簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)話筒設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)說明書

1、簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)話筒設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)說明書1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù) 學(xué)生通過理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問題， 鞏固和運(yùn)用在 通信電 子線路中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能， 掌握通信電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法， 提 高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力， 為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、 研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好 的基礎(chǔ)。1.2 功能要求說明設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)（話筒），載頻為4MHz最大頻偏為 75kHz，天 線阻抗為75 ,輸出功率大于200mWV中心頻率穩(wěn)定度不低于10 3。要求調(diào)試并 測(cè)量主振級(jí)電路的性能，包括中心頻率及其頻率穩(wěn)定度等。2工作原理及方案選擇2.1 設(shè)計(jì)課題總體方案介紹通常小功率發(fā)射機(jī)采

2、用直接調(diào)頻方式，其組成框圖如圖2.1所示圖2.1 調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成框圖其中，咼頻振蕩級(jí)主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信 號(hào)，本課題中選用LC振蕩電路中的克拉潑電路，且其頻率受到外加音頻信號(hào)電 壓調(diào)變，用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)；緩沖級(jí)主要起隔離作用；功率輸出級(jí)包括功率激勵(lì) 級(jí)和末級(jí)功放兩部分電；功率激勵(lì)級(jí)為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率， 如果發(fā)射功率不 大，且振蕩級(jí)的輸出能夠滿足末級(jí)功放的輸入要求，功率激勵(lì)級(jí)可以省去；末級(jí)功放將前級(jí)送來的信號(hào)進(jìn)行功率放大，因而使負(fù)載（天線）上獲得滿足要求的發(fā) 射功率。2.2工作原理說明2.2.1 LC 振蕩電路原理振蕩器是一種能自動(dòng)將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的

3、交變振蕩信號(hào)能量 的轉(zhuǎn)換電路，無需外加激勵(lì)信號(hào)，就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定振幅的交流信號(hào)。 在本課題中振蕩器作為載波信號(hào)源使用。由于要求穩(wěn)定的中心頻率，可考慮采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉潑振蕩電路。克拉潑電路是電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電 路，它的實(shí)際電路和相應(yīng)的交流通路如圖 2.2所示。由圖可知，克拉潑電路比電容三點(diǎn)式在回路中多一個(gè)與C1C2相串接的電容C3,通常C3取值較小，滿足C3C1，C3C2,回路總電容取決于 C3,而三極 管的極間電容直接并接在 C1 C2上，不影響C3的值，結(jié)果減小了這些不穩(wěn)定電 容對(duì)振蕩頻率的影響，且 C3較小，這種影響越小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性越高，實(shí)際情況下，克拉潑電路比

4、電容三點(diǎn)式的頻穩(wěn)度高一個(gè)量級(jí)，達(dá)10 4 : 10222 調(diào)頻原理調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生有兩種方法，一種是直接調(diào)頻，一種是間接調(diào)頻。為了獲得較 大的頻偏，選擇直接調(diào)頻法。這種方法一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩 頻率，常采用壓控元件為變?nèi)荻O管的壓控振蕩器。在直接調(diào)頻法中，振蕩器與 調(diào)制器合二為一。2.2.3 緩沖隔離電路原理將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離，以減小功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響。因?yàn)楣Ψ偶?jí)輸出信 號(hào)較大，當(dāng)其工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)（如諧振阻抗變化），會(huì)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(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，為減小級(jí)間相互 影響，通常在中間插入緩沖隔離級(jí)。緩沖隔離級(jí)電路常采用射極跟隨器電

5、路。2.2.4 功率激勵(lì)電路原理功率激勵(lì)級(jí)放大器為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率，給輸出級(jí)提供較大的功率信號(hào) 以推動(dòng)功率輸出級(jí)放大輸出，因而使末級(jí)功放最終的輸出功率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由 于對(duì)該級(jí)有一定增益要求，考慮到中心頻率固定，因此可采用以LC并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號(hào)諧振放大器電路。2.2.5 末級(jí)功放電路原理為了獲得較大的功率增益和較高的集電極效率，該級(jí)可采用共發(fā)射極電路， 且工作在丙類狀態(tài)，輸出回路用來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾，圖2.3即為諧振功率放大器的原理電路圖圖2.3 諧振功率放大器的原理電路圖其中ZI為外接負(fù)載，Lr Cr為匹配網(wǎng)絡(luò)，它們與外接負(fù)載共同組成并聯(lián)諧 振回路，調(diào)Cr使回路諧振在輸入信號(hào)上

