毕业设计高频电路实训装置文档格式.docx
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该实训装置在无线通信方面采用三类无线传输方式，分别是调幅方式，调频方式和FSK调制与解调方式，这样可对无线电通信的发射与接收进行学习，且可根据自行调试和设计的参数来调制信号发射，再通过本实训装置进行相应的接收，使学员对发设和接收有系统性的理解。
在一般的高频电子线路实验教学仪器中，主要是结合教材顺序来安排实验，学员通过实验课的学习和验证进一步加深对理论的理解，这样只能是单电路模块的学习，而在职业技能训练和鉴定时，要求学员能对整个通信系统的了解和掌握，这样的教学仪器很难满足要求。
经过对市场调研，目前用于无线电调试的考工实训和职业技能鉴定的教学仪器相对不完善，开发好可运用于大、中专院校的实训教学和科研机构的实验设备，所以具有很强的实际应用价值和市场前景。
2设计要求
设计并制作适合无线电调试技术实训、职业技能训练和职业技能鉴定相应工种的实训装置，结合经典的高频电子电路，学生能通过实训更好的掌握所学的理论知识，要求易懂易学，能通过对关键的信号探测点来测量参数，通过分析波形和参数进一步加深加固理论知识，使高频理论知识实践化。
设计过程先采用万能实验板搭接各相应的模块电路，通过实验室提供的仪器设备，逐个调出各模块电路，记录电路各参数指标；
然后用ProtelDXP软件画出各模块电路的原理图及PCB板图；
接着把各模块的PCB板图合并在一起，并开板加工成印制电路板；
对印制板电路按信号的工作流程及各模块特点逐个焊接和调试模块电路；
要求调试和修改从而达到各模块的相应技术指标的要求；
并设计箱体的外观及尺寸大小；
最后完成实训箱。
3方案论证与比较
3.1系统方案论证与选择
方案一：
采用单元单元电路设计，再用连接导线来组合无线电通信的实训装置，这样的优点是功能模块单元化，学员通过各个单元电路来加深对高频电子电路的学习和理解，信号也易于测试和调节，但在组合成相应的功能模块时，因连接导线较多，一方面给学员感觉较为杂乱，同时也存在一定的干扰，而无线电通信对干扰信号反映较为敏感。
方案二：
采用单元电路集成相应的功能模块，每个模块在系统里相对独立，模块之间的连接导线较少，是末级之间的传输关系，对功能模块内的单元电路不会存在着干扰，同时也使实验系统比较简洁；
另一方面我们吸收了方案一的优点，利用短路端子来对功能模块中的单元电路分割开，这样即可以对单元电路进行测试和设计，也可以用相对独立的功能模块组成特定的无线传输通信系统。
综上所述，本设计选择方案二，即采用单元电路集成相应功能模块的系统设计方式。
3.2FM发射电路设计方案论证与选择
采用单片调频发射集成电路MC2833及相关电路组成。
它可构成发射高频率信号的功率放大器。
但由于该芯片涉及到的谐振回路较多，不易统调，因而频率不易控制，导致信号不稳定、容易跑台，实现较为困难。
采用集成芯片BA1404及相关电路构成。
它主要由前置音频放大器，立体声调制器、FM调制器及射频放大器组成。
利用内部参考电压改变变容二极管的电容值，可实现发射频率的调整。
典型调频频段为75-108MHz。
综上所述，本设计选择方案二，即利用集成芯片BA1404实现FM发射电路。
3.3FM接收发射电路设计方案论证与选择
采用美国MOTOROLA公司生产的芯片MC3362。
该芯片是单片窄带调频接收电路，主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。
MC3362片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强指示驱动及载频检波电路等电路。
具有低供电电压、低功耗、灵敏度高等特点。
但是该电路较多用于调频广播接收，在要求的频段内进行调试相对困难。
采用集成芯片CXA1238S。
该芯片内部包含FM前置放大、立体声解调放大、FM中频放大及鉴频等环节，尤其是芯片内采用了锁相技术，因而具有中心稳定，调谐简单、抗干扰性强、电路稳定等优点。
综上所述，本设计选择方案二，即采用CXA1238S电路构成FM接收机电路。
4系统组成
系统是由九个高频实训电路模块组成，分别由晶体管振荡电路，AM发射机电路，AM接收机电路，FM发射机电路，FM接收机电路，FSK调制电路，FSK解调电路，CPLD频率计电路，系统电源电路模块等组成，其框图如图4-1所示。
图4-1系统模块框图
5模块电路设计
