高频设计报告

1、五邑大学高频电子线路课程设计报告题 目：调频(FM)发射机的制作院 系 信息工程学院 专 业 通信工程 学 号 学生姓名 指导教师 摘要调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们欢迎。目前它广泛的生产 保安 野外工程等领域等小距离移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的震荡调制电路。 关键字：调频发射机;调频；高频放大；功率放大；调频发射机：三极管9018；电容；电感；天线。1、课程设计的目的1.培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决

2、问题的方法。2. 利用所学过的知识，通过设计计算元件选取电路板制作调试等环节，初步掌握工程设计的技能。3.掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，使学生巩固和加深对数字逻辑电路的理论知识，锻炼学生的动手能力。4.了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。5.培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点，经济观点和全局观点。1.1设计的要求和意义设计要求：1)查阅调频发射机基本原理的资料；2)选择合理的方案，设计调频发射机电路；3)制作PCB电路板(须标注学号

3、)，焊接元器件；4)用收音机完成作品调试；5)工作频率88108MHz，辐射距离大于3米，电源电压512V。6)扩展功能：工作频率点可调节。设计意义：本次课程设计使我们更好地理解调频无线话筒的原理，也会增加我们探索无线电的兴趣，使我们明白实践和理论的结合需要多加练习，从而认识到自己的不足，在以后的学习中加强实践。2、方案论证与设计2.1调频方式的选择实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是调频信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率，变容二极管调频便属于此类（本课程设计采用改变电感的方式来改变振荡频率）。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行

4、适当处理后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点。直接调频的稳定性差，但得到的频偏大，线路简单，故应用广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。考虑到电路的复杂度故采用直接调频的方案。直接调频最常见有变容二极管调频，使用VCO实现变容二极管直接调频。许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。另外一种更为简单的直接调频方法是用三极管直接调频。原理是三极管组成共基极超高频振荡器

5、，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率，最终实现频率的调制。由于采用变容二级管调频，对高频轭流圈的参数要求比较苛刻。这样会使设电路变得困难。因此采用三极管直接调制的方法，这样不仅能够实现FM调频，且使电路变得非常简洁。2.2设计原理221频率调制的原理（FM）用调制信号去控制高频载波的频率称为调频（FM）。调频信号的时域分析：设高频载波为 （1）为简单起见，假设调制信号为单音，其表达式为 （2）调频定义为高频载波的瞬时频率随低频调制信号的变化规律而变化，则有 （3）kf是由电路决定的常数。载频wc，它是没有受调制时的载波频率。最大频偏Dwm=kfVWm，它表

6、示瞬时频率对载频wc的最大偏移，它是瞬时频率摆动的幅度。电路决定后，它仅取决于调制信号的幅度大小，而与调制信号的频率无关。调制频率W，它表示了受调制的信号的瞬时频率变化的快慢，一般满足W<<wc和Dwm<<wc。由于瞬时角频率w（t）与瞬时相位F（t）的关系为 （4）调频波的相位变化规律为 （5）其中调频波的相位变化与调制信号的积分成反比，最大相移为Djm=Dwm/W，它不仅与调制信号的幅度有关，而且反比于调制信号的频率。因此，调频波的表达式为 （6）定义最大相移Djm为调频指数mf，即 （7）因而调频波又可写为 （8）根据调频波的定义，调频波的瞬时频率与调制信号成正比

7、。它的瞬时相位与调制信号的积分成正比，由此可以得到两种产生调频波的方法。一是直接调频法，见图1（a）所示，用调制信号直接控制振荡器的频率，使振荡频率跟随调制信号变化。二是间接调频法，见图1（b）所示，将调制信号的积分值去控制调相电路，使调相电路的输出相位与控制信号成正比，由于频率是相位的微分，因此输出信号vo（t）的频率与调制信号vW（t）成正比，从而实现了调频。振荡器调频波调制信号vW(t)晶体振荡器调相器积分器Vcmcoswctvo(t)vW(t)(a)直接调频法(b)间接调频法图1 产生调频波的方法222电路设计原理首先电阻R1和话筒MIC构成了一个分压器，当对着话筒MIC说话时，声音信

