简 易 振 幅 调 制 器 的 设 计

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1、河南理工大学高频电子线路课程设计简易振幅调制器的设计电信06-1班2009.06.19学号 名 专业班级 指导老师 时间目录1、选题意义 22、总体方案 33. 各部分设计及原理分析 43.1 载波放大电路部分 43.2 调幅电路部分 64. 电路性能指标的测试 84.1、高频功率放大部分测试 84.2、调幅电路功能测试 94.2.1 双边带调幅波电路的测试 95.实验结果分析 116 体会总结 13参考文献 14附录I15附录II仿真电路图161、选题意义调幅电路又称幅度调制电路，是指能使高频载波信号的幅度随调制信号（通 常是音频）的规律而变化的调制电路。幅度调制电路有多种电路型式，现介绍一

2、 种简易的振幅调制电路，该电路的载波由高频信号发生器产生，经放大后和调制 信号经乘法器后，输出抑制载波的双边带调幅波，输出的双边带调辐波与放大后 的载波再经过相加器后，即可产生普通调幅波。本课题其理论意义十分广泛且重要，涉及方面广，而且对电路基础、模拟电 子线路、通信电子线路中的一些基础知识要求较高，对以往学过的知识是一次全 面的复习。同时也将理论知识应用到设与计与实践中。2、总体方案本次设计的原理框图如下（图1）：图1原理框图载波由高频正弦振荡产生电路直接产生即可，然后经过载波放大电路进行放 大，作为调幅波的载波，与调制信号源产生的调制信号经过乘法器后即可产生双 边带的调幅波。工作原理如图2

3、。调制信号图2若在输出端添加一个相加器，将双边带调幅波和一个幅度适当的载波相加, 便可得到标准调幅波，如图3。调制信号3. 各部分设计及原理分析3.1载波放大电路部分。3.1.1 根据设计要求，放大部分需要由丙类放大器才能满足其技术指标，原理 框图如下（图 4）。第一级由甲类放大器进行输入信号的第一级放大，第二级采 用丙类放大，其最大优点是效率比较高。图4工作原理第一级甲类放大器先将输入信号放大，然后通过一个 LC 选频网络选择有用 的频率信号，抑制无用的谐波，通过一个耦合电容输出给下一。，其中，静态工 作点是由滑变和电阻分压，通过滑变来调节，发射极与地之间接直流反馈电阻和 交流反馈电阻，以保

4、证静态工作点的稳定。第二级为丙类放大器，是典型的基极为无直流偏置电压的丙类放大器。只有 载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通，其集电极负载为LC选频谐振 回路，谐振回路以选出有用的基波信号，因此可获得较大的功率输出。通过发射 极所接滑变可调节丙类放大器的功率增益。原理图如下（图 5）0K171CC LiOnijarC 14nH*HI-cnF Mwcuoi51K51K1K二10pF =nLLlCiFL? J 晦市Iff 10E1HlQuF!_ bidurtfrC aOtiHcOffi2iOa7CL?!_ Indid-sr lOnH图53.1.2电路的主要器件选择与参数计算直流供电电压Vcc

5、选择12V，由于输入信号的频率较高，考虑到稳定性和频 率特性，以及上、下限截止频率，第一级放大器的三极管选择2SC2655，而第二 级放大器的三极管选择2N2222A。调整第一级放大器静态工作点由滑变R1完成，因此基极偏压采用固定偏压 形式，静态工作点I =7mA。而LC选频网络应满足频率为6MHz，由公CQ式o = 1/ LC，并考虑到选频的效果和放大的倍数，电感L就选14mH,而电容C 0 I选择6pF。其增益由R3的调节来控制。C3为旁路电容，而C4为耦合电容，因此，选 择 C3=0.01uF，C4=1nF。A - U - 0R其中增益由公式Au-UU-_r7T得出：a=5。Rl后级等效