6、，為實(shí)現(xiàn)丙類功放，基極偏置電壓 Vbb 應(yīng)該設(shè)在功率管的截至區(qū)。另外利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極 電流脈沖變換為不失真的余弦電壓，同時(shí)還可以將含有電抗分量的外接負(fù)載變換 為諧振電阻Re,而且調(diào)節(jié)Lr Cr，還能保持回路諧振時(shí)使 Re等于放大管所需的 集電極負(fù)載，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，因此在諧波功率放大器中，諧振回路起了選頻和匹 配的雙重作用。3設(shè)計(jì)課題的仿真分析3.1 設(shè)計(jì)課題的參數(shù)選擇整機(jī)電路的實(shí)際計(jì)算順序一般是從末級(jí)單元電路開始，向前逐級(jí)進(jìn)行。3.1.1 功率輸出電路參數(shù)發(fā)射機(jī)的輸出應(yīng)具有一定的功率才能將信號(hào)發(fā)射出去，但是功率增益又不可 能集中在末級(jí)功放，否則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自

7、激。因此要根據(jù)發(fā)射機(jī)的各 組成部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠淼胤峙涔β试鲆?。如果調(diào)頻振蕩器的輸出比較穩(wěn)定， 又具有一定的功率，則功率激勵(lì)級(jí)和末級(jí)功放的功率增益可適當(dāng)小些。本課題功 率激勵(lì)級(jí)采用小信號(hào)諧振放大器，末級(jí)功放采用丙類諧振功率放大器。（1） 末級(jí)功放電路從輸出功率Po>200mV一項(xiàng)指標(biāo)來看，可采用丙類功放。參考電路如圖 3.1 所示。圖3.1丙類功放參考電路由圖可知，L3、C15和C16構(gòu)成 型輸出回路用來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾波， 即將天線阻抗變換為功放管所要求的負(fù)載值，并濾除不必要的高次諧波分量。功率管應(yīng)滿足以下：FCm Po1cm icmaxV（br）CEO 2VCC f （3 5

8、） f。在本課題中選用型號(hào)為2N2222的通用三極管。丙類功率放大器的基極偏置電壓-Vbe是利用發(fā)射機(jī)電流的分量I eo在射極電 阻R14上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號(hào) V為 正弦波時(shí)，集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路 LC的選頻作用可 輸出基波諧振電壓、電流ici?；娟P(guān)系式：1. 集電極基波電壓的振幅Ucm= IcmR 3.1式中，I cml為集電極基波電流的振幅；FP為集電極負(fù)載阻抗。2. 輸出功率PoPo= Ucm.I2cmi= Ucm/(2 R p)3.23.直流功率PvPv= Vcc.lc03.34.集電極耗散功率PrPt= Pv- Po

9、3.45.集電極的效率nn = Po/ Pv 3.56.集電極電流分解系數(shù)a ( 0)a n( 0 ) I cmi/i cmmax3.6(2)功率激勵(lì)電路本課題中采用以LC并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號(hào)諧振放大器電路。參考電路如 圖3.2所示。圖3.2 小信號(hào)諧振放大器參考電路由圖可知，L2和C11應(yīng)諧振在振蕩載波頻率上。如果發(fā)現(xiàn)通過頻帶太窄或 出現(xiàn)自激可在L2兩端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路 Q值。該級(jí)可工作于甲類以保 證足夠的電壓放大。對(duì)該級(jí)管子的要：fr (3 5)f。V(br)ceo 2Vcc至于諧振回路的計(jì)算，一般先根據(jù)f0算出LC的乘積值，然后選擇合適的C, 再求出LoC根據(jù)本課題的頻率可取1

