目录
重庆大学本科学生课程设计指导教师评定成绩表 .............................................................3
重庆大学本科学生课程设计任务书 .....................................................................................4
一、 设计目的 ...................................................................................................................5
1.1 加强学生的工程观念、扩展实际知识面 . ..............................................................5
1.2 加强电路系统概念，培养系统设计能力 . ..............................................................5
1.3 强化基本技能训练，进一步提高实验能力 . ..........................................................5
1.4 加强科技工作者的基本功训练，培养独立思考问题的能力 . ..............................5
1.5 掌握电路与系统的计算机辅助分析与设计方法，提高效率 . ..............................6
二、 设计要求 ...................................................................................................................6
2.1 设计一、调幅发射机的设计指标要求 ...................................................................6
2.2设计二、调幅接收机的设计指标要求 ....................................................................6
2.3设计三、调频发射机的设计指标要求 ....................................................................6
三、 设计原理 ...................................................................................................................7
3.1 调幅发射机基本工作原理 .......................................................................................7
3.1.1 振荡器 .............................................................................................................7
3.1.2隔离级（缓冲级） ..........................................................................................7
3.1.3高频放大器（高放级） ..................................................................................8
3.1.4调制级 ..............................................................................................................8
3.1.5功放级 ..............................................................................................................8
3.2 调幅接收机基本工作原理 .......................................................................................8
3.2.1高频放大器 ......................................................................................................9
3.2.2 本振 .................................................................................................................9
3.2.3混频级 ..............................................................................................................9
3.2.4中放级 ..............................................................................................................9
