通信电子线路课程设计.docx
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通信电子线路课程设计
通信电子线路课程设计（论文）任务书
信息工程学院通信工程专业通信08－3 班
一、课程设计（论文）题目 无线传输系统的调试与设计
二、课程设计（论文）工作自2010年1月4日起至2010年1月14日止。
三、课程设计（论文）地点:
通信实验室
四、课程设计（论文）内容要求：
1．本课程设计的目的
1）使学生掌握无线传输系统各功能模块的基本工作原理；
2）培养学生基本掌握通信电路设计的基本思路和方法；
3）使学生掌握无线传输系统调试；
4）培养学生分析、解决问题的能力；
5）提高学生的科技论文写作能力；
6）学会使用pspice等电路设计软件。
2．课程设计的任务及要求
1）基本要求：
（1）分析无线传输系统各功能模块的工作原理；
（2）选用合适的器件；
（3）提出系统的设计方案；
（4）对所设计电路进行调试。
2）创新要求：
在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善电路性能；对系统进行仿真分析。
3）课程设计论文编写要求
（1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文；
（2）论文包括目录、中文摘要、绪论、正文、小结、参考文献、附录等；
（3）按课程设计论文装订采用学校统一封面；
4）评分要点：
（1）完成原理分析；
（2）完成仿真分析；
（3）完成调试；
（4）回答问题；
（5）格式规范；
5）参考文献：
（1）董在望.《通信电路原理》高等教育出版社
（2）张肃文.《高频电子线路》高等教育出版社
（3）杨翠娥.《高频电子线路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社，
（4）刘润华.《电工电子实习与设计》石油大学出版社课程设计论文编写要求
（5）李永平.《Pspice电路设计与实现》国防工业出版社
（6）
（7）
（8）
学生签名：
2010年1月15日
6）课程设计进度安排
内容天数 地点
构思及收集资料2 图书馆
组装与调试5 实验室
撰写论文3 图书馆、实验室
课程设计（论文）评审意见
（1）原理分析（10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（2）设计分析（25分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（3）系统调试（15分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（4）回答问题（30分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（4）焊接调试（20分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、及格（ ）、差（ ）；
（5）格式规范性及考勤是否降等级：
是（）、否（ ）
评阅人：
职称：
副教授
2010年1月19日
目录
摘要4
第一章绪论5
第二章电路设计软件的使用7
一.用Pspice进行电路仿真7
1.Pspice10.5软件概述7
2.电路仿真过程7
二.用Protel2004进行PCB画图8
1.Protel2004概述8
2.Protel2004的基本应用8
第三章系统设计与安装10
一.电路分析10
1.发射部分电路分析10
2.接收部分电路分析11
3.电路评价与改进12
二．电路安装14
1.安装14
2.调试与调整14
第四章接收发送系统调试16
一.中波调幅发射机的组装与调试16
1.系统原理16
2.系统组装16
3．模块分析17
二．超外差中波调幅接收机的组装与调试18
1.系统原理18
2．系统组装18
第五章焊接与故障分析21
一．焊接21
1.焊接注意事项21
2.对讲机套件焊接…………………………………………………………………..21
二．系统调试故障分析22
1.中波调幅发射机故障分析22
2.中波调幅接收机故障分析22
第六章体会心得23
附录一:
Protel原理图24
附录二:
ProtelPCB图25
摘要
随着人类社会的不断进步，尤其是进入了19世纪，电子通信技术作为一项新兴的技术得到迅速的发展，在最近的几十年里，通信系统的理论、技术和电路发生的巨大的变化。
通信系统的集成化、数字化、移动化和多媒体化，对组成通信系统的电路提出了更高的要求。
在通信系统中，大量应用数字电路和数字信号处理技术，并且朝着软件与硬件相结合的方向发展。