10、00pf200pf。在本課題中選用型號(hào)為2N2222 的通用三極管。綜上所述最后確定功率輸出級(jí)實(shí)際電路如圖3.3所示。L4 16uH :2-310IE-g 1西吠vet:R11C1J C13 CU 'pnapg p ! I':J3oJ>F100nF lOOit戶-*42 n & k5R146.2k；I22R10C1I7R13C1XIOiiF尹 .需T -圖3.3 功率輸出級(jí)實(shí)際電路3.1.2 緩沖級(jí)電路參數(shù)從振蕩器的什么地方取輸出電壓也是十分重要的。一般盡可能從低阻抗點(diǎn)取 出信號(hào)，并加入隔離、緩沖級(jí)如射極輸出器，以減弱外接負(fù)載對(duì)振蕩器幅度、波 形以及頻率穩(wěn)定度的影

11、響。射極輸出器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低，放大倍數(shù)接近于1o由于待傳輸信號(hào)是高頻調(diào)頻波，主要考慮的是輸入抗高，傳輸系數(shù)大且工作 穩(wěn)定。選擇電路的固定分壓偏置與自給偏壓相結(jié)合， 具有穩(wěn)定工作點(diǎn)特點(diǎn)的偏置 電路。參考電路如圖3.4所示。射極加RW2可改變輸入阻抗。in<Z>R3L25圖3.4射級(jí)輸出器參考電路已知條件：Vcc=+12V晶體管為2N2102 B =60。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于 交流負(fù)載線的中點(diǎn)，一般取 UCeq=0.5Vcc, lcQ=(310)mA。根據(jù)已知條件選取lcd=4mA VCeqf0.5Vcc=6Vo R。、R.2：取 Ri°=1kQ, FW2

12、為 1kQ 的電位器。 Rs、R9Veg=6.0V3.7Vb(f Veq+0.7=6.7V 3.8IbqfI cq/ B 0 =66.67uA3.9取 R?=10kQ, R=8.0k Q。耦合電容G、C9為了減小射極跟隨器對(duì)前一級(jí)電路的影響，C8的值不能過大，這里取G=100pF, G=0.01uF。綜上所述緩沖實(shí)際電路如圖3.5所示。RO -1KL：:圖3.5緩沖實(shí)際電路3.1.3 主振級(jí)電路參數(shù)(1) LC振蕩器 主要技術(shù)指標(biāo)，工作中心頻率fo=4MHz最大頻偏 75kHz ;頻率穩(wěn)定度不低于10 3。確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。選用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器與變?nèi)荻O 管調(diào)頻電路。靜態(tài)工作

13、點(diǎn)由Ri、F2、R、R共同決定。晶體管選擇2N2222其參 數(shù)見表3.1所示。表3.1 晶體管2N2222參數(shù)表琴數(shù)符號(hào)車曲捋-歩射桁超阪VCEO30集電極基彊電壓vceo60發(fā)肘極基極電壓VEBO5小功率振蕩器的集電極靜態(tài)工作電流I cq 般為(14)mA。I cc偏大，振蕩幅度 增加，但波形失真嚴(yán)重，頻率穩(wěn)定性降低。Icc偏小對(duì)應(yīng)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(diǎn)取|cq 2mA, Vceq 6V ,測(cè)得極管的B =45, Vcc VcEQ|cQR3 R412 6R3 R42 mA由上式知R+R=3kQ，為提高電路的穩(wěn)定性,F4的值適當(dāng)增大，取F4=1kQ，則

14、R=2kQ。取 R1=8.2K,R2=28K由式得fo 2 n；1C1 ，若取c1=100pF，則L1 16mH實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整L1的圈數(shù)或c1的值電容c2、c3由反饋系數(shù)F及電路條件C1v<c2,c1v<c3所決定，若取c2=510 pF,由 F C2/C3 1/8 1/2，則取 c3=3000 pF，取耦合電容 c4=0.01mF。(2) 調(diào)頻電路變?nèi)莨艿撵o態(tài)反向偏壓 VQ由電阻 R5與R6分壓決定，已知 VQ=4V若取 R5=10kW，R6=20 kW 隔離電阻 R7=150。低頻調(diào)制信號(hào)的耦合支路電容 C6及電感L2應(yīng)對(duì)提供通路，一般的頻率為幾 十赫茲至幾千赫茲，故取 C6

