小功率调频发射系统的设计

小功率调频发射系统的设计目录目录3摘要4第一章绪论51.1小功率调频发射机研究意义51.2调频发射机研究现状5第2章方案设计72.1方案比较与论证72.2方案选择7第3章单元电路设计93.1功率激励与末级功放电路设计93.1.1末级功放电路设计103.1.2激励级宽带功放电路设计133.2缓冲隔离级电路设计153.3LC调频振荡器设计173.3.1间接调频电路设计173.3.2LC振荡器的设计193.3.3调频电路的设计213.3.4计算调制信号的幅度22第4章 电路的彷真244.1电路仿真244.1.1仿真软件介绍244.1.2 Multisim中调试运行244.2仿真结果25总结26致谢27参考文献28附录1总电路原理图29附录2元器件清单30附录3 印制电路板底图31摘要在无线电通讯和广播中，需要传送由语言、音乐、文字、图像等转换成的电信号。由于这些信号频率比较低，根据电磁理论，低频信号不能直接以电磁波的形式有效地从天线上发射出去。因此，在发送端须采用调制的方式，将低频信号加到高频信号之上，然后将这种带有低频信号的高频信号发射出去，在接收端则把带有这种低频信号的高频信号接收下来，经过频率变换和相应的解调方式检出原来的低频信号，从而达到通讯和广播的目的。本设计针对小功率调频发射机进行设计，它主要有调频振荡、缓冲隔离、功率激励和末级功放各部分电路组成。最主要将调制信号进行调制后，振荡信号随着调制信号的变化而产生变化，振荡级将产生6.5MHz的工作频率，功率激励即对电压进行放大，末级功放将工作在丙类状态A50%，最后将对信号由天线发射出去。关键词发射机；调频；无线话筒第一章绪论1.1小功率调频发射机研究意义无线电技术诞生以来，信息传输和信息处理始终是其主要任务。要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级，为了有效地进行传输。必须将携带信息的低频电信号调制到几十MHz至几百MHz以上的高频振荡信号上，再经天线发送出去，调频是信号发射必不可少的一个环节。低频小功率调频发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。高频电子线路本是一门较为复杂的电路。其中更有许多精髓的知识值得我们去学习。同时随着计算机技术与高频电子技术的发展，模拟电子技术，得到广泛应用，在模拟电子电路中尤其得到广泛应用，成为现代电子电器必不可少的电子技术。在高频电子线路中，LC振荡电路是无孔不入，无所不在。应用于发射机中，加上简单的电路及连线，就可以组成各种形式的、任意信号，广泛应用。小功率调频发射机在使用中，控制方法科学、简单、明了，控制电路及连线简单、易行，工作稳定性好，从而得到广泛应用。在此，我们就调频发射机的应用作较完整和系统的研究，促进小功率调频发射机的正确使用。1.2调频发射机研究现状调频发射机目前处于快速发展之中，在很多领域都有了很广泛的应用，可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。从发射机总行业特点出发，紧紧围绕小功率总成产品市场总量及增长速度、产品市场份额、市场供需情况、市场竞争格局、产品价格、进出口状况及趋势和小功率总成生产企业基本情况和经营状况、功率调频发射机成市场发展前景和趋势等众多市场发展因素进行研究，提供了大量有价值的信息和资料。随着器件技术的发展，调频发射机的体积越来越趋于微型化，工作电压越来越低，信号覆盖的范围越来越广。就目前接、发射技术来说，调频发射因为起得天独厚的性能优势，在接收机技术上可以有广阔的发展前景是因为发送信号的频率比较高，那么如何能够最大限度的减少干扰，如何把这种信号很好的解出来，这成了调频技术的一种考验。本文主要就是研究利用频率调制技术调制高频信号，并把它发送出去。第2章方案设计2.1方案比较与论证调频发射机的设计中在LC振荡调频电路中其采用的调频方法有两种：一种是直接调频；另一种是间接调频。方案一：直接调频。这种方法一般采用调制电压直接控制振荡器的振荡频率，振荡频率f(t)按调制电压规律变化。在此设计的电路中被控制的是LC振荡器，则只需要控制振荡回路的某个元件（L或C），使其参数随调制电压变化，就可以达到直接调频的目的。此种方法电路简单、性能良好，是目前广泛采用的调频电路之一。但这种方法的缺点是频率稳定度差，在许多场合须对载频采取稳频措施或者对晶体振荡器进行直接调频。方案二：间接调频。这种方法是将调制信号积分，然后对载波进行调相，间接调频时，调制器与振荡器是分开的，因此对振荡器影响小，其频率稳定度高。在设计中若载频不稳，则有可能使调频信号的频谱落到接收机通带外，因此对于调频电路不仅要满足一定频偏要求，而且振荡频率必须保持足够高的频率稳定度。2.2方案选择本设计采用的是间接调频，这样易于保持中心频率的稳定度，虽然间接调频不易获得最大频偏但是在设计中采用的是三级单回路变容管调相电路，这样既可以保持中心频率又可以获得最大频偏。由于本设计要求的发射功率PA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，整机电路设计的框图如图2-1所示。