小功率调幅发射机

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1 小功率调幅发射机整体概述

小功率调幅发射机的初步认识

发射机的主要任务是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。

调幅发射机实现调幅简便， 调制所占的频带窄， 并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于播送发射。

所谓调幅，就是指，使振幅随调制信号的变化而变化，严格的讲，就是指载

波振幅与调制信号的大小成线性关系，而它的频率和相位不变。振幅调制分为 4 种方式： AM〔普通调幅〕、DSB〔抑制载波双边带调幅〕 、SSB〔单边带调幅〕、VSB〔残留边带调幅〕。本设计调幅发射机指的是 AM调幅发射机。

通常，发射机包括三个局部：高频局部，低频局部和电源局部。

高频局部一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振荡器的作用是产生频率稳定的载波。 缓冲级主要是削弱后级对主振器的影响。低频局部包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡信号上去的过程。

小功率调幅发射机的主要技术指标

在设计调幅发射机时，主要遵循如下性能指标：

工作频率围：调幅制一般适用于中、短波播送通信，其工作频率围为

300kHz~30MHz。

发射功率：一般是指发射机送到天线上的功率。 只有当天线的长度与发射频

率的波长可比较时，天线才能有效地把载波发射出去。波长 λ 与频率 f 的关系

为 λ=c/f 。

调幅系数：调幅系数 ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数， ma的取值围为 0~1，通常以百分数的形式表示，即 0%~100%。

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频率稳定度：发射机的每个波道都有一个标称的射频中心工作频率，用 f0

表示。工作频率的稳定度取决于发信本振源的频率稳定度。 设实际工作频率与标

称工作频率的最大偏差值为 f ，那么频率稳定度的定义为 K=f0/ f 。式中为 K

为频率稳定度。

非线性失真〔包络失真〕 ：调制器的调制特性不能跟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度特性变化称为线性失真。

噪声电平：噪声电平是指没有调制信号时， 由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，播送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%。

总效率：发射机发射的总功率 PA与其消耗的总功率 PC之比称为发射机的总效率 η，即 η=PA/PC。

本次课程设计要求的技术指标如下：

工作频率 f=8MHz，发射功率 P0>=300mW，调制度 ma=50%，整波效率大于 40%，

频率稳定度： f f 5 10 4 。

2 小功率调幅发射机的系统设计

系统原理框图

调幅发射机的系统原理框图如下列图图 1 所示，其工作原理是： 高频振荡器产

生一个固定频率的高频载波信号， 它的输出经过高频小信号谐振放大器之后送至

调制器；音频放大器放大来自话筒的语音信号， 该放大器为低频功率放大器， 其

输出也送至调制器； 调制器将经过放大的语音信号调制， 输出是已调幅的高频信

号；该已调信号输出经带通或低通滤波器滤波， 最后由功放级将载频信号的功率

放大到所需发射功率，然后通过天线向外发射电磁波。

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图 1 小功率调幅发射机系统原理框图

本机振荡：产生高频率的载波信号。

缓冲隔离级：将晶体振荡级与调制级隔离， 减小调制级对晶体振荡级的影响；将功率鼓励级与调制级隔离，减小功率鼓励级对调制级的影响。

话音放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。

调制级：将话音信号调制到载波上，产生已调波。

功率鼓励级：为末级功放提供鼓励功率。

末级功放：对前级送来的信号进行功率放大， 在负载上获得满足要求的发射

功率

单元电路设计方案

高频振荡器

高频振荡器即为本机振荡器， 根据载波频率的上下和频率稳定度来确定电路

形式。一般采用三点式振荡器， 其根本电路如下列图图 2 所示。电容三点式振荡器

的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。这是因为电容三点式振荡器中，

反应是由电容产生的， 高次谐波在电容上产生的反应压降较小， 输出中高频谐波

小；而在电感三点式振荡器中， 反应是由电感产生的， 高次谐波在电感上产生的

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反应压降较大。 另外，电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。这是因为在电感三点式振荡器中，晶体管的极间电容与回路电感相并联，

在频率高时可能改变电抗的性质； 在电容三点式振荡器中， 极间电容与电容并联，频率变化不改变电抗的性质。 因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。 在频率稳定度要求不高的情况下， 可以采用克拉泼， 西勒电路。 频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器，也可以采用单片集成振荡电路。

频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标， 表示一定时间围或一定的温度、湿度、电源电压等变化围振荡频率的相对变化程度， 振荡频率的相对变化量越小，那么说明振荡频率稳定度越高。

本机放大电路的输出是发射机的载波信号源，要求它的振荡频率应十分稳

定。一般的 LC 振荡电路，其日频率稳定度约为 10-2~10-3 ，晶体振荡电路的 Q 值可达数万，其日频率稳定度可达 10-5~10-6. 因此，在本设计中本机振荡电路

c c c

x 3 b L C b

x1 C1 b

L1

x 2

e C2 L2

e e

(a) (b) (c)

采用晶体振荡器。

图 2 三点式振荡器的根本电路

语音放大器

语音放大器主要是对语音信号进行放大和限频，经过放大的音频信号送到调

制器对高频载波进行调制。本机语音放大器采用 UA741。 UA741是高增益的集成

运算放大器。可用于此处放大低频语音信号。其管脚图如下列图图 3 所示。

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图 3 UA741 管脚图

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振荡中， 以调幅波的调制形式传送出去。 通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。 采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制， 输出功率小，必须使用高频功率放大器才能到达发射功率的要求。 采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。 如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求， 就可以在调制级将信号直接发射出去。 低电平调幅电路输出功率小， 适用于低功率系统。 它的电路形式有多种，如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟

乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器 MC1496调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且本钱很低。

高电平调幅电路输出功率大， 一般在系统末级直接产生满足发射要求的调幅

波。它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。 集电极调幅电路的优点是

效率高，晶体管获得充分的应用； 缺点是需要大功率的调制信号源。 基极调幅电

路的优缺点正好与之相反，它的平均集电极效率不高，但所需的调制功率很小，

有利于调幅发射系统整机的小型化。

本设计中，采用模拟乘法器 MC1496构成调幅电路，其引脚图如下列图图 4 所示。

用它可以容易的实现两信号的相乘， 将放大的语音信号同高频载波相乘， 从而得

到调制信号。

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图 4 MC1496引脚图

2.2.4 高频功率放大器

功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类〔限于推挽电路〕 、丙类功放，根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。 采用低电平调幅电路的系统， 由于调制器输出信号为调幅波， 其后的功率放大器必须是线性的 〔如甲类、甲乙类或乙类功放〕；而采用高电平调幅电路的系统，那么在末级直接产生到达输出功率要求

的调幅波，多以丙类放大器作为此时的末级电路。 高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。 本设计研究的是小功率调幅发射系统， 通常采用丙类功率放大器， 如果一级不能满足指标要求， 可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。

调幅发射机的各单元电路可以用分立元件组成的电路完成， 也可以用集成电路来完成。本次设计采用别离的原件组成的电路完成。

3 单元电路设计

3.1 高频振荡器和语音放大电路

高频振荡器是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较

大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。本级用来产生 8MHz左右的高

频振荡载波信号， 由于整个发射机的频率稳定度由主振级决定， 因此要求主振级

有较高的频率稳定度，同时也要有一定的振荡功率〔或电压〕 ，其输出波形失真

较小。为此，这里采用西勒振荡电路，可以满足要求。

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