高频课程设计--小功率调频发射机设计.doc

武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书 课程设计任务书学生姓名： 刘潇 专业班级： 电信1104班 指导教师： 李达 工作单位： 信息工程学院 题 目：小功率调频发射机设计初始条件： 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用课程设计仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.采用晶体管或集成电路完成一个小功率调频发射机的设计。2.发射机频率，最大频偏。3. 负载电阻时，输出功率,效率%。4. 完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）.时间安排：二十二周一周，其中四天硬件设计与制作，三天软、硬件调试及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录摘要11. 调频发射机设计的总体方案21.1调频发射机简介21.2小功率调频发射机设计方案31.3电路设计原理32. 电路的模块设计42.1高频振荡级电路设计42.2中间缓冲级电路62.3输出功放级设计73. 总体电路设计93.1小功率调频发射机总体电路图93.2元件清单104.实物制作115. 集成芯片BH1417F设计调频发射机136.心得体会14参考文献15本科生课程设计成绩评定表16摘要 小功率调频发射机是将音频信号和高频调制载波，使高频载波的频率随音频信号发生变化,再对所产生的信号进行放大激励缓冲级和功放级，最后通过天线将信号发送出去。调频发射机的传输距离与该设计的调频发射机的最大的输出功率有关，输出的功率越大，则发射机传输信号的距离越远。一般发射机都是由调频振荡级缓冲级，以及最后输出功放级等几部分组成，最终实现将一个高频信号成功地发射出去。关键词：高频调制，振荡，输出功放81. 调频发射机设计的总体方案1.1调频发射机简介(1) 调频发射机概述 发射机主要分为三类，分别是调幅发射机调频发射机调相发射机，最为常用的是调幅发射机和调频发射机，其主要区别在于已调波的变化是随调制信号的幅度频率，还是相位的变化规律来分别构成调幅调频，以及调幅的发射机，调频发射机的高频已调波信号随着调制信号的频率发生变化，也即发射出去的信号的频率与调制信号变化规律一致。说明了调频波携带着信息量为频率，而调频发射机正是将音频信号与高频载波信号进行频率调制，再通过后级缓冲以及输出功放来发送出去，达到将信号发送出去的目的。(2) 调频发射机的特点 调频发射机与调幅发射机相比较，它的抗干扰能力强，通信质量高，但是其信号的带宽大，而且还具有门限效应的特点。另外由于调频系统由于高频振荡器的输出的振幅不变，不仅使得其抗干扰能力提升，而且可以达到具有较高的工作效率，相对于调幅发射机，其应用范围更大。(3)调频发射机组成结构 对于一个调频发射机一般由高频振荡级，缓冲级，以及发射输出功放级等来组成，具体框图如下所示：倍频电路缓冲隔离高频振荡高频功放 .发射天线输出功放调制信号图1-1调频发射机组成框图1.2小功率调频发射机设计方案方案一：由于小功率调频发射机主要有高频振荡级，中间缓冲级，输出功放级等组成，则可以一级级设计相应的电路，然后将设计好的各级电路进行级联起来，联合起来进行调试，最终完成调频发射机的设计。方案二：选用调频发射机集成芯片，如BA1410和BH1417F，由于内部将电路振荡和倍频级等在芯片内部集成了，所以使得外围电路较为简单，调试容易成功，并且输出频率频偏小，稳定度很高。方案比较论证：方案一和方案二从原理上来讲，都是可行的。方案外围电路较为简单，调试容易成功，但是作为完成课程设计，方案二不易培养自己的动手能力，而方案一是由分立元件构成的，对电路动手和调试能力有很好锻炼作用，所以首要考虑方案一。1.3电路设计原理由于选用方案一进行设计，用分立元件来构成各级的模块电路，然后联合进行调试。设计的总体电路分为三级，包括高频振荡级，中间缓冲级，以及输出功放级。高频振荡级作用是产生一个频率稳定的载波频率，并且进行频率调制，使输出的高频已调波的频率与外加音频信号电压变化规律一致。