小功率调幅发射机设计报告（含各级电路的计算与调试）

摘要：随着科技的进步，调幅发射机的应用越来越明显。调幅发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。

通常，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荡器、倍频器、缓冲隔离级、高频电压放大级、高频频功率放大级。主振荡器的作用是产生频率稳定的载波。缓冲级主要是削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡信号上去的过程。我们要实现将采集的音频信号放大调幅后播放出去。

通过本课题的设计、调试和仿真，加深对《高频电子线路》理论知识的进一步理解，进一步巩固理论知识，能够建立起无线发射机的整机概念，学会分析电路、设计电路的步骤和方法，了解发射机各单元之间的关系以及相互影响，从而能正确设计、计算调幅发射机的各单元电路：主振级、被调级、推动级、功率放大级、输出匹配网络等。进一步掌握所学单元电路以及在此基础上，培养自己分析、应用其他电路单元的能力。同时经过课程设计，要学会查资料、充分利用互联网等一切可利用的学习资源，增强同学们分析问题解决问题的能力，为将来的毕业设计做铺垫，也为将来走向就业岗位打下一定的基础。

一调幅发射机的组成框图如下图2.1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，经缓冲、高频小信号放大后输入调制器；话音放大电路放大来自话筒的信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调幅了的中频信号，功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。

图2.1  调幅发射机组成框图

图中，各组成部分的作用如下：

基于以上要求，可选用最基本的发射机结构。该结构由主振、放大和被调级构成，如下图3.1.1。所示

图3.1.1 拟定调幅发射机组成框图

由调制级输出信号幅度几十毫伏，末级功率放大器管最大输出功率为,所以前置放大增益为Ap=3dB（2倍），取功率放大器管功率增益为Ap＝13 dB(20倍)，则末级的最大激励功率才能符合要求，而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。

对于小型发射机，电源电压一般为9～15 V，所以取标准电源12 V。

一般选取晶体管的原则是BVceo、Pcm 、Icm必须满足要求。

受调放大级：晶体管采用2N221a，是电路的核心，起电流控制和放大作用。

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。

本级用来产生12MHz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（或电压），其输出波形失真较小。为此，这里采用西勒振荡电路，可以满足要求。

如图3-2-1西勒振荡器电路所示R5、R6、R8提供偏置电压使三极管工作在放大区，起到滤波作用。如果使固定，可以通过改变来改变振荡频率，因此，西勒振荡器可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。

如下图3.2.2所示：音频放大器采用UA741CD。电源由7脚接入，4脚接地。信号由3脚输入，经放大后由6脚经数出电容C15送到受调放大级。2脚到地之间接入C14和R25组成的负反馈电路，决定放大倍数的大小。R2越小，电路增益越高；反之，增益越小。

图3.2.2 音频放大电路

通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。由于集电极调幅工作在过压状态，所以能量转换效率比较高适用于较大功率的调幅发射机。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，但经过放大，能满足设计要求。故采用模拟乘法器调制。

1．创建模拟乘法器MC1496 电路模块

MC1496 是根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的乘法器芯片，用来实现调幅电路具有电路简单，创建MC1496 内部结构如图3.2.3（a）所示，子电路如图3.2.3 （b）所示。

（b）

图3.2.3.1MC1496电路模块

2．选定调幅电路图

图3.2.3.2调幅电路

仿真中，我们主要关注的是载漏电阻Rp，调节Rp可以实现AM调幅和DSB调幅，引脚5 连接的对地电阻R9及2、3 引脚间的电阻Ry。R9 决定了模拟乘法器的静态工作电流Io，为了保证MC1496 工作于小信号放大状态，R9必须选择合适的值。Ry来调正调制信号的输入线性动态范围，同时控制乘法器的增益。

图3.2.4前置放大电路

高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。 将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是本题要求，故选用丙类功率放大器较好。

