小功率调频发射机设2

1湖南工程学院课程设计课程名称通信电子线路课题名称小功率调频发射机设计专业电子信息班级学号姓名指导教师周细凤2008年9月1日2湖南工程学院课程设计任务书课程名称通信电子线路题目功率调频发射机设计专业班级学生姓名指导老师周细凤审批刘望军任务书下达日期2008年9月1日3设计完成日期2008年9月13日设计内容与设计要求一．设计内容任务：小功率调频发射机设计（64）主要技术指标：载波频率f0=2MHz，载波频率稳定度不低于10-3/分钟，输出负载RL=75Ω，发射功率（输出负载RL上的功率）P0≥50mW，调制频率F=500Hz～3kHz，最大频偏△fm=20kHz，总效率ηA50%。二．设计要求1、自选电路原理图，计算设置元件参数，使其满足技术指标2、使用相关软件对所设计电路进行仿真分析3、到实验室测试相关的实验数据4、撰写课程设计报告主要设计条件1、计算机一台2、高频实验箱4说明书格式1、课程设计封面；2、任务书；3、说明书目录；4、电路图及主要元件参数，计算过程。5、仿真结果6、调试结果7、总结与体会；8、参考文献；进度安排第一周1、下达设计任务书，了解课题内容与要求；查找资料，2、计算电路元件参数，对电路进行仿真验证分析第二周1、到实验箱做实验，调试所选择电路2、书写设计报告；星期五：递交课程设计报告；答辩。参考文献1、高吉祥《高频电子线路》电子工业出版社2005年2、于海勋等《高频电路实验与仿真》科学出版社2005年3、张肃文《高频电子线路》高教出版社2000年4、王艳纷等《通信电子线路实验指导》2006年，清华大学出版社。1）调频发射机的整机电路的设计方法5整机电路的设计计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。而电路的装调顺序一般从前级单元电路开始，想后级逐级进行。电路的调试顺序先分级调整单元电路的静态工作点，测量其性能参数；然后在逐级进行联调，直到整机调试；最后进行整机技术指标测试。由于功放运用的折线分析方法，其理论计算为近似值。此外单元电路的设计计算没有考虑实际电路中分布参数的影响，级间的相互影响，所以电路的实际工作状态与理论状态相差较大，因而元件参数在整机调整过程中，修改比较大，这是在高频电路整机调试中需要特别注意的。小小功功率率调调频频发发射射机机高频课程2005年9月小功率调频发射机课程设计一、题目小功率调频发射机的设计和制作二、主要技术指标1．中心频率012fMHz2．频率稳定度0/10ff63.最大频偏10mfKHz4．输出功率30ApmW5.天线形式拉杆天线（75欧姆）6.电源电压9ccVV三、设计提示通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如下所示。其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；，功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件参数的计算。1、频振荡级由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。关于该电路的设计参阅《高频电子线路实验讲义》中实验六内容。2、缓冲级由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并输出功率级缓冲级调频震荡级7联回路作负载的小信号谐振放大器电路。对该级管子的要求是0()(35)2BRCEOCCffVV至于谐振回路的计算，一般先根据0f计算出LC的乘积值，然后选择合适的C再求出L。C根据本课题的频率可取100pF—200pF。1、功放输出级为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，从结构简单、调节方便起见，本课题可采用п型网络，计算元件参数时通常取1eQ在10以内，计算公式请参阅教材第二章。功放管要满足以下条件：0max()02(35)CNCNcBRCEOCCPPIiVVff四、参考电路鉴于上述设计考虑图3—1所示是可供午安用的电路之一。在条件许可时，亦可采用MC2833单片集成电路灭设计，该集成电路工作原理请参见其规格8书，应结合本课题要求对电路外围元件参数作相应计算修改。考虑到变容二极管偏置电路简单起见，采用共基电路。因要求的频偏不大，故采用变容二极管部份接入振荡回路的直接调频方式。C3为斟极高频旁路电容，R1、R2、R3、R4、R5为T1管的偏置电阻。采用分压式偏置电路既有利于工作点稳定，且振荡建立后自给负偏置效应有篮球振荡幅度的稳定。一般选CI为3mA左右，太小不易起振，太大输出振荡波形将产生失真。调节C9、CP可使高频线性良好。R7、R9为变容二极管提供直流偏置。调制音频信号C4、CL加到变容二极管改变振荡频率实现调频。振荡电压经电容C10耦合加至T2缓冲放大级。T2缓冲放大级采用谐振放大，L2和C11应谐振在振荡载波频率上。如果发现通过频带太窄或出现自激可在L2两端并联上适当电阻以降低回路Q值。该级可工作于甲类以保证足够的电压放大。T3管工作在丙类状态，既有较高的效率，同时可以防止T3管产生高频自激而引起的二次击穿损坏。调节偏置电阻可改变T3管的导通角。L3、L4、C15和C16构成型输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，即将天线阻抗变换为功放管所要求的负载值，并滤除不必要的高次谐波分量。常用的输出回路还有L型、T型以及双调谐回路等。