抢答器电路设计电子线路课程设计.doc
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1、四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告摘要: 高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小,不能满足发射机天线对发射机的功率要求,所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足够的功率输出。本次课程设计使通过已学的电路基础知识,模拟高频振动功率放大器,使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输,这就要求放大器输入端和输出端都能实现阻抗匹配。即放大器输入端阻抗和信号阻抗匹配,放大器输出端阻抗和负载阻抗匹配。关键字:高频振动器,发射机,放大器,负载 Abstract: High frequency vibrator of high-frequency vibration signals generate
2、d by the power is small, can not meet the requirement of the transmitter antenna of the transmitter power, so before launch after power amplifier is needed to get enough power output. The curriculum design made by have learn basic knowledge of circuit, analog power amplifier, high-frequency vibratio
3、n make the transmitter signal power can effective transmission between internal circuit at all levels, which requires the amplifier input and output terminal can realize the impedance matching. The amplifier input impedance and signal impedance matching, amplifier output impedance and load impedance
4、 matching.Key words: High frequency vibrator, transmitter, amplifiers, load目 录前言31.概述及基本原理41.1 高频功率放大器42.方案及各部分设计原理62.1抢答器电路设计62.1.1 整体介绍62.1.2 原理分析72.2具体分析83.参数的计算和选择83.1功率放大器输出功率的计算分析83.2谐振回路的分析93.3放大管栅极和板极的电流电压关系103.4高频功率放大器的能量关系113.5发射管的工作状态124.仿真结果及分析总结135.设计总结156.参考文献16前言当今社会各种娱乐学习节目层出不穷,而这些节目
5、之中有很多都有趣味、知识抢答环节,所以,各种抢答器就应运而生。我们为适应高校等多代表队单位活动的需要,本次所做的课程设计就是一个集抢答、计分功能于一体的一个电子产品,讲述了电路各部分的设计原理及所能实现的功能 ,它要求要对各种编码器、锁存器、触发器、计数器、定时器以及多谐振荡器等多种数字电子芯片熟悉,并能加以运用。抢答、记分器市面上的产品已经非常的多,对于自己设计的这个电子产品也自知有许多的不足,但能首次设计自己的产品,并能在实现相同功能的基础上节约成本也是非常有意义的,还有助于提高自己的动手能力,丰富课余生活。1.概述及基本原理 1.1 高频功率放大器高频功率放大器是对载波信号或高频信号进行
6、功率放大的电路。利用选频网络作为负载回路的功率放大器成为谐振功率放大器。随着现代通信技术的日益发展高频放大应用的领域也越来越广。在某些场合高频放大技术的高低成为制约本领域技术发展的关键所在。比如射频手机和高频信号收发机等,都需要用到高频功率放大器,并且作为一项非常重要的技术攻关项目。特别是移动电话机中高频功率放大器品质的高低直接影响其产品的技术指标。所以本次课程设计我选择高频功谐振率放大器。放大器可以按照电流导通角的不同,将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360度,适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180度;丙类放大器电流的流通角则小于180度。乙类和丙
7、类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大,因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然极近于正弦波形,失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器,不管是甲类或者丙类,都无法做到如此大的功率放大。 综上,确定电路设计由两个模块组成,第一模块是甲类放大器,第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器,其作为功放输出级最好能工作在临界状态,因为此时输出交流功率最大,效率也较高,一般认为此工作状态为最佳工作状态。如图1 所示为高频功放基本原理图,图中,高频扼流圈提供直
8、流通路,C1为隔直流电容,谐振回路分别为输入和输出滤波匹配网络。其中天线等效阻抗,作为输出负载。与非谐振功放比较,它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率,但有一些区别。确定功放的工作状态丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低,而过压状态严重失真,谐波分量大,为尽可能兼顾输出大功率、高效率,一般选用临界状态,其电流流通角在600-900范围。现设。在晶体管功率放大器中,可以通过改变激励电压、基极偏压、集电极负载、集电极直流供电电压来改变放大器的工作状态。集电极电流余弦脉冲直流ICO分解系数,集电极电流余弦脉冲基波ICM1分解系数,。图1高频功放基本原理图谐振
9、式高频功率放大器的特点是:一、为了提高效率,放大器常工作于丙类状态,晶体管发射结为反向偏置,由Eb(VBB)来保证,流过晶体管的电流为余弦脉冲波形;二、负载为谐振回路,除了确保从电流脉冲波中取出基波分量,获得正弦电压波形外,还能实现放大器的阻抗匹配。1.2 高频功率放大器设计目的由于高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小,不能满足发射机天线对发射机的功率要求,所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足够的功率输出。在通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出,通信距离越远,要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是