15、=4.7mF,L2=47mH固定電感)。高頻旁路電容C7應(yīng)對(duì) 調(diào)制信號(hào)呈現(xiàn)高阻，取 C7=5100 pF。圖3.6主振級(jí)實(shí)際電路3.2設(shè)計(jì)課題的仿真結(jié)果電路的組裝和調(diào)試順序一般是從前級(jí)單元電路開始向后級(jí)逐級(jí)進(jìn)行主振級(jí)電路仿真結(jié)果圖3.7調(diào)頻振蕩電路輸出振蕩頻率圖3.8 調(diào)頻振蕩電路輸出波形緩沖級(jí)電路仿真結(jié)果圖3.9 緩沖隔離電路輸出波形3.2.3功率輸出電路仿真圖3.10高頻功率放大級(jí)輸出頻率圖3.11高頻功率放大級(jí)輸出波形3.3 設(shè)計(jì)課題誤差分析由LC仿真波形可看到，波形并非是完美的正弦波，還是有點(diǎn)失真的，還有 就是中心頻率也并非是 4MHz有的時(shí)候不穩(wěn)定時(shí)還是存在一點(diǎn)誤差的，但是本次所設(shè)計(jì)

16、的電路基本達(dá)到了任務(wù)書的要求，所設(shè)計(jì)電路的仿真水平，離設(shè)計(jì)指標(biāo) 所要求的還一段距離。出現(xiàn)這些原因主要有以下四點(diǎn)：(1) 設(shè)計(jì)電路時(shí)選擇元件不同會(huì)產(chǎn)生誤差；(2) 電路的參數(shù)設(shè)置會(huì)產(chǎn)生誤差；(3) 本身電路設(shè)計(jì)存在問題有待改進(jìn)；(4) 各級(jí)電路接在一起時(shí)互相干擾4心得體會(huì)通過兩周的高頻電子課程設(shè)計(jì)，我對(duì)高頻知識(shí)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)與了解。 此次設(shè)計(jì)課題為簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)話筒的設(shè)計(jì)，其主電路為L(zhǎng)C振蕩器電路及變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。因此我對(duì)這兩方面的容有了更加深刻的領(lǐng)悟。比如振蕩電路中心頻率的確定及穩(wěn)定度的考慮等。 除主電路外，還有緩沖及功率放大電路以 達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的輸出功率要求。本課題才用Mult

17、isim軟件仿真進(jìn)行，Multisim軟件能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì) 到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證、和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。在仿真 的過程中學(xué)到了很多， 明白了各個(gè)元器件在電路中的不同功能以及參數(shù)設(shè)置的重 要性，在不斷的調(diào)試及更改電路的實(shí)踐后才得出比較好的電路。這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們學(xué)習(xí)高頻技術(shù)課程理論知識(shí)的一次實(shí)踐， 它不僅是對(duì) 我們所學(xué)知識(shí)的考核，也是對(duì)我們做事能力及對(duì)事態(tài)度的一種考核。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中， 翻閱相關(guān)書籍并到網(wǎng)上查閱資料， 請(qǐng)教老師及同學(xué)， 最 終才有了這個(gè)自己比較滿意的結(jié)果。 最后的這十幾頁說明書， 其中的含金量我自 己心里清楚， 是努力了很久的證明。 此次設(shè)計(jì)也讓我知道

18、了高頻在實(shí)際生活中的 廣泛應(yīng)用， 同時(shí)也認(rèn)識(shí)到高頻知識(shí)在本專業(yè)中的重要地位， 掌握基礎(chǔ)知識(shí)是必要 的。從設(shè)計(jì)中我也了解到了自己的不足之處， 以后要多在實(shí)踐中培養(yǎng)興趣， 鞏固 知識(shí)，這樣才能真正掌握課堂知識(shí)，達(dá)到專業(yè)需求。參考文獻(xiàn)1 才開，屏，曾屹，周細(xì)鳳高頻電子線路原理與實(shí)踐M:中南大學(xué)， 2010年 3 月2 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M第五版 ：華中科技大學(xué)，2005年7 月3 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M:高教，20064 自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第三版）.M:華中科技2006首先要學(xué)校給我們這個(gè)機(jī)會(huì)，如果不是學(xué)校有這樣的安排我們也就不能較早 的接觸到實(shí)際，是這次機(jī)會(huì)讓我們不再只停留在理論上， 動(dòng)手能力的培養(yǎng)是十分 重要的。雖然只是利用仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。還要指導(dǎo)老師給與了我們悉心的指導(dǎo)， 沒有老師傳授的知識(shí)我們