調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計

1、淮海工學(xué)院課程設(shè)計報告書課程名稱：通信電子線路課程設(shè)計題目：調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計學(xué)院：電子工程學(xué)院學(xué)期：2013-2014-1專業(yè)班級：通信工程 112姓名：金凱杰學(xué)號：2011120714評語：成績：簽名：日期：課程設(shè)計報告書專用紙調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計1 引言隨著科的發(fā)展和人民生活水平的提高，調(diào)頻發(fā)射機也在快速發(fā)展，并且在用，它用于演講、教學(xué)、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。在生活中人們通過無線電發(fā)射機可以把需要傳播出的信息發(fā)射出去，接收者可以通過特制的接收機接受信息，最普通的模式是：廣播電臺通過無線電發(fā)射機發(fā)射出廣播，收聽者通過收音機即可接收到電臺廣播。本設(shè)計為一簡單功能的調(diào)頻發(fā)射機，通過該發(fā)射機可以把聲

2、音轉(zhuǎn)換為無線電信號發(fā)射出去，該信號頻率可調(diào)，通過普通收音機接收，只要頻率適合時即可收到發(fā)射器發(fā)送出的無線電信號，并通過揚聲器轉(zhuǎn)換出聲音。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(jìn)一步理解。學(xué)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。2 設(shè)計目的電路設(shè)計反映學(xué)生理論知識的實際應(yīng)用能力，扎實的電子線路理論是成功設(shè)計電路的基礎(chǔ)。所以其要求是： 功能和性能指標(biāo)分析： 對題目的各項要求進(jìn)行分析， 整理出系統(tǒng)和具體電路設(shè)計所需的更具體、更詳細(xì)的功能要求和技術(shù)性指標(biāo)數(shù)據(jù)，以求得設(shè)計的原始數(shù)據(jù)。 選擇元器件：很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，選擇合

3、理的元件參數(shù)，且應(yīng)降低成本，減少器件品種，減少元器件的功耗和體積。 畫出總體電路圖初稿并審圖，將錯誤降到最低程度，保證仿真順利完成。 仿真：通過仿真，檢查各元器件的性能、參數(shù)、質(zhì)量能否滿足設(shè)計要求，檢查各單元電路的功能和指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計要求。 畫出總體電路圖，要求按相關(guān)規(guī)定，布局合理，圖面清晰，便于對圖的理解和閱讀，為印制電路板，并組裝、調(diào)試和維修時做好準(zhǔn)備。3 設(shè)計內(nèi)容及主要技術(shù)要求3. 課題選擇第1頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙本次課程設(shè)計選題主要從以下幾個方面考慮： 符合教學(xué)大綱要求； 題目應(yīng)有一定深度與廣度，照顧高頻電子線路課程各章節(jié)內(nèi)容； 具有一定實用性。3.2 通信電子線路的一般設(shè)

4、計方法電子電路種類很多，千差萬別，設(shè)計方法和步驟也因不同情況而異。這里給出通信電路設(shè)計的一般步驟，以供參考，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活掌握。 總體實現(xiàn)方案的選擇： 由課題要求實現(xiàn)的電路功能及性能指標(biāo)， 決定最終實現(xiàn)電路的構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)針對關(guān)系到電路全局的問題，開動腦筋，多提些不同的方案深入分析比較；不要盲目熱衷于數(shù)字化方案；既要考慮方案的可行性，還要考慮性能、可靠性、成本、功耗和體積等實際問題。 單元電路的設(shè)計： 根據(jù)課題要求實現(xiàn)的電路性能指標(biāo)， 確定總體實現(xiàn)方案中各單元電路的形式。明確本單元電路的任務(wù)，與前后級電路的關(guān)系。 電路參數(shù)的計算： 根據(jù)所選單元電路的形式，對組成電路的各元器件的值進(jìn)行計

