哈工大高频课程设计讲解

课程设计报告(结题)

题目：中波电台发射和接收系统设计

专 业 电子信息工程 学 生 XXX 学 号 11305201XX 授课教师 赵雅琴 日 期 2015-05-24

哈尔滨工业大学教务处制

目录

一、仿真软件介绍..............................................1 二、中波电台发射系统设计

2.1 设计要求..................................................1 2.2 系统框图..................................................1 2.3 各模块设计与仿真.......................................2

2.3.1 主振荡器设计与仿真......................................2 2.3.2 缓冲级的设计与仿真......................................3 2.3.3 高频小信号放大电路的设计与仿真..........................5 2.3.4 振幅调制电路的设计与仿真................................6 2.3.5 高频功率放大器与仿真....................................8 2.3.6 联合仿真 ...............................................9

三、中波电台接收系统设计

3.1 设计要求..................................................10 3.2 系统框图..................................................11 3.3 各模块设计与仿真.......................................11

3.3.1 混频电路设计与仿真.....................................11 3.3.2 中频放大电路设计与仿真.................................13 3.3.3 二极管包络检波的设计与仿真.............................14 3.3.4 低频小信号电压放大器...................................16

四、总结与心得体会............................................17 五、参考资料.....................................................17

一、仿真软件介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于

板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

二、中波电台发射系统设计

2.1 设计要求

设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试。

技术指标：载波频率535-1605KHz，载波频率稳定度不低于10-3，输出负载51Ω，总的输出功率50mW，调幅指数30％~80％。调制频率500Hz~10kHz。 本设计可提供的器件如下（也可以选择其他元器件来替代），参数请查询芯片数据手册。

高频小功率晶体管 3DG6 高频小功率晶体管 3DG12 集成模拟乘法器 XCC，MC1496 高频磁环 NXO-100 运算放大器 μA74l 集成振荡电路 E183

2.2 系统框图

发射机包括三个部分：高频部分，低频部分和电源部分。

高频部分一般包括主振器、缓冲器、高频小信号放大器、振幅调制电路、高频功率放大器。主振器的作用是产生频率稳定的载波。主振器里比较稳定的是西勒振荡器，再在后面接一个射极跟随器来减小级间影响。

图 1：发射机设计框图

1

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2.3 各模块设计与仿真

2.3.1 主振荡器设计与仿真

主振级是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。

主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路型式。该电路通常采用晶体管LC正弦波振荡器。常用的正弦波振荡器包括电容三点式振荡器即克拉泼振荡器、西勒振荡器。

本级是用来产生1MHz左右的高频振荡载波信号，由于整个发射机的频率稳定度由主振级决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也要有一定的振荡功率，其输出波形失真较小。为此，这里我采用西勒振荡电路，可以满足要求。电路图如下：

各参数计算：

直流电路分析：设直流电源Vcc为12V。主振电路应具有合适的静态工作点，若静态工作点较低，正反馈较强则管子容易进入乙类，丙类放大状态。静态工作点较高，则容易在振荡部分周期内进入饱和区，产生失真。为此，我们将静态工作点设置在远离饱和区，靠近截止区的位置。

设R4=3kΩ，R3=6kΩ，由公式UBQUEQ=3.3V。设R2=2.5kΩ，IEQR1=8V/1.32mA=6.06kΩ。

西勒电路中，L、CΣ需要谐振于f0，现设振荡频率为1.2MHZ，设L=50μF，则由

C2C3C41可得C254pF。其中C我们将C5设成可调电f0C5。

CCCCCC2LC342324容方便调节。由于稳定性的要求，C4要比C2和C3小许多，那么设C2=2000pF，C3=1000pF，

C4=300pF，由公式可得C5=144.913pF。

Rb1V ，Vcc ，UBQ=4V。因为UBE=0.7Rb1Rb2UUBE=1.32mA。由公式Re=BQ，设UCEQ=0.7V，则

IEQ 2

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仿真结果如下：

高频载波波形图

插入探针后的数据如下，基本稳定在1.2MHZ，稳定度大于千分之一，满足频率稳定度要求。

2.3.2 缓冲级的设计与仿真

为了减少后级对主振级振荡电路振荡频率的影响，采用缓冲级。它的输入阻抗高，对前级电路影响小，可以作为多级放大器的第一级；输出阻抗低，带负载能力强，可以作为多级放大器的输出级；由于它的前面两个特点，可以在多级放大器里做缓冲级。 电路图如下：

