毕业设计论文小功率调幅发射机设计.doc

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1、河北工业大学城市学院2011届本科毕业设计说明书河北工业大学城市学院毕业设计说明书 作 者： 学 号： 系： 电子信息工程系 专 业： 电子信息工程 题 目： 小功率调幅发射机设计 指导者： 评阅者： 2011 年 6 月 8 日60毕业设计中文摘要小功率调幅发射机设计摘要：调幅发射机目前正广泛应用于无线电广播系统中，课题以电子线路课程设计实践教学为应用背景，通过查阅大量教学文献，并结合专业基础课程教学需要，以原教学内容为基础，完成了小功率调幅发射机从设计、仿真到安装、调试等一系列完整设计工作。文中系统的设计了振荡器、音频放大器、振幅调制器和谐振功率放大器等系统单元电路，并通过具有射频仿真模块

2、的软件Multisim，试验和仿真优化了系统电路。文中还简明介绍了调幅技术与调频技术各自的特点，认识了两者在原理与应用上的不同。关键词：调幅发射机 功率放大器 Multisim 毕业设计外文摘要Title Design Of Low Power AM Transmitter AbstractAM transmitters are now widely used in radio broadcasting systems， this thesis as the background of electronic circuit，Through access to a large number of

3、 teaching literature, combined with teaching needs, based on the original teaching, completed the low-power AM transmitters from the design, simulation to the installation and commissioning of a full range of design work.Oscillator, audio amplifier, power amplifier and resonant amplitude modulator i

4、s designed by the system,using software Multisim circuit simulation and optimization of the system.The thesis also briefly describes each characteristics of AM and FM , know the different both in applications and principle. Keywords：Low-power AM transmitters Power Amplifier Crystal oscillator 目 次1 绪

5、论11.1 小功率调幅发射机初步认识11.2 小功率调幅发射机国内外研究现状21.3 小功率相关技术及热点问题分析21.4 课题的研究任务和内容52 方案设计与单元电路形式选择62.1 发射机的总体认识62.2 单元电路的认识63 单元电路的设计与仿真 83.1 主振级与小信号放大级的设计83.2 缓冲隔离级的设计113.3 语音放大级的设计123.4 幅度调制电路的设计133.5 高频谐振功率放大器的设计163,6 谐振功率放大器的调整263.7 天线的相关知识及设计274 单元电路调试与整机统调294.1 主振级调试294.2 信号调制级调试294.3 功率放大级调试294.4 整机统调3

6、04.5 主要技术指标测试方法315 硬件电路调试过程及示波器影像图335.1 主振级硬件电路以及示波器图像335.2 音频信号输入级硬件电路以及示波器图像335.3 振幅调制级硬件电路以及示波器图像345.4 功率放大级硬件电路以及示波器图像356 另外一种调幅发射机设计方案386.1 主振级的选择与仿真波形386.2 语音放大级选择与仿真波形396.3 AM调至电路与仿真波形396.4 整机电路的连接与仿真40结论42参考文献43致谢45附录A 调幅技术与调频技术主要特点及区别46附录B 集成调幅与调频发射机设计47附图C 高频电路设计基本步骤54附图D 选择高频元器件的基本设想55附图1

7、 整机所用元件列表56附图2 整机电路图57附图3 整机电路PCB图58附图4 整机电路实体图591 绪论当今时代，信息技术发展十分迅猛，产品更新换代步幅更是明显加快，尤其是无线技术创新非常活跃，各类技术加快发展和融合，新技术新应用层出不穷，向社会各部门各领域的渗透日益广泛深入。目前，移动通信、卫星通信、雷达导航、遥控遥测、射电天文等40多种无线电业务已在我国的通信、广播、电视、国防、安全、铁路、交通、航空、航天、气象、渔业、科研等多个行业和领域广泛应用7。调幅技术目前正广泛应用于通信与广播技术中，远距离世界性的信息传播使得调幅技术展现了更大的应用空间，如何更高效率的传播有用信息，而且使信号的

