【正文】 的認識。 在實際的廣播發(fā)射系統(tǒng)中，中波調(diào)幅的頻率范圍為 535 ～ 1605 千赫，音頻信號中的高音頻率應該被限制在 千赫以下，發(fā)射功率需要達到 300W 以上才能使空間覆蓋面達到比較好的狀態(tài)，此次設計需要在實驗室環(huán)境中研究發(fā)射機的工作原理與原件選擇，因此，根據(jù)實驗室條件適當降低技術(shù)指標，載波頻率采用實驗室較為常用的 6MHz，單音頻調(diào)制信號選擇 1KHz，發(fā)射機功率初步定為 1W。課題以電子線路課程設計實踐教學為應用背景，在仿真軟件與實驗室中完成一個完整的調(diào)幅發(fā)射機，并實現(xiàn)無線電報功能。一般來說，簡易發(fā)射機主要分為低頻部分、高頻部分、以及電源部分。 低頻部分主要包括：話筒、低頻電壓放大級、低頻功率放大級以及末級低頻功率放大級等。 盡管調(diào)幅廣播的帶寬只有 9kHz 或 10kHz，音質(zhì)無法與調(diào)頻立體聲相比，但是由于調(diào)幅廣播發(fā)展時間最久，全球標準統(tǒng)一，在任何地方購買的收音機在全球各地都能使用，接收工具簡單，而且可以方便地進行室內(nèi)、外的便攜接收與車、船中的移動接收。 據(jù)統(tǒng)計，全世界現(xiàn)在已有 3333 座短波發(fā)射臺， 12590 座中波發(fā)射臺， 25 億臺調(diào)幅收音機，其中 7 億臺可收短波廣播。中國這樣的大國不容易由調(diào)頻 (FM)廣播覆蓋，因而調(diào)幅廣播仍然具有很大的市場。就是載波幅度按照給定調(diào)制信號瞬時值函數(shù)改變的調(diào)制 方式。 調(diào)幅特點 一種調(diào)制方式，屬于基帶調(diào)制。其中，載波信號的振幅隨著調(diào)制信號的某種特征的變換而變化 [2]。也就是說，通過用調(diào)制信號來改變高頻信號的幅度大小，使得調(diào)制信號的信息包含入高頻信號中去，通過天線把高頻信號發(fā)射出去，然后就把調(diào)制信號也傳播出去了。 功 率放大電路 放大電路的基本原則 3 （ 1)輸出功率大 要求輸出功率盡可能大是為了獲得較大的功率輸出，此時應該讓功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運用狀態(tài)下工作 [3]。所謂效率其定義式就是負載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。 （ 3)非線性失真要小 功率放大電路工作在大信號狀態(tài)下，所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，往往 其非線性失真越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。 放大電路的工作狀態(tài) （ 1)甲類放大 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]。 （ 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 ci 0 ，稱為甲乙類放大[4]。 （ 1）發(fā)射功率 4 發(fā)射功率一般是指發(fā)射機輸送到天線上的功率。波長與頻率的關(guān)系為：λ = c/f[1]。對調(diào)頻發(fā)射機，工作頻率一般選在超短波（ 30300MHZ）范圍內(nèi)；對于調(diào)幅發(fā)射機一般在中頻（ ）和高頻（ 330MHZ）范圍內(nèi) [2]。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。 Multisim 軟件的特點： 能力 分析手段等 [6]。 （ 3）設計指標： 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載阻抗： RL=75Ω；發(fā)射功率： Po≥ 1W；效率：η c≥ 60％以上。 6 第二章 小功率調(diào)幅發(fā)射機方案設計及單元電路方案選擇 發(fā)射機的總體方案設計 簡易的調(diào)幅發(fā)射機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)信號進行功率放大，最后由天線輻射到空間進行傳播。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。 發(fā)射機的主要任務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]。 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行調(diào)制。 緩沖級：將晶體振蕩級與振幅調(diào)制級隔離，減少振幅調(diào)制級對晶體振蕩器的干擾。 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。 單元電路形式選擇 本機振蕩電路 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。本機設計要求頻穩(wěn)度要達到 10exp(4)，一般的 LC 振蕩電路頻穩(wěn)度約為 2310 10??，達不到設計要求，因此由于本機頻穩(wěn)度 要求較高，可以采用晶振作為主振級振蕩器，從而可以達到較高的頻率穩(wěn)定度 [1][2][5]。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。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。 振幅調(diào)制電路 振幅調(diào)制器的任務是將所需傳送的信息“加載”到高頻振蕩電壓中，從而以調(diào)幅波的形式將已調(diào)信號發(fā)射出去。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，因此本機采用模擬乘法器 MC1496 構(gòu)成調(diào)幅電路 [6]。 功率放大級 功率放大器是調(diào)幅發(fā)射機的最末級，它的主要任務就是要發(fā)射出發(fā)射機設計指標所要求的輸出功率。 傳輸線與天線 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]。這里面就必須涉及到兩個概念： 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準的無線設 [6]。 