高频课程设计-调相放大器.doc

1、 设计内容与设计要求一、设计内容1、单频调相放大器设计2、以多级变容二极管调相模块为核心，完成调制信号产生、放大、调相和功率真放大器电路的设计3、相关元件参数及元件选择要求。二、总体要求1、给出具体设计思路和系统实现的框图，系统总体框图打印出图纸。2、给出调制信号产生、放大、调相和功率真放大器电路的具体实现电路，说明其工作原理；对选择回路或滤波器给出元件参数要求。3、编写设计说明书，所有图纸和说明书均用 16K 纸打印。三、电路指标要求1、调制信号频率 1000HZ2、载波频率为 10MHZ3、最大相偏： 24、回路空载品质因素 Q0=100四、给定条件1、+VCC=812V2、主要器件：变容

2、二极管、三极管、电阻、电容、电感若干。主要设计条件1、提供直流电源一台；2、其它必要的仪器和连接导线等；3、计算机。说明书格式1、课程设计封面；2、任务书；3、说明书目录；4、设计总体思路及系统框图；5、电路设计；6、总结与体会；7、附录；10、参考文献；8、电路器件连接总图。进度安排十五周星期一上午：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；十五周星期一下午至星期三上午：查找资料，确定总体设计方案，画出整机原理图草图；十五周星期三下午至星期五：具体电路设计；十六周星期一上午至星期星期五上午书写设计报告打印出图纸。十六周星期五下午：答辩。 参考文献1. 张肃文主编.， 高频电子线路 ，高等教育出版社

3、.。2. 谢自美主编， 电子线路设计、实验、测试 ，华中理工大学出版社。3. 沈伟慈主编， 通信电路 ，西安电子科技大学出版社。目 录一、总体设计思路、基本原理和组成 .11.总体思路 .12.基本原理 .13.系统组成 .2二、单元电路设计 .31. 载波信号 10MHz 产生电路 32. 调制信号 1000Hz 产生电路 .53. 前置放大电路 64. 调相电路 75. 谐振功率放大及匹配网络电路 .10三、总结与体会 13四、参考文献 14五、附 录 15电路器件连接总图 15六、评分表 161一、总体设计思路、基本原理和组成1.总体思路相 位 调 制 电 路 是 使 受 调 波 的 相

4、 位 随 调 制 信 号 而 变 化 的 电 路 。调 相 波 与 调 频 波 的 差 别 是 调 相 波 的 瞬 时 相 位 的 变 化 与 调 制 信 号成 线 性 关 系 ,调 频 波 的 瞬 时 频 率 与 调 制 信 号 成 线 性 关 系 。 正 弦载 波 的 瞬 时 相 位 随 调 制 信 号 而 变 化 的 调 制 ， 简 称 调 相 (PM)。正 弦 波 调 相 器 分 直 接 调 相 和 间 接 调 相 两 类 。 前 一 种 方 法 利 用 调制 信 号 直 接 改 变 谐 振 回 路 的 参 数 ， 使 载 波 （ 受 调 波 ） 信 号 通 过回 路 时 产 生 相

5、移 而 形 成 调 相 波 。 现 介 绍 这 么 一 种 简 易 的 相 位 调制 电 路 ， 该 电 路 的 调 制 信 号 由 RC 桥 式 震 荡 电 路 产 生 ， 经放 大 后 和 载 波 信 号 经 相 位 调 制 器 后 ， 输 出 调 相 波 ， 输 出 的 调相 波 经 前 置 放 大 后 再 经 过 功 率 放 大 ， 最 后 通 过 匹 配 网 络 匹配 后 就 可 产 生 用 于 天 线 发 送 的 调 相 波 。2.基本原理低 频 调 制 信 号 频 率 为 1000Hz， 可 用 RC 桥 式 电 路 实 现 。高 频 载 波 信 号 频 率 为 10MHz， 采

6、 用 频 率 稳 定 度 高 的 石 英 晶 体震 荡 器 ， 使 晶 体 作 为 电 感 元 件 接 入 谐 振 回 路 ， 构 成 并 联 型 晶 体振 荡 器 。 相 位 调 制 是 通 过 一 个 可 控 相 移 网 络 使 角 频 率 为 c 的 高 频 载 波 uc(t) 产 生 受 调 制 电 压 u (t)控 制 ,满 足 =kpu (t)的 关 系 的 相 移 ,即 实 现 调 相 。 高 频 载 波信 号 由 晶 体 震 荡 器 产 生 ， 低 频 调 制 信 号 用 RC 震 荡 电 路 产 生 ，经 放 大 后 与 载 波 信 号 一 同 送 入 可 控 相 移 网 络