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缓冲级电路

参数计算过程如下：

这里的静态工作点的射极与本振器相同，电阻和电压的设置使工作在放大状态不失真即可。现选择R6=1kΩ，R7=8kΩ，R8=2kΩ。 与主振器相连后，仿真结果如下：

缓冲级波形图

由仿真结果可得，波形无明显失真，满足技术指标。Vrms变成了443mV，略减小了。

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2.3.3高频小信号放大器的设计与仿真

在经过缓冲级后，载波的电压和电流值都较小，所以需要通过高频小信号放大电路进行放大。

电路图如下：

高频小信号放大电路

参数计算过程如下：

静态工作点应在放大区，且要使整个过程在放大区内。设R5=2kΩ，R3=1kΩ，所以Ub4V，UEQ=3.3V，设R2=10kΩ，得IBQ=0.33mA.由选频电路中心频率为f01.2MHz，设L1=50μF，由f01得C351.8pF，同样为了调节方便，将电容改为可变电容。

2LC取一个负载电阻RF=20kΩ。 仿真过程如下：

高频小信号放大电路波形图与载波波形图

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从示波器示数可知，波形无失真，且起到了电压放大作用。由探针数据可知，输入信号 f1=458mV，输出信号f2=4.02V，Au0= f2/f1=8.78=9.44db。

2.3.4 振幅调制电路的设计与仿真

振幅调制我们用比较简单的乘法器调制。电路图如下：

振幅调制电路图 参数计算过程如下：

设直流电源为2V，调制信号设为有效值1V，频率为10KHz，载波是上一级的输出（Vrms=4V，f=1.2MKZ）。取负载电阻R1=51Ω（去满足发射器输出阻抗的调节，若输出功率满足，就可以直接输出）。 仿真过程如下：

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乘法器仿真结果

用agilent示波器的光标，可得Vmmax=2.28，Vmmin=0.41，其调制指数为

VmmaxVmminma73%，在要求范围内。

VmmaxVmmin

V873V' 由探针示数得RLrms51.05RL，

Irms17.1mA

P'VrmsIrms873mV17.1mA14.9283mW，功率比要求，所以需要高频功率放大电路。

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2.3.5 高频功率放大器的设计与仿真

高频功率放大电路结构比较简单，可按教科书上的设计。

电路图如下：

参数计算过程如下：

谐振选频部分，取C3=50μF，由f0参数为振幅调制器的输出信号参数。 仿真结果如下：

1，可得L1=351.8pH。电源是调制电源，

2LC

高频功率放大电路波形图

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波形无失真，P=Vrms*Irms=49.767mW ，满足要求。

2.3.6 联合仿真 总电路图如下：

仿真过程如下：

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联合仿真波形图

P=VrmsIrms=52.4mW

波形满足要求，且功率基本满足要求。

三、中波电台接收系统设计

3.1 设计要求

本课题的设计目的是要求掌握最基本的超外差接收机的设计与调试。

任务：AM 调幅接收系统设计主要技术指标：载波频率535-1605KHz，中频频率465KHz，输出功率0.25W，负载电阻8Ω，灵敏度1mV。 本设计可提供的器件如下（也可以选择其他元器件来替代），参数请查询芯片数据手册。 晶体三极管 3DG6 晶体二极管 2AP9

集成模拟乘法器 xCC，MCl496 中周 10A 型

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单片调幅接收集成电路 TA71BP

3.2 系统框图

接收机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、低频放大电路、功率放大电路等组成。其系统框图见下：

接收机系统框图

AM信号输入系统后，经过混频器和本地载波混频后产生465kHz的中频调幅信号，中频信号进入中频滤波器取出中频波段信号，信号进入中频电压放大器，经中频放大电压到0.5V以上进入检波器进行检波 ，输出调制信号，调制信号经过低频功放最好输出。 各部分功能：

