小功率调频发射机电路的设计毕业设计.

1、信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）设计（论文）题目:小功率调频发射机电路的设计专业:通信技术班级:学号:姓名:指导教师:二 OO八年十二月三十日息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生学姓名号班级通技专业班级06-2通信技术设计（或论文）题目小功率调频发射机电路的设计指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注讲师技术学院电子系教师高级工程师子科技股份有限公司18设计（论文）内容：本次设计是小功率调频发射机，对于小功率调频发射机的应用此次采用的是主要针对无线调频话筒的设计。基本任务如下：1. 完成功率激励与末级功放电路的设计。2. 完成缓冲隔离电路的设计。3. 完成LC调频振荡电路的设

2、计。进度安排：第一阶段（2008, 092008, 10）：完成各单元电路的基本框图设计；第二阶段（2008，102008，11）：完成各单元电路的设计及整体工作原理的分析；第三阶段（2008，112008，12）：进行仿真，编写报告准备答辩。主要参考文献、资料（写清楚参考文献名称、作者、出版单位）：1 熊建云，Protel99SE EDA .技术及应用.机械工业出版社，20072 申功迈，钮文良高频电子线路西安电子科技大学出版社，20063 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，20035 余宏生，吴

3、建设.电子 CAD技能实训.人民邮电出版社，20066 郑应光.模拟电子线路.东南大学出版社，2006审 批意见教研室负责人：年 月日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目录摘要 1第1章绪论 2第2章方案设计 32.1 方案比较与论证 32.2 方案选择 3第3章单元电路设计 53.1 功率激励与末级功放电路设计 53.1.1 末级功放电路设计 53.1.2 激励级宽带功放电路设计 83.2 缓冲隔离级电路设计 103.3 LC调频振荡器设计 123.3.1 间接调频电路设计 133.3.2 LC振荡器的设计 15总结 17致谢 18参考文献 19附录1总电路原

4、理图 20附录2元器件明细表 21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

5、变化，振荡级将产生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 n50%，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1章绪论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。 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。低频小功率调频发射机是将待传

6、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。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 方案比较与论证无线调频话筒的设计中在LC振荡调频电路中其采用的调频方法有两种： 一种是

7、 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米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

8、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fo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所示各组成部分的功能如下：1. LC调频振荡器：产生频率fo= 5MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频， 最大频偏 fm= 10kHz,整个发射机的频率稳定度由

9、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n50%选用丙类功率放大器较

10、好。第3章单元电路设计3.1功率激励与末级功放电路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，适当合理的分配功率增益。本设计中，功率增益的具体分配如图 2-1所示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末级功放可采用丙类3-1所示。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,谐振功率放大器，缓冲级可以不分配功率。功率激励与末级功放电路如图L5C1 910u H-A +12v0.0 1 卩LC2 10.0 1uiR1 9T4C2 03kR

11、1 8360二 C1 7R20.0 2(1F2 23DG13 0R2 (C180.01LJTR2TR2 251TR1R1 78.2 k图3-1功率激励与末级功放3.1.1末级功放电路设计1.基本关系式末级功放采用丙类功率放大器，其电路原理如图3-1所示。丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE是利用发射机电流的分量Ieo在射极电阻R21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 uc、电流 心。集电极基波电压的振幅cm-I cm1 Rp式中，Icml为集电极基波电流的振幅；Rp为集电

12、极负载阻抗。输出功率PO(3)直流功率PVP。- U cm 1 cm1二 Ucm2/2Rp(3-1)集电极耗散功率Pt集电极的效率n- Vcc1 coPt 二 P/ - Po二 Po/FV(6) 集电极电流分解系数?-cmn/icm max(7) 导通角二U - Vcos 二一BB L 一般取 60 -80)U bm2 确定丙类放大器的工作状态为了获得较高的效率n和最大的输出功率Po，选丙类放大器的工作状态为临界 状态，v -70 :，功放管为3DA1。3DA1的参数如表3-1所示。Rp (Vcc - Vces ) 22Po212-1.52 0.5=110.25 1表3-1 3DA1参数表PC

13、MICMVceshfe仃Ap1W750mA 1.5V 1070MHz13dB(1)最佳匹配负载Rp=110.25Q四川信息职业技术学院毕业设计说明书集电极电流最大值Icm=Icm1/a(70)=95.24/0.44=216.45mA。(3) 集电极电流直流分量 lco=lcmX a(70)=216.45X 0.25=54.11mA,电源供给的直 流功率 Pv=VccX lco=649.35mW。集电极的耗散功率 Pt=Pv-Po=649.3& 500=149.35mW（小于 Pcm =1W）（5）总效率 n =P0Pv=500/649.35=77.00%输入功率Pi=25mW，若设本级功率增益

