《高频课程设计报告》--设计调频发射机.docVIP

目 录1. 设计题目22. 实践目的23. 设计要求24. 基本原理25. 系统调试76. 心得体会87. 参考文献8附录8高频课程设计一、设计题目 设计调频发射机二、实践目的无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。本次设计要达到以下目的：1、进一步认识射频发射与接收系统；2、掌握调频（或调幅）无线电发射机的设计；3、学习无线电通信系统的设计与调试。三、设计要求1、发射机采用fm、am或者其它的调制方式；2、若采用fm调制方式，要求发射频率覆盖范围在88-108，传输距离20m；3、若采用am调制方式，发射频率为中波波段或30mhz左右，传输距离20m；4、为了加深对调制系统的认识，发射机建议采用分立元件设计；（采用集成电路的设计方法建议作为备选方案；）5、已调信号通过am/fm多波段收音机进行接收测试。四、基本原理 （一）系统方案选择1、调频方式选择 实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的，显然间接调频的关键电路是调相电路。两种调频法各有优缺点。直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏因此本方案选择直接调频的方案。2、直接调频方案选择直接调频最常见有变容二极管调频，变容二极管是利用pn结的结电容随反向电压（反偏）变化这一特性制成的一种电压可控制的可控电控器。将变容二极管接入lc振荡器的振荡回路，用调制信号电压去控制变容管的电容量，从而控制振荡器的振荡频率达到调频的目的。许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的lc振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。 另外一种更为简单的直接调频方法是用晶体三极管振荡器直接调频。原理是三极管组成电容三点式高频振荡器（考毕兹振荡器），基极与发射极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变be结的结电容进而改变高频振荡器的频率，最终实现频率的调制。又由于采用变容二级管调频，对高频轭流圈的参数要求比较苛刻。这样会使设计电路变得困难。因此采用三极管直接调制的方法，这样不仅能够实现fm调频，而且使电路变得非常简洁。综上分析可知有以下几种方案可以实现：方案一：以调幅方式形式做成的三级发射机其性能是比较好的，在实际中做成原品后其频率的稳定对不够高，在一般的情况下只能在68mhz96mhz内，而且还是调幅的不能变成调频，故而不能选用。方案二：以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路虽然是以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路，能达到我们的要求，但是方案还不够简单，具体见方案三。方案三：以晶体管电容三点式振荡器做成的调频电路本调频发射机主要由三个基本模块组成，第一级是音频信号的放大电路；第三级克拉拨高频振荡调制器；第四级高频功率放大器；总体电路如下图，该电路音频放大器、超高频振荡调制器和高频功率放大器等部分组成。声电转换器由驻极体话筒担任，它拾取周围环境声波信号后即输出相应电信号，经c1、c2输入到晶体管q1，q1担任音频放大器，对音频信号进行放大，经c3送至q2的基极进行频率调制。q2组成共基极超高频振荡器，基极与发射极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变晶体管be结电容进而改变高频振荡器的振荡频率，最终实现调频。（二）单元电路设计1、音频放大电路设计音频放大电路由共射放大电路构成。由驻极体话筒转换过来的音频信号非常弱，因此必须再加上一级共射放大的电路。然而要使共射放大电路工作在放大区，必须有合适的静态工作点q0 。a、静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流ic以及各电极对地的电位ub、uc、ue。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压ue或uc，然后算出ic的方法，例如，只要测出ue，即可用：icie=ue/re算出ic(也可根据ic=(vcc-uc）/rc算出，确定uc 、ic同时也能算出ube= ub-ue，uce= uc-ue。直流等效电路 实物图 主要公式：vcc-ube=ibr3+(1+)r4+r2ibb、静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流ic（或uce）的调整与测试。图2 静态工作点对u0波形失真的影响静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱合失真，此时uo的负半周将被削底，如图2-2（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uo的正半周被削顶（一般截止失真不如饱合失真明显），如图2所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。