高频发射机与接收机课程设计论文[1].doc

目录第一章 绪论1第二章 总体设计.32.1发射机设计.32.2接收机设计.3第三章 详细设计.53.1发射机详细分析.53.2接收机详细分析6第四章 调试电路.94.1发射机调试.94.2接收机调试.10第五章 心得体会.13附录 参考资料.13第一章 绪论1.1 背景：我国的调频广播事业最近几年发展强劲，但也出现了一些不容乐观的现象，企业规模偏小，技术含量远远落后于发达国家，创新能力薄弱等，其中关键的就是技术不能跟上时代的发展。在调频广播中，最关键的技术之一就是调频发射器了。调频发射器，俗称FM发射器，它能将MP3、MD等各种便携式音、视频播放器中的音频信号转换成高保真的无线FM调频立体声信号发射出去，通过收音机作为接收器，就可以享受立体声音乐了。现在的调频发射器已不在单单作为发射器使用了，而是各种电子器件结合，组合成新的电子产品，用的最多的有：发射器+电视机+收音机（耳塞型）=电视无线耳机，发射器+汽车+MP3=汽车MP3播放器，发射器+电脑+收音机=家庭无线音响系统等。 与发射机相对的就是接收机了，以前人们用的是直接检波机，但随着社会的发展,科学技术水平的提高，对选择性、灵敏度和可靠性提出了更高的要求。所以现在大多数接收机采用了超外差式检波技术，它将欲接收的信号转换为中频信号,然后再进行一定处理,可以方便的进行解调、放大等操作。1.2 意义本次课程设计的意义就是对高频电子线路这门课程进行更加生动的理论实践。对于上一学期的理论知识和基本实验的学习，我们对高频小信号放大电路、高频振荡电路与高频功率放大电路、振幅调制与解调电路、角度调制与解调电路、反馈控制电路等有了一定的认识，但是由于高频电子线路这门课程的特殊性，仅仅只掌握理论知识是不行的。所以，这次课程设计让我们对高频电子线路的重要组成部分高频发射器和接收机进行实际动手制作，在制作的过程中去理解高频小信号放大电路、载波调制与解调、高频振荡电路与高频功率放大电路等。本次课程设计起的是以点带面的作用，让我们能更加好的掌握高频电子线路的知识，同时也是增强自己动手能力的一次非常好的机会。 通过本课程设计，使学生对通信系统的整体结构及配置有全面的了解；训练学生的动手实践能力，培养学生具体问题的能力；让学生通过本课程设计，熟悉基本通信系统单元的设计方法和工作原理，尤其是调频和解调原理；对学生进行基本技能训练，例如组成系统、调试、查阅资料、绘图、编写说明书等；使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决实际问题的能力。第二章 总体设计2.1发射机设计2.1.1设计要求利用模拟电路和高频电子线路的相关知识，用所提供的元件来完成对输入的语音信号的进行调频，然后通过耳机接收该语音信号。2.1.2 设计原理一般我们接触的信号都是微弱、缓变的电信号，要想把其远距离发射出去，让第二方接收到，通常要通过调制、放大、解调、滤波等中间变换。如图2.1所示，图2.1 而我们研究的音频信号，就是一个低频信号，要想让它发射出去，就得需要一个高频载波信号，进行调制，然后把它放大，经天线才能把它发送出去。首先我们要设计一个高频振荡器，把要调制的信号与载波信号发生作用，使其为已调波，然再设置放大电路，保证该信号能够发送出去。其实调频发射机由三部分组成：低频部分；由声电变换器和低频放大器组成，实现声电变换，并对音频电信号进行放大，使其满足调制器的要求。高频部分；由主振器、缓冲器、高频电压放大、振幅调制器、高频功率放大器组成，实现载波的产生，放大和振幅调制。传输线和天线部分；它完成将已调拨通过天线以电磁形式发射出去。主振器产生的高频振荡信号经缓冲、放大后，作为高频载波电压送给振幅调制器。2.2接收机设计2.2.1设计要求利用在高频电路、模拟电路及其它相关电路知识，设计一接收电路，用它来接收有关音频信号，并通过放音设备喇叭将其播放出来。2.2.2设计原理一般的接收电路为了提高灵敏度指标增加了高放级，但高放级级数的增加是有限度的，如果为了提高灵敏度而加多高放级，则不但统调因难，更易发生寄生振荡。另一个原因在于：晶体管电路对高中低频带的表现是不同的，这就造成了整个收音频带内的指标不和谐。而超外差电路可以很好的解决以上问题，首先将接收来的电台信号进行调谐，然后把这个信号和电路本身的振荡信号（通常称为本机振荡），产生一个差额信号，我们把这一过程叫做混频，电台信号经过变频后，产生了一个易于调节的中频信号，一般为465kHz或455KHz，再经过中频放大、检波电路将音频信号解调出来，最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。若要求超外差式收音机得到更高的灵敏度，在调谐回路与混频之间还可以加入高频放大级然后再去混频。另外在中放级和检波电路间加一自动增益控制电路，可以有效的。具体框图如图2.2。