音頻發(fā)射器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試

通過對(duì)音頻發(fā)射器的設(shè)計(jì)、調(diào)試和仿真，加深對(duì)《高頻電子線路》理論知識(shí)的進(jìn)一步理解，建立起發(fā)射機(jī)的整機(jī)概念，學(xué)會(huì)分析電路、設(shè)計(jì)電路的步驟和方法，了解發(fā)射機(jī)各單元之間的關(guān)系以及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算調(diào)幅發(fā)射機(jī)的各單元電路。培養(yǎng)自己分析、應(yīng)用其他電路單元的能力。同時(shí)經(jīng)過設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)查資料、充分利用互聯(lián)網(wǎng)等一切可利用的學(xué)習(xí)資源，增強(qiáng)同學(xué)們分工協(xié)作、分析問題、解決問題的能力，為將來的設(shè)計(jì)做鋪墊，也為將來走向就業(yè)崗位打下一定的基礎(chǔ)。

主振蕩電路部分采用RC正弦波振蕩器，由于RC振蕩器主要是由電阻和電容組成的，在電路中并沒有諧振回路，可以將RC振蕩電路用于發(fā)生調(diào)制信號(hào)（語音信號(hào)）。

振幅調(diào)制電路部分采用MC1496模擬相乘器的核心電路是差分對(duì)模擬相乘器，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅和同步檢波。MC1496線性區(qū)和飽和區(qū)的臨界點(diǎn)在15~20mV左右，僅當(dāng)輸入信號(hào)電壓均小于26mV時(shí)，器件才有理想的相乘作用，否則電壓中會(huì)出現(xiàn)較大的非線性誤差。在2、3引腳之間接入1kΩ反饋電阻，可擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)的輸入線性動(dòng)態(tài)范圍，滿足設(shè)計(jì)需要。但由于MC1496是已設(shè)計(jì)好的集成電路，并不能體現(xiàn)單元設(shè)計(jì)能力。

音頻放大電路部分采用甲類功率放大器。甲類功放中，晶體管在周期全部導(dǎo)通，可以將輸入信號(hào)不失真的放大，雖然甲類功放的工作效率較低，放大功率較小，但足以滿足語音信號(hào)的放大。原本想采用這個(gè)方案，但其受前級(jí)后級(jí)影響太嚴(yán)重，其靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致調(diào)試時(shí)候即使前級(jí)輸出穩(wěn)定了加入后級(jí)調(diào)制電路后又放大波形失真了。經(jīng)多次調(diào)試、重復(fù)計(jì)算，未果。

主振蕩電路部分采用采用改良的電容三端式振蕩器——西勒振蕩電路，其主要優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定度高，頻率可調(diào)范圍較大。石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，在選擇合適的偏置電路的情況下，頻穩(wěn)度可達(dá)到10-11數(shù)量級(jí)，而且，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，波形失真度也比較小，因此，在頻穩(wěn)度要求較高的電路中，故選用石英晶體振蕩器作為主振級(jí)。

振幅調(diào)制電路部分集電極調(diào)幅電路。集電極調(diào)幅的基本原理是將調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)加在晶體管的集電極上，本電路工作方式是：放大器有效集電極電壓等于調(diào)制信號(hào)與直流電源V2電壓之和，當(dāng)放大器處于過壓工作狀態(tài)時(shí)，集電極電流基波分量隨集電極電源電壓成正比變化。因此，集電極回路輸出高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號(hào)波形而變化，就得到調(diào)幅波輸出。故而本設(shè)計(jì)選用集電極調(diào)幅電路。

音頻放大電路部分采用丙類功率放大器進(jìn)行語音功率放大。采用丙類運(yùn)算放大器進(jìn)行語音放大效率高，失真小，使用方便，輸出信號(hào)的功率也較大，運(yùn)算放大器的成本也不高，各方面綜合考慮，在工程中使用丙類功率放大器進(jìn)行語音放大是一個(gè)好的選擇。

經(jīng)多方面比較，我組選用方案二作為本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。

    （1）小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)包括載波振蕩電路、音頻放大電路、振幅調(diào)制電路、緩沖電路、高頻放大電路和丙類功率放大電路的設(shè)計(jì)；

    （3）設(shè)計(jì)指標(biāo)：

               載波頻率：fc=3—30MHZ

               音頻輸入：1—10kHZ

               調(diào)制系數(shù)：>=0.3

調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要包括三個(gè)組成部分:高頻部分、音頻部分和電源部分。

發(fā)射機(jī)的主要作用是完成有用的低頻信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋粋�(gè)中心頻率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射出去的電磁波。