6、负载阻抗，因ib be此，计算出的放大倍数为估算值。U=5=2.5V。式中U为输出电压，而U则为输Oio入电压。丙类放大器为第二级放大，目的是为了提供大功率，因此LC选频回路是必 不可少的，其谐振频率同样为6MHz左右，这样才能选出有用的基波分量，抑制 无用的谐波。但考虑到由于是第二级放大，无用的干扰比较大，所以采用部分接 入法，来增加电路的Q值，提高选频回路的选择性，由于丙类只有载波的正半周且幅度足够才能使功率管导通，因此应选大电容来使波形的恢复失真最小，如图6,采取电感部分接入法，计算得出L6=L7=0.5mH，C6=700pF。其中R5来控制放 大器的增益，从而控制输出的功率。效率耳二P

7、 =上2竺l而本部分效率计算值P I u与实际值误差较大，因此估算后主要用通过调节来实现效率大于70%。L8为高频扼流圈，C9、C10和C12为旁路电容，由于失真较大，因此需要较大的耦合 电容C8=10uF。A= 眷 =2.5, Rl后级等效负载阻抗，而R：；为前级的等效输入 阻抗。U=2.5=6V,式中,U丙类放大器的输入电压，即前级放大的输出电压，而 oiU为高频功率放大器放大后最后输出电压,经放大后的载波电压幅值。o效率：设导通角为9=70，则P 1 I U 1 i a (9 工 VT1 O cl c 1 cm 1CCC P 21 V 2 i a (9 )Vdc 0 CCcm 0CC1

8、a (9)C 12 a (9)0集电极电压利用效率设为90%，贝V效率n=79%。3.2调幅电路部分。工作原理如下图(图5)-8V图6经放大后的载波与调制信号经过乘法器MC1596后，可观察到双边带的调幅 波。其表达式为：u (t) U cos Qt cos tooCU cos( Q)t + U cos( + Q)t2 oc2 oc其中，可变电阻RP是用来抑制载波信号的，若要得到双边带调幅波，在调制信 号为0的基础上，调节RP,使输出端的载波信号电压值为0V,然后再加上调制 信号，此时输出的则是抑制载波的双边带调幅。而标准调幅波的工作原理：调节RP,使其不抑制载波信号，在调制信号为 0的基础上

9、，调节RP,使输出端有载波信号电压输出，其幅值可根据需要而自 行调节，而本电路中，将输出端的载波信号幅度调成为6V。然后再加上调制信 号，经乘法器后，输出有载波的标准调幅波。其表达式为：u (t) = U (t)cos t = (U + S U cos Qt)cos tooCC a QC=U (1+ m cos Qt)cos t(Q )CaCC式中的m = SUQ / U称为调幅系数，亦称做调幅度。Q C(2)电路的主要器件选择与参数计算设调幅度为0.5，载波的幅值为Uc=6V, m = S U /U ，将Sa估算成0.6caa Q Ca时，Uq=5V。低频调制信号取幅值为5V，频率为3KHz

10、。为了方便的观察波形，将其衰减系数设置为0.1V/V。标准调幅波波形如下图(图 7)。4. 电路性能指标的测试4.1、高频功率放大部分测试4.1.1甲类放大器功能测试可在LC谐振回路串连一个可调电容，用以调谐，滤除无用谐波，调整R1 来改变三级管的静态工作点，因此可改变电路的增益，而改变R3来稳定静态工 作点，因而来控制输出波形的稳定，如图8所示，经放大后输出幅值约为2V, 频率为6MHz的正弦波。G3K 色A:-2SL3汀4m也Q2 1fluFC137 O A A 1M入诃齐,i , . .V.-、；、；131 E53 讪i： .(M a4诩/0 QK /ri比 C2-：1山聊-|匕圆|2匸

11、D讨施.:fS |3T &B 戸 77r rug| i.r/i /b | 0 _o_ jcj 肾 jjc uc I -1 r 并母 王日运至国咂世丸一一迪迪U-融戋L腹|e v/niir 0沿F上IE心用 E平nVeiKU .50% :LS SOOnH200uHC9土 TnF图9经过丙类放大后，幅值约为5V,频率仍为6MHz的正弦波，此信号即作为下 一级调幅电路的载波信号。42、调幅电路功能测试4.2.1双边带调幅波电路的测试仿真电路如图10所示LS200uHC71t1双边带调幅：将调幅波中的载频分量抑制掉，仅将上、下边带向外发送。又 称为抑制载波的双边带调幅。其理想波形如图11所示：由调制信