如图2.2第三章详细设计3.1发射机详细分析3.1.1工作原理本方案主要由三级高频电路组成，其中第一级是高频振荡器，由三极管、电容、电感组成电容三点式振荡电路，产生7478MHZ范围内任一频率的振荡信号，然后把要发送的音频信号传送到振荡器上，便可以对音频信号进行调制；第二级为倍频器，除了倍频功能外，还可以起到隔离和推动作用，即减轻末级对振荡频率的影响；第三级为功率放大器，即将信号放大并经天线连将调制信号发射出去最后用收音机对信号进行接收。如图3.1所示图3.13.1.2方案介绍图3.2具体电路图如图3.2所示，图中，Q1、L2、C4、C5组成电容三点式震荡电路产生74-88MHz范围内任一频率震荡信号，Q2组成倍频器，Q3为功率放大级，输出约5mW的功率。调制信号由Q3放大，经C11到天线，将调制信号发射出去。天线可用音频输入线兼做天线。其中L4是隔离电感（用音频线做天线时必须用到），空心线圈L2为频率调节器，调节它可使接收频率在75MHZ，这样接收机可接收到清晰的语音信号，调节空心线圈L3可以增加发射距离。用收音机调谐（FM）在该发射频率上即可收听到满意的效果。3.1.3元件明细3.2接收机详细分析3.2.1方案介绍1、输入调谐电路 输入调谐电路由双连可变电容器的CA和T 1的初级线圈Lab组成，是一并联谐振电路，T l是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，电台信号频率是f=l2LabCA，当改变CA时，就能收到不同频率的电台信号。2、变频电路 本机振荡和混频合起来称为变频电路。变频电路是以VT l为中心，它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号(高频信号)变换成固定的465KHz的中频信号。 VT l、T2、CB等元件组成本机振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高465 KHz的等幅高频振荡信号。由于C l对高频信号相当短路，T l的次级Lcd的电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由T2、cB控制，CB是双连电容器的另一连，调节它以改变本机振荡频率。T2是振荡线圈，其初次绕在同一磁芯上，它们把VT 1的等电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，本机振荡的电压由T2的初级的抽头引出，通过C2耦合到VT 1的发射极上。 混频电路由VT l、T3的初级线圈等组成，是共发射极电路。其工作过程是：(磁性天线接收的电台信号)通过输入调谐电路接收到的电台信号，通过Tl的次级线圈Lcd送到VT l的基极，本机振荡信号又通过C2送到VT l和发射极，两种频率的信号在T 1中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号，这就是中频信号。混频电路的负载是中频变压器，T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，它的谐振频率是465KHz，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过T3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。3、中频放大电路 它主要由VT2、VT3组成的两级中频放大器。第一中放电路中的VT2负载是中频变压器T4和内部电容组成，它们构成并联谐振电路，谐振频率是465KHz，与前面介绍的直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。4、检波和自动增益控制电路 中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3，VT3既起放大作用，又是检波管，VT3构成的三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制(AGC)作用。AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，其控制过程是： 外信号电压Vb3Ib3Ic3Vc3通过R3 Vb2Ib2Ic2外信号电压 检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。5、前置低放电路 检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。旋转电位器RP可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的。6、功率放大器(OTL电路) 功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。VT5、VT6组成同类型晶体管的推挽电路，R7、R8和R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。变压器T5做倒相耦合，C9是隔直电容，也是耦合电容。为了减少低频失真，电容C9选得越大越好。