3.2.5检波 ..................................................................................................................9
3.3 调幅发射机基本工作原理 .......................................................................................9
四、 设计方案 .................................................................................................................10
4.1 调幅发射机的设计 .................................................................................................10
4.1.1 振荡器设计 ...................................................................................................10
4.1.2隔离级设计（射级跟随器） . .......................................................................11
4.1.3高频放大器 ....................................................................................................11
4.1.4调制级 ............................................................................................................12
4.1.5功放级 ............................................................................................................13
4.1.6匹配滤波网络 ................................................................................................13
4.2 调幅接收机设计 .....................................................................................................15
4.2.1高放级设计 ....................................................................................................15
4.2.2振荡器设计（10MHz 与9.567MHz ） .........................................................15
4.2.3混频器设计 ....................................................................................................17
4.2.4中放级设计 ....................................................................................................17
4.2.5 AM解调器设计 .............................................................................................18
4.2.6 低放级设计 ...................................................................................................18
4.3 调频发射机设计 .....................................................................................................19
五、 设计电路图 .............................................................................................................23
5.1 调幅(AM)发射机设计电路图 . ................................................................................23
5.2 调幅(AM)接收机设计电路图 . ................................................................................24
5.3调频(FM)发射机设计电路图（部分） ..................................................................24
六、 调试仿真 .................................................................................................................25
6.1调幅发射机 .......................................................................................................25
6.2调幅接收机 .......................................................................................................27
6.3调频发射机（部分） .......................................................................................29 七、
设计心得 .................................................................................................................31
重庆大学本科学生课程设计指导教师评定成绩表
2、本表除评语、成绩和签名外均可采用计算机打印。
重庆大学本科学生课程设计任务书
说明：1、学院、专业、年级均填全称。
2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
一、 设计目的
1.1 加强学生的工程观念、扩展实际知识面
课程设计要求学生从工程角度设计并制作电路，设计过程中不仅要了解电子线路及常用电子器件的工程技术规范，如类型，规格，型号，性能等，而且要学会从所要设计电路的性能指标，生产成本等方面来考虑选择合适的元器件的组成电路，不但要了解电子产品设计、制作的实验方法与过程，而且要手动实践，设法解决过程中所遇到的种种实际问题，完成符合设计要求的系统电路。
1.2 加强电路系统概念，培养系统设计能力
任何单子设备往往可以看成是由若干种单元电路组成的复杂的电路系统，电子产品的设计，主要是电路系统的设计。课程设计要求学生建立系统设计的概念，包括研究系统总体方案如何确定，指标如何分配，参数如何确定，单元电路如何设计才符合系统的要求以及各级电路之间如何匹配等一系列系统设计的问题，初步掌握电路系统的设计方法。
1.3 强化基本技能训练，进一步提高实验能力
课程设计所做的实验往往是比较复杂的系统性实验，要求学生实验前自己拟定试验方案，包括画出实验器件的组装，测试框图，写出详细的实验步骤等，试验中要正确操作所用的每台仪器，仔细观察，分析实验现象，自己排除各种实验故障，确保测试数据的可信度。实验报告除了整理实验数据，给出实验结果外，还要从理论上解释实验现象，分析故障原因，分析实验结果。
1.4 加强科技工作者的基本功训练，培养独立思考问题的能力
课程设计要对学生进行科技工作者的基本功训练，包括根据课题需要检索文献资料，查各类手册，选学参考书籍的能力，以及消化资料，撰写科学论文的能力，养成遇到问题时，不是立即找老师，而是通过独立思考，查阅资料和参考书，自己寻找答案的好习惯。
1.5 掌握电路与系统的计算机辅助分析与设计方法，提高效率
电子线路的计算机辅助分析与设计已成为当代电路与系统设计的必要手段，课程设计要求学生在计算机上完成电路与系统的全部设计过程，包括电路原理图的设计，电路性能的模拟，PCB 设计以及所用元器件的文档资料整理。
二、 设计要求
2.1 设计一、调幅发射机的设计指标要求
① 调制方式 普通调幅
② 电源电压 15V
③ 载波中心频率20MHz
④ 调制信号频率范围0~3KHz
⑤ 调幅系数 30%~80%
⑥ 末级输出功率1W
⑦ 天线阻抗为50欧姆
2.2设计二、调幅接收机的设计指标要求
① 调制方式 普通调幅
② 电源电压 9V
③ 载波中心频率30MHz
④ 灵敏度 1mV （输入信号电压）
⑤ 调制信号频率范围0~3KHz
⑥ 解调中频为433KHz
2.3设计三、调频发射机的设计指标要求
① 调制方式 调频
② 载波中心频率30MHz
③ 调制信号频率范围0~3KHz
④ 最大频偏 75KHz
⑤ 末级输出功率500mW
⑥ 天线阻抗为50欧姆
三、 设计原理
3.1 调幅发射机基本工作原理
调幅发射机由振荡器、隔离级、高放级、调制级、调制信号、功放级以及匹配滤波网络，构成。振荡器产生的载波信号通过隔离级，高放级后，在调制级与调制信号作用，实现调幅功能，在通过功率放大级对信号的功率进行放大，最后通过匹配滤波网络，进行阻抗匹配，使得天线端获得尽可能多的功率并向外辐射，同时使得发射机的效率最大。
3.1.1 振荡器
这是提供载波的高频振荡电路，根据载波的频率高低，频率稳定度来确定电路形式。高频电子线路讨论的工作频率覆盖范围较宽，结合具体的实验条件，在此选择在30MHz 一下。可以选择的振荡器电路通常用电容三点式，在频率稳定度要求不太高的情况下，可以采用克拉泼、西勒振荡电路。在频率稳定度要求较高时，需要采用晶体振荡电路。
3.1.2隔离级（缓冲级）
将振荡器与后级电路隔离开，减小后级电路对振荡器频率稳定度、波形的影响，增强振荡器携带负载的能力。隔离级通常采用射级跟随器。
3.1.3高频放大器（高放级）
由于高频振荡电路的输出信号通常是较小的，因此在隔离级后需要加入高频放大器，他的任务是将载波信号放大后送入调制级。
3.1.4调制级
振幅调制级，将调制信号的信息“装载”到载波上，以调幅波的形式传送出去。通常采用低电平调幅和高电平调幅两种调职方式。采用模拟乘法器实现调制为低电平调制。调制级输出的已调信号功率如果已经满足发射的要求，则可以通过匹配网络直接推动天线。
3.1.5功放级
