【導讀】實踐教學為應用背景，通過查閱大量教學文獻，并結合專業(yè)基礎課程教學需要，系列完整設計工作。

　　

【正文】 蕩分為低頻寄生震蕩和高頻或超高頻寄生震蕩，低頻寄生震蕩的頻率低于放大器的 工作頻率，高頻寄生振蕩的頻率高 于放大器的工作頻率。下圖（圖 362）表示出疊加入低頻自激后的輸出波形。 圖 361 1/2基波的影響 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 27 低頻寄生振蕩一般是由功放輸入輸出回路中的分布電容引起的，消除辦法是設法破壞他的正反饋支路，例如減小基極回路線圈電感量或串入電阻Rf，降低線圈的 Q 值等。 高頻寄生振蕩一般由電路的分布參數（分布電容，引線電感）影響造成的。消除高頻寄生振蕩的有效辦法是盡量減小引線的長度，合理布局元器件或基極回路接入防振電阻等 [6]。 天線的相關知識及設計 天線的輸入阻抗就是指天線饋電端輸入電壓與輸出電流的比值。天線與饋線 的連接，最佳情形就是天線的輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特征阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能的接近饋線的特征阻抗。一般移動通信的天線的輸入阻抗為 50Ω [6]。 所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面使使地面表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統中，一般采用垂直極化的傳播方式 [6]。 天線的增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信息的能力，一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。表征天線增益的參數主要是 dBd 和 dBi。 Dbi 是相對于點源天線的增益，在各方向的增益是均勻相同的， dBd 相對于對稱陣子天線的增益 dBi=dBd+。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠 [6]。 在日常的移動通信應用技術中，拉桿天線是我們經常接觸到的，雖然發(fā)射機應用圖 362 低頻寄生振蕩的影響 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 28 時其覆蓋面積不是很大，但是由于其價格低廉，方便實用，因此得到了普遍的應用。由于天線的長度必須與信號的波形相比擬時，信號才能被有效的輻射，我們知道天線傳播一般都是以波長的 1/4 奇數倍進行傳播，所以在做天線時為了縮小長度一般選取波長的 1/4 作為天線的長度，這樣不僅能達到最佳的傳播性能，而且也節(jié)省了空間和物質消耗。在真空中信號的傳播速度為光速，本機的中心頻率為 6MHz，因此，由公式 波長 =速度／頻率可得到信號波長為 米，由于天線長度比較長，因此可以采用螺旋形式的天線。與常規(guī)的拉桿天線相比，螺旋式天線提供了較短的物理長度，但與 1/4波長的拉桿天線比較起來，它的帶寬更有限。螺旋式天線不是將元器件直線延長到 1/4波長，而是將天線螺旋纏繞成一個線圈。單元中的金屬線與直線拉桿天線有同樣的電子長度，但整體物理長度變短，并且在盤繞后顯得更加靈活。螺旋式天線的接收效率通常不如直線 1/4 波長的拉 桿天線，但是在某些應用場合中更加關注天線的耐用性而不是有效性。 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 29 4 單元電路調試與整機統調 整機電路的設計計算順序一般是從末級單元電路開始，向前逐級進行。而電路的裝調順序一般從前級單元電路開始，向后逐級進行。電路的調試順序為先分級調整單元電路的靜態(tài)工作點，測量其性能參數，然后再逐級進行聯調，直到整機 [9]。 主振級調試 按設計的電路安裝好本振級后，調整晶體管的工作點，使震蕩管電流 為 3mA 左右，適當調整 C1，使輸出頻率維持在 6MHz 左右，幅度置為 40mV，波形為正弦波。此部分單元電路調試時，最好先斷開與后級調制電路的接線，以免后級調制電路對主振級造成影響，將此單元電路調試好后，在把電路產生的標準的正弦波輸送到調制級以供后級進行調制和功率放大。 