5、算。 元器件的選擇：元器件的選擇，除了要考慮計算出的參數(shù)值外，還要遵從節(jié)約電路成本，元器件購買方便，以及盡量利用現(xiàn)有條件實現(xiàn)的原則。 仿真與實驗： 檢查各元器件的性能參數(shù)質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求， 檢查各單元電路的功能和指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計要求。 電路圖的繪制：布局合理、排列均勻、圖面清晰，注意信號流向，圖形符號要標(biāo)準(zhǔn)，連接線應(yīng)為直線，交叉和折彎要最少。以上各步驟之間不是絕對獨立的，往往需要交叉進(jìn)行，尤其是有時受到元器件選擇的限制，常會推翻最初的設(shè)計方案，從頭來做。所以，在進(jìn)行電路設(shè)計之初，要先把可能限制電路實現(xiàn)的因素考慮好，再著手設(shè)計，往往可以達(dá)到事半功倍的效果。在完成電路設(shè)計之后，可以使用計算機輔

6、助分析軟件（例如 Protel）進(jìn)行電路仿真，做初步調(diào)整，然后到實驗室裝調(diào)電路，在調(diào)試中分析和解決常見的電路故障。3.3 調(diào)頻發(fā)射機主要性能指標(biāo)要求發(fā)射功率 PA 80mW ，負(fù)載電阻 RL 75 ，工作中心頻率 f 0 6.5MHz ，最大頻偏 f m 75kHz ，總效率 A 50% 。第2頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙4 幅發(fā)射機整體認(rèn)識調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)由調(diào)頻振蕩器、緩沖隔離器、倍頻器、高頻功率放大器等組成。如果振蕩器的振蕩頻率可以滿足發(fā)射機載波頻率的要求，就可以省去倍頻級。圖 1 直接調(diào)頻發(fā)射機組成框圖 調(diào)頻振蕩器本課題主要研究變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。如果課題要求的載波頻率不高，則可以采用LC

7、 調(diào)頻振蕩器。 緩沖隔離器將調(diào)頻振蕩與功放級隔離，以減小后級對振蕩器頻率穩(wěn)定度及振蕩波形的影響。緩沖隔離級通常采用射極跟隨器電路。末級功放要使負(fù)責(zé)天線上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機效率較高，應(yīng)選擇丙類功率放大器。但末級功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn)定。因此要根據(jù)發(fā)射機各部分的作用，適當(dāng)?shù)胤峙涔β试鲆妗? 調(diào)幅發(fā)射的各模塊介紹及電路圖5.1 調(diào)頻振蕩器振蕩電路主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定且中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號。由于是所產(chǎn)生的是固定的中心頻率，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。其電路原理圖如圖所示。圖 1 LC 振蕩電路第3頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙振蕩電路仿真

8、圖如下：圖 2振蕩電路仿真圖頻率如下：圖 3振蕩頻率5.2 變?nèi)荻O管調(diào)頻所謂調(diào)頻，就是把要傳送的信息（例如語言、音樂）作為調(diào)制信號去控制載波（高頻振蕩信號）的瞬時頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化。設(shè)調(diào)制信號：tV cost ，載波振蕩電壓為：a tAo cos ot第4頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙根據(jù)定義，調(diào)頻時載波的瞬時頻率t 隨t 成線性變化，即toK fV cos tocos t則調(diào)頻波的數(shù)字表達(dá)式如下：K f Vaf t Ao cos o tsin t或af t Ao cos ot mf sin t式中：K f V 是調(diào)頻波瞬時頻率的最大偏移，簡稱頻偏，它與調(diào)制信號的振幅成正比。比例

9、常數(shù)Kf 亦稱調(diào)制靈敏度，代表單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻偏。式中： mfK f VfF 稱為調(diào)頻指數(shù)， 是調(diào)頻瞬時相位的最大偏移，它的大小反映了調(diào)制深度。由上公式可見，調(diào)頻波是一等幅的疏密波，可以用示波器觀察其波形。如何產(chǎn)生調(diào)頻信號。最簡便、最常用的方法是利用變?nèi)荻O管的特性直接產(chǎn)生調(diào)頻波，其原理電路如圖 4所示。圖 4變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路變?nèi)荻O管 Cj 通過耦合電容 C1 并接在 LC 回路的兩端，形成振蕩回路總?cè)莸囊徊糠?。因而，振蕩回路的總電?C 為：CCNC j振蕩頻率為：f112LC2L(C NC j )加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為：VRVQ 直流反偏調(diào)制電壓O 高頻振蕩，可忽略變?nèi)?/p>