8、失真度达到最小，是下一代调幅技术需要研究的主要方向。调幅技术也是其他通信技术研究的基础，通过研究调幅相关技术，能够对未来通信技术的发展产生更深远的认识。调幅发射机常用于通信系统与其他无线电系统中，在中短波领域应用极为广泛，由于调幅简便，占用频带窄，设备简单等优点，因此在发射机系统中应用非常广泛。在实际的广播发射系统中，中波调幅的频率范围为535 1605 千赫，音频信号中的高音频率应该被限制在 4.5 千赫以下，发射功率需要达到300W以上才能使空间覆盖面达到比较好的状态，此次设计需要在实验室环境中研究发射机的工作原理与原件选择，因此，根据实验室条件适当降低技术指标，载波频率采用实验室较为常用

9、的6MHz，单音频调制信号选择1KHz，发射机功率初步定为1W。1.1 小功率调幅发射机初步认识目前，虽然调频技术以及数字化技术突飞猛进，其应用范围覆盖了无线通信技术的80%以上，但是由于小功率调幅发射机具有调制解调电路简单、调试容易、信号带宽窄和技术成熟等优点，因此仍然使其能够在中短波通信中广泛得以应用。课题以电子线路课程设计实践教学为应用背景，在仿真软件与实验室中完成一个完整的调幅发射机，并实现无线电报功能。 发射机的主要任务是利用低频音频信号对高频载波进行调制，将其变为在适合频率上具有一定的带宽，有利于天线发射的电磁波。一般来说，简易发射机主要分为低频部分、高频部分、以及电源部分。高频部

10、分主要包括：主振荡器、缓冲放大级、中间放大级、功放推动级以及末级功放级。低频部分主要包括：话筒、低频电压放大级、低频功率放大级以及末级低频功率放大级等。1.2 小功率调幅发射机国内外研究现状调幅技术起源于上世纪20年代，商业广播先后在美、苏、英、德、法、中等国开播，调幅广播先后经历了中波调幅、短波调幅、数字化调幅等几个阶段。尽管调幅广播的带宽只有9kHz或10kHz，音质无法与调频立体声相比，但是由于调幅广播发展时间最久，全球标准统一，在任何地方购买的收音机在全球各地都能使用，接收工具简单，而且可以方便地进行室内、外的便携接收与车、船中的移动接收。因此至今它仍然是世界上使用最广泛的广播媒体。据

11、统计，全世界现在已有3333座短波发射台，12590座中波发射台，25亿台调幅收音机，其中7亿台可收短波广播。我国是AM广播的大国，新世纪开始实施的西部创新工程还将进一步扩大AM广播的规模，提高广播覆盖率与改变边远地区空中秩序。中国这样的大国不容易由调频(FM)广播覆盖，因而调幅广播仍然具有很大的市场。1.3 小功率相关技术及热点问题分析1. 调幅相关（1）调幅定义英文是Amplitude Modulation（AM）。就是载波幅度按照给定调制信号瞬时值函数改变的调制方式。该函数通常是线性的1。 （2）调幅特点一种调制方式，属于基带调制。使高频载波的频率随信号改变的调制（AM）。其中，载波信号

12、的振幅随着调制信号的某种特征的变换而变化2。 （3）调幅方式调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号中去，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了。这时候在接收端可以把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解调出来就可以得到调制信号了4。 2.功率放大电路（1）放大电路的基本原则1)输出功率大要求输出功率尽可能大是为了获得较大的功率输出，此时应该让功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作2。 2)输出效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率

13、也大，这就存在一个效率问题。所谓效率其定义式就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高8。 3)非线性失真要小功率放大电路工作在大信号状态下，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，往往其非线性失真越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，不同场合下，对非线性失真的要求也不同，例如，在测量系统和电声设备中，非线性失真就显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要了10。 （2）放大电路的工作状态1)甲类放大在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲

