哈尔滨工业大学电信学院课程设计结题报告

课程设计报告(结 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 )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宋振雷学号1130520310授课教师赵雅琴日期2015-05-20哈尔滨工业大学教务处制哈尔滨工业大学课程设计结题报告目录TOC\t"标题1,1,标题2,2"系统性能指标分析PAGEREF_Toc\h1系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 PAGEREF_Toc1\h1功能框图PAGEREF_Toc2\h1发射机部分PAGEREF_Toc3\h1数学模型PAGEREF_Toc4\h2元器件的选择PAGEREF_Toc5\h2仿真设计PAGEREF_Toc6\h2电路原理PAGEREF_Toc7\h2仿真软件PAGEREF_Toc8\h2仿真结果及分析PAGEREF_Toc9\h2硬件测试(选作)PAGEREF_Toc10\h2结论PAGEREF_Toc11\h3参考文献PAGEREF_Toc12\h3PAGE16系统性能指标分析发射机系统指标：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。接收系统指标：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。调幅信号是通过调制信号控制载波的幅度来达到信息传输的目的，调幅信号又分为三种，普通AM信号，DSB信号，SSB信号，而本设计要求调制度为30%到80%，所以必然要使用AM信号。载波频率可变，同时还要保证频率稳定度，所以选择使用西勒振荡电路，在LC回路中要使用可变电容，令可变电容接入100%和0%时的频率跨度大于要求的频率范围。系统的调制度可以通过在调制信号上外加直流电源的大小来控制。发射系统最后的总功率是载波功率和包络信号的功率之和。由已调信号的幅值和调制度以及负载电阻大小共同决定。以下将在数学模型部分仔细阐述系统方案功能框图射极跟随器高频振荡器发射机部分乘法器调制功率放大器低频放大器低频信号源接收机部分检波电路中频放大本地震荡混频器数学模型本设计中使用的最主要的两个信号是低频调制信号和高频载波信号数学表达式分别为Uc=UΩcosΩt；Us=Uωcosωt;为了完成AM信号调制，需要在低频信号上加一个直流分量用于控制ma。二者相乘之后，UAM=U1cosωt(1+macosΩt)信号波形如下其中调制度ma可以由已调波的波形算得。ma=Umax-UminUmax+UminUmax是已调波中的最大值，Umin是已调波中最低点。调制度一般大于0小于1，反映的是音频信号对载波信号的影响程度。已调波在负载上的功率有三种，一种是只有载波时产生的Pc，另一种是上下边频功率P1，P2，还有一种是二者之和即总功率Pc=12Ucm2R;P1=P2=14ma2Pc;P=P1+P2+PC=(1+12ma2)PcUcm即已调波信号中波峰和波谷的平均值12（Umax+Umin）所以已知波形和负载电阻值，即可自行计算总功率的大小调幅波的解调对于普通AM信号来说，其包络性状完全由音频信号决定，而内部的频率则完全由高频信号决定。高频震荡的周期对于低频信号来说时间是无穷小的，利用这一点设计出二极管包络检波，利用二极管的单向导通特性，只选取X轴上方的信号，再利用RC电路充放电时间的差异，使输出波形紧贴原已调信号的包络而不再受高频信号影响，取出原音频信号，但要注意惰性失真。元器件的选择低频放大器集成运算放大器的工作频率只限于低频，不能用于高频小信号放大，而且有虚短虚断的特性，可以较为简单直观的计算出电压的放大倍数。所以在低频信号放大时将正输入端接地，负输入端接小信号输入，输出反馈一个电阻，电阻比例用于确定放大倍数。具体电路在仿真结果中阐述2.射极跟随器射极跟随器使用2n2222三极管的共集接法，因为2n2222是高频小功率三极管中较为稳定的一种。而射极跟随器是跟在振荡电路之后用于改变输入输出阻抗的缓冲级，共集接法使放大倍数在1左右，在级联之后输入阻抗很大而输出阻抗很小，保证了后级电路工作的稳定性。乘法器调制由于multisim软件没有自带的成型芯片，MC1496如果使用需要自行封装，所以在最初使用的是软件自带的模拟理想乘法器。理想乘法器的数学模型较好，输出即为两个输入的信号直接相乘。数据计算较为方便，为了满足后续的功率和调制度计算，使用理想乘法器。但是考虑到软件仿真的真实性，又将MC1496封装组装成乘法调制电路，由于1496芯片能作用的幅值范围只限于较小信号，需要提前进行信号“放大”，以满足要求，再后来会具体阐述。4.功率放大器功率放大器使用丙类放大，三极管依旧使用2N2222，通过直流偏置，将B极电压调至0以下，输出接一个选频回路谐振在载波频率上，通过调整输出回路的阻抗来调整输出的功率以达到要求。5.本地震荡超外差接收机部分的本地震荡频率应高于载波频率，差值为中频465khz，所以如果载波频率变化，本振频率应该随载波频率变化，结构类似于载波震荡。三极管仍选用2N2222，电容值应小于载波电路。