14、Ap=13dB（20倍），则输入功率Pi=P o/Ap=25mW基极余弦脉冲电流的最大值Ibm（设晶体管3DA1的3=10）I bm=Icm/ 萨21.45mA基极基波电流的振幅 Ibm1=lbma（70）=21.45X 0.44=9.44Ma基极电流直流分量 Ib0=lbma（70）=21.45X 0.25=5.36mA基极输入电压的振幅丙类功放的输入阻抗Ubm=2Pi/Ibm1=5.30VZ =X .J25_=860（1 一 cos 日施（日）（1 一 cos 70 0 取 0.443 计算谐振回路及耦合回路的参数（1）输出变压器线圈匝数比N5/N3（解决最佳匹配负载问题）NsN3 =,2

15、Po RlRlU cm- Rp _抚T0.68取 N5=2, N3=3。谐振回路电容C20=100PF谐振回路电感L1C110 JH2二fo 2c 2023.145 10 610010输出变压器初级线圈总匝数比 N = N3+N4高频变压器及高频电感的磁芯应采用镍锌（NXO）铁氧体，而不能采用硅钢铁芯, 因其在咼频工作时铁损耗过大。NXO-100环形铁氧体作咼频变压器磁芯时，工作频 率可达十几兆赫兹。若采用外径X内径X高度 二10mm X6mmX5mm的NXO-100环来绕制输出耦合变压器，由公式（3-2）所示:Atm n210-ihJ /cm(3-2)式中， =100H/m为磁导率；N为变压

16、器初级线圈匝数；A=25mm2为磁芯截面积;l=25mm为平均磁路长度。计算得N=8,则N4=5或_NWoLRlOe，则WoL一Oe6.28 二51022 ,-951Oe取值210,上述公式(3-2)取2需要指出的是，变压器的匝数N3、N4、N5的计算值只能作为参考值，由于分布参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，通常采用磁芯位置可调节的高频 变压器。4.基极偏置电路U on V BB 发射极电阻R21，由公式R21=20Q，cos -可得:U bmVbb U on - U bm cos r =0.7 -5.3 cos 70 -Vbb = Teo R21 = -1.1V(3-3)R21

17、=20.33Q，由公式(3-3)取标称值高频旁路电容 C18=0.01uF,电容C20=0.01 yF5.元件清单R21=20Q C18=0.01uF C20=100pF L10 卩 HN3=5，N4=3，N5=2 三极管为 3DA1。3.1.2激励级宽带功放电路设计利用宽带变压器作耦合回路的功率放大器称为宽带功率放大器，常见宽带变压器有用高频磁心绕制的高频变压器和传输线变压器。宽带功率一般不需要调谐回路，可 在很宽的频率范围内获得线性放大， 但功率n较低，一般只有20%左右。它通常作为 发射机的中间级，以提供较大的功率激励。功率激励级功放管为3DG130。3DG130的参数如表3-2所示。表

18、3-23DG130参数表PCMIcmVceshfefTAp700mW300mA 30 150MHz13dB1 计算电路参数(1) 有效输出功率Ph与输出电阻Rh宽带功率放大器的输出功率Ph应等于下级丙类功放的输入功率 Pi=25mW 其输出负载Rh等于丙类功放的输入的输入阻抗|Zi|=86 Q即PH=25mW, Rh=86Q。实际输出功率Po，设高频变压器的效率 n=80%，贝U Po=PH/n=31.25mW 集电极电压振幅Ucm与等效负载电阻Rh。若取功放的静态电流lcQ=lcm=7mA, 则 Ucm=2Po/ICQ=2Po/lcm=8.93VUcm 22Pc= 1275 .5J1.3k约

19、为 1.3kQ高频变压器匝数比N1/N2R HRh取变压器次级线圈匝数 N2=2，贝U初级线圈匝数N1=6(5)发射极直流负反馈电阻R20R20Vcc Ucm V cesCQ_ 12 -8.93 - 0.6V-7mA= 352 .86 门取标称值360 Q(6) 功放输入功率Pi本级功放采用3DG130晶体管，若取功率增益 AP=13dB(20倍)，则输入功率P = Po / Ap = 1.56mW(7) 功放输入阻抗RiRi ：应交负=25 30 R交负(取 rbb=25 QB =30)若取交流负反馈电阻为10Q，则Ri=325Q(8) 本级输入电压振幅UimU im =彩2 Ri P=吋2

20、 3251 .56 10 : 1 .0V2 计算电路静态工作点(1)Vbq、IbqVeq =IcqR13 =710 - 3352.86 = 2.47VVbq =VEq 0.7 -3.17VI bq = Icq = 7/30 = 0.23mA(2) Ri7、Ri8 (Ii=510 倍 Ibq)若取基极偏置电路的电流 Ii=5Ibq=5X 0.23mA=1.15mA，则R18V BQ51BQ3.17V1.15m A:2.75 k?取标称值R18=3kQ0VCC - V bqR171112 一 3.17V1.15mA:7.56 kJ为了调节电路的静态工作点，R17可由标称值为5.1k Q的电阻与10

