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通信基本電路課程設計--調幅發射機設計(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……………………………11
五、實驗結果……………………………12
六、調試…………………………………13
七、心得體會……………………………15
八、參考文獻…………………………….16
九、附錄………………………………….17
摘 要
小功率調幅發射機常用于通信系統和其它無線電系統中，特別是在中短波廣播通信的領域里更是得到了廣泛應用。原因是調幅發射機實現調幅簡便，調制所占的頻帶窄，并且與之對應的調幅接收設備簡單，所以調幅發射機廣泛地應用于廣播發射。
本課設結合Protel軟件來對小功率調幅發射機電路的設計與調試方法進行研究。Protel軟件能實現從電學概念設計到輸出物理生產數據，以及這之間的所有分析、驗證、和設計數據管理。今天的Protel軟件已不是單純的設計工具，而是一個系統 ，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設計。使用Protel等計算機軟件對產品進行輔助設計在很早以前就已經成為了一種趨勢，這類軟件的問世也極大地提高了設計人員在機械、電子等行業的產品設計質量與效率。
本課題的設計目的是要求掌握最基本的小功率調幅發射系統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幅發射機。
選題意義
通過本課題的設計與裝配、調試，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射機的整體概念，了解發射機的各個單元電路之間的關系及影響，從而能真確設計、計算發射機的各個單元電路：主振級、激勵級、輸出級、調制級、輸出匹配網絡及音頻放大器。初步掌握小型調幅波發射機的調整及測試方法。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，以及設計計算等環節。進一步提高分析解決實際問題的能力，創造一個動手動腦、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、掌握調幅收接收機的基本工作原理。
2、掌握調幅接收機的調試過程及故障排除。
3、培養學生掌握電路設計的基本思想和方法。
4、培養學生分析問題、發現問題和解決問題的能力。
二、總體方案
本機據課程設計要求而提出的試制性的小型調幅發射機，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，放大級和被調級組成。
由于晶體管的穩定性好，Q值很高，故頻率穩定很高。因此，主振級采用晶體振蕩器，滿足所需的頻率穩定度。
末級采用串聯反饋的方式。靠近地的一端，雜散電容少，從而對回路的影響也小，使電路穩定工作，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電阻上。使其工作在丙類狀態，輸出回路采用變壓器耦合式諧振電路。利用電感抽頭實現阻抗匹配，調整莫級功放管的工作狀態，從而達到集電極調幅。
三、部分設計及原理分析
調幅發射機的工作原理
一條調幅發射機的組成框圖如下圖圖1所示，其工作原理是：第一本機振蕩產生一個固定頻率的中頻信號，它的輸出送至調制器；話音放大電路放大來自話筒的信號，其輸出也送至調制器；調制器輸出是已調幅了的中頻信號，該信號經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與發射載頻foc之和，混頻器輸出經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射功率。
圖1 調幅發射機組成框圖
擬定調幅發射機的工作原理框圖
圖2 擬定調幅發射機組成框圖
本機振蕩：產生平率為4MHz的載波信號
上獲得滿緩沖隔離級：將晶體振蕩級與調制級隔離，減小調制級對晶體振蕩級的影響；將功率激勵級與調制級隔離，減小功率激勵級對調制級的影響。
話音放大級：將話筒信號電壓放大到調制級所需的調制電壓。
調制級：將話音信號調制到載波上，產生已調波。
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、穩壓、信號調制和許多其它功能。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，分別是發射極接地（又稱共射放大、CE組態）、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、頻率穩定度高等優點，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定性，故主要用在要求頻率十分穩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，頻率穩定度在10-4～10-12范圍內，經校準一年內可保持10-9的準確度，高質量的石英晶體振蕩器，在經常校準時，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，回路益增和晶體網絡的帶寬決定。幅度繼續增大，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。在穩定狀態下，閉合回路的增益為1。
增益分配
發射機級需要有一定的功率才能將信號發射出去，而每一級的功率又不能太大，否則會引起電路工作不穩定，容易自激。因此，應根據發射機各組成部分的作用，合理地分配各級增益指標。根據調制器的輸入特性確定本振信號和調制信號的振幅；由調制信號的輸出功率和發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射機的載波信號源，要求它的振蕩頻率應十分穩定。一般的LC振蕩電路，其日頻率穩定度約為10-2~10-3，晶體振蕩電路的Q值可達數萬，其日頻率穩定度可達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構成靜態工作點由R1、R2、R3決定。在設置靜態工作點時，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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