圖中各模塊具體功能為：

本振電路：產(chǎn)生頻率為16MHZ的正弦載波信號(hào)。

緩沖電路：以射極跟隨器電路設(shè)計(jì)，消除后端電路對(duì)前端振蕩電路影響。

放大電路：對(duì)載波信號(hào)電壓放大，滿足振幅調(diào)制要求。

振幅調(diào)制電路：將低頻信號(hào)加到載波上，產(chǎn)生調(diào)幅波。

音頻放大電路：將輸出低頻信號(hào)放大，以滿足調(diào)幅要求。

高頻功放電路：將調(diào)幅波功率增大到適合天線發(fā)射的功率，以便信號(hào)傳輸。

本振電路是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心部件，主要用來產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、幅度較大、波形失真小的高頻正弦波信號(hào)作為載波信號(hào)。該電路通常采用石英晶體振蕩器。本次設(shè)計(jì)采用改良的電容三端式振蕩器——西勒振蕩電路，其主要優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定度高，頻率可調(diào)范圍較大。

本振電路設(shè)計(jì)圖如下：

           圖中C1、C3、C4、C6與L1構(gòu)成振蕩回路；C2為旁路電容；C5為隔直電容；R4為發(fā)射機(jī)偏置電阻；R3為集電極負(fù)載電阻；R1、R2為基極偏置電阻。

         

           其理論頻率為：

圖 2.2.1-2   本振電路輸出頻率

為了減小調(diào)制級(jí)對(duì)本振級(jí)的影響，需要采用加入緩沖電路的方法。在緩沖隔離級(jí)的選擇上無論是低頻電路還是高頻電路的整機(jī)設(shè)計(jì)中，都常采用射極跟隨器電路，如圖2.2.2-1所示即為其原理圖。則射極輸出器的輸出電阻為。式中，很小，所以可以將射極輸出器的輸出電路等效為一個(gè)恒壓源。

具體設(shè)計(jì)電路為：

其波形仿真為：

由波形圖可以看出，電壓增益：

此處放大電路主要是為了滿足后級(jí)調(diào)制電路對(duì)載波的電平要求，這次設(shè)計(jì)我們選用高頻小信號(hào)放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)有:

（1）中心頻率  指放大器的工作頻率。它是設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，選擇有源器件、計(jì)算諧振回路元器件參數(shù)的依據(jù)。

（2）增益  指放大器對(duì)有用信號(hào)的放大能力。通常表示為在中心頻率上的電壓增益和功率增益。

電壓增益                                                                                  （2.2.3-1）

功率增益                                                                                   （2.2.3-2）

式中，、分別為放大器中心頻率上的輸出、輸入電壓；、分別為放大器中心頻率上的輸出、輸入功率。

（3） 通頻帶  指放大電路增益由最大值下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻帶寬度，用表示。它相當(dāng)于輸入不變時(shí)，輸出電壓由最大值下降到0.707倍或功率下降到一半時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度

（4）選擇性  指放大器對(duì)通頻帶之外干擾信號(hào)的衰減能力。用矩形系數(shù)說明鄰近波道選擇性的好壞。矩形系數(shù)定義為

                                                                                                （2.2.3-3）

理想矩形系數(shù)應(yīng)為1，實(shí)際矩形系數(shù)均大于1。

本次設(shè)計(jì)所用具體放大電路如下圖2.2.3-1所示：

        圖中R3、R1、R2為偏置電阻；C4為旁路電容；C2、C3為耦合電容，分別與后級(jí)和前級(jí)耦合；C1、L1、L2構(gòu)成諧振回路；R4為負(fù)載電阻。

其仿真波形圖為：

本次設(shè)計(jì)以5kHZ的低頻小信號(hào)源代替音頻，因此對(duì)其放大可采用簡(jiǎn)單的低頻放大電路進(jìn)行放大即可。具體電路如下圖2.2.4-1所示，圖中三極管Q1為射極跟隨器，主要起隔離級(jí)的作用；三極管Q2采用的是高穩(wěn)定性的分壓式偏置電路。電容C1、C3為隔直流耦合電容，避免直流電源和交流信號(hào)相互影響，C1將音頻信號(hào)耦合到放大電路中，C3將放大后的信號(hào)耦合出去；從C4可以看出這個(gè)兩級(jí)放大電路采用的隔直耦合方式，使前后放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響。利用這一電路即可把原始音頻信號(hào)放大成需要的調(diào)制信號(hào)。

本次設(shè)計(jì)采用集電極調(diào)幅電路，其具體電路如圖2.2.5-1所示。本電路工作方式是：放大器有效集電極電壓等于調(diào)制信號(hào)與直流電源V2電壓之和，當(dāng)放大器處于過壓工作狀態(tài)時(shí)，集電極電流基波分量隨集電極電源電壓成正比變化。因此，集電極回路輸出高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號(hào)波形而變化，就得到調(diào)幅波輸出。其中C3，L1組成的諧振回路，將調(diào)幅波分離并輸出出來。其優(yōu)點(diǎn)是集電極效率高。

其仿真波形如圖2.2.5-2所示，由波形圖可看出此電路得到了良好的調(diào)幅波，實(shí)現(xiàn)了振幅調(diào)制的功能。

采用丙類高頻功率放大器，其具體電路如圖2.2.6-1所示。

        將以上各模塊電路相互連接即得小功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)整機(jī)電路為：