高频振荡电路可以选用LC三点式振荡和晶体振荡电路，由于题目要求的频率稳定度很高，所以可以考虑用晶体振荡电路，然后再进过倍频电路即可以实现达到到72M的振荡频率输出，然后再在回路两端中并联变容二极管，可以进行直接调频，由于变容二极管的电容值随外加的偏置电压发生变化，当在变容二极管两端加入调制信号，其电容值就会随调制信号规律变化，导致谐振回路最终输出已调波频率随调制信号电压幅度，即可实现直接调频。中间缓冲级的主要作用是对已调波进行一定的放大，并且进行前后级隔离缓冲，避免前后级不匹配而引起后级输出信号太小。输出功放级，采用丙类放大器，其主要作用是将信号尽可能地进行高效率的传输并且高功率放大，使信号经过天线馈电发射出去。输出的功率越大，发射信号的传输距离会越远。2. 电路的模块设计2.1高频振荡级电路设计如下图所示设计高频振荡电路既包含着振荡器，还包含利用变容二极管进行直接调频部分，输入调制信号，能够与振荡产生的高频载波信号直接进行调制产生直接调频的调频波输出。图2-1高频振荡级和调制电路图设计原理分析：上图为变容二级管直接调频电路，图示12uH的电感为高频扼流圈，对高频相当于开路，1000pF电容为高频滤波电容，振荡回路由10pF15pF电容，可调电感和变容二极管组成，其交流等效电路如下图所示2-2所示。该设计电路为一个电容反馈三点式振荡电路。两个变容二极管为反向串联组态，直接偏置同时加在两管正端，调制信号经12uH电感加在两管负端，所以对于直流和调制信号来说，两个变容二极管是并联的，总电容，加到变容二极管的高频电压降低一半，减弱了高频电压对电容的影响；同时，采用反向串联 图2-2交流等效电路极管的高频电压降低一半，减弱了高频电压对电容的影响；同时，采用反向串联组态，在高频信号的任意周期内，一个变容二极管的寄生电容增大，另一个减小，能够减弱寄生调制，在要求相同时，由于系数P增大，m值可以减小。本次设计的电路通过调节电感L可以使电路的中心频率在50100MHZ范围内发生变化。由于构成的是共基电极的三点式振荡电路，反馈系数，由于设计中要求输出频率为72MHZ，则可以有理论计算，当忽略变容二极管的作用时，则谐振回路的总电容=6pF,则由在谐振时回路电感的理论计算，由此设计可变电感。频率调制是利用变容二极管直接进行频率调制，实际要考率变容二极管的作用，将变容二极管等效到回路两端后，则回路两端的总电容为 ，变容二极管两端的电容（为正向导通电压，为零偏置时的电容值，为变容二极管端的静态直流电压），从以上公式知：回路总电容随调制信号的频率发生变化，最后输出的高频已调波的频率则会随调制信号电压发生变化，也即实现频率调制。2.2中间缓冲级电路中间缓冲级设计的电路如下图2-3所示，选用耦合线圈T1，与前级进行互感耦合，此外由于前级的高频振荡器输出信号幅度太小，难以直接输入给最后级的功率放大器（后级高频功率放大器要求输入信号至少要达到峰峰值），所以缓冲级必须要有一定的增益，将输出已调制小信号波形进行放大，并且起到与后级进行隔离缓冲的作用，避免因为前后级阻抗不匹配，信号不能以最大的幅度往后传输。原理分析：由于前级的输出频率为72MHZ，则要求高频放大器的振荡频率为振荡频率，则要求电路的谐振频率为，振荡中心频率满足，取谐振回路电容，则可以计算出谐振回路的电感有。图中的R23 和R24为偏置电阻，为三极管Q6提供静态偏置，使三极管工作在放大区状态，使输入的信号进行放大，C40为射极的旁路电容，对高频的交流信号是短路的。由于输入信号频率为72MHZ，则要求必须选用高频特性比较好的三极管。要求其特征频率（为三极管正常工作在放大区时的工作频率），三极管9018其特征频率,属于高频特性比较好的一种三极管，所以考虑下三极管选用高频小功率管9018。 输入级选择变压器T1进行隔离耦合，使前级和后级进行阻抗匹配，不会前后级存在相互影响，便于信号能最大的向后级进行传输。供电电压，则可以由理论计算出基极电位为R23和R24的分压比，基图2-3中间级缓冲放大电路极电位，计算出，则可以知道(为集电极最大允许通过的电流），则可以知道偏置电阻，是合理的。2.3输出功放级设计后级的输出功放设计电路图如下图所示，输入级直接由电容C13进行耦合连接，前级采用的基极并馈结构连接，为零偏值电路，基极和集电极的直流电位差为0，则会使导通角增大。