无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。3.1.3元件明细见表3.1.3表3.1.3Report Generated From DXPDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity*1Component_51BatteryBT1BATTERY1CapacitorC2RAD-0.3Cap1CapacitorC3RAD-0.3Cap1CapacitorC4RAD-0.3Cap1CapacitorC5RAD-0.3Cap1CapacitorC6RAD-0.3Cap1CapacitorC7RAD-0.3Cap1CapacitorC8RAD-0.3Cap1Polarized Capacitor (Radial)C9RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C10RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C11RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C12RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C13RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C14RB7.6-15Cap Pol11CaComponent_11CbComponent_21Silicon Switching Diode for High-Speed, High-Voltage SwitchingD1SO-G3/C2.5Diode BAS211DiodeD2DIODE1DiodeD3DIODE1High Conductance Fast DiodeD4DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N9141L1Component_31LoudspeakerLS1PIN2Speaker1NPN TransistorQ1NPN11NPN TransistorQ2NPN11NPN TransistorQ3NPN11NPN General Purpose AmplifierQ4BCY-W3/E42N39041NPN General Purpose AmplifierQ5BCY-W3/E42N39041NPN General Purpose AmplifierQ6BCY-W3/E42N39041PNP General Purpose AmplifierQ7BCY-W3/E42N39061ResistorR1AXIAL-0.4Res21ResistorR2AXIAL-0.4Res21ResistorR3AXIAL-0.4Res21ResistorR4AXIAL-0.4Res21ResistorR5AXIAL-0.4Res21ResistorR6AXIAL-0.4Res21ResistorR7AXIAL-0.4Res21ResistorR8AXIAL-0.4Res21ResistorR9AXIAL-0.4Res21ResistorR10AXIAL-0.4Res21ResistorR11AXIAL-0.4Res21R12RESISTOR TAPPED1S?SW SPST1T1Component_71T2Component_61T3Component_61T4Component_81T5Component_91六月 17, 2009 2:51:33 PM第四章调试电路4.1发射机调试4.1.1焊接方法电路板设计好之后就要进行电路板的焊接了,再焊电路板之前，我们组首先讨论了到底应该采用什么样的焊接方法，是采用一个元器件一个元器件对号入座的方法焊呢，还是采用模快化的焊，如果一个一个元器件的焊，那么可以保证某个元器件功能能否正常工作，但在焊接其他元器件的时候，就很难排除该器件是否还能正常工作，因为可能出现不必要的短接、断路、烧坏等情况，那么到时再回过头来检查错误，将会是相当烦琐的工作。而采用模块化的焊接，可以一个功能模块一个功能模块的进行，这样当焊好一个功能模块后，就可以检查其是否可以正常工作，如果可以，就可以进行下一个模块的焊接了，如果有错误，就去查找，可以节省大量的工作，而且我们小组分工明确，焊电路和检查电路是不同的人，这样有利于提高效率。但是有的老师提议我们采用先焊大件，后焊小件的原则进行操作，因为当把小件焊好后，再焊小件，将很难给大件预留必要的空间,毕竟电路板的空间是有限的。最后我们采用了结合后两者的方法。4.1.2电路调试电路焊接好之后，我们大家认真检查了一下电路板，感觉没有什么错误的地方，就开始接通电源，但接上电池之后，却发现电池指示灯不亮。我们的第一反映是电路板有问题，于是开始重新查看，用万能表检查是否有没有接通的地方和是否有短路的地方，结果没有；又检查是不电路板制作过程中是不有问题，但我们只能找出表面上的东西，里面的结构根本不知道，最后在外班的一个同学的指点下，我们开始采用给它外接寻导线的方法，检查。