7、 ， 可 控 相 移 网络 以 多 级 变 容 二 极 管 调 相 模 块 为 核 心 进 行 相 位 调 制 。 最 后调 相 后 的 信 号 经 功 率 放 大 后 输 出 。3.系统组成调制信号 1KHz（低频信号采用 RC震荡电路产生）载波信号 10MHz（高频信号采用晶体震荡电路产生）2调相网络（用 调 制 信 号 改 变 谐 振回 路 参 数 ， 使 载 波 信号 通 过 回 路 时 产 生 相 移而 形 成 调 相 波 ）二、单元电路设计1. 载波信号 10MHz 产生电路 晶 体 振 荡 器 有 并 联 型 晶 体 振 荡 器 和 串 联 型 晶 体 振 荡 器 。并 联 型

8、晶 体 振 荡 器 ： 将 石 英 晶 振 作 为 等 效 电 感 元 件 用 在 三 点 式放大器（采用三极管共射放大器对调制信号进行放大）前置放大（对产生的调相信号进行放大，提高到功率放大级的输入范围）功率放大（丙类谐振功率放大，增大输出功率）LC 匹配网络（ T 型 选 频 网 络 ， 选 出 有 用 信 号频 率 ， 起 到 阻 抗 变 换 的 作 用 ）3电 路 中 ， 且 工 作 在 感 性 区 ， 称 为 并 联 型 晶 体 振 荡 器 。 此 时 ， 石英 晶 振 接 在 晶 体 管 、 极 之 间 称 为 皮 尔 斯 振 荡 电 路 ， 接 在晶 体 管 、 极 之 间 称

9、为 密 勒 振 荡 电 路 。本 电 路 利 用 皮 尔 斯 振 荡 电 路 原 理 产 生 10MHz 载 波 信 号 ，与 晶 体 管 Q1 发 射 极 相 连 的 为 电 容 ， 晶 振 作 为 电 感 元 件 接 在 Q1基 极 与 集 电 极 之 间 ， 构 成 三 点 式 震 荡 。 振 荡 频 率 几 乎 由 石英 晶 振 的 参 数 决 定 , 而 石 英 晶 振 本 身 的 参 数 具 有 高 度 的 稳 定性 。 其 中 C18 为 加 入 的 微 调 电 容 ， 用 以 微 调 回 路 的 谐 振 频 率 ，保 证 电 路 工 作 在 标 称 频 率 10MHz 上 。

10、电 路 及 等 效 电 路 如 下图 所 示 ：图 1-1 10MHz 晶 体 震 荡电 路 图 1-2 交 流 等 效 电 路石 英 晶 振 的 阻 抗 频 率 特 性 ： 石 英 晶 振 的 符 号 和 等 效 电 路 如图 1-3 所 示 ：4图 1-3 石 英 晶 振 及 等 效 电 路由 图 1-3（ b） 可 求 得 石 英 晶 振 的 接 入 系 数 ：n=Cq (C0+Cq )很 小 ， 所 以 外 接 元 器 件 参 数 对 石 英 晶 振 的 影响 很 小 。 英 晶 振 的 频 率 稳 定 度 非 常 高 。 对 于 石 英 晶 振 并 联 谐 振 频 率 fp、 串 联

11、 谐 振 频 率 fs， 由于 Cq C0 很 小 ， 其 值 很 相 近 ， 并 且 在 其 间 电 抗 呈 感 性 ， 同 时具 有 很 陡 峭 的 电 抗 频 率 特 性 ， 曲 线 斜 率 大 ， 从 而 有 利 于 稳 频 。电 抗 频 率 特 性 曲 线 如 图 1-4 所 示 ：图 1-4 石 英 晶 振 的 电 抗 频 率 特 性并 联 谐 振 频 率 ：5qsqqp CfCLf 00212. 调制信号 1000Hz 产生电路调 制 信 号 频 率 为 1000Hz， 可 用 低 频 RC 桥 式 震 荡 电 路 产生 。 电 路 如 图 2-1 所 示 ：图 2-1 1000