晶振級與緩沖級聯調時可能出現緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況。產生的主要原因是緩沖隔離級的輸入阻抗比較小，從而使主振級負載較重。此時，可通過調節(jié)緩沖隔離級的射級電阻 RP1 來提高緩沖隔離級的輸入阻抗，也可以減小主振級和緩沖級的耦合及減小 C4 來調整輸出波形。 信號調制級調試 本機調制級主要采用 MC1496 進行模擬信號的調制，為使 MC1496 工作在最佳狀態(tài)，并且使輸出已調信號失真度更小，在 MC1496 周邊需外加調平衡電路，調制部分的作用主要是將低頻的音頻信號加載到高頻載波中去，從而增大有用信號的功率，再通過天線輻射到空間中去，此部分的調試，一般是通過改變輸入音頻信號的幅度來調節(jié)輸出已調信號的調幅度。調節(jié)電路中的 RP3 即可達到調節(jié)輸入音頻信號幅度大小的目的，改變音頻信號大小得到盡可能大的調幅度 Ma（注意防止產生過調幅失真），測得調幅度大小 滿足設計指標要求后，將已調信號輸送到后級進行功率放大，進而通過天線輻射到自由空間中去 [26]。 功率放大級調試 功率放大級的主要作用是將前級產生的已調信號進行功率放大，先通過激勵級（甲類諧振功率放大級）進行電壓的放大，然后再加入丙類諧振功率放大器進行功率的放大，在此電路調試中難點在于線圈的繞制，不恰當的繞制方法或者錯誤的線圈繞制匝數可能會造成輸出波形失真或者雜波較多，因此，需要根據實際情況進行線圈匝數的河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 30 調節(jié)以及相應繞制方法的變動 [18]。 另外，功率放大器工作不正常時可能會出現嚴重自激，功放自激時 集電極電流會突然增大至上百毫安以上（正常工作時集電極電流在 40~50mA 以下），這時功放管發(fā)熱嚴重，時間長了很可能就會燒壞，因而必須時刻注意防止功率放大器產生自激。自激的原因是多方面的，比如分布參數大，布線不合理，電感線圈繞的不規(guī)則，晶體管性能不佳，信號過大，波形失真，輸入電路匹配不佳，沒有完全調諧等都會造成自激。為了消除或者防止自激，一般電路調整時應先將電源電壓降低到正常工作的 31 或者 21使用，信號應調到較小的數值，諧調時注意選擇匹配狀態(tài)。為了消除自激現象在功率放大器基極電路和集電極電路中可串接小電阻，待電路正常工作后慢慢升高信號電壓和電源電壓。功率放大器最終調整到等效負載為 51Ω時得到一定的電壓值為止。 功率激勵級與功率放大級聯調時，往往也會出現高頻自激、輸出功率較小、波形失真較大等現象。產生的原因可能是級間通過電源產生串擾或是甲類功放與丙類功放的阻抗不匹配，級間相互影響。這可在每一級單元電路的電源上加低頻或高頻去耦電路，以消除來自電源的串擾，也可 以重新調整諧振回路，使回路諧振 [19][20]。 整機統調 由于將最后一級接上后，輸入阻抗值不再等于之前的假負載的阻抗值，因而可能會產生回路失諧的情況，所以還要進行統調工作。重新對可變電容進行調整，重復改變耦合電容，直至達到要求為止。調好后，接入調制信號，觀察調幅波形，改變音頻信號發(fā)生器輸出電壓，使音頻電壓幅值變化，觀察包絡的變化，在調制過程中還可能出現輸出波形不純，存在諧波分量的問題，因而還需要返回前級重新調節(jié)。最終已調信號波形（圖 441）如下 [8]： 圖 441 最終已調信號波形 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 31 主要技術指標測試方法 （ 1）輸出功率 在末級負載 RL 上輸出的最大不失真的功率即為高頻功放的輸出功率。如總電路圖所示，負載 RL與丙類諧振功率放大器的諧振回路之間采用變壓器耦合連接方式，從而能夠實現阻抗匹配的作用，集電極回路的諧振阻抗 R0 上的功率等于負載 RL 上的功率，所以可以將集電極的輸出功率視為高頻功放的輸出功率， 02102 1110 212121 RVRIIVP MCMCmcmc ??? （ 451） 測量功放主要技術指標的電路如圖 451 所示，其中高頻信號發(fā)生器提供激勵信號電壓與諧振 頻率，示波器檢測波形失真，直流毫安表測量集電極的直流電流，高頻電壓表 V測量負載 RL 的端電壓，只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時才能進行各項技術指標的測量。