L2为高频阻流圈，C13是与前级相连的耦合电感，C10为电源的滤波电容，集电极采用串馈结构连接，使和谐振回路电感L1和处于高频地电位，分布电容不会影响到回路， 其中，主要是作为电流负反馈电阻，起到稳定输出的信号的作用，使得输出的波形的幅度能够很稳定， 实现了自动反馈调节作用。L1和C11为谐振回路，其振荡频率为72MHZ，起到了选频，滤波的作用，将选出集电极余弦脉冲中所需基波频率信号，并滤除其他无用的高次谐波信号，最后再将输出的信号经过电容C12耦合，信号通过天线发射出去。 图2-4输出功放设计电路图原理分析如下：高频功率放大器是工作在丙类状态，对于其分析采用折线近似法分析。三极管要最大效率将输入信号进行功率放大，则三极管最好处于临界状态或者是过压状态（处于欠压状态时，三极管集电极损耗很大，发热量大，极其容易将三级管损坏),三极管处于过压或者是临界状态时，输出功率较大，而且效率较高。谐振回路的设计与中间输出级参数一样，都是使中心频率工作在72MHZ上，但是高频功放的谐振回路的主要作用不是将信号进行放大，而是从集电极余弦脉冲波中选取基波频率分量的信号，基频分量才是有用的信号。电容C12和C13为交流耦合电容，起到隔直通交的作用。L2为高频扼流圈，由于输入的信号频率很大，则高频扼流圈的电感值可以不用很大，本次设计的电路高频扼流圈，由电感阻抗为，则由理论计算其电感电抗值为，对交流是阻抗较大，所以起到高频阻流作用。武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书3. 总体电路设计3.1小功率调频发射机总体电路图图3-1调频发射机的总体电路图 该调频发射机是由分立元件来组成，由前级的高频振荡与频率调制电路和中间缓冲级对信号进行放大以及前后级之间进行隔离耦合在一起，既对输入已调制信号进行了放大，又起到将前后级进行了匹配在一起，便于后级功率放大器将输出信号进行功率放大，最后从天线出将信号成功发射出去。163.2元件清单 表3-2元件清单电阻值（K）数量电容值数量备注 0.01110pF 2 0.1315pF 2 0.47127pF 2 1130pF 1 1.2133pF 1 240.01uF 4 2.710.1uF 3 4.7210uF 2 101100uF 1电解电容2023AG80D12721002三极管90143 变容二极管BB9102万用板2可变电感3 普通电感0.3uH3 工字电感12uH5 变压器1 4. 实物制作 图4-1实物电路调试图说明如下：上图是由11.52V的单电源供电，输出 71.94M的高频振荡信号。 图4-2电路输出的波形图 说明如下：上图是在没有加入调制信号情况下，最终经过功放输出的波形，输出波形的频率为71.94MHZ，峰峰值为6.92V 。 图4-3输出的高频已调波形说明如下：上图是在调制端输入频率为1KHZ，峰峰值为1V的调制信号时，再通过变容二极管进行直接调频，从末级的功放输出端的已调频的波形图，输出的调频波峰峰值为7.60V，从上图可以看出输出已调波是疏密相间的调频波形，说明了输出信号的频率变化随输入调制信号的幅度发生变化。 5.集成芯片BH1417F设计调频发射机 图5-1利用集成芯片BH1417F设计调频发射机图说明如下：图中BH1417F是调频发射机专用集成芯片，内部利用了VCO锁相环原理，输出的波形的频率稳定度很高。内部集成了高频载波振荡以及频率调制电路，通过11脚可以输出高频已调波，在外接一个输出功放级，就可以实现调频信号的发射。6.心得体会 为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。在连接的过程中，后一级的输入电阻会影响前一级的特性，而前一级的输出电阻会影响后一级的特性，另外高频电路的调试和仿真结果大相径庭，设计过程中，我先制作了双面腐蚀板，可是把元件上上去后，发现结果并不理想，且由于装配的困难，最终还是只得用万用板老老实实的做，因此也吸取了教训，我毕竟还不是一个电路高手，应当老老实实先用万用板搭好电路，模电难于调试，这体会极为深刻，往往电路做出的结果一开始看不到波形，这时应当耐心的用万用表检测，也可能出现波形失真大的情况，应仔细分析原因，而不要因为一点挫折而放弃，一个电路EDA工作者的基本品质就是，不管多么复杂的电路，多么难调的电路也要花时间将其想通。只有在