【正文】 在輸入 正弦信號 的一個周期內(nèi)，都有電流流過三極管，這種工作方式通常稱為甲類放大 [1]。 2)乙類放大 在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)，只有半個周期，三極管的 iC 0 ，稱為乙類放大。 3)甲乙類放大 在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)，有半個周期以上， 三極管的 iC 0 ，稱為甲乙類放大 [4]。 調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率 ，載波頻率的穩(wěn)定度，輸出負(fù)載電阻 RL，發(fā)射功率 PA，發(fā)射機(jī)效率，調(diào)幅系數(shù) Ma，調(diào)制頻率 F。 （ 1）發(fā)射功率 發(fā)射功率一般是指發(fā)射機(jī)輸送到天線上的功率。只有當(dāng)天線的長度與發(fā)射機(jī)高頻振蕩的波長λ可以相比擬時，天線才能有效地把載波發(fā)射出去。波長與頻率的關(guān)系為：λ = c/f[1]。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 4 若接收機(jī)的靈敏度 Us=2μ V，則通信距離 s與發(fā)射功率 PA的關(guān)系式為 (131) （ 2）工作頻率或波段 發(fā)射機(jī)的工作頻率應(yīng)該根據(jù)調(diào)制方式，在有關(guān)部門所規(guī)定的范圍內(nèi)選取才可以。對調(diào)頻發(fā)射機(jī)，工作頻率一般選在超短波（ 30300MHZ）范圍內(nèi)；對于調(diào)幅發(fā)射機(jī)一般在中頻（ ）和高頻（ 330MHZ）范圍內(nèi) [2]。 （ 3）總效率 發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的總功率與其消耗的總功率之比稱之為發(fā)射系統(tǒng)的總效率，即 (132) 軟件的特點與應(yīng)用 Multisim 為 美國國家儀器（ NI）公司推出的以 Windows 為 平臺 的仿真工具，適用于模擬 與 數(shù)字電路板的設(shè)計 與仿真 工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真 和 分析能力。 利用 Multisim可以很好的解決理論與實踐相脫節(jié)的問題 ,利用 Multisim軟件能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計 與 驗證。 Multisim 軟件的特點： 仿真能力 [6]。 課題的研究任務(wù)和內(nèi) 容 （ 1）小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計包括載波振蕩電路、低頻單音振蕩電路（電報功能）、音頻放大電路、振幅調(diào)制電路、帶通濾波電路、緩沖放大電路和丙類功率放大電路的設(shè)計； （ 2）除振幅調(diào)制電路采用集成乘法器外，其余電路均采用分立元件設(shè)計；要求應(yīng)用電路仿真軟件設(shè)計，并通過仿真調(diào)試優(yōu)化電路。 PA/mW 50 100 200 300 400 500 s/km ? ? ? ?4 mWkm APs ?cAA PP ?? /?表 131 發(fā)射功率與通信距離的關(guān)系 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 （ 3）設(shè)計指標(biāo)： 載波頻率： fc=（或 6MHz），頻穩(wěn)度≤ 10exp(4)；低頻單音振蕩頻率： F=1000Hz； 單音調(diào)制調(diào)幅度： Ma≥ ，音頻調(diào)制平均調(diào)幅度 Ma=； 無源帶通濾波電路中心頻率為載波頻率， 3dB 帶寬為 9KHz， 丙類功率放大電路的等效天線負(fù)載阻抗： RL=75Ω；發(fā)射功率： Po≥ 1W；效率：η c≥ 60％以上。 電源電壓：Vcc=+12V. 