12、Hz RC 桥 式 震 荡 电 路图 2-1 中 RC（ R4， C8， R5， C9） 串 并 联 网 络 接 在 运 算放 大 器 的 输 出 端 和 同 相 输 入 端 构 成 了 带 有 选 频 作 用 的 正 反 馈 网络 ， 另 外 R6、 R7 和 R8 接 在 运 算 放 大 器 的 输 出 端 和 反 向 输 入端 之 间 ， 与 运 放 一 起 构 成 负 反 馈 放 大 电 路 。负 反 馈 闭 环 电 压 放 大 倍 数 ： ；8761RA稳 频等 效 LLXL 100 01fs6振 幅 起 振 条 件 ： ， 即 （ R6+R7） 38761|RA2R8；相 位 起

13、振 条 件 ： ；0af所 以 取 R6+R7=15.3k， R8=6.2k，震 荡 频 率 f=1000Hz， ，410.fC取 R4=R5=16K， 则 C8=C9=10nF， 即 可 产 生 频 率 为1000Hz 的 正 弦 信 号 。稳 幅 过 程 ： 图 2-1 中 二 极 管 D1， D2 用 以 改 善 输 出 电 压 波 形 ，稳 定 输 出 幅 度 。 起 振 时 ， 由 于 运 放 输 出 电 压 很 低 ， D1， D2接 近 开 路 ， R6， D1， D2 并 联 电 路 的 等 效 电 阻 近 似 等 于R6， |AF|1， 电 路 产 生 震 荡 ， 随 着 运

14、 放 输 出 电 压 的 增 大 ， 当R6 上 的 分 压 超 过 二 极 管 正 向 导 通 电 压 时 ， 流 过 R6 上 电 流被 分 流 ， 负 反 馈 支 路 反 馈 系 数 增 大 ， 迫 使 |AF|逐 渐 等 于1， 最 终 电 路 进 入 稳 幅 工 作 状 态 。3. 前置放大电路由 于 信 号 发 生 电 路 产 生 信 号 幅 度 一 般 较 小 ， 所 以 需 对 产 生的 信 号 首 先 进 行 前 置 放 大 后 使 其 满 足 下 一 级 的 输 入 信 号 范围 ， 再 输 入 到 下 级 电 路 中 ， 可 以 用 三 极 管 放 大 电 路 实 现 。

15、 本电 路 采 用 共 发 射 极 放 大 电 路 实 现 信 号 的 放 大 。 使 发 射 极 正偏 ： VbVe， 且 Vbe0.6V， 集 电 极 反 偏 Vb 1V， 使 三 极 管 工 作 在 甲 类 放 大 状 态 。 放 大 电 路 如 图3-1 所 示 ：7图 3-1 共 射 放 大 器4. 调相电路本 设 计 要 求 最 大 相 偏 为 ， 由 于 单 级 变 容 二 极 管 调 相 电2路 最 大 相 偏 为 ， 所 以 得 采 用 三 级 单 回 路 变 容 二 极 管 调 相6电 路 ， 扩 大 相 偏 ， 最 大 相 偏 。 电 路 如 下 图 所 示 。63图 4

16、-1 变 容 二 极 管 调 相 电 路84.1 变 容 二 极 管 调 相 电 路 组 成电 路 及 等 效 电 路 如 图 所 示 ：图 4-1-1 变 容 二 极 管 调 相 电 路 图 4-1-2 等 效 电 路当 时 ， 即 时 ， 即 构 成 调 相 电 路 。133CR13R4.2 工 作 原 理（ 1） 当 时 ， 变 容 二 极 管 反 向 电 压 ， 谐0)(tVQrV振 回 路 谐 振 频 率 为 。cjwCL21输 出 电 压 与 输 入 电 压 同 相 。)(tVQr（ 2） 当 时 ， 变 容 二 极 管 反 向 电 压 加 大 ，0)(tV jC减 小 ， 谐 振

17、 回 路 谐 振 频 率 为 cjCL219输 出 电 压 的 相 位 为 。twc（ 3） 当 时 ， 变 容 二 极 管 反 向 电 压 减 小 ， 增0)(tV jC大 ， 谐 振 回 路 谐 振 频 率 为 cjCL21输 出 电 压 的 相 位 为 。twc附 加 相 移 在 调 制 信 号 控 制 下 变 化 ， 导 致 输 出 电 压 的 相 位 也随 调 制 信 号 变 化 ， 从 而 实 现 调 相 。4.3 调 相 分 析设 输 入 载 波 信 号 twVtccmcos)(调 制 信 号 变 容 二 极 管 作 为 回 路 总 电 容 ， 当 m 很 小 时 ， 回 路 的