可以通過高頻電壓表 V及直流毫安表 mA 的指針來判斷集電極回路是否諧振，即電壓表 V的指針為最大值，毫安表 mA 的指針為最小值時集電極回路處于諧振狀態(tài)（或用掃頻儀測量）。 放大器輸出功率可以由下式計算： LLRVP 20? （ 452） 式中， VL 為高 頻電壓表 V的測量值。 （ 2）效率 功放的能量轉換效率主要由集電極的效率所決定，所以常將集電極的效率視為高頻功放的效率，用 ? 表示，即 DCPP?? （ 453） 圖 451 所示電路可以用來測量功放的效率，集電極回路諧振時， ? 的值由下式計算： CCCOLLDC VI RVPP2??? （ 454） 式中， LV 為高頻電壓表的測量值； CDI 為直流毫安表的測量值。 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 32 （ 3） 功率增益 功放的輸出功率 P0與輸入功率 Pi之比稱之為功率增益，用符號Ap 表示， icp PPA? （ 455） 圖 451 高頻功放的測試電路 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 33 5 硬件電路調試過程及示波器圖像 在軟件仿真的基礎上，通過硬件的實踐與焊接，可以使我們不僅對本課題的理論知識有更好的掌握，更使我們在電子相關專業(yè)的實踐能力上有進一步的提高，在實踐中還可以對理論設計內容進行驗證與優(yōu)化，從而在理論和實踐相結合的過程中不斷提升自己的專業(yè)課知識。 主振級硬件電路以及示波器圖像 主振級硬件電路如圖（圖 511）所示，接通電源后，如 果此時在單元電路后的測試點處輸出波形為 6MHz 的正弦波，則此部分硬件電路滿足設計指標要求，如果輸出波形不是 6MHz 的正弦波，則應該調節(jié) C1 的輸出波形滿足 6MHz 的正弦波要求，此外，調節(jié) RP0 可以改變輸出正弦波的電壓幅值，一般使輸出信號幅值在 40mV左右即可。 主振級示波器圖像如圖（圖 512）所示。 音頻信號輸入級硬件電路以及示波器圖像 圖 511 主振級硬件電路圖 圖 512 主振級示波器圖像 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 34 音頻信號輸入級硬件電路如圖（圖 521）所示，首先接入 +12 電源，然后在話筒輸入端接入信號發(fā)生器，此時注意調節(jié)輸入信號的 幅值，信號發(fā)生器默認的輸入信號幅值為 1V，但是對于 LM386 來說輸入幅度過大，會產生很大的失真，失真圖如圖（圖 522）所示，此時，應該調節(jié)輸入信號的輸入振幅值，輸入信號振幅值在 3080mV左右時，輸出信號的波形比較穩(wěn)定，經 LM386 放大后的如圖（圖 523）所示。 振幅調制級硬件電路以及示波器影像 模擬乘法器需要 +12V和 8V雙電源供電，因此，除了接入 +12V電源外，還需接入 8V電源，輸入信號分別接入高頻載波和音頻調制信號，輸出端可看見完整的已調信號，此時，如果輸出信號有少量失真或 者波形出現不對稱現象，可以調節(jié) RP3 達到調節(jié)MC1496 的平衡電路的作用，調節(jié)時注意微圖 521 音頻信號輸入級硬件電路 圖 522 音頻信號振幅過大時失真圖 圖 523 音頻信號輸出波形輸出波形 圖 531 振幅調制級硬件電路 河北工業(yè)大學城市學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 35 調，較大的變動可能會使失真更加嚴重。 調節(jié)輸入音頻信號的振幅值，可以得到調幅度不同的已調波形，下圖所示為調幅度分別為 和 1 時的已調波波形。當輸入音頻信號的幅度較大時，容易產生過調幅失真，此時，應減小輸入音頻信號的輸入振幅值。 當輸入音頻信號振幅值為 0mV 時，觀察示波器輸出波形為 6MHz 正弦波，表明已調信號確實由音頻信號和載波信號調制而成，當音頻信號輸入為 0 時，已調信號為載波信號，符合調制定義。 功 率放大級硬件電路以及示波器圖像 本機的功率放大級采用兩級功放設計，由于調制級輸出信號電壓幅度比較小，不滿足丙類諧振功率放大器的輸入電壓要求，因此，首先需要在調制級后邊接入一級甲類功放，以提高調制信號的電壓幅度，我們稱此級甲類功放為激勵級，激勵級同樣采用諧振功率放大器形式，其初級與次級線圈匝數比為 3:1，為使信號失真較小，初級線圈繞置26 圈，次級線圈繞置 9 圈。下圖所示