12、号的波形与其包络比较后得到以下结论：双边带调幅波的包络已经不能 反映调制信号的变化规律。4.2.2普通调幅波电路测试仿真电路如图12 I :： :1：4 ： 51 I： ： 1:1 ：J r ： IT1 *1*1 認3+j K-TI BJibIW0.000 lonu J I J KI Vtm 0 KO ; 0. DX T 0 KO ft吗 | LCD u/BLfT Eg I 而F iMiBd 岂 M 3 I诅酒*tbtl e y fT M Q j际庁a阳梓V/Mft住査 n| 0向二金图12标准调幅波也称普通调幅波或正常调幅波，即高频信号的振幅按照低频信号 的瞬时值变化。其理想波形如图13所示

13、。叫J J图13U - U U - U_由波形可以估算出m = mxC = -Co min其调幅度大约为50% Oa UUCC5实验结果分析由以上数据可以看出，所设计的电路基本上满足技术指示。但本电路还有一 处不足之处，即当丙类放大器提供大功率输出时（效率较高时），输出的波形不 稳定，且失真较为严重，而放大电路部分的主要目的是为下一级的调幅电路提供 放大后的高频载波即可，为了使整体电路功能更加完善，输出稳定，因此，有时 需以牺牲效率为代价，使波形失真达到最小，输出较为稳定，这样才能使调制信 号的有用信息能够更准确更高效的发送出去。对效率问题的详细分析：丙类功率放大器的基极偏置电压uBE是利用发

14、射极电流 的直流分量IE。（IC。）在射极电阻rE2上产生的压降来提供的，故称为自给偏 压电路。当放大器的输入信号u /为正弦波时，则集电极的输出电流ic为余弦脉i/c冲波。利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压uc1,电流ic1o其中U伽为集电极输出的谐振电压即基波电压的振幅；I为集电极基波电流振幅；Roclm为集电极回路的谐振阻抗。P = u I 二12 R二 Cm为集电极 C 2 C1m C1m 2 C1m 0 2 R0输出功率。P二u I为电源Vcc供给的直流功率；ICO为集电极电流脉冲icD cc co的直流分量。最后得到效率：P1 UI=D = clm clmP2 UIDCC

15、c01 Ua 丿2 Ua Q 丿1 a缩）2 E押在测试中发现，由于电路设计所致，效率79%时，波失真较为严重，因此考虑到 电路整体输出，调整电路时发现，不得不将效率降低到 70%左右，这也是本电路设计的一个不足之处，有待改进。6体会总结本设计运用了模拟电子、系统与信号分析和高频电电子线路，以及电路原理 等相关知识。通过本次课程设计我学习了课程设计的相关流程，可以为今后的毕 业设计和写论文打基础。以前，总是感到自己所学的知识不知如何运用，如何综 合运用自己所学的知识。设计中同时将所学到的电路分析方法运用到实践。总之，在本次课程设计综合运用了我在大学里所学的电学和信号的相关知 识。让我体会到理论

16、与实际的关系，增强了独立思考的能力。参考文献1 张肃文. 高频电子线路. 第四版. 北京：高等教育出版社，2004 年。2 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2001 年3 康光华.电子技术基础.模拟部分.高等教育出版社，2006 年 。4 康光华.电子技术基础.数字部分.高等教育出版社，2006 年。5 邱关源.罗先觉.电路，高等教育出版社，2006 年。何希才.新型电子电路应用实例.M北京:科学出版社,2005年。附录I序号编号名称型号数量1Q1高频三极管2SC26551个2Q2高频三极管2N2222A1个3C1电容120pF1个4C2电容6pF1个5C4, C7, C9, C11, C13, C14电容1nF6个6C3, C5, C12电容10nF3个7C6电容700pF1个8C8, C10电容10uF2个9R2电阻10KQ1个10R1电阻51 Q1个11R6电阻100KQ1个12R1滑动变阻器50 Q1个13R3滑动变阻器1KQ1个14R5滑动变阻器10KQ1个15L1, L3电感14mH2个16L6, L7电感500nH2个17L4, L5电感100uH2个18L8电感200uH1个19A1乘法器集成1个20A2, A3电压衰减器集成2个21A4相加器集成1个III一=2|IE附录II仿真电路图尝一Sss=s二言n口一空 亠丁 亠dn