通信电子线路课程设计说明书

0 通信电子线路课程设计说明书 1. 课程设计任务书 引言 本文设计一个调频发射机，调频发射机由前级 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。 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 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 应用能力和运用书本知识的能力。 务 设计一个简易调频发射机（话筒），载频为 4大频偏为 ，天线阻抗为 75 ，输出功率大于 200心频率稳定度不低于 310 。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。 本要求 4， 75 ， =200 = 310 1 2 总体方案 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。 作原理 调频发射机是由 冲级和高频功率放大电路构成。由 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。 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。 图为 直接调频发射机组成框图 输出功率级 缓冲级 调频震荡级 2 3、 系统硬件设计 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 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=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 3 频率高、 固定损耗小和使用方 便等优点。 变容二极管 1并接 在 成振荡回路总容的一部分。 因而，振荡回路的总电容 （ 3 振 荡 频 率 为 ： )(2121 （ 3 加 在 变 容 二 极 管 上 的 反 向 偏 压 为 ： 高频振荡，可忽略调制电压直流反偏 V (3变容二极管利用 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 R 曲线，如图 由图可见：未加调制电压时，直流反偏 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 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， 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 R 曲线的线性段， 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。 4 我们再回到上图，并设调制电压很小，工作在 线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设 图 调制信号控制变容二极管结电容 co s（ 3 由图 见：变容二极管的电容随 R 变化。 即： co s（ 3 可得出此时振荡回路的总电容为 co s （ 3 由此可得出振荡回路总电容的变化量为： co s（ 3 由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中 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 C 时，振荡频率也会产生 f 的变化，其关系如下： 210 （ 3 式中，是0然 （ 3 由公式（ 4计算出中心频率0f： )(210 （ 3 将（ 4代入（ 4，可得： m c o sc o s)/(21)( 00 （ 3 频偏： (21 00 （ 3 振荡频率： c o s （ 3 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 f 与回路的中心频率 结电容变化的最大值 正比，与回路的总电容 5 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 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()( 3 5 )2B R C E O C 至于谐振回路的计算，一般先根据0后选择合适的 。 00200 谐 振放大级电路部分如图下所示 图为 谐振放大级电路 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 0 C E V 6 r o s 5 f 有较高 的效率，同时可以防止 节偏置电阻可改变 的导通角。 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 具体电路图如下图所示 由设计电路图知 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 时为了加强交流反馈，在 14在输出回路中，从结构简单和调节方 节偏置 电阻可以改变 通角越小，效率越高 ,同时防止 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。 7 电路原理图设计 根据上 述原理，设计出总电路图，如下： 8 4、电路性能测试与仿真图 9 10 11 5、 误差分析及单元电路的测试 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。 分单元电路的测试 态工作点 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 以测量各发射极电压算末级 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 ，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、 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 C 振荡电路调试 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 小于原来的静态值（如锗 约 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（ 4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 4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。 12 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 而加放只有 30%左右。 13 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 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，这样加强了我们对课本知识的理解和巩固。我觉得这次设计不仅加强了我们对课本知识的回顾和温故，而且锻炼了我们运用软件的能力。更重要的锻炼了我们动手能力。书中的理论有点枯燥，运用书中的知 识去调试，那是一种无法比拟的成就感。这样更能激发我们对我们专业的兴趣，和对我们专业知识的理解和掌握，能激发我们对电子科研技术的钻研，增加设计兴趣。 在 本次设计 作品完成期间我遇到很多困难，尽管很艰苦，一次又一次品尝到了解决问题的喜悦 ,最终完成了这次课程设计，在 高频 课程设计中我们发现了自己知识的不足，通过老师和同学的帮助，以及去图书馆查找资料，终于把问题都解决了，让我学到了很多，同时也巩固了所学的知识。 14 致 谢 在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。 首先我要 感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把这个简易调频发射做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。 其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢湖南工学院为我提供良好的高频课程设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，我感谢在这这么多天以来给过我帮助和关注的所有人，更加感谢给过我挫折的所有 人。你们用不同的方式给了我成长，也是你们促使我在走过的大学时光里一直努力，谢谢你们。 15 参考文献 1 电子线路 (线