10、二極管利用 PN結(jié)的結(jié)電容制成，在反偏電壓作用下呈現(xiàn)一定的結(jié)電容（勢壘電第5頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙容），而且這個結(jié)電容能靈敏地隨著反偏電壓在一定范圍內(nèi)變化， 其關(guān)系曲線稱 C j R 曲線，如圖 5。圖 5 C j R 曲線由圖 5 可見：未加調(diào)制電壓時，直流反偏VQ 所對應(yīng)的結(jié)電容為 C j 。當(dāng)調(diào)制信號為正半周時，變?nèi)荻O管負(fù)極電位升高，即反偏增加時，變?nèi)荻O管的電容C j 減?。划?dāng)調(diào)制信號為負(fù)半周時，變?nèi)荻O管負(fù)極電位降低，即反偏減小時，C j 增大，其變化具有一定的非線性，當(dāng)調(diào)制電壓較小時，近似為工作在C j R 曲線的線性段， C j 調(diào)制電壓線性變化，當(dāng)調(diào)制電壓較大時，曲線

11、的非線性不可忽略，它將給調(diào)頻帶來一定的非線性失真。我們再回到圖 4，并設(shè)調(diào)制電壓很小，工作在 Cj V R 曲線的線性段，暫不考慮高頻電壓對變?nèi)荻O管作用。用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容RVQVQ cos t由圖 4 可見：變?nèi)荻O管的電容隨 R變化。即：C jC jQ Cm cos t可得出此時振蕩回路的總電容為CCNC jC NC jQCm cost由此可得出振蕩回路總電容的變化量為：CCCNC jQC jCm cost由式可見：它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，式中Cm 的是變?nèi)荻O管結(jié)電容變化的最大幅值。我們知道：當(dāng)回路電容有微量變化C 時，振蕩頻率也會產(chǎn)生f 的變化，其第6頁共13頁課程

12、設(shè)計報告書專用紙關(guān)系如下：f1Cf 02C式中，是 f0 未調(diào)制時的載波頻率；C0 是調(diào)制信號為零時的回路總電容，顯然CoCN C jQ由公式可計算出中心頻率f0 ：1f02L(CNC jQ )將代入式，可得：f (t)1 ( f0 / C 0 )C m cos tf cost21f( f0 / C0 )Cm頻偏：2振蕩頻率：f t f o f tfof c o s t由此可見：振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化，從而實現(xiàn)了調(diào)頻。其頻偏f 與回路的中心頻率 f 0 成正比，與結(jié)電容變化的最大值Cm成正比，與回路的總電容C0 成反比。圖 6二極管調(diào)頻電路第7頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙圖7 二極管調(diào)頻

13、電路仿真圖5.3 緩沖隔離器該電路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，工作狀態(tài)的變化（如諧振阻抗）會影響振蕩級的頻率穩(wěn)定度，或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級常采用射極跟隨器電路，如圖 8所示。圖 8 緩沖級原理電路第8頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙圖9 緩沖級原理電路仿真圖調(diào)節(jié)射極電阻 RE 2 ，可以改變射極跟隨器輸入阻抗。如果忽略晶體管基極電阻rbb 的影響，則射極輸入器的輸入電阻Ri RB / RL輸出電阻，式中，r0 很小，所以可將射極輸出器電路等效為一個恒壓源。電壓放大倍數(shù)R (R R )/ rA

