小功率調(diào)頻發(fā)射機

1、通信電子線路課程設計說明書 小功率調(diào)頻發(fā)射機 學 院： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 賀 帥 指導教師： 伍麟珺 職稱 講 師 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 通信1301班 學 號： 1330440128 完成時間： 2016年1 月 摘 要調(diào)頻發(fā)射機的用處很大，在很多領域都有了很廣泛的應用。這個實驗是關于小功率調(diào)頻發(fā)射機工作原理分析及其模擬調(diào)試，通過這次實驗我們可以更好地鞏固和加深對小功率調(diào)頻發(fā)射機工作原理和非線性電子線路的進一步理解。學會基本的實驗技能，提高運用理論知識解決實際問題的能力。本次設計我是結合multisim軟件來對小功率調(diào)頻發(fā)射機電路的設計與調(diào)試方法進行研究。multisi

2、m是一款仿真軟件，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。首先設計出總的電路圖，在分別計算各電路的靜態(tài)工作點，但是通過實際仿真，還是與理論計算值有出入。關鍵詞 ：lc振蕩器；調(diào)頻；功率放大器目錄第1章緒論error! no bookmark name given.1.1小功率調(diào)頻發(fā)射機研究意義error! no bookmark name given.1.2調(diào)頻發(fā)射機研究現(xiàn)狀error! no bookmark name given.1.3發(fā)射機的主要技術指標error! no bookmark name give

3、n.第2章總體方案設計42.1設計方案比較42.2總設計框圖4第3章電路組成方案63.1振蕩電路的選擇63.2振蕩電路參數(shù)計算63.3調(diào)頻電路的設計error! no bookmark name given.3.4調(diào)頻參數(shù)的計算93.5緩沖隔離級電路的設計error! no bookmark name given.3.6緩沖隔離級電路參數(shù)計算error! no bookmark name given.3.7末級功放電路選擇error! no bookmark name given.3.8末級功放電路參數(shù)計算error! no bookmark name given.第4章multisim仿真結

4、果error! no bookmark name given.4.1 lc振蕩電路仿真波形error! no bookmark name given.第5章實驗數(shù)據(jù)與誤差分析error! no bookmark name given.5.1實驗數(shù)據(jù)與設計要求比較1error! no bookmark name given.5.2誤差分析1error! no bookmark name given.結束語error! no bookmark name given.參考文獻20致謝21附錄221 緒論1.1小功率調(diào)頻發(fā)射機研究意義高頻電子線路本是一門較為復雜的電路。其中更有精髓的知識值的我們?nèi)W習

5、。同時隨著計算機技術與高頻電子技術的發(fā)展，模擬電子技術，得到廣泛應用，在模擬電子電路中尤其得到廣泛應用，成為現(xiàn)代電子電器必不可少的電子技術。在高頻電子線路中，lc振蕩電路是無孔不入，無所不在。應用于發(fā)射機中，加上簡單的電路及連線，就可以組成各種形式的、任意信號，廣泛應用。小功率調(diào)頻發(fā)射機在使用中，控制方法科學、簡單、明了，控制電路及連線簡單、易行，工作穩(wěn)定性好，從而得到廣泛應用。在此，我們就調(diào)頻發(fā)射機的應用作較完整和系統(tǒng)的研究，促進小功率調(diào)頻發(fā)射機的正確使用。1.2調(diào)頻發(fā)射機研究現(xiàn)狀 目前，世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟危機席卷全球，中國在全球性經(jīng)濟蕭條的形勢下，經(jīng)濟發(fā)展速度迅速下滑，國內(nèi)需求不振，進出口量

6、急劇萎縮，實體企業(yè)受國際經(jīng)濟形勢影響嚴重。2008年，我國經(jīng)濟發(fā)展速度放緩，全年gdp下滑到9.0%，2008年四季度中國經(jīng)濟同比增長6.8，四季度進口同比下降8.8%，出口同比增長4.3%。預計2009年，國際經(jīng)濟形式將進一步惡化，我國經(jīng)濟也將面臨更多的不確定因素。從發(fā)射機總行業(yè)特點出發(fā)，緊緊圍繞小功率總成產(chǎn)品市場總量及增長速度、產(chǎn)品市場份額、市場供需情況、市場競爭格局、產(chǎn)品價格、進出口狀況及趨勢和小功率總成生產(chǎn)企業(yè)基本情況和經(jīng)營狀況、功率調(diào)頻發(fā)射機成市場發(fā)展前景和趨勢等眾多市場發(fā)展因素進行研究，提供了大量有價值的信息和資料。本報告依據(jù)國家統(tǒng)計局、工商局、海關總署和行業(yè)協(xié)會提供的權威數(shù)據(jù)，結

