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通信基本電路課程設計--調(diào)幅發(fā)射機設計(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、部分設計及原理分析………………4
四、主要參數(shù)……………………………11
五、實驗結果……………………………12
六、調(diào)試…………………………………13
七、心得體會……………………………15
八、參考文獻…………………………….16
九、附錄………………………………….17
摘 要
小功率調(diào)幅發(fā)射機常用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在中短波廣播通信的領域里更是得到了廣泛應用。原因是調(diào)幅發(fā)射機實現(xiàn)調(diào)幅簡便，調(diào)制所占的頻帶窄，并且與之對應的調(diào)幅接收設備簡單，所以調(diào)幅發(fā)射機廣泛地應用于廣播發(fā)射。
本課設結合Protel軟件來對小功率調(diào)幅發(fā)射機電路的設計與調(diào)試方法進行研究。Protel軟件能實現(xiàn)從電學概念設計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證、和設計數(shù)據(jù)管理。今天的Protel軟件已不是單純的設計工具，而是一個系統(tǒng) ，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設計。使用Protel等計算機軟件對產(chǎn)品進行輔助設計在很早以前就已經(jīng)成為了一種趨勢，這類軟件的問世也極大地提高了設計人員在機械、電子等行業(yè)的產(chǎn)品設計質量與效率。
本課題的設計目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設計與安裝對各級電路進行詳細地探討，并利用Protel軟件仿真設計了一個小功率調(diào)幅發(fā)射機。
選題意義
通過本課題的設計與裝配、調(diào)試，提高學生的實際動手能力，鞏固已學的理論知識，能夠是學生建立無線電發(fā)射機的整體概念，了解發(fā)射機的各個單元電路之間的關系及影響，從而能真確設計、計算發(fā)射機的各個單元電路：主振級、激勵級、輸出級、調(diào)制級、輸出匹配網(wǎng)絡及音頻放大器。初步掌握小型調(diào)幅波發(fā)射機的調(diào)整及測試方法。使學生加強對高頻電子技術電路的理解，學會查詢資料，方案比較，以及設計計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動手動腦、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決高頻電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化，通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。 具體要求如下：
1、掌握調(diào)幅收接收機的基本工作原理。
2、掌握調(diào)幅接收機的調(diào)試過程及故障排除。
3、培養(yǎng)學生掌握電路設計的基本思想和方法。
4、培養(yǎng)學生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
二、總體方案
本機據(jù)課程設計要求而提出的試制性的小型調(diào)幅發(fā)射機，其工作頻率為7MH，載波功率為0.5W。鑒于輸出功率不大，所以他的結構比較簡單主要有主振級，放大級和被調(diào)級組成。
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，主振級采用晶體振蕩器，滿足所需的頻率穩(wěn)定度。
末級采用串聯(lián)反饋的方式�？拷氐囊欢�，雜散電容少，從而對回路的影響也小，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。利用電感抽頭實現(xiàn)阻抗匹配，調(diào)整莫級功放管的工作狀態(tài)，從而達到集電極調(diào)幅。
三、部分設計及原理分析
調(diào)幅發(fā)射機的工作原理
一條調(diào)幅發(fā)射機的組成框圖如下圖圖1所示，其工作原理是：第一本機振蕩產(chǎn)生一個固定頻率的中頻信號，它的輸出送至調(diào)制器；話音放大電路放大來自話筒的信號，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，該信號經(jīng)中頻放大后與第二本振信號混頻；第二本振是一頻率可變的信號源，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;功放級將載頻信號的功率放大到所需發(fā)射功率。
圖1 調(diào)幅發(fā)射機組成框圖
擬定調(diào)幅發(fā)射機的工作原理框圖
圖2 擬定調(diào)幅發(fā)射機組成框圖
本機振蕩：產(chǎn)生平率為4MHz的載波信號
上獲得滿緩沖隔離級：將晶體振蕩級與調(diào)制級隔離，減小調(diào)制級對晶體振蕩級的影響；將功率激勵級與調(diào)制級隔離，減小功率激勵級對調(diào)制級的影響。
話音放大級：將話筒信號電壓放大到調(diào)制級所需的調(diào)制電壓。
調(diào)制級：將話音信號調(diào)制到載波上，產(chǎn)生已調(diào)波。
功率激勵級：為末級功放提供激勵功率。
末級功放：對前級送來的信號進行功率放大，在負載足要求的發(fā)射功率。
主要元件介紹
晶體管：是一種固體半導體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關，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關，和一般機械開關（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號來控制，而且開關速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達100GHz以上。
半導體三極管：是內(nèi)部含有兩個PN結，外部通常為三個引出電極的半導體器件。它對電信號有放大和開關等作用，應用十分廣泛。半導體三極管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）。晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極 (Base) 和集電極（Collector）；場效應晶體管的三個極，分別是源極 （Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因為有三種極性，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該是屬于訊號放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號轉換……等，晶體管在電路中是個很重要的組件，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：石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應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的作用時會產(chǎn)生機械振動，當交變電場的頻率與田英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。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，被應用于家用電器和通信設備中。
石英諧振器按引出電極情況來分有雙電極型、三電極型和雙對電極型幾種。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、電子鐘表的時基振蕩器及游戲機中的時鐘脈沖振蕩器等，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)校準一年內(nèi)可保持10-9的準確度，高質量的石英晶體振蕩器，在經(jīng)常校準時，頻率準確可達10-11. 石英晶體振蕩器特點：在振蕩頻率上，閉合回路的相移為2nπ。開始加電時，電路中唯一的信號是噪聲。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，回路益增和晶體網(wǎng)絡的帶寬決定。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)射機級需要有一定的功率才能將信號發(fā)射出去，而每一級的功率又不能太大，否則會引起電路工作不穩(wěn)定，容易自激。因此，應根據(jù)發(fā)射機各組成部分的作用，合理地分配各級增益指標。根據(jù)調(diào)制器的輸入特性確定本振信號和調(diào)制信號的振幅；由調(diào)制信號的輸出功率和發(fā)射機的輸出功率確定功率激勵和功放級的增益。
本機振蕩電路和話音放大電路
本機放大電路的輸出是發(fā)射機的載波信號源，要求它的振蕩頻率應十分穩(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值可達數(shù)萬，其日頻率穩(wěn)定度可達10-5~10-6.因此，本機振蕩電路采用晶體振蕩器。話音放大信號用來對話音信號進行放大。
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構成改進型電容三點式振蕩電路（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構成靜態(tài)工作點由R1、R2、R3決定。在設置靜態(tài)工作點時，應首先設定晶體管的集電極電流ICQ，一般取0.5mA~4mA，ICQ太大會引起輸出波形失真，產(chǎn)生高次諧波。設晶體管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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