18、 谐 振 频率 为 ： )()cos21() ttt CCm输 出 电 压 ： )cs()(tZItVCc分 别 是 谐 振 回 路 在 上 呈 现 的 阻 抗 幅 值 和 相 移 。和)(CZcw在 失 谐 不 大 的 条 件 下 , tQC2artntgrad时 ，当 6)(2)(2ttQCCCtmtcos2)()(mQQpp10coscos)()( tmtZItVpCcm实 现 线 性 调 相 的 条 件 ： )6(prad5. 谐振功率放大及匹配网络电路为 了 满 足 发 射 输 出 的 高 功 率 ， 所 以 得 对 产 生 的 调 相 信 号进 行 功 率 放 大 后 才 能 发

19、射 出 去 。 本 电 路 中 采 用 自 给 基 极 偏置 电 路 ， 使 其 工 作 在 丙 类 状 态 。 谐 振 功 率 放 大 器 原 理 电 路及 等 效 电 路 如 下 图 所 示 ： 11图 5-1 谐 振 功 率 放 大 器图 5-2 等 效 电 路选 频 网 络 （ 滤 波 器 ） 的 功 能 ： 从 众 多 频 率 中 选 出 有 用 信 号 ，滤 除 或 抑 制 无 用 信 号 ， 以 保 证 放 大 器 工 作 在 要 求 的 状 态 ， 即起 到 阻 抗 变 换 的 作 用 ， 又 可 以 抑 制 工 作 频 率 范 围 以 外 的 频 率 。本 设 计 中 采 用

20、 LC 并 联 谐 振 回 路 使 回 路 谐 振 在 输 入 信 号 频 率上 。图 5-2 中 RL 为 外 接 负 载 ， 呈 阻 抗 性 。 L7 和 C19、 C21 为 T 型 匹 配 网 络 ， 与 RL 组 成 并 联 谐 振 回 路 。调 节 C19、 C21 使 回 路 谐 振 在 输 入 信 号 频 率 。 VBB 为 基极 偏 置 电 压 ， 使 功 率 管 Q 点 设 在 截 止 区 ， 以 实 现 丙 类 工 作 。工作原理：在 Vs 产 生 激 励 电 流 为 作 用 下 ,看 各 极 电tIsmSco压 电 流 波 形 如 图 5-3 所 示 ：12图 5-3

21、各 电 极 电 压 电 路 波 形 图Ib 的 波 形 为 一 串 余 弦 脉 冲 Ic 的 波 形 为 一 串 余 弦 脉 冲)(0maxIcCO)(maxncI称 为 电 流 分 解 系 数n.10V b 的 波 形 为 余 弦 波tIsmSco tlIVmbsb cosRe)(1V bebetlImscos)(1tb其 中 lIsVbmRe)(Vce 的 波 形 为 余 弦 波 13因 负 载 是 具 有 选 频 作 用 的 Lr、 Cr 并 谐 回 路 ； 所 以 )Re1(coslmIcVtVem其 中c工 作 原 理 描 述 ： 在 i s 为 余 弦 信 号 的 激 励 下 ,丙

22、 类 谐振 功 放 的 ib， ic 均 是 余 弦 脉 冲 ， 而 Vb, V c 是 完 整 的 余弦 波 。 （ 因 为 输 入 输 出 均 为 LC 选 频 网 络 ） 。本 设 计 电 路 中 由 于 晶 体 管 3DA21A 输 入 阻 抗 与 前 级 输 出阻 抗 不 匹 配 ， 所 以 在 放 大 器 之 间 加 入 T 型 选 频 匹 配 网 络（ C18、 C20、 L6） ， 在 放 大 器 输 出 的 与 负 载 之 间 也 加 入 T型 匹 配 网 络 （ C19、 C21、 L7） 。 由 于 晶 体 管 参 数 的 分 散 性 和分 布 参 数 的 影 响 , C

23、18 C19 均 采 用 可 变 电 容 器 , 其 最 大 容量 应 为 计 算 值 的 2 3 倍 。三、总结与体会本 次 课 程 设 计 历 时 二 个 星 期 多 左 右 ， 通 过 这 二 个 星 期的 学 习 ， 发 现 了 自 己 的 很 多 不 足 ， 自 己 知 识 的 很 多 漏 洞 ， 看 到了 自 己 的 实 践 经 验 还 是 比 较 缺 乏 ， 理 论 联 系 实 际 的 能 力 还 急 需提 高 。 这 次 的 课 程 设 计 也 让 我 看 到 了 团 队 的 力 量 ， 我 认 为 我 们 的工 作 是 一 个 团 队 的 工 作 ， 团 队 需 要 个 人