高频功放位于发射机的末级，任务是将一条信号的功率放大至系统所需，以推动电线。为了兼顾输出功率和效率，功放级通常工作在丙类或丁类工作状态。但对于小功率发射机而言，也有乙类甚至甲类。
在一级功放布恩那个满足输出功率要求时，可以在后级联功放。末级功放通常工作于临界状态，而中间级可以工作在弱过压状态。
3.2 调幅接收机基本工作原理
调幅接收机由高放级、混频级、本振、中放级、检波以及低放级构成。天线接收到信号经高放级放大后，进入混频级与本振产生的信号相作用，下调至中频，经中放进一步放大，送入检波器，经检波解调后通过低放，还原原信号，以完成调幅接收解调工作。
3.2.1高频放大器
由于来自天线的无线电信号很微弱，需要高频放大器对信号进行放大。
3.2.2 本振
与调幅发射机功能类似，故在此不再赘述。
3.2.3混频级
将输入信号的载频与本振信号频率进行频率交换，得到固定的中频载波频率，同时保持调制规律不变，即携带的信息不损失。混频后的频率产物很丰富，需要用选频网络选出所需的中频信号。
3.2.4中放级
将混频器送来的固定频率中频信号进行放大，以满足解调的需求。
3.2.5检波
即对调幅信号的解调，检波器采用不同的电路形式时，对输入信号幅度要求不一样。利用二极管打信号包络检波对普通调幅信号解调时，输入信号电压需要大于0.5V 。
3.3 调幅发射机基本工作原理
图3 调频发射机方框图
调频发射机主要由调制信号、调制级、振荡器、隔离级、倍频级、功放级以及匹配网络组成。采用直接调频的方式，利用变容二极管的特性，使得调制信号控制振荡器的振荡频率，从而实现直接调频。通过隔离级，倍频级，功放级以及匹配滤波网络，使得天线获得功率足够的已调信号。
四、 设计方案
4.1 调幅发射机的设计
4.1.1 振荡器设计
采用电容三点式振荡器，先设计交流通路如下：
L
图4 振荡器设计交流通路
根据设计要求，振荡频率要求为f0=20MHz，取电容值C1=C2=1nF，则电感值为：
1L= ωCΣ
其中，
ω=2πf0=4π×107rad/s {CΣ≈C1∥C2=5×10−10F
故得：L=1.26×10−7H=126nH。
设计直流通路，保证直流馈电正确，设置合适的静态工作点，调节振荡器参数，如图5所示：
图5 振荡器设计电路图
其中，C1为旁路电容，C4、C5为隔直电容。R1,R2用于设计晶体管基极偏置电压，R3为射级电阻。
4.1.2隔离级设计（射级跟随器）
利用晶体三极管的特点，采用共集接法，信号从基极输入，从发射极输出。其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。
其输出电压V o与输入电压V in基本满足：
βV o=V in 1+β
输出电流Io与输入电压Iin基本满足：
Io=(1+β)Iin
射级跟随器设计如图6所示：
图6 隔离级（设计跟随器）设计电路图
4.1.3高频放大器
鉴于本设计振荡器输出电压峰峰值已经达到了4.5V, 足以推动丙类功放工作，故省略高放级的设计。
4.1.4调制级
方案采用模拟乘法器作为调制的中心原件，利用运放的构成加法器，已实现AM 的调制信号建立，调制信号与从隔离级送出的载波信号一同送入模拟乘法器的量输入端，进行模拟乘法运算，实现AM 调制。
调制信号V(2π×103t)V s=3cos
基带直流分量V2=6V
载波V(2π×2×107t)V c=Vcmcos
3则得到AM 信号VAM=V(2π×2×cm(6+3cos (2π×10t) )cos
107t)V,
即：
3VAM=6V(2π×2×107t)V cm(1+0.5cos (2π×10t) )cos
调制级电路图如图7所示：
图7 调制级设计电路图
图中C1与L1为一LC 串联谐振网络，构成滤波选频网络，主要用于隔离前级直流分量，以免前级直流分量注入调制级造成其他的额外分量。
根据LC 串联谐振频率的计算：
f=
取C
=6.8pF，故得：
1
L=9.31×10−6H≈9.3μH
4.1.5功放级
功放级主要用于大信号的放大。为了提高效率，故选择工作在丙类工作状态，后加上匹配滤波网络，用于还原原始信号应有的波形。采用晶体三极管共射接法，工作在放大区，已获得更好的放大效果，基极反向偏置，使得净土管工作在丙类工作状态。
具体设计如图8所示：
图8 功放级设计电路图
图中C1与L1为一LC 并联谐振网络，主要用于选频滤波。
根据LC 并联谐振频率的计算：
f=
取C=30pF，故得：
L=2×10−6H≈2μH
4.1.6匹配滤波网络
方案采用T
形匹配网络，根据匹配滤波网络结构，如图9所示： 1
R L
图9 T 型匹配网络结构原理图
其中
XL1=Qe1Re−Xc0 22 XL2=√ReRL(1+Qe1) −RL
XC= Qe1+√(1+Q
e12) −1{L−R(1+Q2)
由此设计T 型匹配网络如图10 所示：
图10 T 型滤波匹配网络设计电路图
4.2 调幅接收机设计
4.2.1高放级设计
采用晶体三极管的共射接法，配上LC 振荡回路，谐振点设置为20M ，由此设计高频小信号放大电路，如图11所示：
图11 高放级设计
其中，C 3为旁路电容，C 2为电源滤波电容，R 3与R 5用于基极直流偏置，L 1与C 5构成LC 并联谐振电路。
根据LC 并联谐振频率的计算：
f=
取C=40pF，故得：
L=1.58×10−6H≈1.58μH
4.2.2振荡器设计（10MHz 与9.567MHz ）
由于要求中心频率为433KHz ，为了获得更好更稳定的中心频率，采用二次混频的方法，设计混频电路。
第一次混频选用
振荡器10MHz 的振荡频率，第二次混频采用1
9.567MHz 的振荡频率，使得二次混频的中心频率达到433KHz 。
振荡器设计与发射机类似，采用电容三点式振荡器，先设计交流通路如图12所示：
L
图12 振荡器设计交流通路
根据设计要求，振荡频率要求为f1=10MHz，f2=9.567MHz取电容值C1=C2=1nF，则电感值L为：