0.25末级功放功率激励缓冲隔离LC振荡与调频0.255100mWmWmWmW0dB13dB13dB调制信号图2-1实用调频发射机的组成框图各组成部分的功能如下：1LC调频振荡器：产生频率f06.5MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏fm75kHz，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AC4、C3C4 决定，若取C2=330pF，由F= C2/ C3= 0.1250.5取C3=750pF。则静态时谐振回路的总电容)(752075*2020*554554323243232pFCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCjQjQjQjQQ+=+*+=S代入元件值可得由公式6.5MHzCLfQo211=Sp可得计算调频电路元件值变容管的静态反偏压由电阻与分压决定，即已知，若取，则。实际运用时可用10k电阻与47k电位器串联，以便调整静态偏压。隔离电阻R5应远大于R6、R7，取R5=150k。低频调制信号Ui的耦合支路电容C6及电感ZL1应对Ui提供通路，一般的频率为几十赫至几十千赫兹，故取，（固定电感）。高频旁路电容C7应对调制信号Ui呈现高阻，取。3.3.4计算调制信号的幅度为达到最大频偏fm75kHz的要求，调制信号的幅度，可由下列关系式求出。因式中，静态时谐振回路的总电容，即则回路总电容的变化量fCfCoQm83.06500/78.35752/2=*=D=DSSpF变容管的结电容的最大变化量由变容二极管2CC1C的特性曲线可得，当 时，特性曲线的斜率，故调制信号的幅度则调制灵敏为 4、元件清单C1=0.01uF、R1为20K+47K电位器、R2=8.2K、R3=2K、R4=1K、3DG100管子、C2=330PF、C3=750PF、C4=20PF、C5=20PF、L1=16uH、2CCIC变容二极管、C8=0.01uF、C6=4.7uF、C7=5100pF、ZL1=47uH、R5=150K、R6=2 K、R7=10K。 第4章电路彷真4.1电路仿真4.1.1仿真软件介绍本课程设计是采用Multisim软件进行的仿真。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。其具有如下特点：（1）仿真手段切合实际，选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近；并且界面可视、直观； （2）绘制电路图所需的元器件、仪器、仪表以图标形式出现，选取方便，并可扩充元件库；（3）可以对电路中的元器件设置故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，针对不同故障观察电路的各种状态，从而加深对电路原理的理解； （4）在进行仿真的同时，它还可以存储测试点的所有数据、测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据，列出所有被仿真电路的元器件清单等；（5）有多种输入输出接口，与SPICE软件兼容，可相互转换。Muitisim产生的电路文件还可以直接输出至常见的Protel、Tango、Orcad等印制电路板排版软件。4.1.2Multisim中调试运行如图5-1为示波器。双击打开Multisim软件，然后在点击“文件”中的“新建”，在网络中放置元器件，根据设计的原理图把元器件摆放到相应的位置，并把各个元器件的参数设置好。点击元器件把各个元器件连接起来，这样原理图就完成了。点击标题栏中的工具中的电气检查，找出绘制的原理图中的错误并把错误的地方改正。这样就可以进行仿真，点击软件左上角的一个开关按钮就开始进行仿真了，双击示波器显示如图5-1，观察示波器的波形，并对示波器上的一些参数进行修改，使波形更加的便于观察，更加的精确。如图5-1为示波器4.2仿真结果 由于电路级联比较多，所以在电路仿真时遇到问题，分析可能是Multisim软件的问题，也可能是变压器或者其他的一些元器件的参数设置的问题，造成了电路的仿真波形没有做出来。总结参考文献1熊建云Protel99 SE EDA技术及应用机械工业出版社，20072程远东，刘雪亭高频电子线路北京出版社，20083谢自美电子线路设计实验测试中华科技大学出版社，20064曾兴雯，刘乃安，陈健高频电路原理与分析西安电子科技大学出版社，20036郑应光模拟电子线路东南大学出版社，2006附录1总电路原理图附录2元件明细表项目代号名称规格数量备注R1电阻28.2k1R2电阻8.2k1R3、R11电阻2k2R4、R15电阻1k2R5、R10电阻150k2R6、R7、R9电阻22k3R8电阻47k1R12、R14电阻10k2R13电阻8k1R16电阻1k1R17电阻1.47k1R18电阻8.96k1R19电阻 5k1R20电阻1.4k1R21电阻1001R22电阻751C2电容330pF1C3电容750pF1C10电容1uF1旧底图总号更改标记数量更改单号签名日期底图总号拟 制小功率调频发射系统的设计审 校日期签名等级标记第1张共1张标准化批 准附录2元件明细表项目代号名称规格数量备注C6、C7、C9电容4.7pF3C5、C4、C8、C11电容20pF4C1、C18、C19、C21电