但是仍没有发现问题， 在我们迷离之迹，闫肃同学提议，先不管指示灯了，因为从我们检查的结果来看，电路板是通电的。我们不防先试试发射部分可不可以正常工作，能不能接受到发射的音乐，最后我们又接上电源，连接上MP3，选择了一道很有象征意义的歌相信自已，并不它调到最高音，然后又调了一下电感线圈。陈锋同学戴上耳机，开始接收来之发射器的音乐信号，此刻我屋特别安静，大家都在注视着他的目标，随着一声“相信自已”，我们已经意识到，我们成功了，或者说已经成功一半了，证明了发射部分是可以正常工作的。那么电源指示灯为什么会不亮呢，我们一致认为，可能它坏了，换一个，但取下之后，发现其并没有坏，那是什么原因呢，也许是没有焊好吧，换了一个新的，发现一切正常。4.2接收机调试4.2.1焊接由于在焊接发射机的过程中,总结并积累了一定的经验,所以在焊制接收机的时候,比较顺利。仍然采用一个模块一个模块的焊接、焊完之后进行一定的检查，看是否有虚焊、短焊、漏焊、错焊、连焊等，连接有无错误。把各个元器件及功能模都焊接好之后，接下来就开始进行检修，在此过程中，一定要认真检查各元器件是否正确连接和各引脚是否焊接牢固，可以采用多人检查的方法，这样可以将错误将到最低。4.2.2调试在调试之前，要接通电源，初次接通电源开关，可能出现以下几种情况：l 扬声器中没有任何响声；l 扬声器的杂音比较大，甚至发出啸叫声；l 可以收到电台的音频信号，但声音不稳定，时低时高。针对第一种情况，可能的情况有：电位器可能在最小的位置、喇叭不在正常工作状态、调谐时收不到台、中放电路有某种故障等。针对第二种情况，可能的原因是：可能存在线圈、周围环境的干扰，本机振荡过强，中频放大器产生自激等。针对第三种情况，可能解决的方法：尽量减少环境的干扰，触碰电路元器件时候，尽量用专用的螺丝刀。1、调整中频频率，一般叫做调中周。调中周的目的是把几个中周的谐振频率都调整到固定的中频频率465千赫上。调中周的工具应该使用塑料螺丝刀，可以用其它塑料自制。使用金属螺丝刀调整，会引起感应，不容易调整准确。调中周的时候，先接收一个低端电台的广播，然后先调L4,再调L3,逐个调节中周的磁帽，使扬声器发出的声音达到最响为止。磁帽调节到某一个位置的时候，声音最响，这个位置就叫做调谐点，再往里旋或者往外旋，声音都会减小。如果磁帽完全旋入或者旋出都没有找到调谐点，一般是谐振电容的容量不合适，可以换一个电容再重新调整。有的时候线圈短路、谐振电容击穿等也会造成没有调谐点。用本地电台调中周以后，最好选择一个外地电台再仔细调调。这是因为人的耳朵对声音大小的变化在声音微弱的时候，比声音很响的时候敏感得很多。中周调整完毕后，要用石蜡把各个中周的磁帽封牢，使磁帽的位置不会由于振动而发生变化。2、调整频率范围。调整频率范围也叫做调覆盖或者叫做对刻度。它的目的是使双连电容全部旋入到全部旋出，所接收的频率范围恰好是整个中波（5351600千赫）。它是通过调整本机振荡线圈L2的磁帽和振荡回路的补偿电容Cbt达到的。调整的时候，首先接收一个低端电台的广播，例如中央人民广播电台640千赫（或福建人民广播电台621千赫，只要在当地能接收到当地低端的广播电台即可）的节目。如果指针的位置比640千赫低，说明振荡线圈L2的电感量小了，可以把振荡线圈的磁帽旋进一些，直到指针在640千赫的位置接收到640千赫的电台广播为止；如果指针的位置比640千赫高，说明振荡线圈L2的电感量大了，可把振荡线圈的磁帽旋出一些，直到在640千赫的位置接收到640千赫的电台为止。然后，再接收一个高端电台的广播，例如在福州地区可接收福州人民广播电台1332千赫的节目（在其他地区也一样，只要能收到当地的高端的广播电台都可以作为调试信号用）。如果指针的位置不在1332千赫处，就要调整补偿电容Cbt，直到指针正好在1332千赫的位置收到1332千赫的电台节目为止。这样高低端反复调整两三次就可以调准了。3、统调，也叫调整灵敏度。统调的目的是使本机振荡频率始终比输入回路的谐振频率高出一个固定的中频465千赫。因为只有465千赫的中频信号才能进入中放级放大，如果能做到统调，整机灵敏度就会大大提高，所以统调也叫做调整灵敏度。理想的统调是很困难的，实际上实行的是低、中、高三点统调。统调的具体方法是这样的：先在低端接收一个电台广播，移动磁性天线线圈L1在磁棒上的位置，使声音最响为止。这样低端统调就初步完成了。再在高端接收一个电台的广播，调节输入回路中的微调电容器Cat，使声音最响为止。这样高端统调也初步调好了。高、低端也要反复调几次。在1000千赫左右接收一个电台广播，调换垫振电容C3，使声音最响。其实，只要C3容量正确，一般是不必进行1000千赫统调的。C3的容量要求比较严格，只能在300微微法和270微微法两个数量值上选取，而且要使用损耗小的高频瓷介电容器。第五章 心得体会这个实验是调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。学会基本的