离放大网络加载到受调放大电路上，同时将调制信号也加载到受调放大电路中，利用三极管集电极调幅进行调制，然后进行功率放大并通过天线辐射出去。

由于晶体稳定性好、Q值很高，故频率稳定度也很高。因此，主振级采用晶体振荡器，以满足所需的频率稳定度。因电路工作在较低的4MHz频率，一般的晶体振荡器都能实现，而无须进行倍频。

由于发射功率小，一级末级功放就能达到要求。本设计的末级功放采用串联反馈方式，电源靠近的一端杂散电容小，可减小对谐振回路的影响，使电路稳定工作。为了有较高的效率，可采用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。

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2.2参数计算

2.2.1技术指标

发射机工作频率：fc=4MHz 发射功率：P0>=200mW 发射效率：η>=50% 调幅度：Ma>=30% 残波辐射：<40db

2.2.2计算

晶体管2N2222A参数：Vceo=40V, Vcbo=75V, Vebo=6V, Ic=600mA

已知条件Vcc=12V，fc=4MHz,选择的晶体管2N2222A，其放大倍数β=50，ICQ=3mA,VCEQ=6V,VEQ=0.2Vcc.根据电路计算；

R3?Vcc?(Vceq?Veq)12?6?0.2?12V??1.92k

Icq3mAVceq0.2?12V??800 Icq3mAIcq?3mA?o.o66mA 50R4?Ibq??R1?(Vcc?Vbq)(12?3)?1000V??15K

10Ibq0.6Vbq(Veq?0.7)?10000V??5.1K

10Ibq10?6.012?LC)?(1)?4MHz

2?L1C3R2?fosc?(fosc?(12πLC)?(12πL1C3)?4MHz

取L1=25uH,C3≈67pF,反馈系数取Kf=0.2，Kf=C1/c2,取C1=480PF，C2=2400PF。

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4总体电路设计

4.1总体电路

4.2等效电路

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5电路仿真

5.1 调试步骤及结果

本次设计电路分为六个小模块，分别为主振级、缓冲级、高频放大级、音频放大级、调幅级、功率放大级。 5.1.1主振级 （1）仿真电路图

（2）仿真结果

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（3）仿真结果分析

观察仿真输出波形知，参考LC正弦波振荡器设计标准产生标准的正弦波。 5.1.2缓冲级 （1）仿真图形

（2）仿真结果 当R10取0%时

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当R10取10%时

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当R10取100%时

(3)仿真结果分析

本级的输入信号为前面主振级的输出信号，由图可看出本实验波形仍为标准的正弦波。观察万用表数值知负载两端电压大于0.7V。比较三个输出波形可知，改变R10的值可以改变输出信号的幅度。R10的值越大，输出信号幅度越大。

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5.1.3高频放大级 （1）仿真电路图

（2）仿真结果

（3）仿真结果分析

该级的输入信号为缓冲级的输出波形，即A通道的波形，输出为B通道波形，

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观察比较两波形可知，高频放大级放大了输入的信号，而其他的并未改变。该级将振荡电压放大以后送到振幅调制器，使用一级高频电压放大器，满足了集电极调幅的大信号输入。

5.1.4音频放大级： （1）仿真电路图

（2）仿真结果 当R17取20%

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当R17取55%

当R17取70%时

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（3）仿真结果分析

观察两波形，该级的输入信号为为正弦波，即通道A，输出也为正弦波，为通道B,B相较于A有放大。观察分析当R17取20%时，放大倍数=1.996，当R17取55%时，放大倍数=2.002，当R17取70%时，放大倍数=2.108，所以改变R17的值可以改变放大倍数。 5.1.5调幅级 （1）仿真电路图

（2）仿真结果

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（3）仿真结果分析

该级以音频放大后的信号作为输入信号。设置了调幅度Ma>=0.3. 5.1.6功率放大级 （1）仿真电路图

（2）仿真结果

（3）仿真结果分析

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高频信号源的信号送到功率放大输入端作为输入。本级采用的是丙类功率放大，放大的作用是为下一级提供足够的功率，采用自给负偏压丙类谐振功率放大器，通过改变电位器改变负偏压大小。

5.2整体电路

（1）仿真电路图

（2）仿真结果

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（3）仿真结果分析

整体电路联合了以上六个分模块，将他们整合在一起每一级的输出均输入到下一级。首先由克拉波振荡器产生频率为10MHZ的载波信号，再经过缓冲级，让振荡器与振幅调制器隔离开来，不影响载波频率的稳定，然后经过高频电压放大器，将输入电压进行放大，使输出电压满足高电平的集电极调制器，接着将调制信号经过音频放大器放大，最后将载波信号与调制信号输入到集电极调制电路进行普通调幅，再进行功率放大，经天线输出普通调幅波。虽然最后的结果并不理想，没有出现理论上的波形。可能是由于各电路间的阻抗匹配不符合要求。