7、合市場調(diào)查的第一手資料，以嚴謹?shù)膬?nèi)容、直觀的圖表和詳實的數(shù)據(jù)進行研究，幫助業(yè)內(nèi)企業(yè)、投資公司及政府部門準確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，洞悉行業(yè)競爭格局、規(guī)避經(jīng)營和投資風險、制定正確競爭和投資戰(zhàn)略決策。1.3 發(fā)射機的主要技術與要求1.3.1 目標 熟悉小功率調(diào)頻發(fā)射機的結構，原理，掌握電路設計和系統(tǒng)multisim仿真調(diào)試方法。1.3.2 已知條件 （1）輸出功率:高頻功放的輸出功率是指放大器的負載rl上得到的最大不失真功率。也就是集電極的輸出功率，即(1-1) （2）工作頻率：。 （3）總效率：，發(fā)射機發(fā)射的總功率 與其消耗的總功率之比，稱為發(fā)射機的總效率。 （4）最大頻偏:指在一定的調(diào)制電壓作用下所

8、能達到的最大頻率偏移值。 （5）負載電阻: （6）電源電壓:1.3.3 要求 設計系統(tǒng)電路并仿真調(diào)試，編寫設計計算說明書。1.3.4 實驗儀器與設備 eda軟件1套，計算機1臺2 總體方案設計2.1設計方案比較方案一：純硬件實現(xiàn) 所謂的純硬件實現(xiàn)是只通過電路，不需要編程。其原理是通過高頻振蕩電路產(chǎn)生信號載波信號，為了減小功放級對振蕩級的影響，要插入緩沖隔離極，最后加一極寬帶功放和丙類功放。該方案電路稍復雜，可能精確度不高，誤差較大。但不需要編程，花的時間可能少些。方案二：硬軟件結合實現(xiàn)硬件和軟件結合是通過高頻振蕩電路，單片機編程實現(xiàn)。第一個模塊電路是一樣的，都是通過高頻振蕩電路，然后將產(chǎn)生的波

9、形脈沖送入單片機內(nèi)，通過編程算出其cx值。然后將其值通過示波器顯示出來。這種方法，電路簡單，但需要編程。方案總結綜上所述，本課題決定選用硬件實現(xiàn)。熟悉小功率調(diào)頻發(fā)射機設計原理，了解高頻電路。其實高頻電路功能強大，很多單片機能實現(xiàn)的，通過高頻模擬電路也能實現(xiàn)，它優(yōu)點就是不需要編程，相對來說要簡單。由于時間倉促，所以選擇這個方案。2.2總設計框圖 擬定整機方框圖的一般原則是，在滿足技術指標要求的前提下，應力求電路簡單、性能穩(wěn)定可靠。單元電路級數(shù)盡可能少，以減少級間的相互感應、干擾和自激。 由于本題要求的發(fā)射功率po不大，工作中心頻率f0也不高，因此晶體管的參量影響及電路的分布參數(shù)的影響不會很大，整

10、機電路可以設計得簡單些，設組成框圖如圖3所示，各組成部分的作用是： 圖1總設計框圖 (1)lc調(diào)頻振蕩器：產(chǎn)生頻率f0=10mhz的高頻振蕩信號，變?nèi)荻O管線性調(diào)頻，最大頻偏，整個發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。 (2)緩沖隔離級：將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。因為功放級輸出信號較大，當其工作狀態(tài)發(fā)生變化時（如諧振阻抗變化），會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度，使波形產(chǎn)生失真或減小振蕩器的輸出電壓。整機設計時，為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級電路常采用射極跟隨器電路。 (3)功率激勵級：為末級功放提供激勵功率。如果發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出能夠滿足末級功放的輸

11、入要求，功率激勵級可以省去。 (4)末級功放：將前級送來的信號進行功率放大，使負載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。若整機效率要求不高如而對波形失真要求較小時，可以采用甲類功率放大器。但是本題要求，故選用丙類功率放大器較好。丙類功放為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點q應選在交流負載線ab的中點。（如圖2所示）圖2（左）輸入電壓與集電極電流脈沖的波形關系（右）丙類功放負載特性3 電路組成方案3.1振蕩電路的選擇振蕩電路主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定且中心頻率符合指標要求的正弦波信號，目前應用較為廣泛的是三點式振蕩電路和差分對管振蕩電路。三點式振蕩電路又可分為電感和電容三點式振蕩電路，由于是固定的中心頻率，

12、因而采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉撥振蕩電路來作振蕩級。其電路原理圖如圖3所示。克拉撥振蕩電路與電容三點式圖3 振蕩電路電路的差別，僅在回路中多加一個與c2、c3相串接的電容c6。圖中克拉撥振蕩電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點式電路高一個量級。 圖4為在multisim中l(wèi)c振蕩電路的仿真電路圖。圖4 lc振蕩電路 在上圖中積極偏置電阻加滑動變阻器的目的，是為了調(diào)節(jié)基級電阻的分壓比，方便調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點。3.2振蕩電路參數(shù)計算晶體管q2組成電容三點式振蕩器的改進型電路即克拉波電路，它被接成共基組態(tài)，c1為基極耦合電容，其靜態(tài)工作點由r1 、r2 、r3 、r4及r5決定，首先計算電路的靜態(tài)工作點。小功率振

