通信电子线路课程设计说明书-简易调频发射机（话筒）.doc

通信电子线路课程设计说明书 简易调频发射机（话筒） 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 电信0902 完成时间： 2011年6月5日 摘 要调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二极管完成语音信号对载波信号的频率调制，并通过lc并联谐振网络选出三倍频信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过拉杆天线发射出去。通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。本课程设计结合multisim软件来对简易调频发射机电路的设计与调试方法进行研究。multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的multisim软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统 ，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。使用multisim、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。本课题的设计目的是要求掌握最基本的简易调频发射机的设计与安装及对各级电路进行详细地探讨，并利用multisim软件仿真设计一个简易调频发射机。关键字：lc调频；射级跟随器；高频功率放大abstractfm transmitter, as a kind of simple communication tools, because it does not require station and ground switch stand support, can effectively mobile communications, so deeply the welcome of people. at present it widely used for production, security, field in the construction of small areas of the mobile communication engineering. this subject focuses design can give transmitter circuits provide stable frequency oscillation modulation circuit. topic firstly with two levels of voltage parallel negative feedback amplifying circuit appropriate amplification speech signal, to match the modulation level; then use quartz crystal constitute oscillating circuit for transmitter provide stable benchmark frequency carrier, and then through the transfiguration diode speech signal to complete the carrier signal frequency modulation, and through the lc parallel resonant frequency signal network elected three times, finally using two levels of power amplifier, make already modulation signal power greatly improved, after series of the filtering network filter hhg, finally through bars antenna emitted. through subsequent circuit simulation and part of the circuit, commissioning, can prove this topic circuit basic mature, basic can finish the speech signal voltage amplifier, frequency modulation and power amplifier, to launch the distance of the request. this course design with multisim software to simple fm transmitter circuit design and debug method study. multisim software can realize from the electrical concept design to the output physical production data, and that between all analysis, verify, and design data management. todays multisim software has not simple design tools, but a system by simulation, it covers all the physical design as the core. use multisim, computer software for products such as assistant design long before has become a trend, this kind