5.1LC与晶体管振荡电路设计
5.1.1单元电路设计
LC与晶体管振荡电路的输出是发射机的载波信号源，要求它的振荡十分稳定。
一般使用晶振电路，其中Q值可达数万，其频率稳定度可达10-5～10-6。
电路如图5-1所示。
在图1-1中，晶振JT和C1、C2、C3、VT1构成电容三点式振荡电路，振荡频率为3.579MHz。
电路中的R1、R2、R3决定晶体管的静态工作点，其中R1可以调整。
在对静态工作点设置时，先设定集电极电流ICQ，一般ICQ取0.5～4mA，ICQ太大会引起输出波形失真，产生高次谐波。
设晶体管β=60，ICQ=2mA,UEQ=（1/2~1/3）Ucc，则可算出R1，R2，R3。
如按图1-1所示安装电路，在调试中UBQ=8.3V,UEQ=7.7V。
图5-1晶体振荡电路
5.1.2安装与调试
调试晶体振荡器时，应先断开晶振，使振荡器不振荡，再用万用表测三极管的各级电压。
UEQ应满足
UEQ/（R2+R3）≈ICQ=2mA
若不满足，则可调整R1值。
将三极管的静态工作点调试正确后，再接上晶振，测量振荡器的振荡频率和输出电压的幅度。
测量时要正确选择测试点，使仪器的输入阻抗远大于电路测试点的输出阻抗。
在输出端还应接负载电阻RL，RL应与下一级电路的等效输入阻抗相等。
若仪器的输入阻抗较高，则可选择A点测量；
若仪器的输入阻抗较低，则应选择B点测量，这时耦合电容Co的取值约为20pF。
5.2AM发射机电路设计
5.2.1设计思路
单频点是指发射和接收的载频为固定值的频率点，这样在发射和接收时不需考虑因波段不同而引起放大器性能不同的因素，简化了设计难度。
单工是指对讲机在发射时就不能接收，在接收时就不能发射，即一次只能进行一种操作，要么发射，要么接收。
这样，一个对讲机只是相当于一个发射机和一个接收机的组合，用一个开关来控制发射与接收的转换。
为了设计的简便，一般对讲机采用调幅发射与接收。
5.2.2工作原理及组成框图
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，它的输出送至调制器中；
话音放大电路放大来自话筒的信号，其输出也送至调制器中；
调制器输出是已调幅的中频信号，该信号经中频放大器放大后与第二本振信号混频；
第二本振是一频率可变的信号源，一般选第二本振频率ƒo2是第一本振频率ƒo1与发射载频ƒo1之和；
混频器输出经带通或低通滤波器，使输出载频ƒc=ƒo2-ƒo1；
功放级将载频信号进行功率放大到所需发射的功率。
点频调幅发射机组成框图如图5-2所示。
图5-2点频调幅发射机组成框图
5.2.3主要技术指标
（1）工作频率范围
点频调幅发射机的工作频率为3.579MHz。
（2）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频率的波长λ可比拟时，天线才能有效地将载波发射出去。
波长λ与频率ƒ的关系为：
λ=с/ƒ
式中，с为电磁波传播速度，с=3×
108m/s。
若接收机的灵敏度SA=2μV，则通信距离S与发射功率PA的关系如表1-1所示。
表5-1发射功率PA与通信距离S的关系
PA/mV50100200300400500600700
S/km2.843.384.024.454.825.085.275.50
该电路的发射功率Po≥150mW。
（3）调幅度
调幅度是调制信号控制载波电压振幅变化的系数，它的取值范围为0～1，通常以百分比来表示，即范围为0%～100%。
非线性失真（包络失真）调制器的特性不能跟随调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。
线性失真保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅幅度特性变化称为线性失真。
该电路的的调制度为50%。
（4）噪声电平
噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调幅幅度与信号最大时的调幅幅度比。
广播发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于
1%。
（5）总效率
发射机发射的总功率PA与其消耗的总功率P’c之比称为发射机的总效率ηA，即
ηA=PA/P’c。
该电路的总效率η≥40%
5.2.4单元电路设计
（1）调制电路
根据题意及给定的主要器件，选定模拟乘法器MC1496构成调幅电路，如图5-3所示。