6.混频器混频器是为了将接收的不同频率的载波调到统一的频率，称之为接收机的中频，调幅波的中频为465khz。实际上也是一个乘法器。本设计中还是利用了软件中的理想乘法器。7.包络检波包络检波是通过二极管单向导通，将已调信号大于零的部分取出后经过RC回路反复充电放电，调整τ值可以达到的效果是，充电时间特别短，放电时间比较长，效果就是回路输出波形紧贴已调信号的包络，达到包络检波的目的。仿真设计电路原理总电路图为了保证输入接收机的信号较小，并不是通过功放进入接收机，功放只是为了检测输出功率是否符合要求。乘法器和混频部分用的都是multisim的理想乘法器，后面会展示MC1496的内部引脚封装和外围电路。仿真软件本设计选择的是multisim软件，功能很强大，有十分丰富的原件数据库，可以比较简单的绘制电路图，并进行仿真。而且各种虚拟仪器功能也很丰富，尤其是示波器的精度很高，完全符合本设计的要求。唯一的一些问题就是，任务书中提供的一些原件，multisim中并没有，只能寻找其他类似原件代替，市面上已经应用很广的芯片没有仍然需要自行封装。仿真结果及分析西勒振荡器图1.西勒振荡器振荡电路主要的部分是C22，C21，L3的三个电抗原件，需要保证震荡时为电感特性。C21，22主要决定了CΣ的值，也就决定了谐振频率。C21使用了可变电容，使谐振频率可以变化，本设计的指标是C21接入100%时，谐振频率是470khz，接入0%时，谐振频率是1.71Mhz，符合要求。左侧的四个电阻作为直流偏置电阻，C17，C18是电容三点式的剩余两个必要的电容。通过图中探针的示数可以看出，三点式输出的电压具有直流分量，需要用一个高通滤波器，滤除直流分量。滤波器的C值应该比三点式的电容值较大，不会对前面的电路造成影响。本设计振荡电路输出的高频载波电压是大信号，经过射极跟随器缓冲级之后可以直接进行调幅，不需要小信号放大。频率稳定度η=1.011MHz-1.01MHz1.01MHz=9.9×10-4符合要求射极跟随器图2.射极跟随器由于西勒振荡电路的输入阻抗较小，带负载能力较差，需要用射极跟随器来进行阻抗变换，提高带负载能力。射极跟随器使用三极管共集接法，电压放大倍数约等于1。最初完成级联的时候，跟随器输出电压衰减较大，后加入R8，级联成功。通过射极跟随器的探针示数和前一级比较可以看出，交流电压幅值稍减小，而直流分量已经非常小可以忽略。而震荡频率仍不变。低频放大器图3.低频放大器现实中低频音频信号应该是由喇叭采集声音信号而来，是一个小信号，需要低频放大，软件中无法仿真喇叭和连续频谱的信号，所以这里使用一个低频小信号源来代替。由于集成运放的工作频率只能是低频，低频信号放大可以使用这一简单的原件μA741，通过输入输出前后的电阻值，可以精确计算放大倍数，这里选用50Ω和450Ω来完成十倍的放大。输出回路加一个直流电源是为了完成后级AM信号的调制。直流信号的大小可以控制调制度ma，具体数值在后一级根据波形计算。乘法器调制a.理想乘法器图4.乘法器调制图5.乘法器调制输出波形图中两点测量值为已调信号的最大值和最小值，可以计算出调制度ma=Umax-UminUmax+Umin=1591-7741591+774=34.5%符合设计要求。b.MC1496集成乘法器图6.MC1496内部引脚图图7.集成乘法器外围电路图8.1496乘法器输出波形为了满足MC1496对信号幅值的要求，需要添加一个高频小信号放大电路模块。在这里提供电路和模拟波形c.高频小信号放大图9.高频小信号电路图电路图中心部分的变压器为理想变压器，LC谐振回路的谐振频率，完全由左侧的L4和C16决定。图10.高频小信号输出波形高频功放图11.高频功放功率放大器使用负向偏压以完成丙类功放，R21,C15,T1构成谐振回路，T1的初级回路电感值与电容谐振在载波频率，经变压器将功率传给下一级。使输出仍为标准的AM波形。图12.高频功放输出波形通过图中坐标显示，Umax=1.995V,Umin=961.52mV.Ucm=(Umax+Umin)/2=1.478V由调制度和Ucm可以计算出总功率P=（1+ma2/2）UCM2R=46.3mW≈50mW接收机本地震荡图13.接收机本地震荡超外差式接收机的本地震荡与发射机的载波震荡类似，只是振荡频率要高于载波的频率。如图，中频为465KHz，本地震荡应大约为1.46Mhz，仍需要高通滤波器滤除直流分量，而且，而后的每一级都应当有耦合电容。混频乘法器图14.混频器图中探针示数可以看出，混频器输出已谐振在466KHz,幅值为大信号，不需要中频放大。而且已经滤除直流分量。图15.混频器输出波形图中毛刺较多可能是因为本振的波形并不平滑，滤波器还应改善。包络检波图16.包络检波图17.包络检波输出波形检波输出了同音频信号同样频率的正弦信号。结论本设计可以完成任务书中的各项参数指标，在仿真调试过程中，发现显现实设计一个可行的电路并不那么容易。影响最终结果的因素很多，需要一个一个解决，比如每个模块单独仿真时结果较为理想，但是整体仿真时，失真会特别大，这些问题都在逐渐修改参数过程中得到解决。最后完成了要求的各项指标而且调试1496模块也使电路更接近真实情况。参考文献《高频电子线路》第一版阳昌汉《通信电子线路实验与课程设计》第二版史丽娟，赵剑