14、类放大1。 2)乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的iC 0 ，称为乙类放大。 3)甲乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的iC 0 ，称为甲乙类放大4。3.技术指标调幅发射机的主要技术指标：载波频率 ，载波频率的稳定度，输出负载电阻RL，发射功率PA，发射机效率，调幅系数Ma，调制频率F。（1）发射功率 发射功率一般是指发射机输送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射机高频振荡的波长可以相比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。波长与频率的关系为：= c/f1。若接收机的灵敏度Us=2V，则通信距离s与发射功率PA的关系式为(1-3-1)PA/mW5

15、0100200300400500s/km2.843.384.024.454.825.08表1-3-1 发射功率与通信距离的关系 （2）工作频率或波段 发射机的工作频率应该根据调制方式，在有关部门所规定的范围内选取才可以。对调频发射机，工作频率一般选在超短波（30-300MHZ）范围内；对于调幅发射机一般在中频（0.3-3MHZ）和高频（3-30MHZ）范围内2。（3）总效率发射系统发射的总功率与其消耗的总功率之比称之为发射系统的总效率，即(1-3-2)4.multisim软件的特点与应用Multisim为美国国家仪器（NI）公司推出的以Windows为平台的仿真工具，适用于模拟与数字电路板的设

16、计与仿真工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真和分析能力。 利用Multisim可以很好的解决理论与实践相脱节的问题,利用Multisim软件能够快速、轻松、高效地对电路进行设计与验证。 Multisim软件的特点：a.具有直观的图形界面b.具有丰富的元器件c.拥有强大的仿真能力d.拥有丰富的测试仪器e.拥有完备的分析手段等6。1.4 课题的研究任务和内容（1）小功率调幅发射机设计包括载波振荡电路、低频单音振荡电路（电报功能）、音频放大电路、振幅调制电路、带通滤波电路、缓冲放大电路和丙类功率放大电路的设计；（2）除振幅调制电路采用集成乘法器外，其余电路均采

17、用分立元件设计；要求应用电路仿真软件设计，并通过仿真调试优化电路。（3）设计指标： 载波频率：fc=3.579MHz（或6MHz），频稳度10exp(-4)；低频单音振荡频率：F=1000Hz； 单音调制调幅度：Ma0.8，音频调制平均调幅度Ma=0.4； 无源带通滤波电路中心频率为载波频率，3dB带宽为9KHz， 丙类功率放大电路的等效天线负载阻抗：RL=75；发射功率：Po1W；效率：c60以上。 电源电压：Vcc=+12V.2 方案设计与单元电路形式选择简易的调幅发射机就是利用模拟乘法器将话筒输入的音频信号加入到主振级产生的高频载波信号中，再经过谐振功率放大器的作用，将已调信号进行功率放

18、大，最后由天线辐射到空间进行传播。2.1 对发射机的总体方案设计根据设计要求，要求工作频率为6MHz，输出功率为1W。由于输出功率小，因此总体电路具有结构简单，体积较小的特点。其总体电路结构可分为载波振荡电路；单音振荡电路（电报功能）；音频放大电路；振幅调制电路；带通滤波电路；缓冲放大电路等。2.2 单元电路形式选择1.本机振荡电路振荡电路选择要根据载波频率的高低和频率稳定度来确定，在频率稳定度要求不是很高的情况下，可以采用电容反馈式振荡电路，如克拉泼电路，希勒电路等。在频稳度要求较高的情况下，一般可以选用晶体振荡电路，也可以选用单片集成电路。本机设计要求频稳度要达到10exp(-4)，一般的

19、lc振荡电路频稳度约为10-210-3，达不到设计要求，因此由于本机频稳度要求较高，可以采用晶振作为主震级振荡器，从而可以达到较高的频率稳定度125。2. 高频电压放大器高频电压放大器的主要作用是将振荡电路产生的震荡电压放大到一定程度后送到振幅调制器，可以选用高频谐振放大器。具体需要几级放大器需要看振幅调制器所选用的电路类型。当选用集成模拟乘法器作为振幅调制器时，由于输入信号要求为小信号，因此当输出电压能够满足要求是，可以考虑不用外加高频电压放大器。但如果采用集电极调幅电路，就要另加一至二级高频电压放大器，用来满足集电极调幅电路的大信号输入。为简便起见，本机调幅器采用模拟乘法器MC1496进行