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 2 方案設(shè)計與單元電路形式選擇 簡易的調(diào)幅發(fā)射機(jī)就是利用模擬乘法器將話筒輸入的音頻信號加入到主振級產(chǎn)生的高頻載波信號中，再經(jīng)過諧振功率放大器的作用，將已調(diào)信號進(jìn)行功率放大，最后由天線輻射到空間進(jìn)行傳播。 對發(fā)射機(jī)的總體方案設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求，要求工作頻率為 6MHz，輸出功率為 1W。由于輸出功率小，因此 總體電路具有結(jié)構(gòu)簡單，體積較小的特點。其總體電路結(jié)構(gòu)可分為載波振蕩電路；單音振蕩電路（電報功能）；音頻放大電路；振幅調(diào)制電路；帶通濾波電路；緩沖放大電路等。 單元電路形式選擇 振蕩電路選擇要根據(jù)載波頻率的高低和頻率穩(wěn)定度來確定，在頻率穩(wěn)定度要求不是很高的情況下，可以采用電容反饋式振蕩電路，如克拉潑電路，希勒電路等。在頻穩(wěn)度要求較高的情況下，一般可以選用晶體振蕩電路，也可以選用單片集成電路。本機(jī)設(shè)計要求頻穩(wěn)度要達(dá)到 10exp(4)，一般的 lc 振蕩電路頻穩(wěn)度約為 102~103， 達(dá)不到設(shè)計要求，因此由于本機(jī)頻穩(wěn)度要求較高，可以采用晶振作為主震級振蕩器，從而可以達(dá)到較高的頻率穩(wěn)定度 [1][2][5]。 高頻電壓放大器的主要作用是將振蕩電路產(chǎn)生的震蕩電壓放大到一定程度后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻諧振放大器。具體需要幾級放大器需要看振幅調(diào)制器所選用的電路類型。當(dāng)選用集成模擬乘法器作為振幅調(diào)制器時，由于輸入信號要求為小信號，因此當(dāng)輸出電壓能夠滿足要求是，可以考慮不用外加高頻電壓放大器。但如果采用集電極調(diào)幅電路，就要另加一至二級高頻電壓放大器，用來滿足集電極調(diào)幅電路的大信號 輸入。為簡便起見，本機(jī)調(diào)幅器采用模擬乘法器 MC1496 進(jìn)行調(diào)幅 [4]。 振幅調(diào)制器的任務(wù)是將所需傳送的信息“加載”到高頻震蕩電壓中，從而以調(diào)幅波的形式將已調(diào)信號發(fā)射出去。通常調(diào)制分為低電平調(diào)制和高電平調(diào)制，采用模擬乘法器實現(xiàn)調(diào)制的方法是屬于低電平調(diào)制，低電平調(diào)幅電路具有輸出功率小的特點，適河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 7 用于功率較低的系統(tǒng)。模擬乘法器的出現(xiàn)，使高質(zhì)量的調(diào)幅信號的產(chǎn)生變得很簡單，而且成本也很低，因此本機(jī)采用模擬乘法器 MC1496 構(gòu)成調(diào)幅電路 [6]。 由模擬乘法器調(diào)制電路輸出的已調(diào)信號較小，不 能滿足末級功放的輸入要求，因此，要在模擬乘法器后邊加上功率激勵級來放大已調(diào)調(diào)制的信號功率，從而滿足后級電路的輸入要求 [7]。 功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的最末級，它的主要任務(wù)就是要發(fā)射出發(fā)射機(jī)設(shè)計指標(biāo)所要求的輸出功率。本機(jī)所設(shè)計的為小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)，通常采用丙類諧振功率放大器，如果一級放大器不能滿足要求，可以選用兩級或者三級 [2]。 天線的主要作用是把已調(diào)制的高頻信號變成電磁波，輻射到空間去，從而實現(xiàn)無線電的發(fā)射功能 [6]。 由于無線設(shè)備本身的傳播距離的限制，因此，若想達(dá)到比較理 想的傳播距離，必須外接天線 [6]。這里面就必須涉及到兩個概念： （ 1） 頻率范圍 頻率范圍指的是天線的工作頻段，這個參數(shù)決定了它適用于哪個無線標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備 [6]。 （ 2） 增益值 增益值表示天線的功率放大倍數(shù)，增益值越大代表對輸入信號的放大倍數(shù)越大，傳輸質(zhì)量也就越好 [6]。