近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。
无线通信的终极目标是实现任何人在任何时间、任何地点接受和发送任何信息。
掌握无线通信系统的各个模块工作原理是每一个通信技术学习及研究人员的基本要求。
在一个完整的无线通信系统中，主要有放大、滤波、调制、发射、接受、混频、解调等功能模块，我们要做的，就是充分理解和掌握这些功能模块的工作过程，并能够进行相应的电路设计。
在以后的学习和工作中，免不了要与各类电路板打交道，因此，除了对无线通信系统原理的理解和掌握之外，我们还必须学会电路板的焊接制作过程，并对电路板进行调试，使它能正常的工作。
随着计算机技术的普及和发展，各类电路仿真、制作软件在电路设计中发挥着越来越重要的作用，如在电路设计过程中，可使用Multisim、Pspice等软件进行仿真实验，使电路功能调整到最佳状态；而在制作印刷板时，又需用到Protel等软件画出PCB图。
熟练应用这些软件，也是我们的基本要求。
在本次课程设计中，以上所说的各类技能都将得到充分的锻炼。
除了加深对通信原理的理解，本次课程设计还将有助于我们对后续课程的学习（通信原理、电磁场、天线技术等）。
总之，这次课程设计将是对我们所学知识及所掌握技能的一次综合考验。
第一章绪论
通信得一般含义是从发信者到收信者之间的信息传递，广义的通信范围很广，包括邮政、旗语，甚至古代的烽火，都是通信得概念范围。
用电信号（或光信号）传输消息的系统统称为通信系统，也称电信系统。
这种通信方式是从19世纪末迅速发展起来的，并且在经济，军事和社会发展中起到越来越重要的作用。
进入21世纪，随着通信技术，尤其是无线通信技术的飞速发展，通信在经济、军事等各领域发挥着越来越重要的作用，它对我们日常生活的影响也越来越大。
通信系统的组成如下图所示，它由信源、发射机、传输信道、接收机和受信者组成。
通常信源产生的信号称为基带信号，其形式不一定适合在信道上发射，
图1.1通信系统组成
所以需要经过发射机一定的变换和编码，以产生适合信道传输的电磁信号，在接收端通过接收机进行解码及变换，把电磁信号还原为有用的信号传给受信者。
通信系统的种类很多。
按所用信道的不同可分为有线通信系统和无线通信系统；按通信业务（即所传输的消息种类）的不同可分为电话，电报，传真和数据通信系统等。
我们本次课设要做的主要任务就是完成双机的无线通信。
无线信号的发射与接收都需要一个复杂的系统。
在发射端，首先需要将各类物理信号（如声音、图像等）转换成电信号，经过放大后与一高频信号进行调制，得到调制波后，经放大后送入发射天线，转换成无线电波辐射出去。
发射机的系统框图如图1.2所示。
在接受端，一般用超外差接受机系统对信号进行接受，其系统框图如图1.3。
超外差接收机系统主要由高频放大、混频器、本地振荡器、中频放大器、解调器、低频放大器等几部分构成。
它的工作原理为：
从天线接收到得信号经高频放大器放大后，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器。
混频器输出的中频信号经中频放大器放大器放大，再经解调处理和低频放大，然后送给用户。
图1.2无线通信发射系统
优点：
（1）容易得到足够大而且比较稳定的放大量；
（2）具有较高的选择性和较好的频率特性；
（3）易于调整。
当然，超外差接收机也有一些不可避免的缺点，它的电路比较复杂；除了有用信号外，还存在位于镜像频率出的无用信号干扰；另外，随着社会的发展，对通信系统的集成度要求越来越高，特别是移动通信系统；而且，为保证生产质量和使用方便，接收机要尽量可能做到无调整或少调整。
在这些方面，超外差接收机的结构遇到的一些困难。
图1.3超外差接收机系统框图
在本次课程设计中，除了对讲机套件的焊接组装与调试，及通信试验箱各模块的联调，我们将还将学习Pspice电路仿真软件。
这些基本技能的学习将对我们以后通信专业的学习有很大的帮助。
第二章电路设计软件的使用
一.用Pspice10.5进行电路仿真
1.PSpice软件的概述
随着计算机技术的快速发展和在各行各业的快速应用，计算机辅助设计已经成为电子设计领域的主流手段。
模拟电路中的电路分析，数字电路中的逻辑模拟，甚至是印制电路板，集成电路版图等都开始采用计算机辅助工具来加快设计的效率，提高设计成功率。
PSpice电路仿真程序有一下优点：
（1）图形界面友好，易学易用，操作简单；
（2）实用性强，仿真效果好；
（3）功能强大，集成度高；
（4）操作应用简单方便。
PSpice软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件，面包板，信号源，示波器和万用表。
2.PSpice的组成
一、PSpice的组成