20、调幅4。3.振幅调制电路振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频震荡电压中，从而以调幅波的形式将已调信号发射出去。通常调制分为低电平调制和高电平调制，采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，低电平调幅电路具有输出功率小的特点，适用于功率较低的系统。模拟乘法器的出现，使高质量的调幅信号的产生变得很简单，而且成本也很低，因此本机采用模拟乘法器MC1496构成调幅电路6。4.功率激励级由模拟乘法器调制电路输出的已调信号较小，不能满足末级功放的输入要求，因此，要在模拟乘法器后边加上功率激励级来放大已调调制的信号功率，从而满足后级电路的输入要求7。5. 功率放大级功率放大器是调幅发射机的最

21、末级，它的主要任务就是要发射出发射机设计指标所要求的输出功率。本机所设计的为小功率调幅发射系统，通常采用丙类谐振功率放大器，如果一级放大器不能满足要求，可以选用两级或者三级2。6.传输线与天线天线的主要作用是把已调制的高频信号变成电磁波，辐射到空间去，从而实现无线电的发射功能6。由于无线设备本身的传播距离的限制，因此，若想达到比较理想的传播距离，必须外接天线6。这里面就必须涉及到两个概念：（1） 频率范围频率范围指的是天线的工作频段，这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备6。（2） 增益值增益值表示天线的功率放大倍数，增益值越大代表对输入信号的放大倍数越大，传输质量也就越好6。3 单元电

22、路的设计与仿真发射机的主要任务是要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2。发射机一般分为三个部分：高频部分，低频部分和电源部分3。高频部分一般包括：主振荡级，缓冲放大级，中间放大级，功率推动级以及末级功放级。低频部分一般包括话筒，低频电压放大级，低频功率放大级和末级低频功率放大级。低频信号通过各级放大级的层层放大，最终在末级功放处获得所需的功率电平，从而可以对高频功率放大器进行调制。采用典型的调幅发射机设计方案即可达到设计指标的要求，发射机的主要单元电路见下图（图3-1）：主振器缓冲器音频放大高频功放振幅调制放大级话筒图3-1 发射

23、机的主要单元电路图中各部分主要作用为：主震级：有晶体振荡器产生频率为6MHz的震荡载波信号。缓冲级：将晶体震荡级与振幅调制级隔离，减少振幅调制级对晶体震荡器的干扰。音频放大：将话筒发出的信号放大到调制电路所需要的调制电压。振幅调制级：将音频信号加入到高频载波中，从而产生调幅波。高频功放：对信号进行功率放大，加入到天线中，从而向空间辐射。3.1 主振级与小信号电压放大级的设计主震级是调幅发射机的核心部件，其性能的好坏直接影响到发射信号的质量，因此，主震级产生的载波信号必须有较高的频率稳定度和较小的波形失真度，本机主振级备选方案可以有三种， RC正弦波振荡器，石英晶体振荡器，三点式LC正弦波振荡器

24、等。方案一：采用石英晶体振荡器，石英晶体振荡器具有较高的频率稳定度，在选择合适的偏置电路的情况下，频稳度可达到10-11数量级，而且，其工作状态稳定，波形失真度也比较小，因此，在频稳度要求较高的电路中，可以选用石英晶体振荡器作为主振级。方案二：采用RC正弦波振荡器，由于RC振荡器主要是由电阻和电容组成的，在电路中并没有谐振回路，因此，RC振荡器不适合于作为高频振荡器。方案三：采用LC三点式正弦波振荡电路，三点式振荡电路有电容三点式和电感三点式之分，相对来说，电容三点式的输出波形相对电感三点式要稳定，且频率变化不会改变电抗的性质，因此振荡器一般都采用电容三点式形式。在频率稳定度要求不是很高的情况