L=1 ω2CΣ
其中，
{ω=2πf0 CΣ≈C1∥C2=5×10−10F
故得：
L1=5.066×10−7H=506.6nH
L2=5.535×10−7H=553.5nH
设计直流通路，保证直流馈电正确，设置合适的静态工作点，调节振荡器参数，如图12所示：
图13 振荡器设计电路图
4.2.3混频器设计
混频器采用模拟乘法器方法，设计方案如图14所示：
图14 混频器设计电路图
4.2.4中放级设计
采用晶体三极管的共射接法，配上LC 振荡回路，谐振点设置为433KHz ，由此设计中频信号放大电路，如图15所示：
图15 中放级设计电路图
其中，C 12为旁路电容， R 15与R 16用于基极直流偏置，L 4与C 13，C 14构成LC 并联谐振电路。
根据设计要求，振荡频率要求为f0=433kHz，取电容值C13=C14
=
50nF，则电感值为：
1L=2 ωCΣ
其中，
ω=2πf0{−9 CΣ≈C1∥C2=25×10F
故得：L=5.404×10−6H=5.4μH。
4.2.5 AM解调器设计
由于不易提取同步载波，故采用二极管包络建模电路作为AM 解调器，设计二极管包络检波电路需要注意防止惰性失真和负峰切割失真的产生，因此需要对参数进行估算。二极管包络检波电路设计如图16所示：
图16 AM解调器（二极管包络检波）设计电路图
为防止惰性失真，需满足：
|
其中Ω=2π×433k 。 ðvoðVm≥||→(R 32+R 31) C 27≤dtdt√1−Ma2ΩMa为防止负峰切割失真，需满足：
Ma≤(R2+R 3)//RLR L1== (R 2+R 3) (R 2+R 3+R L) (+1) L
其中R L为低放级输入阻抗。
4.2.6 低放级设计
采用晶体三极管的共射接法，配上LC 振荡回路，谐振点设置为3KHz
，
由此设计低频信号放大电路，如图17所示：
图17 低频信号放大器设计电路图
其中，C 31为旁路电容， R 33与R 34用于基极直流偏置，L 10与C 30构成LC 并联谐振电路。
根据设计要求，振荡频率要求为f0=3kHz，取电容值C30=68nF，则电感值为：
1L=2 ωCΣ
其中，
ω=2πf0 {CΣ≈C30=68×10−9F
故得：L=4.1389×10−2H=41.39mH。
4.3 调频发射机设计
调频发射机的核心模块是调制模块，采用变容二极管的特性，用调制信号电压控制变容二极管的电容值，根据谐振频率的计算公式
ω=2πf0=
实现对谐振频率的调制。
变容二极管具有PN
结，利用PN 结反向偏置时势垒电容随外加反向1
偏压变化的机理，在制作半导体二极管的工艺上进行特殊处理，以控制半导体的掺杂浓度和掺杂分布，可以使二极管的势垒电容灵敏地随反偏电压变化且呈现较大的变化，这样就制作成了变容二极管。
变容二极管的结电容Cj，与在其而端所加反向电压u 之间存在着如下关系：
Cj0Cj= (1+B
式中，V B 为PN 结的势垒位差(硅管约
为0.7V, 锗管约为0.3V) ，Cj0为变容二极
管在零偏置时的结电容值，n 为变容二极
管的结电容变化指数。
变容二极管的结电容变化曲线如所
示。
选取变容二极管特性曲线的Q 点附近区域，可以很好的将电压的变化转换为电容的变化，从而线性的控制振荡频率，从而实现直接调频。
加到变容二极管上的反向电压包括直流偏压V 0和调制信号电压V Ω(t)=V ΩmcosΩt，即
u =V Q +V Ω=V Q +V ΩmcosΩt
则有：
Cj=Cj0Cj0Cj01==V V +V cosΩtV Q Q Ωm(1+) (1+cosΩt)(1+) (1+BBBQ B
⟹Cj=CjQ(1+McosΩt)−n
其中，CjQ为静态工作点的结电容，M 为结电容调制指数：
CjQ=Cj0 V Q (1+) BV ΩmM = V Q +VB
结电容在u (t ) 的控制下随时间的变化而变化。把受到调制信号控制的变容二级管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡回路的频率已收到调制信号的控制。适当选择调频二极管的特性和工作状态，这样就实现了调频。设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q 处，曲线的斜率为k:
k =∆C ∆V
选取合适的变容二极管，通过资料搜索可以发现，SVC221变容管具有较好的性能指标，其工作电容范围为：
C ∈[13.5,22.8]p
较小的电容值，可以更好的对较高频率的振荡器进行调整。其对应工作电压范围为
V∈[2,8]V
重要的是在Multisim 元件库中可以找到。
具体变容二极管技术指标，见表1 :
表1 常用变容二极管技术指标
方案依然采用电容三点式LC 振荡器，设计交流通路：
j 图18 调频振荡器交流通路设计
五、 设计电路图
5.1 调幅(AM)发射机设计电路图
图19 调幅发射机模块图
图20 调幅发射机总图
5.2 调幅(AM)接收机设计电路图
图21 调幅发射机模块图
图22 调幅发射机总图
5.3调频(FM)发射机设计电路图（部分）
图23调频(FM)发射机设计电路图（部分）
六、 调试仿真
6.1调幅发射机
图24 发射机振荡器频率
图25 发射机振荡器波形
图26 发射机隔离级输出波形
图27 发射机调制级输出波形
图28 发射机功放级输出波形
图29 发射机调制信号波形
图30 发射机末端输出频谱
图31发射机发射功率
6.2调幅接收机
图32 接收机高放级输出波形
图33 接收机振荡器10M
图34 接收机振荡器9.567M
图35 接收机混频级输出波形
图36 AM 解调波形
6.3调频发射机（部分）
图37 调频发射机调制波形
图38 调制波形与频率的关系
七、 设计心得
模拟电子技术（高频部分）课程设计报告通信工程学院 电子信息工程1班 文政 20136927