2. fm调制电路设计调频振荡级可选用电感三点式，电容三点式和晶体振荡器产生正弦波电压。fm调频电路原理是三极管组成共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率。本模块由三极管等元件构成电容三点式振荡器，不仅能够产生稳定的载波，而且还能够实现调制功能。lc调频振荡器：产生频率f0=85mhz左右的高频振荡信号，最大频偏fm=20khz，整个发射机的频率稳定度由该级决定。 本方案采用电容三点式电路如下图所示三极管q2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。在利用电路中c5受三极管级间电容cbe的影响实现调频。因此在电容的取值上应满足振荡器的相位条件即xbe+xce+xcb=0（c5=30p c6=10p c7=30p） c=（c5|c6）+c7=37.5pf f取85mhz93.5nh 实物图 等效图3.高频功率放大电路设计（1）基本关系式功率放大器的基极偏置电压vbe是利用发射极电流的直流分量ieo（ico）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号vi为正弦波时，集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路lc的选频作用可输出基波谐振电压vc1,电流ic1。高频电子线路（第二版 高吉祥）给出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式： 式中，为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；为集电极基波电流振幅；为集电极回路的谐振阻抗。 式中，pc为集电极输出功率 式中，pdc为电源vcc供给的直流功率；ico为集电极电流脉冲ic的直流分量。放大器的效率为五、系统调试1、调试步骤第一步：检查电路板在确保电路无短路断路的情况下将高频发射机接入5v的电源。第二步：用示波器观察调制振荡级输出端，确定振荡器是否起振，若不能起振检测该级的静态工作点和振荡器的相位条件。第三步：将示波器接至mic输出端观察mic输出波形后将示波器接至音频放大输出端观察波形。第四步：将示波器接至调制振荡级输出端观察调频输出信号后将示波器接至天线输出端观察波形。第五步：在发射机的麦克风处播放音频信号，接着用调频收音机接收发射机发射出的信号，并测出发射距离。2、调试过程及结果（1）用示波器观察到了振荡级输出波形完美，频率81.32mhz，通过调节振荡级的电感可以使振荡输出频率为：80mhz107mhz，振荡输出波形如下图（1）所示；用示波器观察到调频波形明显如下图（2）所示。 图（1）未输入音频信号的振荡器输出波形 图（2）输入音频信号后的振荡器输出波形（2）音频输入信号图（3）及输入音频信号大小变化时输出级调频波形的变化情况图（4） 图（3） 图（4）（3）调试过程中遇到的问题 在调试中虽然振荡器有起振但是调频不明显，且收音机收不到音频信号只能听吱吱的噪声。原以为是前级音频放大不够，但在几经改变前级的静态工作点以后以及检查是否工作在放大区等操作以后发射机仍然没音频信号发射出去。最后我怀疑是mic的问题，接换掉mic以后电路正常工作。 （4）调试结果调试时在早上外界干扰信号弱时发射距离50m左右且声音清晰，在老师测试的测试距离为43*0.6=26m左右，且音质没早上好。六、心得体会通过几天的课程设计，使我对调频发射机的工作原理有了进一步的了解，同时也使我对高频这门课程产生更为浓厚的兴趣。在上网查找资料的过程中，我们深刻体会到了学习的自主性、自学能力以及思考讨论的能力。通过对网络的资料的对比，找到自己认为的最好方案是件高兴的事。在制板的过程中，由于打印机的问题我们无法热转印，所以只能用手绘的咯，也导致的之后的调试过程中干扰比较明显。在调试的过程中，遇到了一些麻烦。使我意识到整个设计过程没有什么简易之分，每一个环节都至关重要，不能忽视任何一个环节。比如在电路图分析设计，pcb制作过程，以及焊接，任何一个环节的忽视或者疏忽大意，都可能给后续过程造成麻烦。所以，在整个设计过程中，必须时刻保持着认真的态度，不可太随意。当调试遇到麻烦时，应保持冷静，应从理论上分析问题，从实际中解决问题。既然出现问题，一定是有原因的，只有保持冷静，仔细去思考，才能尽快找出问题所在，然后加以克服解决，急躁是不能解决问题的。通过此次课程设计，使我发现其实我们所学的知识只要加以利用或者结合一些常识性东西，将会发挥巨大的威力。例如这次我们所设计的调频发射机正是广播电台的基础。七、参考文献1 高吉祥，高频电子线路，电子工业出版社，2005.11、pcb图2、元件清单名称参数标号封装名称参数标号封装电阻1mr2axial0.3电阻33r9axial0.3电阻2.2kr3axial0.3电阻33r8axial0.3电阻2.2kr1axial0.3电容47ufc12rad0.2电感4.5tl1axial0.6电阻100r6axial0.3电感5.5tl2axial0.6电阻100r4axial0.3电感5.5tl3axial0.6电容103c9rad0.1电阻10kr7axial0.3电容104c2rad0.1电阻器10krv1vr5电容