25、下，可以采用普通的电容三点式振荡电路，如克拉泼电路和西勒电路。LC回路由于受到标准性和品质因数的限制，其频稳度一般只能达到10-4数量级。为使整机电路简单并且频稳度度较高，本机采用石英晶体振荡器。石英是一种各向异性的结晶体，其化学成分是二氧化硅。石英晶片所以能做成谐振器，是基于他具有压电效应的原理。晶片的固有机械震动频率又称为谐振频率，其值与晶片的几何尺寸有关，具有很高的稳定性19。图3-1-1 主振级单元电路石英晶体振荡器是利用石英晶体谐振器作为滤波元件构成的振荡器，其振荡频率由石英晶体谐振器决定。与LC谐振回路相比，石英晶体谐振器具有很高的标准性和极高的品质因数，因此石英晶体振荡器具有较高

26、的频率稳定度，采用高精度和频稳措施后，石英晶体振荡器可以达到10-4-10-9的频率稳定度。根据设计指标的要求晶体振荡电路如下所示，晶振，C1，C2，C3与T1构成改进型电容三点式振荡电路，振荡频率由晶振的等效电容和等效电感决定。电路中的T1静态工作点由R1R2和R3决定，在设计静态工作点时，应首先决定集电极电流Icq，一般都取0.5mA4mA，Icq过大会引起波形失真，有时还伴随产生高次谐波6。设晶体管=60，Icq=2mA，由三极管的回路计算方法可推算出R1=150k，R2=100，R3=3k。晶体震荡级与小信号放大级联合电路图如图（图3-1-1）所示3：此电路中主震级工作在较低的6MHz

27、的频率上，一般晶体振荡器都能达到要求，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度较高，无需进行倍频3。频率输出需要通过C1微调，使震荡频率稳定在6MHz。R1 、R2和RP0构成分压式偏置电路，C2和C3的串接电容直接并接在晶体两端，为晶体的负载电容。主震级的模拟仿真结果如下（图3-1-2和图3-1-3）所示，图3-1-2 晶振产生的载波频率图3-1-3 晶体振荡器输出波形由晶振产生的信号由于振幅较小，因此需要加入小信号放大器，从而提高震荡级的输出振幅，T1构成小信号电压放大器，由RP0控制输出电压的振幅。高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放

28、大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察一下放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一

29、般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试6。经过小信号放大后输出波形(图3-1-4）如下5：图3-1-4 经小信号放大器后输出载波图3-1-4 经过小信号放大后输出波形与未加入放大器时相比，波形和频率都没有变化，指示振幅（电压）有所增加。3.2 缓冲隔离级的设计为了减小调制级对主震级的影响，需要采用加入缓冲级的方法。在缓冲隔离级的选择上不论是在低频电路还是高频电路的整机设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路1。调节射极电阻Rp1，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rbb的影响，则射极输出器的输入电阻Ri为R

30、i=RB/RL ，式中，RL=(R6+Rp1)/Rp2,RB=R4/R5，输出电阻Ro为 Ro=(R6+Rp1)/r0 。式中，r0很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源3。缓冲隔离级单元电路图（图3-2-1）如右：电压放大倍数AV为图3-2-1 缓冲隔离级单元电路式中，gm晶体管的跨导，一般情况下 。所以图示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似等于1的特点。晶体管静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取 ，ICQ=310mA. 对于图示电路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA，若晶体管电流放大倍数=60，则R6+Rp1=VEQ/ICQ=1. 5k，取R6=1k的电

31、阻，Rp1=1k的电位器。IRB10IBQ， 估算功率激励级的输入阻抗为335，即射随器的负载电阻Rp2=335，并可计算出射随器的输入电阻Ri，即 K 输入电压Vi为为减小射随器对前级振荡器的影响，耦合电容C1不能太大，一般为数十皮法。C2为0.022F左右。3.3 语音放大级电路设计图3-3-1 语音放大级电路语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大后的语音信号送入调制级对高频载波信号进行调制，本机采用LM386进行语音功率放大。电源由6脚引入，4脚接地，8脚与地之间接有源滤波退耦电容C7。信号由3脚引入，经放大后由1脚经输出电容C8送到受调放大级。3脚到地之间接入C6和RP4组