以PSpiceforWindows为例，它是一个名为MicroSimEval8.0的软件包。
该软件包主要包括Schematics、PSpice、Probe、Stmed（StimulusEditor）、Parts、PSpiceOptimizer等。
其中：
1.Schematics是一个电路模拟器。
它可以直接绘制电路原理图，自动生成电路描述文件，或打开已有的文件，修改电路原理图；可以对元件进行修改和编辑；可以调用电路分析程序进行分析，并可调用图形后处理程序（Probe）观察分析结果。
即它是集PSpice、Probe、Stmed和PSpiceOptimizer于一体，是一个功能强大的集成环境。
2.PSpice是一个数据处理器。
它可以对在Schematics中所绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。
3.Probe是图形后处理器，相当于一个示波器。
它可以将在PSpice运算的结果在屏幕或打印设备上显示出来。
模拟结果还可以接受由基本参量组成的任意表达式。
4.Stmed是产生信号源的工具。
它在设定各种激励信号时非常方便直观，而且容易查对。
5.Parts是对器件建模的工具。
它可以半自动地将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为PSpice中所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。
6.PSpiceOptimizer是优化设置工具。
它可根据用户指定的参数、性能指标和全局函数，对电路进行优化设计。
3.PSpice的应用范围
1.PSpice用于模拟电路、数字电路及数模混合电路的分析及电路优化设计。
（1）制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流工作点（BiasPointDetail），进行直流扫描（DCSweep）与交流扫描（ACSweep），显示检测点的电压电流波形等。
（2）估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。
（3）分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。
（4）优化设计。
所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止
二.用Protel2004进行PCB画图
1.Protel2004概述
Protel2004是一个集成的电路开发环境，它为设计者提供了统一的电路设计的界面、系统菜单和设计工具。
对于用户设计的每一个环节，它都能根据电路设计的要求构建适合的工作环境。
Protel2004作为一套电路辅助设计软件，包含了众多的应用程序，从功能上基本可细分为五大部分：
电路原理图绘制部分、印制电路板图（PCB）设计部分、电路自动布线部分、可编程逻辑设计部分和电路仿真部分等。
在本次课程设计中，主要用到的该软件的前面三大部分。
2.Protel2004的基本应用
运行Protel2004后，单击File下拉菜单，选择New菜单，再选择PCBProtel，就可以新建一个PCB项目了。
然后用同样的方法分别新建一个Schematic原理图文件和PCB文件。
在Schematic文件的工作窗口，可以建立电路原理图，在PCB文件的工作窗口，可以绘制PCB图，并进行自动布线。
在建立原理图是，可以在元件库中选择所需的元件，当元件库中没有所需的元件时，还可以添加元件库或者自己封装元件。
选择元件时，应当注意元件的引脚封装，否则可能造成制作的印刷电路板无法焊接元件。
画好原理图后，就可以把电路导入到PCB图中，进行布线了。
在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的， 在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。
PCB布线是一门比较深的学问，需要不断地练习才能良好地掌握PCB的布线技巧，提高自己的能力。
在PCB布线过程中，有以下一些注意事项：
（1）正确地做好电源和底线的处理。
电源和底线的处理不当将会对电路产生很大的干扰。
一般我们要在电源和底线之间加上去耦电容，尽量加宽电源和电线的宽度，可以用大面积敷铜作为底线。
（2）信号线要尽量的短，且线路拐弯时应用钝角，而不能有直角和锐角，否则容易造成高频信号的衰减。
（3）数字电路和模拟电路的接地要合理处理。
数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的，它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）有一点短接点，请注意，只有一个连接点。