图3.2.5功率放大电路

输出电路的总电容：

              4-1-1-1

              4-1-1-2

接入系数：

                   4-1-1-3

在此西勒振荡器电路中，由于和并联，所以变化不会影响回路的接入系数，如果使固定，可以通过改变来改变振荡频率，因此，西勒振荡器可用作波段振荡器，适用于较宽波段工作。

调节射极电阻RE2，可以改变射极跟随器输入阻抗。如果忽略晶体管基极体电阻rb‘b的影响，则射极输出器的输入电阻Ri为：

Ri=RB'//βRL'

式中，RL’=(RE1+RE2)//RL，RB’=RB1//RB2，输出电阻R0为： R0=(RE1+RE2)//r0

晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取               

VCE=0.5Vcc   ，ICQ=3～10mA. 对于如图1所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA，若晶体管的电流放大倍数 β=100 ， 则  RE1+RE2 = VEQ/ICQ      =1. 5kΩ，取RE1=1kΩ的电阻，RE2=1kΩ的电位器。IRB≈10IBQ，IBQ=ICQ/β，

由话筒转化的电信号是毫伏级的，而MC1496调幅电路的输入的调制信号幅度不能太大，所以采用UA741CD集成运放，增益不能太大，所以按下面的式子选择合适的电阻。

                                                   4-1-2-1

                            4-1-2-2

根据MC1496 的特性参数，实际应用时，静态偏置电压（输入电压为0 时）应满足下列关系（以图3.2.3.1 为例，下式中Vx 代表芯片x 脚的电压）：

                 4-1-3-1

如图3.2.3.2,引脚V14接负电源, V5脚通过电阻R9 接地,因此改变R9 也可以调节IO 的大小,即:

                                  4-1-3-2

根据MC1496的性能参数,器件的静态电流小于4mA,一般取IO≈ IS =1mA左右。器件的总耗散功率可得:

                 4-1-3-3

PD 应小于器件的最大允许耗散功率(33mW) 。

的动态范围与外接电阻RY的关系：

                                4-1-3-4

                 4-1-3-5

调谐频率设计，以及频带宽度计算：

                                      4-1-4-1

                                         4-1-4-2

                                              4-1-4-3

调制系数、输出最大功率计算：

                                 4-1-5-1

                                          4-1-5-2

                     4-1-5-3

按设计电路安装后，将后级断开，调整晶体管的工作点，适当调整C3，C7，L2。使得输出频率为10MHz左右，幅度为20mV的正弦波

图4.2.1.1缓冲级与本振输出波形图

图4.2.1.2振荡频率

加入毫伏级频率为1kHz,10mv的音频信号，输出如图4.2.2所示，可以知道放大大约10倍，与设计的增益相吻合。

图4.2.2音频放大输出波形

1、加入载波信号，不加调制信号，调节载漏电阻Rp，使相乘器输出电压幅度最小，若载波输出电压过大，则说明该器件性能不好。

2、加低频信号，幅度不能过大，其最大值主要有I­0/2与Ry的乘积所限定。幅度过大，输出调幅波形会产生严重失真。

3、调节Rp，将载波信号抑制，则输出如图4.2.3.2(a)所示的SDB波形。否则则输出如图4.2.3.2(b)所示AM波形。此次选择普通调幅波，所以将不抑制载波信号。

(A)

（B）抑制载波

（C）（30%调幅波）

(d)（过调幅失真）

分析：

为了提高功放效率，采用丙类谐振放大器，由于调制级输出信号电压幅度较小，不满足输入电压要求，因此使用两级放大，使得输入电压匹配

80%调幅度

30%调幅度

图4.2.6功率放大级输出波形

分析：

将以上各级单元电路一次连接就构成了小功率调幅发射机整体电路原理图。调好后，接入1KHz的调制信号，观察调幅波形，改变音频信号发生器输出电压，使音频电压幅值变化，观察包络的变化，则调试完毕。在调试过程中，会出现输出功率不够，输出波形不纯，有谐波分量等问题，需细心调试。图4.2.6.1为发射机整体电路图。