5.3 调试过程中遇到的问题

刚开始调试时，有了几次仿真实验的经验，各个分模块都进行的很顺利，能很快的出现波形。当进行到调幅模块时，参考上次实验，晶体管选择了2N2222A型号的，但是出来的调幅波出现严重的失真，能观察到明显的毛刺，最后用TRANSISTORS_VIRTUAL中的BJT_NPN型号的三极管替换后，观察到理想的调幅波。在整体电路调试中先是观察最后输出波形出现明显的错误结果，后来依次检查每个电路，并用示波器观察，发现高频放大的波形不对，经查阅资料，在电路上的电源旁分别加入了0.10uF的电容后，出现放大倍数为1:1的电压比。检查音频放大级时发现在分机模块中正常，而在整机电路中不能正常运行，而且在新建设计中也会出现不正常现象，经查阅多种资料仍未发现问题所在。

在整机电路调试时，出现了正弦波，但把波形加密时观察总体波形趋势仍不是所需要的结果，经多次反复检查及查阅资料还是没有找出具体问题所在，不知如何修改。

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6心得体会

通过一个多星期的实验和课程设计，我们小组收获颇大。高频电子电路与实

际生活紧密联系，但它的知识点对于我们而言复杂难懂，不易理解。但这次实验加深了我们对这门课程的了解，学会了基本的电路连接，提高了我对高频电子元器件及电路的应用能力，提高了对高频电路的设计与调试能力，提高了综合应用高频知识的能力和分析问题的能力。

本次的课题实验是小功率调幅实验，该课程设计要求我们要有扎实的理论知识和很强的动手能力，因此我们根据个人的情况进行了明确的分工，小组合作比较顺利，而且增强了同学之间的友情，也提高了自己对这门课程的了解，这对我们今后的发展有很大的帮助。

在我们的实验过程中，课程设计和平时的理论学习有很大的不同，需要密切的和实际相联系，因为课本上我们接触的很多的理论知识是在各种理想条件下的，所以理解接受起来容易，但应用到实际当中的时候，会出现很大的误差，甚至得不到结果，这就要求我们要灵活的运用理论知识，并且要善于学习没有接触过的知识，多查资料，多思考。在遇到困难，我们会翻阅书籍以及上网搜查，解决自己的问题。

经过这次课程设计，我们回顾了部分学习过的内容，这一周过的非常充实，也很有意义。尝试了很多次，终于各个部分的小电路得到理想波形，但在总电路设计时，电路出现失真现象。

作为在校学生，这不仅是一项课程设计，更要求我们要有严谨求实的态度，锻炼我们的动手能力。因此感谢老师为我们提供这么珍贵的机会，我也期待着能有更多的机会能够参与到更多的设计活动中。

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7原件清单

名 称 晶体管 电容 电容 电容 电容 电容 电容 电容 电感 电感 电感 电感 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 滑动电阻 电源 电源 示波器

规 格 2N2222A 0.01uF 480pF 24oopF 67pF 1uF 225pF 100pF 100uH 25uH 22uH 1uH 15K 5.1k 1.92k 800 400 56k 560k 510k 1k 70 10k 50 18k 1k VCC GND XFSC1 20 数 量 3 7 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3 4

名 称 示波器 输入信号 耦合线圈 电压源 万用表 运算放大器 规 格 XFC1 XFG1 T1 12V XMM1 LM358P 数 量 1 2 1 1 1 2 21

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参考文献

[1] 《电子线路设计·实验·测试》 第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社 [2] 《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 [3] 《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社 [4] 《模拟电子线路》Ⅱ，谢沅清主编，成都电子科大 [5] 《高频电子线路》第三版，张肃文主编，高教出版社

[6] 《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

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附录

1小组分工

组长

吴尚元：参与原理图的设计与计算，画了交流小信号等效模型以及实验报 告的整体电路设计部分 组员

杨森浩：参与原理图的设计与计算，写了实验报告的参数设计以及设计参 数部分

窦宁：参与原理图的设计与计算，写了实验报告的参数设计以及设计参 数部分

任梦婕：进行文档整理工作，PPT的制作，写了思考题 徐甜甜：进行实验的仿真，实验论文的仿真以及实验结果部分

2思考题

（1）测试发射机的工作频率应该在哪一级进行？为了使发射机工作频率稳定应采取什么措施？

减小温度影响、减小负载对震荡电路的影响、提高回路的Q值、稳定电源电压、采用频率稳定的震荡晶体管。 （2）发射功率不够大应采取什么措施？

如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。

（3）为什么激励信号不能过大或过小？

激励信号的大小,将直接影响到末级谐振功率放大管的工作状态。 为了保证末级功放级具有较高的工作效率，必需使末级功放管的基极激励信号保持在一个最佳的激励电平下。 激励信号过大或过小会造成末级管工作在欠压和过压状态下。只有在信号最合适的时候，末级管才能工作在临界状态下。这时功放管的工作效率最高，放大器输出的功率也达到最大值、而放大管本身的功耗也最小。这时、我们称功放管为最佳工作状态。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zmt3.html