小功率调频发射机的设计.doc

*校高频电子线路课程设计报告设计题目：小功率调频发射机的设计系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 成 绩： 2011年 月 “高频电子线路”课程设计任务书1时间：2011年06月6日2011年06月10日2. 课程设计单位：*3. 课程设计目的：掌握“高频电子线路”课程的基本概念、基本原理，加深对高频电子系统的工作原理和电路调试方法的理解。4. 课程设计任务：了解电路图绘制软件的相关常识及其特点；熟悉电路图绘制软件的使用方法；理解高频电子系统的布局布线规则；作好实习笔记，对自己所发现的疑难问题及时请教解决；联系自己专业知识，熟练设计高频电子线路的，总结自己的心得体会；参考相关的的书籍、资料，认真完成实训报告。作好笔记，对自己所发现的疑难问题及时请教解决；联系自己所学知识，总结本次设计经验；认真完成课程设计报告。高频课程设计报告前言： 结合这次课设的要求：运用模电知识，利用晶体管设计电路，我的选题是小型功率发射机，在小型发射机的设计中，根据晶体管结构和工作原理，进行放大电路设计，射极跟随器设计，小型功率放大电路设计，还有在设计中占主要地位的振荡电路的设计。其中振荡电路的设计结合了模电以及高频电子线路中晶体管综合应用。设计跟随其实必不可少的，因为起到前后级电路的隔离作用。产生的信号很小，需要通过放大电路的放大才能达到要求，发大电路的的设计最为复杂，考虑到前后及电路的匹配，以及波形的失真与否。本次课设论文分为以下几个部分：通过技术指标从后级电路依次往前级电路设计，包括元件参数，器件的选择，电路仿真，PCB印刷版的制作，和最终实物的制作和调试。课设中。设计仿真和实物调试很有差别，因为振荡频率为6到7兆赫兹，已经属于高频范围，很容易受到杂波信号的影响，所以在调试中为保证电路的稳定性会改变电路的某些参数。小功率发射机主要包括以下几个部分：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。下面就这几个部分进行介绍说明。课程设计报告:1.设计内容及要求1.1设计目的晶体管器件课程设计是电子科学与技术专业学科实践性课程，其任务是使学生运用模拟电路等电路课程中所学的知识，利用晶体管等器件，设计出一些完成一定功能的电路，并对电路进行分析和调试。掌握设计和调试电路的一些方法和技巧。1.2.设计任务及主要技术指标（1）工作电压：Vcc=+12V；（2）(天线)负载电阻：RL=51欧；（3）发射功率：Po500mW；（4）工作中心频率：f0=6MHz；（5）最大频偏：；（6）电路结构采用分立元件构建的LC调频振荡器、缓冲隔离、高频宽放和高频功放电路实现。2电路工作原理分析2.1.设计方框图2.1.1总设计方框图与调幅电路相比,调频系统由于高频振荡输出振幅不变, 因而具有较强的抗干扰能力与效率.所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。如图1所示：图2-1 变容二极管直接调频电路组成方框图2.1.2实用发射电路方框图 图2-2 发射电路组成框图实际功率激励输入功率为1.56mW拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减少级间的相互感应、干扰和自激。由于本题要求的发射功率Po不大，工作中心频率f0也不高，因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，设组成框图如图2-2所示，各组成部分的作用是：(1)LC调频振荡器：产生频率f0=6MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏，整个发射机的频率稳定度由该级决定。(2)缓冲隔离级：将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。(3)功率激励级：为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。(4)末级功放：将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如50%而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是本题要求，故选用丙类功率放大器较好。3.1增益分配与功率放大器的设计发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机的各组成部分的作用，适当地合理地分配功率增益。如果调频振荡器的输出比较稳定，又具有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。功率激励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。缓冲级可以不分配功率。仅从输出功率Po500mW一项指标来看，可以采用宽带功放或乙类、丙类功放。由于还要求总效率大于50%，故采用一级宽带放大器加一级丙类功放实现，其电路形式如图3-1所示。图3-1 功率激励与末级功放电路3.2缓冲隔离级电路(射极输出器)设计从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。1、电路形式由于待传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入抗高，传输系数大且工作稳定。选择电路的固定分压偏置与自给偏压相结合，具有稳定工作点特点的偏置电路。如图3-2所示。射极加RW2可改变输入阻抗。图3-2 射极输出器电路3.3、调频振荡器设计调频振荡电路的作用是产生频率的高频振荡信号。变容二极管为线性调频，最大频偏。发射机的频率稳定度由该级决定。调频振荡器电路如图3-3所示。 图3-3 调频振荡器电路LC调频振荡器是直接调频电路，是利用调制信号直接线性地改变载波瞬时频率。如果为LC振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路电感和电容。将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号规律变化，实现直接调频。 1、LC 振荡器主要技术指标：工作中心频率：f0=5MHz；最大频偏：；频率稳定度：6.电路安装与调试步骤通过仿真可以看出，电路在仿真条件下基本符合设计要求，这说明所设计的硬件电路和程序在理论上符合设计要求，因此可以进行实物搭建与调试，在实际电路中检验电路的工作状态是否与设计要求相符。电子电路调试技术包括调整和测试两部分。调整主要是对电路参数的调整，如对电阻、电容和电感等，以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要求；测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量与试验，并与设计的性能指标进行比较，以确定电路是否合格。电路测试是电路调整的依据，又是检验结论的判断依据。1.通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。2.静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。3.动态调试：动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输出端测试输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。按照以上调试方法与步骤对所搭建的实际电路进行调试，调试结果与仿真结果完全一致，也就是说本次课设所设计的抢答器基本符合设计要求，达到了本次课设的目的。硬件电路图片见附页。7.设计小结对于电路的设计过程我以为电容三点式振荡器的设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，还有好多要求，看起来十分复杂。后来通过查资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，画出电路图，一切都会变得简单。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，集中体现Visio运用极不熟练，操作不灵便浪费了很多时间。但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会多一点经验，就会少出一些类似问题。经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决问题的能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。本次课程设计没有要求制作电路板并且对其进行调试，但我相信要是调试的话也一定回去的满意的效果。我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于电子技术的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会通信专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。心得体会:对于电路的设计过程我以为电容三点式振荡器的设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，还有好多要求，看起来十分复杂。后来通过查资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，画出电路图，一切都会变得简单。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，集中体现Visio运用极不熟练，操作不灵便浪费了很多时间。但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会多一点经验，就会少出一些类似问题。经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决