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课程设计-无线电报收发系统

发布时间:2019-07-14 09:43 来源:未知 编辑:admin

  课程设计-无线电报收发系统_工学_高等教育_教育专区。河北工业大学信息工程学院《无线电报收发系统设计》

  河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 无线电报收发系统 学院:信息工程学院 班级:电子 101 班 姓名: 学号: 第 1 页 共 1 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 目 次 一、电报发射机 ??????????????????????4 1、调幅发射机设计的作用与目的???????????????5 2、电报发射机的主要技术指标????????????????5 3、电报发射机的设计原理图?????????????????5 4、电报发射机各模块具体设计????????????????6 4.1、音频振荡器??????????????????????6 4.1.1、音频振荡器原理图??????????????????6 4.1.2、音频振荡器仿真波形?????????????????7 4.1.3、音频振荡器仿真频率?????????????????7 4.2、音频放大器??????????????????????8 4.2.1、音频放大器电路原理图????????????????8 4.2.2、音频放大器仿真波形?????????????????8 4.3、载波振荡器??????????????????????9 4.3.1、载波振荡器电路原理图????????????????10 4.3.2、载波振荡器仿真波形?????????????????10 4.3.3、载波振荡器仿真频率?????????????????10 4.4、振幅调制器??????????????????????11 4.4.1、振幅调制器电路原理图????????????????13 4.4.2、振幅调制器仿真波形?????????????????13 4.5、功率放大器??????????????????????14 4.5.1、功率放大器电路原理图????????????????14 第 2 页 共 2 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、功率放大器仿真波形?????????????????15 4.6、电报发射机总原理图??????????????????16 二、电报接收机 ??????????????????????17 1、调幅接收机的作用及目的?????????????????17 2、调幅接收机的主要技术指标????????????????17 3、电报接收机的设计原理图?????????????????17 4、电报接收机各模块设计??????????????????17 4.1、选频放大电路?????????????????????17 4.1.1、选频网络原理图???????????????????17 4.1.2、放大网络原理图???????????????????18 4.1.3、放大网络仿真波形??????????????????18 4.2、检波解调电路?????????????????????18 4.2.1、检波解调电路原理图?????????????????19 4.3、滤波低放电路?????????????????????19 4.3.1、低通滤波电路原理图?????????????????19 4.3.2、低通滤波电路仿真波形????????????????20 4.3.3、低频放大电路原理图?????????????????20 4.3.4、低频放大电路仿真波形????????????????21 5、接收机总原理图 ????????????????????22 三、设计心得与体会????????????????????23 四、参考文献???????????????????????24 第 3 页 共 3 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 无线电报收发系统 学院:信息工程学院 班级:电子 101 班 姓名: 学号: 摘要:无线电报收发系统设计是继《高频电子线路》理论学习和实验教学之后又一重要的实践 性教学环节。 它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后, 让 学生综合运用高频电子线路知识,进行实际高频系统的设计、安装和调测,利用 multisim 等 相关软件进行电路设计, 提高综合应用知识的能力、 分析解决问题的能力和电子技术实践技能, 让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势, 为今后从事电子技术领 域的工程设计打好基础。 电报是一种最早的、 可靠的即时远距离通信方式, 它是 19 世纪 30 年代在英国和美国发展 起来的。 电报信息通过专用的交换线路以电信号的方式发送出去, 该信号用编码代替文字和数 字,通常使用的编码是莫尔斯编码。虽然随着电话、传真等的普及应用,电报已很少被人使用 了,但是通过对电报系统的设计,我们可以很好了解调幅发射机的原理及设计过程,有助于我 们对高频电子线路的学习。 关键词:高频电子线路;multisim;电报;调幅。 ABSTRACT Radio transceiver system design is the high frequency electronic circuit theoretical study and experimental teaching is an important link of practice teaching. It is the task of the students master and have basic knowledge of electronic technology and unit circuit design ability, let students in the integrated use of high frequency electronic circuit knowledge, Practical RF system design, installation and debugging, the use of Multisim and other related software for circuit design, improve the comprehensive ability of the applied knowledge, ability to analyze and solve problems and electronic technology practice skill, lets the student understand