21、kQ的电位器 组成。(3) 高频旁路电容 C17=0.02uF,输入耦合电容 C12=0.02uFo此外，还可以在直流电源 Vcc支路上加高频电源去耦合滤波网络，通常采用LC的n型低通滤波器。电容可取0.01卩,电感可取47田的色码电感或环形磁芯绕制。 还可在输出变压器次级与负载之间插入LC滤波器，以改善负载输出波形。3元件清单C17=0.02 卩 F C12=0.02 卩 F R18=3K QR 交负=10QN1=6, N2=2 R2o=36OQ 三极管为 3DG1303.2 缓冲隔离级电路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

22、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，电压放大倍数接近于1o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R16可改变输入阻抗。图3-2射级输出电路射级输出器具有输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数近似等于1的特点。晶 体管的静态工作点，一般取 Vceq=1/2Vcc，lcQ=(310)mA。对于图3-2所示电路：1 .已知Vcc=+12V，负载电阻Rl=325Q宽带放大器输入电阻)，输出电压振幅等 于高频

23、宽带放大器输入电压振幅，即Uom=1.0V，晶体管为3DG100 (3DG6)。3DG100的参数如表3-3所示。表3-3DG100参数表PCMICMVceshfefTAp100mW30mA30200 150MHz3=60。晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取Uceq=0.5Vcc，IcQ=(310)mA。(1) 根据已知条件选取IcQ=4mA，Vceq=0.5X Vcc=6V，则R15R16 :EQ 二I CQI CQ_ 12 -6V4mA1 .5k1(2) R15、R16：取 R15=1kQ，R16为 1kQ 的电位器。(3) R13、R14Veq=6.0VVbq=Veq+0.

24、7=6.7VI bq=Icq/ 3)=66.67uAR14BQ10 I:10 k1BQ取标称值R14=10kQR13ccBQ10 I=7.95 k-JBQ取标称值Ri3=8kQ输入电阻R若忽略晶体管基取体电阻的影响，有R = R13 Ri4jRi5 Ri6Ri81： 3.632（Ri8=325）（3-4）（5）输入电压UimU im = J2 Ri=、：；236301.5610 J3 : 3.37 V（3-5）耦合电容Ci2、Ci6为了减小射极跟随器对前一级电路的影响，Ci2的值不能过大，一般为数十pF,这里取 Ci2=20PF、Ci6=0.02 uF2 元件清单Ci2=20PF Ci6=0.

25、02 卩 F Ri3=8kQ Ri4=10kQ Ri5=1kQ Ri6 为 1kQ 的电位器三级管为3DG1003.3LC调频振荡器设计调频振荡电路的作用是产生频率 f0=5MHz的高频振荡信号。变容二极管为线性调频，最大频偏 fm= 10kHz。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调频振荡电路第12页共21页331间接调频电路设计1 间接调频方框图图3-4间接调频方框图间接调频是对调制信号 U。进行积分，再加到调相器对载波信号调相，从而完成 调频。间接调频电路方框图如图 3-4所示。2 变容管调相电路设调制信号- UmCOSit经积分后得uV =k utdt=k

26、u；ms int（3-6）式（3-6）中，k为积分增益。用积分后的调制信号对载波Uc ti=Ucm COS，ct进行调相，则得u t 二Ucmcosiuct kpk1 msin/I-：UcmCOS：ct m f sint(3-7)mfk 二kpk上式（3-7）中与调频波表示式完全相同。由此可见，实现间接调频的关键电路 是调相。本次设计采用的是变容二极管调相电路，电路如图3-5所示。R1C1C2R2uoC3HIR3R4C4Cj图3-5v cc变容二极管调相电路图中，L与变容二极管结电容Cj构成并联谐振回路；载波电压 Uc（t）经Ri后作为 电流源输入；调制信号Uq经耦合电容C3加到Rb、C4组成

27、的积分电路，因此加到变容二极管的调制信号为Uq,使变容二极管的电容Cj随调制信号积分电压的变化而变 化，从而使谐振回路的谐振频率随调制信号积分电压的变化而变化。它使固定频率的咼频载波电流在流过谐振频率变化的振荡回路时，由于失谐而产生相移，从而产生咼频调相信号电压输出，从而实现调相。合理的选择变容二极管和调整电路参数，可将相位变化与调制信号成线性关系。如果将调制信号先经过积分电路后再输入，即加到变容二极管上的电压为/ UQ（t）dt，则输出的调相电压的相移与/ UQ（t）dt成线性关系， 而频率与调制信号成线性关系，这就实现了间接调频。3 三级单回路变容管调相电路由于回路产生的相移按输入调制信号