图5-3调制器电路
设uΩ=UΩmcosΩt=UΩmcos（2πƒΩt）
载波uc=UcmcosΩt=Ucmcos（2πƒct）
加上直流UDC与载波uc相乘，得：
uAM=UM（1+MacosΩt）cosωct
式中，调制系数Ma=UΩM/UDC≤1，否则会产生过量调幅。
MC1496内部结构图如如图5-4所示。
图5-4集成电路MC1496电路原理图
MC1496各引脚功能如下：
1）、SIG+信号输入正端2）、GADJ增益调节端
3）、GADJ增益调节端4）、SIG-信号输入负端
5）、BIAS偏置端6）、OUT+正电流输出端
7）、NC空脚8）、CAR+载波信号输入正端
9）、NC空脚10）、CAR-载波信号输入负端
11）、NC空脚12）、OUT-负电流输出端
13）、NC空脚14）、V-负电源
在设置MC1496的静态偏置时，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。
对应图1-6所示电路，在调试时各管脚的静态偏置电压如表1-2所示。
表5-2MC1496各管脚的静态电压
管脚
1
2
3
4
5
6
8
10
12
电压
-6
-6.5
-10.4
+6.9
+0.5
（2）话音放大电路
根据给定的主要器件，uA741为集成运算放大器，可以用它来对低频话音进行放大。
图1-7所示电路为一同相放大电路。
其输出电压为：
图5-5话音放大电路
（3）缓冲电路
射极输出器的输入阻抗大、输出阻抗小，能明显的改善电路的性能，因此，常用射极输出器做缓冲电路。
如图1-8所示。
设计射极输出器时，主要是考虑输入阻抗和输出阻抗与前后级的匹配问题。
图5-6缓冲电路
（4）功率放大电路
利用宽带变压器做耦合回路的功率放大器称为宽带功率放大器。
常见的宽带变压器有用高频磁芯绕制的高频变压器和传输变压器。
宽带功率放大器不需调谐振动回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大，但是效率η较低，一般只有20%左右。
它通常作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率。
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振放大器，根据放大器电流导通角θ的范围，可以分为甲类、乙类、丙类和丁类等功率放大器。
电流导通角θ越小，放大器的效率就越高。
通常用丙类功率放大器作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的效率。
图1-9所示的为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路。
其中晶体管VT1为缓冲级，晶体管VT2与高频变压器Tr1组成宽带功率放大器，晶体管VT3也选频网络L3、C6组成丙类谐振功率放大器。
①宽带功率放大器
静态工作点Q的确定：
UBQ=UCCR6/（R5+R6）
UEQ=UBQ-0.7=ICQ（R7+R8）
UCEO=UCC-UEQ=UCC-ICQ（R7+R8）
图5-7功率放大电路
宽带功率放大器集电极输出功率PC为：
PC=PH/ηT=1/2UCMICM
式中，PH为输出负载上的实际功率；
ηT为变压器传输效率，一般为0.75～0.85。
UCM=UCC-ICQR8-UCES
式中，UCES为饱和压降，约为1V。
ICM≈ICQ
变压器匝数比K为：
K=[（ηTR'
H）/RH]1/2
式中，RH为VT2输出阻抗；
R'
H为下级晶体管VT3的输入阻抗。
②丙类功率放大器
丙类功放的基极偏置电压是利用发射电流的直流分量IE0在发射极电阻R10上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。
集电极基波电压振幅为：
UC1m=IC1m/RP
式中，IC1m为集电极基波电流振幅；
RP为集电极负载阻抗。
集电极输出功率为：
Pc=UC1mIC1m/2
直流电源供给的直流功率为：
PD=UCCIC0式中，IC0为集电极脉冲的直流分量。
③高频变压器的绕制。
高频变压器的磁芯应采用镍锌（NXO）铁氧体，而不能用硅钢片铁芯，因硅钢片在高频工作时铁损过大。
用NXO—100环形铁氧体作高频变压器磁芯时，工作频率可达十几兆赫。
在确定磁芯材料后，其电感量可由L线圈的匝数来确定，匝数越多，电感量越大。