the high-frequency electronic communications technology in the industrial production and application present situation and the trend of development, for the future of electronic technology in the field of engineering design to lay a good foundation. The telegraph was one of the earliest, reliable real-time remote communication mode, it is the eighteen thirties in Britain and the United States developed. Telegraphic messages through a dedicated communication lines in the form of electrical signals sent out, the signal encoding instead of text and numbers, usually using Morse coding coding. Although with the telephone, fax and popularize application, the telegraph has rarely been used,through the cable system design, we can well understand the principle and design process of amplitude modulation transmitter,and it help us to study of high frequency electronic circuits. Key words: high frequency electronic circuit;multisim;telegraph;amplitude modulation. 第 4 页 共 4 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 一、电报发射机 1、调幅发射机设计的作用及目的 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。调幅发射机实现调幅 简便,调制所占的频带窄,并且与之对应的调幅接收设备简单,所以调幅发射机 广泛地应用于无线电收发系统。所谓调幅,就是指,使振幅随调制信号的变化而 变化,严格的讲,就是指载波振幅与调制信号的大小成线性关系,而它的频率和 相位不变。振幅调制分为如下几种方式:AM(普通调幅) 、DSB(抑制载波双边带 调幅) 、SSB(抑制载波单边带调幅) 。本设计调幅发射机指的是普通调幅发射机。 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:音频振荡器、音频放大器、载波振 荡器、振幅调制器、功率放大器。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。 2、电报发射机的主要技术指标 载波频率:30MHZ 音频频率:1000HZ 调幅深度:M 0.8 a 发射功率:P 500mW L 3、电报发射机的设计原理图 第 5 页 共 5 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 图中,各组成部分的的作用如下: 音频振荡器:产生频率为 1000Hz 的调制信号。 音频放大器:将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。 载波振荡器:产生频率为 30MHz 的载波信号。 振幅调制器:将调制信号调制到载波上,产生调幅波。 功率放大器:对前级送来的信号进行功率放大,通过天线将已调高频载波电流以 电磁波的形式发射到空间。 4、电报发射机各模块具体设计 4.1、音频振荡器 根据载波频率的高低和频率稳定度来确定电路形式。一般采用三点式振荡器, 电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。这是因为电容 三点式振荡器中,反馈是由电容产生的,高次谐波在电容上产生的反馈压降较小, 输出中高频谐波小;而在电感三点式振荡器中,反馈是由电感产生的,高次谐波 在电感上产生的反馈压降较大。 另外,电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。这是 因为在电感三点式振荡器中,晶体管的极间电容与回路电感相并联,在频率高时 可能改变电抗的性质;在电容三点式振荡器中,极间电容与电容并联,频率变化 不改变电抗的性质。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度 要求不高的情况下,可以采用克拉泼电路,西勒电路。频率稳定度要求高的情况 下,可以采用晶体振荡器,也可以采用单片集成振荡电路。 (1) 、音频振荡器的电路原理图 第 6 页 共 6 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线) 、音频振荡器仿线) 、音频振荡器仿线 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、音频放大器 运算放大器(简称“运放” )是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中, 通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。可以对电信号进行运算,一般具有高 增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。运放的供电方式分双电源供电与单电 源供电两种。对于双电源供电运放,其输出可在零电压两侧变化,在差动输入电 压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放,输出在电源与地之间的某一范 围变化。语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频,经过放大的音频信号送 到调制器对高频载波进行调制。 (1) 、音频放大器的电路原理图 (2) 、音频放大器仿线 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、载波振荡器 载波震荡器用来产生 30MHz 的高频振荡载波信号,由于整个发射机的频率稳 定度由载波振荡器决定,因此要求振荡器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,这里我采用改进型的西勒振 荡电路,可以满足要求。 