of software release also greatly improve the design personnel in mechanical and electronic industries of product design quality and efficiency. this topic are designed requiring the most basic simple fm transmitter design and installation and for all levels and circuit detail discussion, and using multisim software simulating a simple fm transmitter. key word: lc fm, shoot level follow manometers; rf power amplifier 目 录1.课程设计任务4 1.1 引言 4 1.2 设计目的.4 1.3 设计任务.4 1.4 基本要求4 2.总体方案.5 2. 1方案选择.5 2. 2工作原理.5 2. 3设计框图.53系统硬件设计6 3.1 lc振荡电路的选择6 3.2 谐振放大级选择8 3.3 功放输出级9 3.4 总电路原理图设计11 4、电路性能测试与仿真图12 5.1lc振荡电路仿真波形12 5.2缓冲放大级仿真波形12 5.3高频功率放大电路仿真13 5误差分析及单元电路的测试156.1 误差分析156.2 单元电路测试16设计总结17致谢18参考资料191. 课程设计任务书1.1 引言本文设计一个调频发射机，调频发射机由前级lc振荡电路，变容二极管调频，射级跟随器，甲放，和高频放大电路构成。高频放大电路是调频发射基末级电路，其性能的优劣直接影响到发射机的好坏，稳定性和放大特性等指标。因此本文设计对中频放大电路做了比较详细的介绍。1.2设计目的通过调频发射机电路的设计，使得建立无线电发射收机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算发射的各个单元电路：包括lc振荡电路、变容二极管调频电路、射级跟随器电路、高频功放电路设计、元器件选择。发射机是日常生活中常见的也是应用非常广泛的电子器件，研究本课题既可以了解小信号发射机电路，又可以提高对于multisim和protues的应用能力和运用书本知识的能力。1.3任务设计一个简易调频发射机（话筒），载频为4mhz，最大频偏为，天线阻抗为75，输出功率大于200mw，中心频率稳定度不低于。要求调试并测量主振级电路的性能，包括中心频率及其频率稳定度等。1.4基本要求 1.载频：4mhz 2.最大频偏：， 3.天线阻抗：75， 4.输出功率：=200mw， 5.中心频率稳定度：=2总体方案2.1 方案选择直接调频发射机调频就是由高频振荡器产生的调频信号先由变容二极管调频，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，高频部分包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。 2.2 工作原理调频发射机是由lc振荡电路、缓冲级和高频功率放大电路构成。由lc振荡电路产生载波信号，送往缓冲级，然后由高频功率放大电路对信号进行放大，最后由天线发送出去。 2.3设计框图 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。输出功率级缓冲级调频震荡级 图为 直接调频发射机组成框图3、 系统硬件设计3.1 lc振荡电路的选择 产生频率稳定且中心频率符合指标要求的正弦波信号是振荡电路，目前应用较为广泛的是三点式振荡电路和差分对管振荡电路。三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路，由于是固定的中心频率，本实验采用较为稳定的串联谐振型晶体振动器，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。 其电路原理图如图作图所示所示。 晶体串联谐振型晶体管振动器，r与晶体构成正反馈网络。当f=fs的时候，晶体振动器产生串联振荡。当阻抗最小时，反馈量最大，能满足起振的条件。 由于是调频发射机，其频率受到外加调制信号电压调变，因此，回路中的电抗要能够跟调制信号的改变而改变，应用一可变电抗器件，它的电容量或电感量受调制信号控制，将它接入振荡回路中，就能实现调频。最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，因要求的频偏不大，故采用变容 二极管部分接入振荡回路的直接调频方式。其原理电路如右所示，它具有工作频率高、固定损耗小和使用方便等优点。变容二极管cj通过耦合电容c1并接在lcn回路的两端，形成振荡回路总容的一部分。 因而，振荡回路的总电容c为： （3-1） 振荡频率为： （3-2）加在变容二极管上的反向偏压为： (3-3) 变容二极管利用pn结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称曲线，如图4.1-3所示。 由图可见：未加调制电压时，直流反偏所对应的结电容为。当调制信号为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反偏增加时，变容二极管的电容减小；当调制信号为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反偏减小时，增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在曲线的线性段，调 制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。 我们再回到上图，并设调制电压很小，工作在cjvr曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设图4.1-3 用调制信号控制变容二极管结电容 （3-4）由图4.1-3可见：变容二极管的电容随r变化。