高频放大：高频放大器是用来放大高频信号的器件（在接收机中，高放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频将从天线上接受到的微弱高频信号进行放大。

混频：将放大后的高频信号与本地振荡的信号进行混频，是原高频信号包络不变但是频率变为465kHz。

中放：将变频后的信号进行放大便于以后的检波。

检波：利用MC1496进行检波，将原基带信号还原出来。

前置低放：将还原出来的音频信号进行电压、功率放大，使其能推动扬声器工作。

3.3 分模块设计

3.3.1 混频电路设计与仿真

混频器的作用是将调幅的高频信号变成调幅的中频信号。完成这个任务它需要三个部分：第一，一个能够产生比外来信号频率高或低465kHz的本机振荡；第二，能够将外来信号和本级振荡信号混合在一起而产生中频信号的混频电路；第三，能够将465kHz的中频信号从混频电路中选出来的选频电路。 电路图如下：

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混频电路图

参数计算过程如下：

中频频率465kHz，设。由于输入信号为1.2MHz，所以本地震荡频率为735KHz。设本地振荡的频率为1V，接收的信号要由实际传输遥远损耗大电压很小，设为5mA。FI为465kHz，所以L1与C2谐振与465kHz。取L=50VμH，可计算的C2=2342.96pF。选通频

R带为200kHz，由于B，可得R=10Ω。

L仿真波形如下：

混频电路波形图

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3.3.2 中频放大电路设计与仿真

中频放大器的主要作用是将混频器中输出的465kHz的中频信号进行选频放大，使其幅

度达到二极管包络检波的要求。这里采用三极管调谐放大器，混频后的中频信号从基极输入，在集电极加选频网路进行选频放大。 电路图如下：

中频放大电路图

参数计算过程如下：

选频网路采用电感部分接入的LC并联谐振回路，其谐振频率为465KHz，设C200pF，

1f0由，，ff0465KHZ2LC11L22480H 223104f0C43.1446510210

设L2400uH,L380uH，为保证品质因数取Rc1500k，Rc22k。由此可求得：

RL31RRc'2c2272kR63kQ449 ，可知选频网路的pL2L36，oL，，

选频效果较好符合要求。设Rb115k，Rb25k，保证三极管工作在放大状态，L1防止

p交流流入直流电源，其余电容为隔直电容。

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仿真过程如下：

示波器前后波形对比

波形合理，由探针数据得，Au=Vrms’/Vrms=226.44=23.55db。

3.3.3 二极管包络检波的设计与仿真

本设计的检波电路采用二极管包络检波。对于二极管包络检波电路，因为二极管只是在输入信号正半周的峰值附近一部分时间导电，二极管一直处于充放电状态，形成锯齿状波形。电路图如下：

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二极管包络检波电路图 参数计算过程如下：

这个过程容易产生失真，在课本上提到的失真由两种：惰性失真和负峰切割失真。

1-ma 不产生惰性失真的条件为：RC由ma0.707，故RC2.19106，设

maf，

C11nF，R12.19k。

2负峰切割失真条件为：ma仿真过程如下：

RL，由ma0.707，得RL5.28k。 RLR

检波成功。

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3.3.4.低频小信号电压放大器 电路图如下：

数据：

A=Vrms’/Vrms=28.8=14.6db

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四、总结与心得体会

总结：

设计电路仿真时遇到很多困难，由其是失真问题，穿插在整个设计过程中。我只有不断分析和经人指导，才能找到一些细小的错误，所以花费了很多的时间。实际的设计电路要比书上的理论电路复杂许多，还有一些用来辅助的非高频内容也要参杂进来，我还需要进行更广泛的学习。在这里，实际的了解电路才更加重要，会运算是远远不够的，遇到问题也需要仔细分析才能发现。

心得体会：

1.主要收获是自己对高频方面知识的加强与巩固，让自己理解高频电路更深，更能灵活运用知识。

2.这个有别于普通教学的体会，让我体会到了吧知识实际运用时候的困难，增强了我解决实际困难的能力。

3.让我了解熟悉之后会经常用的仿真软件Multisim。

五、参考文献

阳昌汉.高频电子线路.高等教育出版社。 网上电路资料（低频电压放大器）。

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