14、vgmRL0E1E201 gm RL一般情況下， gm RL >>1, 所以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。晶體管的靜態(tài)工作點應(yīng)位于交流負(fù)載線的中點，一般取VCC2 , ICQ=(3-10)mA.CEQ=6V, ICQ=4mA，則RE1 RE 2VCE1.5kVCEQ若取 VI CQ取 RE11k電阻， RE 21k 電位器。第9頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙5.4 末級功放諧振放大級電路由于對該級有一定增益要求， 考慮到中心頻率固定， 因此可采用以 LC 并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號諧振放大器電路。對該級管子的要求是f(3 5) f 0V( BR

15、 ) CEO2VCC至于諧振回路的計算，一般先根據(jù)f0 計算出 LC 的乘積值，然后選擇合適的C再求出 L、 C 根據(jù)本課題的頻率可取100pF 200pF。諧振放大級電路部分如圖10 所示圖 10諧振放大級電路功放輸出級電路設(shè)計中采用共發(fā)射極電路，為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率，同時使其工作在丙類狀態(tài)，組成丙類諧振功率放大器。在選擇功率管時要求第10頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙PPcm0IcmicmaxV BRCEO2VCCfr35 foscT3 管工作在丙類狀態(tài)，既有較高的效率，同時可以防止T3 管產(chǎn)生高頻自激而引起的二次擊穿損壞。調(diào)節(jié)偏置電阻可改變 T3 管的導(dǎo)通角。 L3、

16、L4、 C15和 C16構(gòu)成 型輸出回路用來實現(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。常用的輸出回路還有L 型、 T 型以及雙調(diào)諧回路等。具體電路圖如下圖 11 所示：圖 11丙類諧振功率放大器電路由設(shè)計電路圖知 L3 、C10 和 C11 為匹配網(wǎng)絡(luò)， 與外接負(fù)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V B3 應(yīng)設(shè)置在功率管的截止區(qū)同時為了加強交流反饋，在T3 的發(fā)射極串接有小電阻R14在輸出回路中，從結(jié)構(gòu)簡單和調(diào)節(jié)方式選擇 L3，C10，C11 構(gòu)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(dǎo)通角

17、。導(dǎo)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(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。仿真波形如下：第11頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙圖12功放電路仿真圖5.5總電路原理圖設(shè)計根據(jù)上述，設(shè)計出總電路圖，如圖13：圖13總電路圖6心得體會此次的高頻課程設(shè)計，我學(xué)到了許多以前在課本上學(xué)不到的東西，同時也把以前學(xué)到的理論知識運用到了此次的課程設(shè)計中，很好地加強了我在高頻電子線路方面的知識，特別是在調(diào)頻部分。整個調(diào)試程序的過程讓我對multisim軟件有了更深一步的了解。第12頁共13頁課程設(shè)計報告書專用紙在整個電路課程設(shè)計

18、過程中，我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在之前對仿真軟件的不熟悉，在仿真時多次出不了波形等等，我們從來沒有想過放棄，一起堅持不斷的調(diào)試。通過這次課程設(shè)計，加強了我們的動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們把老師以前所講的都運用到了這次設(shè)計中，這樣加強了我們對課本知識的理解和鞏固。我覺得這次設(shè)計不僅加強了我們對課本知識的回顧和溫故，而且鍛煉了我們運用軟件的能力。更重要的鍛煉了我們動手能力。書中的理論有點枯燥，運用書中的知識去調(diào)試，那是一種無法比擬的成就感。這樣更能激發(fā)我們對我們專業(yè)的興趣，和對我們專業(yè)知識的理解和掌握，能激發(fā)我們對電子科研技術(shù)的鉆研，增加設(shè)計興趣。在本次設(shè)計作品完成期間我遇到很多困難，盡管很艱苦，一次又一次品嘗到了解決問題的喜悅 , 最終完成了這次課程設(shè)計，在高頻課程設(shè)計中我們發(fā)現(xiàn)了自己知識的不足，通過老師和同學(xué)的幫助，以及去圖書館查找資料，終于把問題都解決了，讓我學(xué)到了很多，同時也鞏固了所