图4.2.7.1小功率调幅发射机整体电路

4.4、总结设计电路的特点、存在不足及改进方法

1.载波级：按照理论值设置静态偏置，已经震荡回路后，波形出现截止失真，原因：静态偏置点过低，重新调整

2.缓冲级：载波级波形正常，当接上缓冲级后发现输出波形底部被截平，通过减小耦合电容，以及增大射级电阻可以明显改善波形

3、静态工作点选的太小。

4、电源电压过低，使振荡管放大倍数太小。

5、负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。

6、回路特性阻抗ρ或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗RO太低。 5、反馈系数kf太小，不易满足振幅平衡条件。但kf并非越大越好，应适当选取。

7.整体电路缺少过压过流保护，也没有对意外接错电压的保护电路，如果试验电压的正负或大小而接反，会导致整个电路的烧毁。

8.绿波网络相对较少，而且缺少可调的滤波网络，在实际电路中会出现各种各样的噪声信号，缺少滤波网络会使得输出信号有强烈的干扰，在后面各级电路中根据输出信号的特点加入相应的滤波匹配网络对于消除干扰是极好的

9.在丙类谐振功率放大器，采用加偏置的互补推免电路，有效克服交越失真

4.5 整体电路图

4.5、系统元器件清单

电子线路实验报告

实验项目名称：小功率调幅发射机的安装与调试

1．与理论设计相结合，验证设计结果。

2．培养学生综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。

3．通过一套完整的调幅发射系统设计、安装和调试，提高学生的综合素质和科学试验能力。

二、实验器材（设备、元器件、软件工具、平台）：

1．双踪示波器，数字频率计，数字信号源，数字万用表，双路稳压电源等仪器各一台。

2．电烙铁，镊子，钳子，螺丝刀等工具一套。

3．调幅发射机实验板，套件，天线，焊锡，漆包线等。

1.实验内容：根据实验原理图，按照要求在电路板上焊接小功率调幅发射机，并安装与调试。熟悉实验原理，测量实验中各电路元件参数，并记录与分析是否完成发射机的设计要求并改进。

2

.实验原理：发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。如上图所示：

发射机包括：晶体振荡器、缓冲级、音频放大器、1496调制级、激励级、功率放大级。

2.1晶体振荡器：利用晶体振荡器产生6MHZ信号，再通过偏置电路改变载波幅度进而输入到相乘器的一端

2.2缓冲级部分，利用偏置电路来减小负载电路对前边输入电路的影响，使输入的已调波信号保持稳定，从而起到缓冲作用。

2.3音频放大器部分，利用R13、C9和R12、C8构成正反馈，从而产生音频信号，再通过放大器实现音频信号的放大。

2.4  1496调制级部分，1496模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。

2.5  激励级部分功率放大级，通过工作在甲类状态的三极管来改变已调波的幅度进而满足功率放大级的要求，使功率放大级中的三极管工作在丙类状态，进而实现功率放大

4.1。主振级硬件电路如图所示4.1.1，

接通电源后在测试点TEXT（即图中B点）用示波器测量，输出波形应为6MHZ的正弦波，否则，调节滑动变容C1，使得B点正弦波为6MHz。然后，调节滑动变阻器RP0，使得输出信号幅值为40-50mv，输出信号在JP1测得。

结果分析：在调节电容C1时频率不变，说明晶体振荡器具有高度的稳定性。在测试中调节RP0和RP1，使波形的幅值不失真且最大， 调节RP0使振荡级输出信号频率为6MHz，峰峰值为54mv，输出的波形符合后级输入的要求。

4.2。音频输入及放大电路，首先接入电源12V，JP6闭合，调节滑动变阻器R11，使得R8电阻节点处的调制信号为频率1k,幅值200-300mV的正弦波，并且值得注意的是，调节滑变R11，不会影响频率，