附录一和附录二分别是我在这次课程设计中所绘制的Protel原理图和PCB图。
第三章系统设计与安装
一.电路分析
ZX2028型对讲机的电路如图3.1所示，其主要由发射和接受两部分电路构成，下面将对这两部分电路进行详细的分析。
图3.1ZX2028对讲机电路原理图
1.发射部分
锁相环和压控振荡器（vco）产生发射的射频载波信号，进过缓冲放大，激励放大，功放产生额定的射频功率，经过天线低通滤波器，抑制谐波成份，然后通过天线发射出去
上图中C9以左的电路为对讲机发射部分电路，变化这得声波被驻极体麦克风接受后转化为电信号，经过R1、R2、C1阻抗匹配后，由Q1进行调制放大。
C2、C3、C4、C5、L1、以及Q1集电极与发射机之间的电容Cce构成一个LC三点式振荡电路，用于产生载波信号。
本电路为直接调频电路，在该电路中，微小的电容变化也会引起很大的频率变化，当声波转换成的电信号变化时，引起Cce的微小变化，从而使振荡电路的振荡频率也发生变化，这样，电路产生的振荡信号频率就随着电信号的幅度变化而变化，最终实现调频。
已调信号经C6耦合至发射管Q2进行放大，再送至天线E向外发射。
电路中所用的9018三极管为专用的高频放大三极管，其截至频率可达到1GHz，足以满足功能要求。
该电路调频方式为直接调频，这种调频电路的优点是电路简单；工作频率高，易于获得较大的频偏；而且在频偏较小的情况下，非线性失真可以很小。
但这种电路的缺点也很明显，在频偏较大时，非线性失真较大；且容易受外界因素的影响而使中心频率不稳定。
在设计调频电路，我们应根据实际需求及条件，合理地选择调频电路。
2.接收部分
接收部分为二次变频超外差方式，从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，在经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。
滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用的杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。
音频信号通过放大，带通滤波器，去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器，得到人们所需要的信息。
该对讲机的接受部分电路实际上是一个典型的超外差接收机系统，其核心器件为收音机接收专用集成芯片D1800。
调频信号由天线接收，经C9耦合到IC1的19管脚内的混频电路，IC1第1管脚内部为本机振荡电路，1管脚为本振信号输入端，L4、C、C10、C11等元件构成本振的调谐回路。
在IC1内部混频后的信号经低通滤波器后得到10.7MHz的中频信号，中频信号由IC1的7、8、9管脚内电路进行中频放大、检波，7、8、9管脚外接电容为高频滤波电容，此时，中频信号的频率仍然是随着声波信号变化而变化的，鉴频后就可以得到所需的声音信号。
由于接收机的中放频率是固定的，当改变本振频率时，中放将放大不同的高频信号与本振信号混频得到的信号，从而使收音机实现接受不同频段有用信号。
鉴频出来的音频信号静噪后从14管脚输出耦合至12管脚内的功放电路，第一次功率放大后从11脚输出，经R10、C25、RP，耦合至IC2进行第二次功率放大，推动扬声器发声。
D1800是一款收音机接受专用芯片，其内部方框图如图3.2所示，该芯片有如下特点：
外接元器件少；功耗低，5.6mA/FM,3.2mA/AM；工作电压低,Vccmin=2.5V。
D1800基本完成了一个超外差接收系统的所有功能。
为了使芯片有更好的滤波效果，
图3.2D1800内部方框图及静态电压参考值
必须在芯片的外围各管脚上接上相应的滤波电容，以去除各种噪音干扰。
本接收电路的功放部分选用D2822集成放大器，它的内部方框图如图3.3，它的特点为：
电源电压降到1.8V时仍能正常工作；交越失真小；静态电流小；可作桥式或立体声式功放应用；外围元件少；通道分离度高；开机和关机无冲击噪声；软限幅。
它是一个双运放，既有两个放大通路。
在本放大电中，只运用了其中一个放大通道，在输出端，扬声器采用桥式接法跨接在两个放大通道的输出端，这样可以得到较高的放大倍数。
图3.3D2822内部方框图
3.电路评价与改进
本ZX2028型对讲机的电路具有电路简单、外围元件少、灵敏度较高、耗电省、输出功率大等优点。
且制作相对简单，只要按照装配要求组装好后，一般都能得到比较好的效果，电路稳定性较高。
但电路仍然存在较多的缺点，可以做一些相应的改进。
3.1发射端电路的改进