9 第三章 單元電路的設計與仿真 主振級與小信號電壓放大級的設計 主振級是調(diào)幅發(fā)射機的核心部件，其性能的好壞直接影響到發(fā)射信號的質(zhì)量，因此，主振級產(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 正弦波振蕩器等。 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。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。 為使整機電路簡單并且頻穩(wěn)度度較高，本機采用石英晶體振蕩器。石英晶 片所以能做成諧振器，是基于他具有壓電效應的原理。 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。 根據(jù)設計指標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。設晶體管β =60，Icq=2mA， ，由三極cceq VV )3/1~2/1(?管的回路計算方法可推算出 R1=150kΩ， R2=100Ω， R3=3kΩ。 頻率輸出需要通過 C1 微調(diào)，使振蕩頻率穩(wěn)定在 6MHz。主振級的模擬仿真結(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，從而提高振蕩級的輸出振幅， T1 構(gòu)成小信號電壓放大器，由 0pR 控制輸出電壓的振幅。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。當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。諧振放大器的調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同，首先應調(diào)整每一級所需的直流工作點，但要圖 311 主振級單元 電路 圖 312 晶振產(chǎn)生的載波頻率 圖 313 晶體振蕩器輸出波形 11 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。如果已經(jīng)有自激振蕩，應先設法排除它，然后再測試其直流工作點。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。但由于其頻標較粗，對于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測試 [6]。 緩沖隔離級的設計 為了減小調(diào)制級對主振級的影響，需要采用加入緩沖級的方法。調(diào)節(jié)射極電阻 Rp1，可以改變射極跟隨器輸入阻抗。b 的影響，則射極輸出器的輸入電阻 39。6 1 2( ) //L p pR R R R??, 45//BR R R? ? ，輸出電阻 Ro 為 Ro=(R6+Rp1)//r0 。緩沖隔離級單元電路圖（圖 321）如右： 電壓放大倍數(shù) VA 為： 圖 314 經(jīng)小信號放大器后輸出載波 LmLmV RgRgA ?? ?? 1 12 式中， mg —— 晶體管的跨導，一般情況下 。晶體管靜態(tài)工作點應位于交流負載線的中點，一般取 ， 3 10CQI mA?。 10RB BQII?， βCQBQ II ? ， KI c qV c e qI e qV e qRkRbV e qV b qV c cR1010 ) c c105????????β （ 估算功率激勵級的輸入阻抗為 335Ω，即射隨器的負載電阻 Rp2=335Ω，并可計算出射隨器的輸入電阻 Ri，即 3 .6Bi LRRKR? ?? ? ?? 輸入電壓 Vi 為 為減 小射隨器對前級振蕩器的影響，耦合電容 C1 不能太大，一般為數(shù)十皮法。 語音放大級電路設計 語音放大器主要是對語音信號進行放大和限頻，經(jīng)過放大后的語音信號送入調(diào)制級對高頻載波信號進行調(diào)制，本機采用 LM386 進行語音功率放大。信號由 3 腳引入，經(jīng)放大后由 1 腳經(jīng)輸出電容1???LmRg CCCEQVV 21??? iii RPV圖 321 緩沖隔離級單元電路 13 C8 送到受調(diào)放大級。RP4 越小，電路增益越高；反之，增益越小 [9]。完成這種調(diào)制過程的裝置稱為振幅調(diào)制器。調(diào)制過程如圖所示： 圖 331 語音放大級電路 圖 332 音頻放大器輸出波形模擬圖 14 (1)普通調(diào)幅信號的數(shù)學表達式 為了突出基本概念，簡化分析，假設調(diào)制信號為單頻等幅余弦波，即 tUtU m ?? ?? c os)( （ 341） 設載波電壓為 tUtU ccmc ?c os)( ? （ 342） 通常載波頻率遠遠大于調(diào)制頻率，即滿足 c? ? ，根據(jù)調(diào)幅 的定義可直接寫出調(diào)幅波的表示式 ttmUttUtU cacmcAM ?? c o s)c o s1(c o s)()( ???? （ 343） （ 2）調(diào)幅度的定義 調(diào)幅度（又稱調(diào)制度或調(diào)制指數(shù)）反映了調(diào)制信號對高頻載波幅度的控制能力，它是mac UkU ??? 與載波振幅之比，即 cmmacmca UUkUUm ???? （ 344） 式中， ak 為比例常數(shù)。因此，在調(diào)制信號的一個周期內(nèi)調(diào)幅信號的最大振幅為 )1(m a x acmcm mUU ?? ，最小振幅為 )1(m in acmcm mUU ?? ，由此可得調(diào)幅度， m inm a xm inm a xcmcmcmcma UU UUm ??? （ 345） 由上式可得調(diào)幅度還可以表示為 %100???? BA BAma （ 346） 式中， max2 cmUA? ； min2 cmUB? 。 根據(jù)設計指標的要求以及為了最大程度的減小各極間的干擾，本機采用模擬乘法器作為調(diào)幅電路，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。乘法器的靜態(tài)偏置電流主要由內(nèi)部恒流源 Io 的值來確定 ,Io 是第 5 引腳上的電流 I5 的鏡像電流，改變電阻 R25 可調(diào)節(jié) Io 的大小。為了使輸出上，下調(diào)制對稱，在設計外部電路時，還應使 V12=V6， V8=V1