9图3—1小型调频发射机参考电路五、制作调试自制前应先集齐所有元件，并对其质量及参数进行细心的检测，再根据所需的体积设计一款合适的线路板。总而言之，良好的元件质量、合适的印板布局是有效提高自制成功率的保证，主要调试步骤如下：1.排版电路板，然后将所有元件连同天线一并按设计好的电路焊在万能板上，对安装焊接工艺要求是：尽量缩短高频部分元件引线；电阻、电容尽可能卧式安装，并无虚焊、脱焊现象。102.给发射机通电，电压为9V。天线接示波器与频率计，反复调节L1、L2、L3匝间距离以使场强计示数增至最大，必要时对各级的谐振电容进行调节，使输出频率达到要求，并出现不失真的正弦波。3.不起振或振荡弱；若输出功率小，若能保证元件的质量，以下步骤可助你排除故障：1，在CC两端并联一个7pF电容(注意：该电容不可过大，否则你会发现调制失效)；2，调振荡级偏置电阻；3，改变C6容量一试，如果上述方法不能解决，也有可能是元件布局不合理引起，可重新对电路板进行布线。4.连接频偏仪测出角频偏六、测试结果理论值实际值电感(H)调试前调试后L13.33.20.9L21.71.71.5L31.11.41.9频率f0（MHz）1211.9最大频偏△fm（+10KHz35KHz幅度V4.2七、个人电路设计采用间接调频的方式，其组成如图2所示。其正弦波振荡器一般采用高频稳度的晶体振荡器，产生的载波通过调相器后引入一个可控的附加相移，从11而达到间接调频的目的。考虑到电路的复杂度故采用直接调频的方案。正弦波振荡器调相器功率输出级缓冲级积分器图21．振荡级在调频振荡级可选用电感三点式，电容三点式和晶体振荡器产生正弦波电压。具体电路如图3，4所示。图3Vcc12VccVo图4本实验采用较为稳定的克拉泼电路如图5所示三极管T1应为甲类工作状态，其静态工作点不应设的太高，工作点太高振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将使振荡波形严重失真，但工作点太低将不易起振。在克拉泼电路中C1，C2受三极管级间电容Cce，Cbe，Ccb的影响。因此在电容的取值上应满足C4C1,C4C2.（C1=220pC2=220pC4=100p）1(2)fLC1111124CCCCL3.5uHR1R3C2C1C4C3图5VccL1R22．缓冲级为了使第三级能够达到额定功率必须加大激励即Vbm，因此要求缓冲级有一定13的增益，可采用LC并联回路作负载的小信号谐振放大器。由1(2)fLC可得L1.7uH3．功率输出级为了有较高的效率和稳定的输出可用丙类功放同上可得L1.1uH.级与级之间还应加入级间耦合电容，电容取值应对交流近似短路（1rwc）八、实验相关资料1.变容二极管调频电路实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点。直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。常用的变容二极管直接调频电路如图Z0916（a）所示。图中D为变容二极管，C2、L1、和C3组成低通滤滤器，以保证调制信号顺利加到调频级上，同时也防止调制信号影响高频振荡回路，或高频信号反串入调制信号电路中。调制级本身由两组电源供电。14对高频振荡信号来说，L1可看作开路，电源EB的交流电位为零，R1与C3并联；如果将隔直电容C4近似看作短路，R2看作开路，则可得到图（b）所示的高频等效电路。不难看出，它是一个电感三点式振荡电路。变容二极管D的结电容Cj，充当了振荡回路中的电抗元件之一。所以振荡频率取决于电感L2和变容二极管的结电容Cj的值，ICLf221。变容二极管的正极直流接地（L2对直流可视为短路），负极通过R1接+EB，使变容二极管获得一固定的反偏压，这一反偏压的大小与稳定，对调频信号的线性和中心频率的稳定性及精度，起着决定性作用。对调制信号来说，L2可视为短路，调制信号通过隔直流电容C1和L1加到变容二极管D的负极，因此，当调制信号为正半周时，变容二极管的反偏电压增加，其结电容减小，使振荡频率变高；调制信号为负半周时，变容二极管的反偏压减小，其结电容增大，使振荡频率变低。由上可见，变容二极管调频的原理是，用调制信号去改变加在变容二极管上的反偏压，以改变其结电容的大小，从而改变高频振荡频率的大小，达到调频的目的。由变容二极管结电容Cj变化实现调频的波形示意图如图Z0917所示。15图Z0918是应用电路举例请读者自行分析2.使用VCO实现变容二极管直接调频(图)调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于16传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。---许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。变容二极管直接调频原理---二极管通过改变外加反向电压可以改变空间电荷区的宽度，从而改变势垒电容的大小。变容二极管是就是利用这种特性制成的特殊的PN结二极管，是一种电抗可变的非线性电路元件，一般使用的材料为硅或砷化镓。图1是变容二极管的特性曲线，图2是变容二极管直接调频示意图。---变容二极管在反向偏置时，结电容可用下式来表示：，其中，VD为PN结内建电位差，Cj0为外加反向电压u=0时的结电容，n为电容变化指数。n取决于变容二极管PN结的杂质分布规律，对于缓变结n值等于1/3，突变结n值等于1/2，超突变结n值在1～5之间。---变容二极管在反向偏置直接调频电路中，不能工作于正向偏压区。如图2所示，为了保证变容二极管在调制电压变化过程中保持反向偏压，必须加上一个大于调制信号振幅的反向直流偏压E0。所以在单音