32、成负反馈电路，决定放大倍数的大小。RP4越小，电路增益越高；反之，增益越小9。语音放大级单元电路图（图3-3-1）如右:音频放大器输出波形模拟图（图3-3-2）如下5：图3-3-2 音频放大器输出波形模拟图3.4 幅度调制电路的设计所谓振幅调制就是用被传输的低频信号去控制高频振荡器，使其输出信号的幅度随着低频信号的变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带并有效进行远距离传输的目的。完成这种调制过程的装置称为振幅调制器。振幅调制（AM）就是用低频信号（调制信号）去控制高频载波的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比变化。调制过程如图所示：（a）调制信号波形（b）载波信号波形（c）Ma

33、1时的已调波形（e）Ma1时的已调波波形（d）Ma=1时的已调波波形图3-4-1 调幅波调制过程(1) 普通调幅信号的数学表达式为了突出基本概念，简化分析，假设调制信号为单频等幅余弦波，即 （3-4-1）设载波电压为 （3-4-2）通常载波频率远远大于调制频率，即满足，根据调幅的定义可直接写出调幅波的表示式 （3-4-3）（2）调幅度的定义调幅度（又称调制度或调制指数）反映了调制信号对高频载波幅度的控制能力，它是与载波振幅之比，即 （3-4-4）图3-4-2 普通调幅波波形UmaxUminBA式中，为比例常数。但在实际测量中并不利用此公示计算，一般采用波形测量的方法，如右图（图3-4-2）所示

34、，是包络函数，它反映了调幅信号包络线的变化。因此，在调制信号的一个周期内调幅信号的最大振幅为，最小振幅为，由此可得调幅度， （3-4-5）由上式可得调幅度还可以表示为 （3-4-6）式中，；。为了使调幅波不失真，即高频振幅能真实的反映调制信号，应小于或者等于1.如果，则产生过调制，如上边（e）图所示，实际中应该避免产生过调幅。图3-4-3 调幅电路根据设计指标的要求以及为了最大程度的减小各极间的干扰，本机采用模拟乘法器作为调幅电路，模拟乘法器的出现，使高质量的调幅信号的产生变得很简单，而且成本也很低。幅度调制单元电路图（图3-4-3）如右：根据设计要求的工作电压以及模拟乘法器的工作特性设置静态

35、工作点。乘法器的静态偏置电流主要由内部恒流源Io的值来确定,Io是第5引脚上的电流I5的镜像电流，改变电阻R25可调节Io的大小。在设置乘法器各点的静态偏置电压时，应使乘法器内部的三极管均工作在放大状态，并尽量使静态工作点处于直流负载线的中点，对应于图所示电路，应使内部电路中三极管的Vce=4V6V，即V6-V8=V12-V10=4V6V，V8-V4=V10-V1=4V6V，V2-（-Vee）=V3-（Vee）=4V6V。为了使输出上，下调制对称，在设计外部电路时，还应使V12=V6，V8=V10，而且12脚及6脚所接的负载电阻应相等，即R28=R29，调制输出信息波形（图3-4-4）如下8：

36、图3-4-4 调制信号3.5 高频谐振功率放大器的设计3.5.1谐振功率放大器的设计原理高频功率放大器是各种无线电发射机的重要组成部分，其工作频率较高，相对宽带也比较窄，一般都采用LC谐振网络作为负载构成谐振功率放大器。由于谐振网络频率调节困难，因此谐振功率放大器主要用来放大固定频率或窄带信号，所以谐振功率放大器也称为窄带高频功率放大器15。高频功率放大器一般多用于发射机的末级电路，其电流消耗往往要占到整机耗电量的绝大部分，所以功率放大器工作状态的优劣以及工作效率的高低就相当重要。为了提高效率，谐振功率放大器通常工作在丙类。1. 谐振功率放大器的工作原理（1） 电路组成图3-5-1 晶体管高频