当我们制作完对讲机，进行测试时发现，其对讲距离并不是很远，大约只有20几米。
造成对讲距离过短的主要原因是系统发射部分的功率太小，当发射出去的电磁波传输了一定的距离之后便衰减得很微弱，以至于接收端难以接收到。
本电路中发射部分的放大推动是由9018型三极管完成，其耐压值及截止频率比较高，但它的输出功率只有0.4W，难以满足电磁波远距离传输的要求。
另外，本电路为两节干电池供电，供电电压只有3V，这也在一定程度上限制了对讲机的对讲距离。
在发射放大推动级，可以使用输出功率更高，且截止频率满足要求的其它三极管代替9018（如A1358型，它是一款高频放大专用三极管，其截至频率为120MHz，最大输出功率为10W），以获得更高的放大倍数。
当然，要使电路有最佳的放大状态，必须使电路有合适的静态工作点，使Q值合适，防止电路产生放大失真或进入截止区。
以共射放大电路为例，其电压放大倍数Au的表达式如式3-1所示:
（式3-1）
式中Uo、Ro分别为输出电压和输出电阻，Ui、Ri分别为输入电压和输入电阻，β为电流放大倍数。
由公式可以看出，要提高放大倍数，电路要有合适的阻抗匹配，即应适当增大负载电阻；输入电阻Ri不能太小，否则电路很难采集到微弱的输入信号。
除了采用分立元件搭建放大电路外，还可以使用集成芯片进行功率放大，以分立元件放大相比，集成功率放大具有工作稳定、输出功率高、电路相对简单等优点。
可用于高频功率放大的芯片有很多，如MX3554、NJM2116、TS613等，它们的工作带宽都达到了100MHz以上，且输出功率满足要求。
使用集成电路放大是，只要按照芯片的典型接法，加上一定的外围电路即可正常工作。
提高电路的工作电压，使放大电路能够获得更高的功率放大倍数，也可以有效地提高对讲机的对讲距离。
3.2接收端电路的改进
除了对讲距离不够大之外，该对讲机还存在接收灵敏度不够高、干扰噪声较多等缺点，这与接收电路的电路结构有很大的关系。
该接收机的中频信号是接收到的高频信号与本振信号的差频分量，其值是固定，所以改变本振频率是，所接收的高频频率也不同。
由于对讲机的发射频率集中在高频段，要使接收机有更好的接收效果，可以调高本振信号的频率。
在本电路中，本振频率由，L4、C、C10、C11决定，C为可调电容，用于调整本振的频率范围；L4的值可以通过外力进行调整。
本振频率的值可表示为:
（式3-2）
其中
表示回路总电感，电路中由L4决定；
表示回路总电容。
当改变L4的值时，本振频率也会发生偏移。
由式2-1可知，当电感线圈长度L增加时，电感值l减小，相应的，本振频率f的升高，这样可以使接收机接收高频段的信号，提高对讲效果。
在本电路中，外界的各类高频信号皆可被天线接收，并都将与本振信号混频，得到各类中频信号进入中频调谐放大。
因而，中频放大器的选择性决定了整个接收机选择性，当中频放大器的选择性不够好时，整个对讲机的性能都将下降。
为了解决这个问题，可以在天线处接一个耦合回路，其谐振频率能与本振频率同时调节，如下图所示，这样就可以提高接收机的选择性，降低干扰。
图3.4天线接收改进电路
二．电路安装
1.安装
在已有ZX2028型仿手机调频收音机、对讲机实验套件的前提下，分析了电路的设计思路、工作过程和制作过程。
此时我们我们需要把买到的套件焊接、安装及调试。
电路的焊接是一个复杂的过程，需要注意的事项也比较多，我将在后面的章节中进行详细的分析。
在这里只介绍已焊好电路板的安装。
电路板安装的好坏，不仅会影响对讲机的美观，甚至还将影响对讲机的工作性能，所以，在安装环节不能掉以轻心。
安装时主要应注意的问题：
（1）发光二极管应焊在印制板反面，对比好高度和孔位再焊接；
（2）由于本电路工作频率较高，安装时请尽量紧贴线路板，以免高频衰减而造成对讲距离缩短；
（3）焊接前应先将双联电容用螺丝上好，并剪去双联拨盘圆周内多余高出的引脚再焊接；
（4）J1可以用剪下的多余的元件脚代替，TX的引线用粗软线连接；
（5）为了防止集成电路被烫坏，套件中配备了集成电路插座，22脚插座由一个14脚插座和一个8脚插座组成，务必焊上；
（6）耳机插座上的脚要插好，否则后盖可能会盖不紧；
（7）线路板用两粒直径为2×5的自攻螺丝固定；
（8）按钮开关K1外壳上端的脚要焊接起来，以保证VD的正极与地可靠的接触。
在电路的焊接与安装环节，主要锻炼的是我们的动手能力，在以后的学习工作中，免不了要对各类电路进行测试与检修，此时，正是考验我们动手能力的时候。
只有有良好的动手能力，才不会电路产生畏惧感，知道从哪开始对电路板下手检修。
良好的动手能力，也是开展科技创新制作活动的必备条件，此次课程设计中的电路焊接安装环节，
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