10、无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中,发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小,因此在它后面要经过一系列的放大,如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等,获得足够的高频功率后,才能输送到天线上辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中,而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高,但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大, 决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低,但相对频带宽度却很宽。例如,自 20至20000
11、Hz,高低频率之比达 1000 倍。因此它们都是采用无调谐负载,如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由 几百 kHz 一直到几百、几千甚至几万 MHz),但相对频带很窄。例如,调幅广播电台(5351605 kHz 的频段范围)的频带宽度为10 kHz,如中心频率取为 1000 kHz,则相对频 宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高,则相对频宽越小。因此, 高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点,使得这两种放大器所选用的工作状态不同:低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态;高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。高
12、频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大 器。高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。利用宽带变压器作耦合回路的功放称为宽带功放。常用宽带变压器有用高频磁芯绕制 的高频变压器和传输线变压器。宽带功放不需要调谐回路,可在很宽的频率范围内获得线性放大,但效率很低,一般只有 20%左右,一般作为发射机的
13、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放称为谐振功放。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角越小放大器的效率越高。如丙类功放的小于90o, 丙类功放通常作为发射机的末级,以获得较大的输出功率和较高的功率。本次课程设计使通过已学的电路基础知识,模拟高频振动功率放大器,使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输,这就要求放大器输入端和输出端都能实现阻抗匹配。即放大器输入端阻抗和信号阻抗匹配,放大器输出端阻抗和负载阻抗匹配2.方案及各部分设计原理2.1功率放大器电路设计2.1.1 整体介绍基本部分组成,即电子管、谐振回路和电源。电子管在放大器中起
14、着把直流能量转换为交流能量的作用;谐振回路是电子管的负载;电源供给电子管各电极电压,它们共同保证电子管的正常工作。放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时,该比值使用dB来表示两信号的电平差,高保真放大器的动态范围应大于90 dB。自然界的各种噪声形成周围的背景噪声,而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大,在通常情况下,将这个强度差称为动态范围,优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真,而在输入弱信号时,有不应被自身产生的噪声所淹没,为此好的音响系统应当具有较大的动态范围,噪声只能尽量减少,但不可能不产生噪声。 放大器有两个主要电路:板极电路和栅极
15、电路。板极电路包括并联振荡回路和直流板极电压Ea的馈电电路。振荡回路由电感L1、电容C1和电阻r组成。电路中C1为高频旁路电容,L1为高频阻流圈。在栅极电路中加入直流偏压Eg,一般Ea为负值。电路中C2和L2分别是栅极回路的高频旁路电容和高频阻流圈。2.1.2 原理分析知道前级送来的高频激励电压为 ug=Ugcost它加在栅极与阴极之间。其中,ug是激励电压的瞬时值,Ug是激励电压的振幅值,2f是激励电压的角频率,f是激励电压的频率。ui为负半周时,V1集电极信号为正半周,V2、V3导通,V4、V5截止。在信号电流流向负载RL形成正半周输出的同时向Co充电,使UCo=1/2UCC。ui正半周时
16、,V1集电极信号为负半周,V2、V3截止,V4、V5导通。此时,Co上的1/2UCC与V4、V5形成放电回路,若时间常数RLC远大于输入信号的半周期,则电容上电压基本不变,而流过管子和负载的电流仍由基极控制,这样在负载上获得负半周输出信号,于是负载上获得完整的正弦信号输出。功放的工作原理其实很简单, 就是将音源播放的各种声音信号进行放大, 以推动音箱发出声 音。 从技术角度看,功放好比一台电流的调制器,它将交流电转变对直流电,然后受音源播放的 声音信号控制, 将不同大小的电流, 按照不同的频率传输给音箱, 这样音箱就发同相应大小、 相应频率的声音了。 由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使
17、用范围和控制调节功能,不同的功放在内部 的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。按当前音响消费的需求,民用音响中的功 放已基本定型为两大类,即纯音乐功放和家庭影院 AV 功放。 1、纯音乐功放 纯音乐功放在设计上强调最低的信号失真,忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的 技巧以满足人们对音乐的最佳欣赏要求,这就是人们常说的 HI-FI(hi-fidelity,高保真) 。在 设计和生产上, 纯音乐功放的要求极为严格。 纯音乐功放品质的高低并不完全由它的技术指 标所决定,不能简单地看它标注的功率多少高,频响多么宽,失真多么低,而应该特别注重 其设计生产工艺和音乐的解晰力。 比如技术指标并
18、不太高的胆机就要比很多晶体管功放声音 好听。 、 2、AV 功放 一般来说包括功放部分和信号处理部分。 其功放部分原理上与传统功放没有什么区别, 只不 过增加了几个声道, 也就是将几个功放结合在了一起; 其信号控制处理部分涉及信号的音频、 视频选择、信号解码处理、信号声场处理以及收音、监听等功能。 一般一台高品质的 AV 功放首先应该在影视节目的信号处理上有较好的声场还原, 声道 隔离度要高,气氛渲染也不能太夸张;其次在功放部分的音质表现上,尤其是主声道的音质 要求尽量接近较好的纯音乐功放。 功放的分类 功放一般分为前级功放、后级功放与合并级功放,合并机就是把前级、后级集于一身的 机器。前级是
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