28、的规律变化，若调制信号在积分后输入，则 输出调相波的相位偏移与被积分的调制信号呈线性关系，其频率与积分前的信号亦成线性关系。由于回路相移特性线性范围不大，因此图3-5单回路变容管调相电路得到的频偏是不大的，必须采取扩大频偏措施除了用倍频方法增大频偏外，还应改进调相电路本身。在此设计中由于要求要有足够大的频偏， 为了得以实现在调频中采用的是 如图3-6所用的为三级单振荡回路组成的调相电路。3.3.2 LC振荡器的设计主要技术指标：工作中心频率：fo=5MHz ;最大频偏： fm = 10kHz ；频率稳定度： fm/fo 5 X 10-4/小时1 电路形式，设置静态工作点本设计对频率稳定度 f/

29、fo要求不是很高，故选用图3-3所示的改进型电容三点 式振荡器与三级单回路变容二极管调频电路。2 .三点式振荡器设计：基极偏置电路元件 Ri、R2、R3、R4、Ci的计算图中，晶体管Ti与C2、C3、C4、C5、Cj、Li组成改进型电容三点式振荡器，Ti 为共基组态，Ci为基级耦合电容。其静态工作点由 Ri、R2、R3、R4共同决定。晶体 管Ti选择3DGi00,其参数见表3-3所示。小功率振荡器的集电极静态工作电流Icq 般为(i4)mA。Icq偏大，振荡幅度增 加，但波形失真严重，频率稳定性降低。Icq偏小对应放大倍数减小，起振困难。为 了使电路工作稳定，振荡器的静态工作点取IcQ=2mA

30、，测得三极管的B =60。CQV CC - VCEQR3 R4i2 - 6Ra R4由R3+R4=3kQ,为了提高电路的稳定性,R4的值可适当增大，取 R4=ikQ，则R3=2kQ0Veq 二 Vbq VbeIcqR4 二 2 mA i心二 2VVbq理 VccVeq 0.7 二 2.7VRi R2Ri R2Ibq = ICq/ ： = 2mA/60 = 33.3A为了提高电路的稳定性，取流过电阻R2上的电流12 = i0 I bq =0.33 mAR2VbqS5I2=2.7V0.33 m A= 8.i8 k1.1取标称值R2=8.2k Q根据公式（3-8）所示：R1 仝-1 R2 = 28

31、.2k?Vbq(3-8)VBBR2Vcc 则R1R2得Ri=28.2kQ实际运用时Ri取20kQ电阻与47kQ电位器串联，以便调整静态工 作点。Ci为基极旁路电容，可取 Ci=0.01F C8=0.02F输出耦合电容。通过将近两个月的毕业设计，这是我三年大学以来最重要的环节， 是我们对所学 专业知识的一次实践运用。在这次的毕业设计中我由最初的选题到由各自到网上或者 图书馆查找一些有关于课题设计方面的一些资料，这些都让我学到很多。在此次的设计中，我设计的是小功率调频发射机，之所以会选择这个课题我觉得 它在我们的日常生活中比较实用，较贴近生活中，这样对我理解这个课题的设计是比 较有用的。在老师的耐

32、心指导下，我通过对各单元电路的分析及设计， 每一个过程都 是对自己能力的一次检验和充实。通过这次的设计我了解并掌握了无线调频话筒的工 作原理，熟悉它设计的每一个步骤，这样不仅对我所学知识的一次应用同时也是我自 己的一次锻炼机会。通过这次的毕业设计我知道在平时的知识积累是多么的重要，因为在这次的设计中差不多的内容都是我们以前所接触过的。 毕业设计不仅仅是对知识的一次实践应用 也是对我们知识的一次复习，在由最初的设计到最后的排版都是对我们的一次锻炼， 因为这些细小的情节我们在平时是很少接触到的， 只有通过自己的实际应用才能掌握 的更好，我很高兴能有这次做毕业设计的机会这是对我能力的一次证明。致谢在

33、这次的设计中我非常感谢我的指导老师和我的同学，在设计中我遇到不少问题，都是在他们的耐心讲解和交流下我才能得以顺利完成！ 通过这次毕业设计我收获 到很多，比如学会了如何查找相关资料的标准， 分析数据，同时也提高了自己的绘图 能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。我很高兴能有这次毕业设 计的机会，它是对我们设计能力的一次证明！同时也对以后工作打下一定的基础。在这次设计中我学会了基本的排版要求，并更加熟悉Protel程序的绘图，这些都让我学到不少。我很高兴能有这次机会让我锻炼自己的能力， 让我在这次设计中学到 不少知识，这些都不仅仅是课本上原理知识的巩固，同时提高了我的知识面。这对我以后的工作奠定了 一定的基础。参考文献1 熊建云.Protel99 SE EDA.技术及应用.机械工业出版社， 20072 申功迈，钮文良.高频电子线路.西