为了减小线圈漏感与分布电容的影响，匝数应尽量少些，匝间距离应尽可能大。
5.2.5安装与调试
电路调试应先分别调整各级静态工作点，然后从前级向后级逐级调整输出信号。
调制器的测试
测调制器电路静态工作点时，应使本振信号UO=0，调制信号UΩ=0。
先测MC1496第5脚上的电压U5，调整R5的值，使|U5|/R5=I0；
然后测量各静态工作电压，其值应与设计值大致相同。
加本振电压Uo=100mV，使调制电压UΩ=0，调节RP3使MC1496输出信号为最小值，再使UΩ=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形，再调节RP3使输出波形为Ma=50%的调幅波。
5.3AM接收机电路设计
5.3.1工作原理及组成框图
图5-8是超外差式晶体管收音机电路的方框图和各级信号的波形图。
我们现在使用的收音机基本上都是超外差式收音机，其特点是：
收音机接收到的电台信号要经过变频电路变频，将原高频载波变换为统一的频率较低的中频信号。
然后再经中频放大、解调还原成声音信号。
超外差式收音机具有灵敏度高、选择性好、工作稳定等优点。
图5-8超外差式晶体管收音机的方框图和各级信号
5.3.2主要技术指标
调幅发射机的工作频率为3.579MHz。
（2）灵敏度
接收机输出端在满足额定的输出功率和一定输出信噪比时，接收机输入端所需的最小信号电压称为接收机的灵敏度。
调幅接收机的灵敏度一般为5～50μV。
（3）选择性
接收机从作用在接收机天线上的许多不同频率的信号（包括干扰信号）中选择有用信号，同时抑制邻近频率信号干扰的能力称为选择性，通常以接收机接收信号的3dB带宽和接收机对邻近频率衰减能力来表示。
一般要求3dB带宽不小于6～9kHz，40dB带宽不大于20～30kHz。
（5）中频抑制比
接收机抑制中频干扰的能力称为中频抑制比。
通常用输入信号频率为本机中频时的灵敏度SIF与接收灵敏度S之比表示中频抑制比，以dB为单位，即中频抑制比=20lg（SIF/S）dB分贝数越大，说明抗中频干扰能力越强。
一般要求中频抑制比大于60dB。
（6）镜频抑制比
接收机对于镜频（镜像频率）干扰的抑制能力称为镜频抑制比。
镜频=ƒS±
2ƒI
式中，ƒS为信号频率；
ƒ1为中频频率。
对于本振频率高于信号频率的接收机，其镜频为ƒS+2ƒI；
对于本振频率低于信号频率的接收机，其镜频为ƒS-2ƒI。
通常用输入信号频率为镜频时的灵敏度SIM与接收灵敏度S之比表示镜频抑制比，一般以dB为单位，即镜频抑制比=20lg（SIM/S）dB
分贝数越大，说明抗镜频干扰的能力越强。
通常要求镜频抑制比大于60dB。
（7）自动增益控制能力
接收机利用接收信号中的载波控制其增益以保证输出信号电平恒定的能力称为自动增益控制能力。
测量时，通常使接收机输入信号从某规定值开始逐步增加，直至接收机输出变化到某规定值（如3dB）为止，此时输入信号电平所增加的分贝数即为接收机的自动增益控制能力。
（8）输出功率
接收机在输出负载上的最大不失真功率称为输出功率。
5.3.3单元电路设计
（1）输入回路
由磁性天线感应得到的高频信号，实际上是高频载波信号经过ＬＣ调谐回路加以选择得到欲接收电台信号。
（为使收音机获得较高选择性、灵敏度，应选合适Ｌ1与Ｌ2匝数比。
现在装的天线线圈现成已设计好的，要求学生尽量注意，不要把线圈弄断，否则拆除线圈减少圈数影响匝数比）。
（2）变频电路
由输入回路送来的高频信号是调幅波，本机振荡产生的本振频率信号是等幅波，混频后经选频得到465KHZ中频信号。
因此变频级主要作用是将调幅的高频信号变为调幅的中频信号。
变换前后仅是载波频率改变，而信号包络不变。
一般用一只变频管来完成该机的振荡和混频作用。
对混频来讲，要求工作在非线性区，电流不能太大，否则变频增益下降，但对本振来讲，电流大一点，变频增益高又容易起振，电池电压下降不易仃振。
但振荡也不能太强，否则会引起波形失真听到“咯”、“咯”声，增益反而下降，一般选电流为0.4～0.6mA。
（3）中频放大
中放级的好坏对收音机灵敏度、选择性等有决定性影响。
中放级工作频率是465KHZ，用并联的LC谐振回路作负载，因此只有在信号频率为465KHZ时并联谐振回路电压最大，因此提高了整机选择性。
收音机有时采用一级中放（一般为二级中放）单调谐中频放大器，选择性及灵敏度不一定十分理想，但
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