即： （3-5）可得出此时振荡回路的总电容为 （3-6）由此可得出振荡回路总电容的变化量为： （3-7）由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中的是变容二极管结电容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化时，振荡频率也会产生的变化，其关系如下： （3-8）式中，是未调制时的载波频率；是调制信号为零时的回路总电容，显然 （3-9）由公式（4-2）可计算出中心频率： （3-10）将（4-8）式代入（4-9）式，可得： （3-11）频偏： （3-12）振荡频率： （3-13）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏与回路的中心频率f0成正比，与结电容变化的最大值cm成正比，与回路的总电容c0成反比。 3.2谐振放大级的选择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至于谐振回路的计算，一般先根据计算出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100pf200pf。谐振放大级电路部分如图下所示 图为 谐振放大级电路3.3功放输出级设计中采用共发射极电路，为了获得较大的功率增益和较高的集电极功率，同时使其工作在丙类状态，组成丙类谐振功率放大器。在选择功率管时要求 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定。具体电路图如下图所示 由设计电路图知l3、c10 和c11为匹配网络，与外接负载共同组成并谐回路为了实现功率输出级在丙类工作，基极偏置电压vb3应设置在功率管的截止区同时为了加强交流反馈，在t3的发射极串接有小电阻r14在输出回路中，从结构简单和调节方 l3，c10，c11构成型输出，q3管工作在丙类状态，调节偏置电阻可以改变q3管的导通角。导通角越小，效率越高,同时防止t3管产生高频自激而引成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。 3.4总电路原理图设计根据上述原理，设计出总电路图，如下：4、电路性能测试与仿真图 4.1lc振荡电路仿真波形 4.2缓冲放大级输出 4.3高频功率放大电路输出仿真 5、 误差分析及单元电路的测试5.1误差分析 由于设计电路时元件存在误差，并且电路的参数设置会产生误差，加上本身电路设计存在问题有待改进和各级电路接在一起时互相干扰。此外本次所设计电路的仿真水平，离设计指标所要求的还一段距离。尤其是高频功率放大失相对比较大。5.2 部分单元电路的测试5.2.1静态工作点测试首先测量电源电流，检查、排除可能出现的严重短路故障，再进行各级静态测量。一方面检验数值是否与你设计的相符，另一方面检查电路板是否存在人为的问题。末级高频晶体管集电极电流可以在预先断开的检测点串入电流表测出，其它各级可以测量各发射极电压算末级ic如果过大，应首先检查三极管管脚是否焊错，输入变压器次级是否开断，偏置电阻是否有误，有否虚焊。在一定大的下，快速测量其中点电位，可帮助分析判断，提高排除故障的速度。其它各级工作点若偏大，着眼点应放在查寻故障上，尤其是不合理的数据。在元件密集处，应着重查找短路或断路。中周变压器绕组与外壳短路故障也偶有发生。难于判断时，可逐次断开各级，缩小故障范围。因偏置不当、较小、太大所引起的偏差，可视具体情况分析解决，使静态工作点与所设计的基本相等5.2.2 lc振荡电路调试lc回路值要高是晶体管子要工作在放大区满足电容三点式条件由于高频振荡电压在发射结上产生自给偏压作用，所以起振时，三极管uce将小于原来的静态值（如锗pnp管约0.10.3v），ube越小，振荡越强，用万用表可方便地判断是否起振。然而，振荡频率（4mhz）的调节范围及波形的好坏需用示波器测量，或频率计测出频率变化范围。调整4mhz频率时，应把可变电容器旋转到容量最大处，调节振荡线圈磁芯。若振幅太小了，可考虑是否太小、工作点是否太低、负载是否太大，若发现寄生振荡，要检查是否过大及安装、布线、去耦电路等存在的问题。诸如不起振、只有一端起振或间歇振荡等，要细心分析检查，对症下药予以解决。5.2.3高频放大电路调试调频发射机的功率大小完全有此放大电路决定，在调试过程中一定不仅要注意单元模块的问题，而且更加耐心调试整机的性能。首先要保证载波的中心频率要稳定输出，变容二极管要有好的频偏，其次射级跟随器要保证前后电路匹配，最后高频放大电路的工作点一定要稳定。在放大电路调试过程中，甲放仿真的输出波形没有丙放的输出波形好，这是能够理解并能接受，因为丙放的导通角度小于加放，而且工作效率到76.7%，而加放只有30%左右。设计总结这次课程设计，我明显体会到，对于基础知识的掌握与发挥的重要性及动手能力的必要性，只是的积累与运用并不是表面上那么简单，学习中积累，现实中运用，两者相结合，才能达到最佳效果。总的来说,这里面的酸甜苦辣都是我人生难得的一大笔财富。此次的高频课程设计，我学到了许多以前在课本上学不到的东西，同时也把以前学到的理论知识运用到了此次的课程设计中，很好地加强了我在高频电子线路方面的知识，特别是在调频部分。整个调试程序的过程让我对multisim软件有了更深一步的了解。重要的是,我的电路调试有了很大的提高,懂得了电路的布线规则,知道如何去减小或者避免不必要的麻烦。在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。例如在之前对仿真软件的不熟悉，在仿真时多次出不了波形等等，我们从来没有想过放弃，一起坚持不断的调试。通过这次课程设计，加强了我们的动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们把老师以前所讲的芯片的原理、作用及性能都运用到了这次设计中，这样加强了我