为了解决频率稳定度和振荡幅度的矛盾,常采用部分接入方式。由前述可知, 为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振,当静态工作点确定后,晶体管内 部参数 Yf 的值就一定,对于小功率晶体管可以近似认为 馈系数大小应在 0.15~0.5 范围内选择。 如图为西勒振荡器电路所示, 一般小功率振荡器的集电极电流 Icq 大约在 0.8 到 4mA 之间选取,在本实验电路中,选择 Icq=15mA,Vcq=0.5V,β =40,则有: RE+RC=错误!未找到引用源。=3kΩ 4.3.1 为提高电路稳定性 Re 值适当增大,取 Re=1KΩ ,Rc=2KΩ ,则有: VEQ=ICQ*RE=1.5mA*1k=1.5V IBQ=ICQ/β =2mA/40=0.05mA 取 Rb2 的电流为 10 IBQ,则有: Rb2=错误!未找到引用源。=4.4KΩ 4.3.4 可取 Rb1=5kΩ ,这样额定电流为 2mA,接入系数 C2 和 C3 不能过大或者过小,否则 不容易起振,一般为 1/8 到 1/2。振荡器的总电容与振荡频率为: CΣ = +C6 C5+C6 F0=错误!未找到引用源。 4.3.6 在 LC 振荡中, 0=30MHZ, F L=1uH, C5+C6=31pF,取 C5 为 30Pf,C6 为 1pF 的可调电容, 并且 C2、 远远大于 C5、 C2/C4 在 1/8 到 1/2 之间, C4 C6, 所以 C2=120pF, C4=560Pf。 在如图的西勒振荡电路中,R1、R2、R3、R5 提供偏置电压使三极管工作在放 4.3.5 4.3.2 4.3.3 Y f ? g m ? I CQ 26mV ,反 第 9 页 共 9 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 大区,C1 起到滤波作用。由于 C6 和 L 并联,所以 C6 变化不会影响回路的接入系 数,如果使 C5 固定,可以通过改变 C6 来微调振荡频率。 (1)、载波振荡器电路原理图 (2) 、载波振荡器仿线) 、载波振荡器频率 第 10 页 共 10 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、振幅调制器 振幅调制器的任务是将所需传送的信息加载到高频振荡中,以调幅波的调制 形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。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,必须使用高频功率放大器才能达 到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果 集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求,就可以在调制级将信号直 接发射出去。低电平调幅电路输出功率小,适用于低功率系统。它的电路形式有 多种,如平衡调幅器、模拟乘法器调幅等,比较常用的是采用模拟乘法器形式制 成的集成调幅电路,即集成模拟乘法器 MC1496 调幅。这种集成电路的出现,使产 生高质量调幅信号的过程变得极为简单,而且成本很低。 模拟乘法器是对两个模拟信号(电压或电流)实现相乘功能的有源非线性器 件,主要功能是实现两个互不相关信号的相乘,即输出信号与两输入信号相乘积 成正比。它有两个输入端口,即 X 和 Y 输入端口。 在高频电子线路中,振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制 与解调的过程,均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器 实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多,而且性能优越。所 以目前在无级通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有 BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596 等[7]。 根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象 限的乘法器。其内部电路如图所示,其中 V7 、 R1 、 V8 、 R2 、 V9 、 R3 和 R5 等组成 第 11 页 共 11 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 多路电流源电路, V7 、 R5 、 R1 为电流源的基准电路, V8 、 V9 分别供给 V5 、 V6 管 恒值电流 I 0 / 2 , R5 为外接电阻,可用以调节 I 0 / 2 的大小。由 V5 、 V6 两管的发射 极引出接线,外接电阻 RY ,利用 RY 的负反馈作用,以扩大输入电压 U 2 的动 态范围。 RC 为外接负载电阻。 根据差分电路的基本工作原理,可以得到 ic1 ? ic 2 ? ic 5 th u1 2U T 4.4.1 4.4.2 4.4.3 ic 4 ? ic 3 ? ic 6th u1 2U T u ic 5 ? ic 6 ? I 0 th 2 2U T 式中 i c1 、 ic 2 、 ic 3 、 ic 4 、 i c 5 、 i c 6 分别是三极管 V1 、 V 2 、 V 3 、 V 4 、V5 、V 6 的 集电集电流。 E T 为温度的电压当量,在常温T=300K时, U T ? 26mV 。由图2-1可 知,相乘器的输出差值电流 i ? i13 ? i24 ? (ic1 ? ic3 ) ? (ic 2 ? ic 4 ) ? (ic1 ? ic 2 ) ? (ic3 ? ic 4 ) 将(2-1)、(2-2)、(2-3)代入(2-4),可得 4.4.4 i ? (ic 5 ? ic 6 )th u1 u u ? I 0 th 1 ic 6 th 2 2U T 2U T 2U T 4.4.5 由于 V5 、 V6 两管发射极之间跨接负反馈电阻 RY ,当 RY 远大于 V5 、 V6 管的发 射结电阻时 ic 5 ? ic 6 ? i E 5 ? i E 6 ? 将式(4.4.6)代入(4.4.5)可得 2u 2 RY 4.4.6 i? 2u 2 u th 1 RY 2U T 4.4.7 可见,输出电流中包含两个输入信号的乘积。 MC1496内部电路如下图: 第 12 页 共 12 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线) 、振幅调制器电路原理图 (2)、振幅调制器仿线 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、功率放大器 利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器,这是无线电 发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角θ 的范围可分为甲类、乙类、 丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ 愈小,放大器的效率η 愈高。 