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通信基本電路課程設(shè)計(jì)--調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)(一)
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目 錄
目錄………………………………………2
摘要………………………………………3
一、選題意義……………………………3
二、總體方案……………………………4
三、部分設(shè)計(jì)及原理分析………………4
四、主要參數(shù)……………………………11
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果……………………………12
六、調(diào)試…………………………………13
七、心得體會(huì)……………………………15
八、參考文獻(xiàn)…………………………….16
九、附錄………………………………….17
摘 要
小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)常用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特別是在中短波廣播通信的領(lǐng)域里更是得到了廣泛應(yīng)用。原因是調(diào)幅發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅簡(jiǎn)便，調(diào)制所占的頻帶窄，并且與之對(duì)應(yīng)的調(diào)幅接收設(shè)備簡(jiǎn)單，所以調(diào)幅發(fā)射機(jī)廣泛地應(yīng)用于廣播發(fā)射。
本課設(shè)結(jié)合Protel軟件來(lái)對(duì)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法進(jìn)行研究。Protel軟件能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證、和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。今天的Protel軟件已不是單純的設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng) ，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設(shè)計(jì)。使用Protel等計(jì)算機(jī)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)在很早以前就已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)，這類軟件的問(wèn)世也極大地提高了設(shè)計(jì)人員在機(jī)械、電子等行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。
本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行詳細(xì)地探討，并利用Protel軟件仿真設(shè)計(jì)了一個(gè)小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)。
選題意義
通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，能夠是學(xué)生建立無(wú)線電發(fā)射機(jī)的整體概念，了解發(fā)射機(jī)的各個(gè)單元電路之間的關(guān)系及影響，從而能真確設(shè)計(jì)、計(jì)算發(fā)射機(jī)的各個(gè)單元電路：主振級(jí)、激勵(lì)級(jí)、輸出級(jí)、調(diào)制級(jí)、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)及音頻放大器。初步掌握小型調(diào)幅波發(fā)射機(jī)的調(diào)整及測(cè)試方法。使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會(huì)查詢資料，方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)手動(dòng)腦、獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析、解決高頻電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化，通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。 具體要求如下：
1、掌握調(diào)幅收接收機(jī)的基本工作原理。
2、掌握調(diào)幅接收機(jī)的調(diào)試過(guò)程及故障排除。
3、培養(yǎng)學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)的基本思想和方法。
4、培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
二、總體方案
本機(jī)據(jù)課程設(shè)計(jì)要求而提出的試制性的小型調(diào)幅發(fā)射機(jī)，其工作頻率為7MH，載波功率為0.5W。鑒于輸出功率不大，所以他的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單主要有主振級(jí)，放大級(jí)和被調(diào)級(jí)組成。
由于晶體管的穩(wěn)定性好，Q值很高，故頻率穩(wěn)定很高。因此，主振級(jí)采用晶體振蕩器，滿足所需的頻率穩(wěn)定度。
末級(jí)采用串聯(lián)反饋的方式�？拷氐囊欢耍s散電容少，從而對(duì)回路的影響也小，使電路穩(wěn)定工作，為了由較高的效率，本級(jí)利用基極電流的直流分量在基極偏執(zhí)電阻上。使其工作在丙類狀態(tài)，輸出回路采用變壓器耦合式諧振電路。利用電感抽頭實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，調(diào)整莫級(jí)功放管的工作狀態(tài)，從而達(dá)到集電極調(diào)幅。
三、部分設(shè)計(jì)及原理分析
調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作原理
一條調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖如下圖圖1所示，其工作原理是：第一本機(jī)振蕩產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的中頻信號(hào)，它的輸出送至調(diào)制器；話音放大電路放大來(lái)自話筒的信號(hào)，其輸出也送至調(diào)制器；調(diào)制器輸出是已調(diào)幅了的中頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)中頻放大后與第二本振信號(hào)混頻；第二本振是一頻率可變的信號(hào)源，一般選第二本振頻率fo2是第一本振f1與發(fā)射載頻foc之和，混頻器輸出經(jīng)帶通或低通濾波器濾波，是輸出載頻fc=fo2-fo1;功放級(jí)將載頻信號(hào)的功率放大到所需發(fā)射功率。