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 3 單元電路的設(shè)計與仿真 發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是要完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬，適合通過天線發(fā)射的電磁波 [2]。 發(fā)射機(jī)一般分為三個部分：高頻部分，低頻部分和電源部分 [3]。 高頻部分一般包括 ：主振蕩級，緩沖放大級，中間放大級，功率推動級以及末級功放級。 低頻部分一般包括話筒，低頻電壓放大級，低頻功率放大級和末級低頻功率放大級。低頻信號通過各級放大級的層層放大，最終在末級功放處獲得所需的功率電平，從而可以對高頻功率放大器進(jìn)行調(diào)制。 采用典型的調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計方案即可達(dá)到設(shè)計指標(biāo)的要求，發(fā)射機(jī)的主要單元電路見下圖（圖 31）： 圖中各部分主要作用為： 主震級：有晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為 6MHz 的震蕩載波信號。 緩沖級：將晶體震蕩級與振幅調(diào)制級隔離，減少振幅調(diào)制級對晶體震蕩器的干擾。 音 頻放大：將話筒發(fā)出的信號放大到調(diào)制電路所需要的調(diào)制電壓。 振幅調(diào)制級：將音頻信號加入到高頻載波中，從而產(chǎn)生調(diào)幅波。 高頻功放：對信號進(jìn)行功率放大，加入到天線中，從而向空間輻射。 主振級與小信號電壓放大級的設(shè)計 主震級是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，其性能的好壞直接影響到發(fā)射信號的質(zhì)量，因此，主震級產(chǎn)生的載波信號必須有較高的頻率穩(wěn)定度和較小的波形失真度，本機(jī)主振級備選方案可以有三種， RC正弦波振蕩器，石英晶體振蕩器，三點式 LC 正弦波振蕩主振器 緩沖器 音頻放大 高頻功放 振幅調(diào)制 放大級 話筒 圖 31 發(fā)射機(jī)的主要單元電路 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 圖 311 主振級單元電路 器等。 方案一：采用石英晶體振蕩器，石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度 ，在選擇合適的偏置電路的情況下，頻穩(wěn)度可達(dá)到 1011數(shù)量級，而且，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，波形失真度也比較小，因此，在頻穩(wěn)度要求較高的電路中，可以選用石英晶體振蕩器作為主振級。 方案二：采用 RC 正弦波振蕩器，由于 RC 振蕩器主要是由電阻和電容組成的，在電路中并沒有諧振回路，因此， RC振蕩器不適合于作為高頻振蕩器。 方案三：采用 LC 三點式正弦波振蕩電路，三點式振蕩電路有電容三點式和電感三點式之分，相對來說，電容三點式的輸出波形相對電感三點式要穩(wěn)定，且頻率變化不會改變電抗的性質(zhì)，因此振蕩器一般都采用電容三點式形式。在 頻率穩(wěn)定度要求不是很高的情況下，可以采用普通的電容三點式振蕩電路，如克拉潑電路和西勒電路。 LC回路由于受到標(biāo)準(zhǔn)性和品質(zhì)因數(shù)的限制，其頻穩(wěn)度一般只能達(dá)到 104數(shù)量級。 為使整機(jī)電路簡單并且頻穩(wěn)度度較高，本機(jī)采用石英晶體振蕩器。 石英是一種各向異性的結(jié)晶體，其化學(xué)成分是二氧化硅。石英晶片所以能做成諧振器，是基于他具有壓電效應(yīng)的原理。晶片的固有機(jī)械震動頻率又稱為諧振頻率，其值與晶片的幾何尺寸有關(guān)，具有很高的穩(wěn)定性 [19]。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作為濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器 決定。