37、功率放大器原理图 谐振功率放大器的原理如图所示，除电源和偏置电路外，它由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。高频功放中常采用平面工艺制作的NPN高频大功率晶体管，他能承受高电压和大电流，并有较高的特征频率ft。晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流，控制了较大的集电极电流，流过谐振回路产生高频功率输出，从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。如前所述，为了使高频功放以高效率输出大功率，常选在丙类状态下工作，为了保证在丙类工作，基极偏置电压应使晶体管工作在截止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号，一般在0.5V以上，可达到12

38、V,，甚至更大。也就是说，晶体管工作在截至和导通（线性放大）两种状态下，基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号。与低频功放不同的是，高频功放选用谐振回路作负载，即保证输出电压相对于输入电压不失真，还具有阻抗变换的作用，这是因为集电极电流是周期性的高频脉冲其频率分量除了有用分量（基波分量）外，还有谐波分量和其他频率成分，用谐振回路选出有用分量，将其他（a）无用分量滤除；通过谐振回路阻抗的调节，从而使谐振回路呈现高频功放所要求的最佳负载阻抗值，即匹配，使高频功放以高效率输出大功率17。（2）电压电流波形当基极输入一余弦高频信号后，晶体管基极和发射级之间的电压为（b）（c）其波形如图（a）所示。当的瞬

39、时值大于基极和发射极之间的导通电压时，晶体管导通，产生基极脉冲电流，如图（b）所示。基极导通后，晶体管便由截止区进入放大区，集电极将流过电流，与基极电流相对应，也是脉冲形状，如图（c）所示。将用傅里叶级数展开，得式中，为集电极电流直流分量，分别为集电极电流的基波，二次谐波及高次谐波分量的振幅。（d）图3-5-2 电流电压波形（a）（b）（c）（d）当集电极回路调谐在输入信号频率上，即与高频输入信号的基波谐振时，谐振回路对基波电流而言等效为一纯电阻。对其他各次谐波而言，回路失谐而呈现很小的电抗并可看成短路。直流分量只能通过回路电感线圈支路，其直流电阻较小，对直流也可看成短路。这样，脉冲形状的集电

40、极电流，或者说包含有直流，基波和高次谐波成分的电流流经谐振回路时，只有基波电流才产生压降，因而LC谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路谐振电阻为Re，则 （3-5-1）式中，为基波电压振幅。所以，晶体管集电极和发射极之间的电压为 （3-5-2）其波形如图（d）所示。可见，利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极脉冲变换为不失真的余弦电压输出。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载变换为纯电阻Re。通过调节L,C使并联回路谐振电阻Re与晶体管所需集电极负载值相等，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路除了起滤波作用外，还起到阻抗匹配的作用23。（3） 输出功率与效率由于

41、输出回路调谐在基波频率上，输出电路中的高次谐波处于失谐状态，相应的输出电压很小，因此，在谐振功率放大器中只需研究直流及基波功率。放大器的输出功率Po等于集电极电流基波分量在负载Re上的平均功率，即 （3-5-3）集电极直流电源供给功率PD等于集电极电流直流分量Ico与Vcc的乘积，即 （3-5-4）集电极耗散功率Pc等于集电极直流电源供给功率PD与基波输出功率Po之差，即 （3-5-5）放大器集电极效率等于输出功率Po与基波供给功率PD之差，即 （3-5-6）丙类工作状态的谐振功率放大器的效率很高，当电流导通角时，效率可达90%，随着的减小，效率还会进一步提高。但是也不能过小，因为此时为了达到一定的输出功率，所要求的输入激励信号电压的幅值将会过大，从而对前级提出过高的要求。所以，谐振功率放大器一般取为70度左右24。2谐振功率放大器的性能特点（1） 谐振功率放大器的工作状态图3-5-3 放大器的工作状态在丙类谐振功率放大器中，根据晶体管工作是否进入饱和区，可将其分为欠压临界和过压工作状态。将不进入饱和区的工作状态称为欠压，其集电极电流脉冲形状如图中曲线所示，为顶尖余弦脉冲。将进入饱和区的工作状态称为过压状态，其集电极脉冲形状如图中曲线所示，为中间凹陷的余弦脉冲。如果晶体管工作刚好