圖1 調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成框圖
擬定調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作原理框圖
圖2 擬定調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成框圖
本機(jī)振蕩：產(chǎn)生平率為4MHz的載波信號(hào)
上獲得滿緩沖隔離級(jí)：將晶體振蕩級(jí)與調(diào)制級(jí)隔離，減小調(diào)制級(jí)對(duì)晶體振蕩級(jí)的影響；將功率激勵(lì)級(jí)與調(diào)制級(jí)隔離，減小功率激勵(lì)級(jí)對(duì)調(diào)制級(jí)的影響。
話音放大級(jí)：將話筒信號(hào)電壓放大到調(diào)制級(jí)所需的調(diào)制電壓。
調(diào)制級(jí)：將話音信號(hào)調(diào)制到載波上，產(chǎn)生已調(diào)波。
功率激勵(lì)級(jí)：為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率。
末級(jí)功放：對(duì)前級(jí)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，在負(fù)載足要求的發(fā)射功率。
主要元件介紹
晶體管：是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開(kāi)關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開(kāi)關(guān)，和一般機(jī)械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號(hào)來(lái)控制，而且開(kāi)關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。
半導(dǎo)體三極管：是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)，外部通常為三個(gè)引出電極的半導(dǎo)體器件。它對(duì)電信號(hào)有放大和開(kāi)關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。半導(dǎo)體三極管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。晶體管有三個(gè)極；雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極 (Base) 和集電極（Collector）；場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極 （Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因?yàn)橛腥N極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地（又稱路最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號(hào)放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號(hào)轉(zhuǎn)換……等，晶體管在電路中是個(gè)很重要的組件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。
石英晶體振蕩器：石英諧振器簡(jiǎn)稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場(chǎng)的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率與田英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。
石英諧振器按引出電極情況來(lái)分有雙電極型、三電極型和雙對(duì)電極型幾種。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件，如彩電的色副載波振蕩器、電子鐘表的時(shí)基振蕩器及游戲機(jī)中的時(shí)鐘脈沖振蕩器等，石英晶體成本較高，故在要求不太高的電路中一般采用陶瓷諧振元件。
頻率范圍很寬，頻率穩(wěn)定度在10-4～10-12范圍內(nèi)，經(jīng)校準(zhǔn)一年內(nèi)可保持10-9的準(zhǔn)確度，高質(zhì)量的石英晶體振蕩器，在經(jīng)常校準(zhǔn)時(shí)，頻率準(zhǔn)確可達(dá)10-11. 石英晶體振蕩器特點(diǎn)：在振蕩頻率上，閉合回路的相移為2nπ。開(kāi)始加電時(shí)，電路中唯一的信號(hào)是噪聲。滿足振蕩相位條件的頻率噪聲分量以增大的幅度在回路中傳輸，增大的速率由附加分量，即小信號(hào)，回路益增和晶體網(wǎng)絡(luò)的帶寬決定。幅度繼續(xù)增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非線性而減小或者由于某一自動(dòng)電平控制而被減小。在穩(wěn)定狀態(tài)下，閉合回路的增益為1。
增益分配
發(fā)射機(jī)級(jí)需要有一定的功率才能將信號(hào)發(fā)射出去，而每一級(jí)的功率又不能太大，否則會(huì)引起電路工作不穩(wěn)定，容易自激。因此，應(yīng)根據(jù)發(fā)射機(jī)各組成部分的作用，合理地分配各級(jí)增益指標(biāo)。根據(jù)調(diào)制器的輸入特性確定本振信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的振幅；由調(diào)制信號(hào)的輸出功率和發(fā)射機(jī)的輸出功率確定功率激勵(lì)和功放級(jí)的增益。
本機(jī)振蕩電路和話音放大電路
本機(jī)放大電路的輸出是發(fā)射機(jī)的載波信號(hào)源，要求它的振蕩頻率應(yīng)十分穩(wěn)定。一般的LC振蕩電路，其日頻率穩(wěn)定度約為10-2~10-3，晶體振蕩電路的Q值可達(dá)數(shù)萬(wàn)，其日頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-5~10-6.因此，本機(jī)振蕩電路采用晶體振蕩器。話音放大信號(hào)用來(lái)對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行放大。
晶體振蕩器和話音放大電路的電路圖如圖3所示。其中，晶體、C1、C2、C3與T1構(gòu)成改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路（克拉伯電路），振蕩頻率由晶振的等效電容和電感決定，電路中T1構(gòu)成靜態(tài)工作點(diǎn)由R1、R2、R3決定。在設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先設(shè)定晶體管的集電極電流ICQ，一般取0.5mA~4mA，ICQ太大會(huì)引起輸出波形失真，產(chǎn)生高次諧波。設(shè)晶體管β=60，Icq=2mA，VEQ=（1∕2~1∕3）Vcc，則可算出R1，R2、R3。如圖所示。
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