與 LC諧振回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，采用高精度和頻穩(wěn)措施后，石英晶體振蕩器可以達(dá)到 104109的頻率穩(wěn)定度。 根據(jù)設(shè)計指標(biāo)的要求晶體振蕩電路如下所示，晶振， C1， C2， C3與 T1構(gòu)成改進(jìn)型電容三點式振蕩電路，振蕩頻率由晶振的等效電容和等效電感決定。電路中的 T1靜態(tài)工作點由 R1R2和 R3決定，在設(shè)計靜態(tài)工作點時，應(yīng)首先決定集電極電流 Icq，一般都取~4mA， Icq過大會引起波形失真，有時還伴隨產(chǎn)生高次諧波 [6]。設(shè)晶 體管β =60，Icq=2mA，cceq VV )31~21(?，由三極管的回路計算方法可推算出 R1=150kΩ， R2=100Ω， R3=3kΩ。晶體震蕩級與小信號放大級聯(lián)合電路圖如圖（圖 311）所示 [3]： 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 此電路中主震級工作在較低的 6MHz 的頻率上，一般晶體振蕩器都能達(dá)到要求，且具有一定的輸出電壓，而且頻率穩(wěn)定度較高，無需進(jìn)行倍頻 [3]。 頻率輸出需要通過 C1微調(diào)，使震蕩頻率穩(wěn)定在 6MHz。 R1 、 R2和 RP0 構(gòu)成分壓式偏置電路， C2和 C3的串接電容直 接并接在晶體兩端，為晶體的負(fù)載電容。主震級的模擬仿真結(jié)果如下（圖 312和圖 313）所示， 由晶振產(chǎn)生的信號由于振幅較小，因此需要加入小信號放大器，從而提高震蕩級的輸出振幅， T1構(gòu)成小信號電壓放大器，由 RP0 控制輸出電壓的振幅。高頻電壓放大器的任務(wù)是將振蕩電壓放大以后送到振幅調(diào)制器，可以選用高頻調(diào)諧放大器。需要使用幾級放大器要看振幅調(diào)制器選擇什么樣的電路型式。如果選用集成模擬乘法器作振幅調(diào)制器，輸入信號是小信號。當(dāng)振蕩器輸出電壓能夠滿足要求時，可以不加高頻電壓放大器。如果采用集電極調(diào)幅電 路，就要使用一至二級高頻電壓放大器，以滿足集電極調(diào)幅的大信號輸入。諧振放大器的調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同，首先應(yīng)調(diào)整每一級所需的直流工作點，但要注意一點：在多級諧振放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測試其直流工作點時，應(yīng)先用示波器觀察一下放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振蕩，應(yīng)先設(shè)法排除它，然后再測試其直流工作點。否則，所測數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。對于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動態(tài)范圍的調(diào)整及測試，一般有兩種方法，一種是逐點法；一種是掃頻法。后者比較簡單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對 于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測試 [6]。 經(jīng)過小信號放大后輸出波形 (圖 314）如下 [5]： 圖 312 晶振產(chǎn)生的載波頻率 圖 313 晶體振蕩器輸 出波形 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 與未加入放大器時相比，波形和頻率都沒有變化，指示振幅（電壓）有所增加。 緩沖隔離級的設(shè)計 為了減小調(diào)制級對主震級的影響，需要采用加入緩沖級的方法。在緩沖隔離級的選擇上不論是在低頻電路還是高頻電路的整機(jī)設(shè)計中，緩沖隔離級常采用射極跟隨器電路 [1]。調(diào)節(jié)射極電阻 Rp1，可以改變射極跟隨器輸入阻抗。如果忽略晶體管基極體電阻rb39。b 的影響，則射極輸出器的輸入電阻 Ri 為 Ri=RB39。//β RL39。 ，式中，RL39。=(R6+Rp1)//Rp2,RB39。=R4//R5，輸出電阻 Ro 為 Ro=(R6+Rp1)//