如甲类功放的θ =180,效率η 最高也只能达到 50%,而丙类功放的θ 90?,效率 η 可达到 80%,甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大 器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。 (1) 、功率放大器电路原理图 第 14 页 共 14 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线) 、功率放大器仿线 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、电报发射机总电路图 第 16 页 共 16 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 二、电报接收机 1、调幅接收机设计的作用及目的 天线从空间接收个重点太发送的无线电波,并将他们转换成电信号送到输入 调谐回路,输入调谐回路从中选出某一个特定信号送到放大器放大后,由检波器 解调出音频信号,经低放和功放,送给扬声器发出声音。 2、调幅接收机的主要技术指标 P 100mW Ω 3、电报接收机的设计原理图 选频放大电路:从多种频率的输入信号中,选取所需的一种频率信号加以放大。 检波解调电路:将音频信号或视频信号从高频信号(无线电波)中分离出来。 滤波低放电路:滤除无用信号并对音频信号进行放大输出。 4、电报接收机各模块具体设计 4.1、选频放大电路 该模块由选频部分和放大部分构成,磁性天线感应来的信号送到谐振回路 L1Ca,由于 L1Ca 谐振回路调谐在欲接收信号的回路上,因此其他的干扰信号将被 抑制,然后将信号送到下一级放大网络。 (1) 、选频网络原理图 第 17 页 共 17 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线) 、放大网络原理图 (3) 、放大网络仿线、检波解调电路 从高频调幅信号中取出原调制信号的过程称为振幅解调,或振幅检波,简称 检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制 第 18 页 共 18 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 信号,都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是, 普 通调幅信号来说,它的载波分量被抑制掉,可以直接利用非线性器件实现相乘 作用,得到所需的解调电压,而不必另加同步信号,通常将这种振幅检波器称 为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器,而在集成电路中,主要 采用三极管射极包络检波器。同步检波,又称相干检波,主要用来解调双边带 和单边带调制信号,它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成,另 一种直接采用二极管包络检波。 包络检波电路由检波二极管和低通 RC 滤波部分组成。检波二极管是一个 非线性元件,用于进行频率交换。低通 RC 滤波电路对低频调制信号 v ? 相当于 检波负载,即 1R ? C;对高频载波信号短路,即滤除高频信号,1RC w0 。 因此,取 R=10k ? ,C=850pF,符合要求。 (1)、检波解调电路原理图 4.3、滤波低放电路 滤波低放电路有两部分构成,一是低通滤波电路,另外一个是低频放大电路。 (1) 、低通滤波器原理图 第 19 页 共 19 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线) 、低通滤波器仿线) 、低频放大电路原理图 第 20 页 共 20 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线)、低频放大电路仿线 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线、接收机总原理图 第 22 页 共 22 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 三、设计心得与体会 通过对高频知识的掌握,初次利用 Multisim 软件设计了一个电报发射与接收 机。我根据先局部后整体的设计方案,先将电报收发机的各部分电路设计出来, 并且单独进行仿真和调试,然后再进行调试并且仿真。在设计各个环节中都遇到 了很多问题:首先,参数的选定很难,课堂上基本上是分析电路的原理功能和计 算电路的性能指标,很少亲自选定器件的参数,从资料或网上得到的数据很多都 有问题;必须经过修正和调试才能确定出器件的参数,只有正确的参数,才能够 设计出我们所想要的输出结果, 参数的正确性可以说决定着设计成功的 50%; 其次, 有些时候理论上符合要求的电路,仿真后却得不到相应的结果,尤其是整机联接 的时候出现了更多问题,也花费了很多时间(其实差不多一半的时间都在进行整 机调试和修正) ,比如载波无法起振,还有就是调幅失真,问题更加复杂。 当然也正是由于问题的出现,我才学到了更多的知识,以及设计的技巧,对 Multisim 软件的应用也更加熟练了。出现问题的时候,首先思考出现问题的环节, 然后借助于从图书馆借的几本书,有时候直接上网查询,也请教其他同学,在这 个过程中对以前学的知识有了更深刻的了解,也明白了所学知识的应用范围,收 获颇丰。 通过这次课程设计,我再次感受到理论应用于实际中的难度,认识到理论联 系实际的重要性。我做的小功率调幅发射机所应用到的理论知识都是书中经典的 知识点,因此对课本知识也有了进一步的理解,也意识到自己对课本知识理解不 够到位,知识面不够广,分析电路也有点吃力,我想这对我以后的学习有很大的 促进作用,感谢老师们的指导。最后祝老师身体健康、工作顺利。今后,我们会 更加地努力学好专业知识。 第 23 页 共 23 页 河北工业大学信息工程学院《高频电子线路》课程设计 四、参考文献 [1]《高频电子线路》第四版,张肃文主编,高等教育出版社 [2]《高频电路设计与制作》 ,何中庸译,科学出版社 [3]《高频电子线路实验与综合设计》 ,杨霓清主编,机械工业出版社 [4]《高频电路实验与仿真》 ,于海勋、郑长明主编,科学出版社 [5]《高频电子线路实验与课程设计》 ,杨翠娥主编,哈尔滨工程大学出版社 [6]《电子线路设计、实验、测试》,谢自美主编,武汉华中科技大学出版社 [7]《高频电子线路》 ,曹才开主编,中南大学出版社 [8]《模拟电子技术基础》 ,康华光主编,高等教育出版社 第 24 页 共 24 页

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