13、蕩器的集電極靜態(tài)工作電流icq一般為(14)ma。icq偏大，振蕩幅度增加，但波形失真嚴重，頻率穩(wěn)定性降低。icq偏小對應放大倍數(shù)減小，起振困難。為了使電路工作穩(wěn)定，振蕩器的靜態(tài)工作點取,測得三極管的。（3-1）由上式可得r3+r4=3k，為了提高電路的穩(wěn)定性，r4的值可適當增大，取r4=1k，則r3=2k。（3-2） （3-3） （3-4） （3-5）為了提高電路的穩(wěn)定性，取流過電阻r2上的電流 （3-6） 固取標稱值r2=8.2k。 根據(jù)公式（3-7） 故r1=28.2k。 實際運用時r1取20k電阻與47k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點。c1為基極旁路電容，可取c1=0.01uf。 l1

14、 、c2 、c3 、c4組成并聯(lián)諧振回路，其中c3兩端的電壓構成振蕩器的反饋電壓vbe ,以滿足相位平衡條件=2n。比值c2/c3=f決定反饋電壓的大小，當a vof =1時，振蕩器滿足振蕩平衡條件為a vof1。為減小晶體管的極間電容對回路得影響c2 、c3 的取值要大。如果選c4 c2，c4 1,所以圖所示射極輸出器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)近似等于1的特點。 圖7緩沖隔離級電路 圖8為在multisim中l(wèi)c振蕩電路及變?nèi)荻O管調(diào)頻電路和緩沖隔離級的仿真電路圖 圖8射級跟隨電路3.6緩沖隔離級電路參數(shù)計算(1) 已知條件：vcc=+12v，負載電阻rl=51(寬帶放大器輸入

15、電阻)，輸出電壓振幅等于高頻寬帶放大器輸入電壓振幅，即uom=1.0v，0=60。晶體管的靜態(tài)工作點應位于交流負載線的中點，一般取uceq=0.5vcc，icq=(3-10)ma，對于圖所示電路，若取vceq=6v,ieq=4 ma。根據(jù)已知條件選取icq=4ma,，vceq=0.5vcc=6v，則(3-20)(2)r10、rw2：取r10=1k，rw2為1k的電位器。(3)r8、r9(3-21) veq=6.0v(3-22) vbq=veq+0.7=6.7v(3-23) ibq=icq/0=66.67ua(3-24) 取標稱值r9=10k。(3-25) 取標稱值r8=8.0k。(4)輸入電阻

16、ri(3-26)（rl=51）若忽略晶體管基取體電阻的影響，有 (3-27)(5)輸入電壓uim (6)耦合電容、c9 為了減小射極跟隨器對前一級電路的影響，c8的值不能過大，一般為數(shù)十 pf，這里取=33pf，c9=0.047uf。3.7末級功放電路選擇 圖9 型濾波網(wǎng)絡 為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率，設計中采用共發(fā)射極電路，同時使其工作在丙類狀態(tài)，組成丙類諧振功率放大器由設計電路圖知l3、c12和c13為匹配網(wǎng)絡，與外接負載共同組成并諧回路，為了實現(xiàn)功率輸出級在丙類工作，基極偏置電壓vb3應設置在功率管的截止區(qū)在輸出回路中，從結構簡單和調(diào)節(jié)方便考慮，設計采用型濾波網(wǎng)絡，如圖9。

17、l3、c12和c13構成型輸出，q3管工作在丙類狀態(tài)，調(diào)節(jié)偏置電阻可以改變q3管的導通角。導通角越小，效率越高,同時防止t3管產(chǎn)生高頻自激而引成回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進行濾波，即將天線阻抗變換為功放管所要求的負載值，并濾除不必要的高次諧波分量。 圖10在multisim中末級功放電路加上前三級電路的仿真電路圖。這樣逐級加電路，避免了設計單元電路后，整體級聯(lián)時級聯(lián)的調(diào)試。 圖10末級功放電路加上前三級電路的總電路圖3.8末級功放電路參數(shù)計算 （1）在選擇功率管時要求(3-28) (3-29) (3-30) (3-31) 綜上可知，我們選擇2n2222a高頻功率管(3-32) ，由于： ,一般取q