24、， 个 人 也 离 不 开 团 队 ，必 须 发 扬 团 结 协 作 的 精 神 。 刚 开 始 的 时 候 ， 大 家 就 分 配 好 了各 自 的 任 务 ， 大 家 有 的 绘 制 原 理 图 ， 进 行 仿 真 实 验 ， 有 的 积 极查 询 相 关 资 料 ， 并 且 经 常 聚 在 一 起 讨 论 各 个 方 案 的 可 行 性 。 在课 程 设 计 中 只 有 一 个 人 知 道 原 理 是 远 远 不 够 的 ， 必 须 让 每 个 人14都 知 道 ， 否 则 一 个 人 的 错 误 ， 就 有 可 能 导 致 整 个 工 作 失 败 。团 结 协 作 是 我 们 成 功

25、的 一 项 非 常 重 要 的 保 证 。 而 这 次 设 计 也正 好 锻 炼 我 们 这 一 点 ， 这 也 是 非 常 宝 贵 的 。 在 这 个 过 程 中 ， 我 也 曾 经 因 为 实 践 经 验 的 缺 乏 失 落 过 ， 也曾 经 仿 真 成 功 而 热 情 高 涨 。 生 活 就 是 这 样 ， 汗 水 预 示 着 结 果 也见 证 着 收 获 。 劳 动 是 人 类 生 存 生 活 永 恒 不 变 的 话 题 。 虽 然 这 只是 一 次 的 极 简 单 的 课 程 制 作 ， 可 是 平 心 而 论 ， 也 耗 费 了 我 们 不少 的 心 血 ， 这 就 让 我 不 得

26、 不 佩 服 专 门 搞 高 频 线 路 开 发 的 技 术 前辈 ， 才 意 识 到 老 一 辈 对 我 们 社 会 的 付 出 ， 为 了 人 们 的 生 活 更 美好 ， 他 们 为 我 们 社 会 所 付 出 多 少 心 血 啊 ！ 通 过 这 次 课 程 设 计 ， 我 想 说 ： 为 完 成 这 次 课 程 设 计 我 们 确实 很 辛 苦 ， 但 苦 中 仍 有 乐 ， 和 团 队 人 员 这 十 几 天 的 一 起 工 作 的日 子 ， 让 我 们 有 说 有 笑 ， 相 互 帮 助 ， 配 合 默 契 ， 多 少 人 间 欢 乐在 这 里 洒 下 ， 大 学 里 一 年 的

27、相 处 还 赶 不 上 这 十 来 天 的 实 习 ， 我感 觉 我 和 同 学 们 之 间 的 距 离 更 加 近 了 。 这 个 工 程 确 实 很 累 ， 但当 我 们 仿 真 实 验 成 功 的 时 候 ， 我 们 的 心 中 就 不 免 兴 奋 ， 不 免 激动 。 以 前 种 种 艰 辛 这 时 就 变 成 了 最 甜 美 的 回 忆 ！ 对 我 而 言 ， 知 识 上 的 收 获 重 要 ， 精 神 上 的 丰 收 更 加 可 喜 。让 我 知 道 了 学 无 止 境 的 道 理 。 我 们 每 一 个 人 永 远 不 能 满 足 于 现有 的 成 就 ， 人 生 就 像 在 爬

28、 山 ， 一 座 山 峰 的 后 面 还 有 更 高 的 山 峰在 等 着 你 。 挫 折 是 一 份 财 富 ， 经 历 是 一 份 拥 有 。 这 次 课 程 设 计必 将 成 为 我 人 生 旅 途 上 一 个 非 常 美 好 的 回 忆 ！ 15四、参考文献1. 张 肃 文 主 编 ， 高 频 电 子 线 路 ， 高 等 教 育 出 版 社 。2. 高 吉 祥 主 编 ， 高 频 电 子 线 路 ， 电 子 工 业 出 版 社 。3. 谢 自 美 主 编 ， 电 子 线 路 设 计 、 实 验 、 测 试 ， 华 中理 工 大 学 出 版 社 。4. 沈 伟 慈 主 编 ， 通 信 电 路 ， 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版社 。17五、附 录电路器件连接总图16六、评分表课程设计评分表项 目 评 价方案设计与论证单元电路设计与合理性电路图测试结果的分析设计与总结报告 特色与创新实际制作完成情况答辩情况过程监控情况综合评分指导教师签名：_日 期：_