结果分析：通过调节电位器得到幅值最小不失真，音频放大级可以将信号无失真放大并传输过去。

经过放大后为了满足后级调制器输入的要求，调节电位器RP4，使这级的输出为频率为1KHz，峰峰值为272mv的信号

4.3振幅调制级硬件电路级成像

MC1496需要+12和-8V，双电源供电，接通跳线帽JP1 和JP2，使得载波信号，与音频调制信号由电容C22和C21分别介入到MC1496模拟相乘器的第10引脚和第1引脚，在输出端第6引脚或第12引脚可以看到完整的调幅波。并且，通过改变RP3可以改变调幅度及降低失真，注意微调

结果分析：

4.4功率放大级硬件电路

为了提高功放效率，采用丙类谐振放大器，由于调制级输出信号电压幅度较小，不满足输入电压要求，因此使用两级放大，使得输入电压匹配。在前置放大端线圈TR1匝数之比为，在丙类谐振功放采用匝数之比为的线圈TR2。

通过改变 滑变电容C7可以使得回路谐振。在 第一级T3晶体管9018发射机测得波形如图5.5.1   在第二级放大输出端即TR1线圈与JP4 之间的节点处测得输出波形如图5.5.2 ，最终输出波形在RL=75欧姆处测得如图5.5.3

五、调试中出现大的故障及原因及排除方法

电子线路是上学年我们学习的课程中最重要的，尤其是高频电子线路，是重中之重。它涵盖了电子技术基础中的拟电子和电路理论中的电路分析，最重要的是它还包括了通信技术。通过前一周的课程设计让我深深体会高频电子线路的抽象！整个电路设计很麻烦，因为同时包含很多模块，每个模块都要弄懂有什么用处，以及每个器件该选择什么型号的，过程很复杂，也很考验人的耐心。刚开始的时候我不知道何从下手，因为高频电子线路我学的不好，对于一些原理很模糊。因此我只能采取先查资料然后和同学们讨论的方法来完成我的课程设计了。所以我先去图书馆借了几本资料，上网查看各种例子，和宿舍的人进行热烈的讨论。调幅发射机的设计我觉得有几个难点，第一是在使用10MHz的晶振作为本机振荡的时候要准确的产生振荡信号。之后还要对音频信号进行放大。最后还有个功率放大，各级间的放大倍数是比较难弄的事。第二是采用乘法器进行振幅调制，需要弄懂乘法器的原理，以及画图时要把这个乘法器找出来，这是非常难的一步。第三，就是最后的功率放大和匹配网路中的各种数据和静态点Q值很那算出来。最后就是各部分的仿真也是一大难点。因为只要一步有差错，或者是器件参数选的不对，仿真结果就会出错。我们根据自己查的资料和借鉴老师给的电路图，还要几个人互相帮助，画出了我们自己的电路图。这个过程是非常难的，我们连续做了几天才完成，可是并没有非常满意，因为自己没有思路，所以更多的是借鉴老师的想法。但是经过这几天的努力，我们还是对以前学过的知识有了进一步的认识，初步了解了发射机的原理，及发射机每一部分的组成及作用。同时我也看到了自己的弱点，对电子线路这一科学的不好，很多专业知识还没有真的变成我心里的东西。这次课程设计，让我明白了一些东西，感觉在高频这一块儿充实了很多。我也知道了在将来的学习中我该朝着哪方面去努力，多学点专业知识，不能只限于考试，要真正的将知识弄懂。我想这对于我以后工作肯定是有帮助的。让我感觉最难的就是参数计算了，由于每一部分都有关联，参数计算关联着器件的选择，自己对知识掌握又不熟练，所以计算成了大难事，不过通过同学的帮助和自己的努力，最终解决了。

[1]《电子线路设计·实验·测试》 第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社

[2]《高频电子线路原理与实践》曹才开，姚屏，曾屹，周细凤编著，中南大学出版社

[3]《高频电子线路》胡宴如，耿苏燕主编  高等教育出版社

在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候，能够将学到的知识应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。

感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。

感谢寝室里的舍友，是你们三年来对我的关照使我的拥有一个良好的学习环境是我能专心学习生活。

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人课程设计的各位老师表示感谢

硬件电路板

硬件电路图