18、e=810且(3-33)所以 解得：l3=5h 計算得，c12200pf，c13300pf. 高頻功放的輸出功率是指放大器的負載rl得到的最大不失真功率。在圖10所示電路中，由于負載與丙類功放的諧振回路之間采用變壓器耦合方式，實現(xiàn)了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗r0上的功率等于負載rl上的功率，所以集電極的輸出功率視為高頻功放的輸出功率，即。在末級功放電路中加入型lc低通濾波器是做高頻電路的電源去耦濾波網(wǎng)絡。l2 、l3 可按經(jīng)驗值取47uf，c10、c11、c13、c17 按經(jīng)驗值取0.01uf。常將集電級的效率視為高頻功放的效率，用表示，當集電極回路諧振時，的值由下式計算：(3-34)

19、(3-35)取=70，得此時的集電極的等效負載電阻 rq=(vcc-vces)（vcc-vces）/2p0=706集電極電流脈沖的最大值icm及其直流分量ic0分別為(3-36) icm=ic1m/1=95ma/0.44=341 mau(3-37) ic0=icm=341ma*0.25=85 ma(3-38)輸出功率 =4.34/51=85mw總效率(3-39) =175/(85*12)=83.4%發(fā)射機輸出最大功率 po=85mw負載電阻 rl=514 multisim仿真結果 4.1 lc振蕩電路仿真波形（1）用示波器觀察lc振蕩電路輸出端的輸出波形，如圖11所示： 圖11 lc振蕩電路輸

20、出端的輸出波形 由上圖可知，采用通道b，每一格為2v，則該級電路的輸出波形的幅度為3v.（2） 用頻率計觀察lc振蕩電路輸出端的輸出波形的頻率，如圖12所示：圖12 lc振蕩電路輸出端的輸出波形的頻率 由上圖可知，載波電路的輸出波形的頻率為10mhz.（3） 用示波器觀察調(diào)頻電路輸出端所產(chǎn)生的波形，如圖13所示：圖13調(diào)頻電路輸出端所產(chǎn)生的波形 由上圖可知，采用通道b，每一個為2v,則該級電路的輸出波形的幅度為2v.（4） 用示波器觀察射級跟隨電路輸出端所產(chǎn)生的波形，如圖14所示：圖14射級跟隨電路輸出端所產(chǎn)生的波形 由上圖可知，射級跟隨器級前兩級電路產(chǎn)生的波形的幅度為3v（采用通道a，每格為

21、1v）。（5）用示波器觀察總電路輸出端所產(chǎn)生的波形，如圖15所示： 圖15總電路圖中在rl 端產(chǎn)生的波形 在總電路圖中，用示波器觀察rl 兩端產(chǎn)生的波形時，起振的較慢，起振后有寄生振蕩現(xiàn)象，要等到電路運行一段時間再觀察波形，這種現(xiàn)象就會消失，該波形的幅度為15v。5實驗數(shù)據(jù)與誤差分析5.1實驗數(shù)據(jù)與設計要求比較 1、輸出功率=4.34/51=85mw 2、總效率=175/(85*12)=83.4% 3、工作頻率 4、最大頻偏=1/2*10*2.5/59=20k5.2誤差分析由仿真波形可看到，波形有失真且存在寄生調(diào)幅，但是本次所設計的電路基本達到了任務書的要求，所設計電路的仿真水平，離設計指標所

22、要求的還一段距離。出現(xiàn)這些原因主要有以下四點：(1) 設計電路時選擇元件不同會產(chǎn)生誤差；(2) 電路的參數(shù)設置會產(chǎn)生誤差；(3) 電路本身設計存在問題有待改進；(4) 電路中分布參數(shù)、級間的相互影響。結束語 本次小功率調(diào)頻發(fā)射機的設計，綜合運用到高頻電子線路這門課程近乎所有的知識點，其中包括：第1章無線電波段的劃分、第2章諧振回路、第3章丙類諧振功率放大器、第4章電容三點式振蕩器和第6章變?nèi)荻O管的直接調(diào)頻電路等。這是一個比較綜合的課程設計，這個課程設計使我們將理論課上學到的知識與實際的電路設計工作結合起來，鞏固和加深了我們對高頻電子線路基本知識的理解，提高了綜合運用所學知識的能力。設計過程中我們通過翻看書籍和上網(wǎng)查資料以及向老師同學請教，增強了動手能力和根據(jù)自己所學需要查閱資料的能力，以及分析和解決問題的能力。 本設計的電路圖繪制及仿真都是在multism中進行的，multism軟件有強大的庫文件，通過其庫文件搭建電路圖并進行仿真實驗十分方便，但是軟件仿真器件及電路與實際器件及電路之間還是存在一定的誤差，特別是這一次的設計中，我們需要的一些器件如變?nèi)荻O管2cc1c在multism中沒有，那么我們就找到同類型的fmmv2109將其替換，故而由器件的選擇而產(chǎn)生了一些誤差，通過反復