8、号就转换为电信号进入三极管VT1的b极，包括三极管VT1在内的阴影框中的器件形成了一个振荡器（其可以产生高频载波信号），与此同时，三极管VT1还是调制器，负责把低频有用信号（话筒MIC输出的信号）与高频载波进行“嫁接”FM调频，最后形成了一个可以反映说话声音的FM信号从天线E1发射出去。天线E1使用的是一根长度为25cm,直径约为1mm的导线。电容C3和电感L1构成的储能电路形成振荡器。电感器L1可用直径约为1mm的带绝缘皮导线在直径为1cm的塑料骨架上绕5匝制成。调整电感器L1的匝距或匝数可影响电感从而改变无线话筒的发射频率。通过调整电感器L1和电容C3，就可使用普通调频收音机寻找无线话筒发

9、射出来的信号，该信号是一个FM信号，通过收音机的解调就可以还原出声音。图2 调频（FM）发射机原理图3、FM调频话筒的电路设计无线话筒的设计指标为了能过用FM收音机进行接收，设计指标中频波频率设定为88MHz108MHz。电源为5v。话筒和AF放大器话筒采用普通双引脚驻极体话筒。这种话筒内置FET阻抗变化器。输出端与电源间接4.7K的电阻（负载电阻），能够得到mV级的输出电压。FM调制电路的构成如前所述，FM调制电路利用可变的电感来控制振荡频率。振荡电路的晶体管Q1采用fT=700MHz的高频放大晶体管S9018（也可以使用fT在400MHz以上的其他型号的晶体管）。表1列出了S9018的参数

10、。发射极电流用R1设定在0.4mA（5V-0.6V）/4.7k）。图2 管脚与封装表1 S9018的特性（a）最大额定值（Ta=25oC） 参数名称符号额定值集电极基极间电压VCBO30V集电极发射极间电压VCEO15V发射极基极间电压VEBO5V集电极电流IC50mA集电极损耗PC400mW结区温度Tj150保存温度Tstg-55150（b）电学特性（Ta=25oC）参数名称符号测试条件最小标准最大单位集电极截止电流ICBOVCB=12V, IE=00.05A直流电流放大倍数hFE 注VCE=5V, IC=1mA28100集电极发射极饱和电压VCE(sat)IC=10mA, IB=1mA0.

11、5V集电极基极击穿电压BVCBOIC=100A, IE=030V集电极发射极击穿电压BVCEOIC=1mA, IB=015V发射极基极击穿电压BVEBOIE=100A，IC=05V输出电容CobVCB=10V, IE=0，f=1MHz1.31.7pF特征频率fTVCE=5V, IC=5mA7001100MHz注：hFE分类 F：5480，G：72108，H：97146，I：132198。振荡电路的构成振荡电路中使用的线圈是把直径1mm的漆包线绕成圈径为1cm、5匝空心线圈，照片1是这里使用的线圈。这个线圈的电感值是169nH左右。图3是共振电路部分的电路图。所以电路的振荡频率fC（也就是载波频

12、率）为式中C=33pF，电感L=169Nh,所以求得fc fc=2.13MHz实际电路中，可以通过改变电感L的匝数和匝距改变fc的范围，从而可以实现在88MHz108MHz频率之间。 图3 振荡器照片1 自制的线圈（C=33pF,L为线圈）（自制的线圈, 直径1mm的漆包线，5圈，圈径10mm）RF放大器的构成RF放大器中使用的晶体管Q1是 fT=700MHz的高频放大晶体管S9018。放大器是发射极接地形式，把发射极直接接地以提高放大倍数。如图4所示，集电极负载多采用LC调谐电路，具有频率特性。在这个电路中为了减少元件数目和调整点采用了电阻负载。而且，为了不降低集电极电阻R2与Q1的输出电容

13、、布线电容所构成的低通滤波器的截止频率，对R2取较小的值。这里取R2=220W。图4 调谐电路天线对于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2（为了在天线上产生驻波）。如果载波频率为68MHz，那么波长l为：=c/f3x108m/s/式中，c是电波的速度（=光速）。所以天线的长度为2.2m。但是，这个电路中如果接2.2m的天线的话，会发射很强的电波，有可能超出电波法所规定的范围。本课程设计选择25cm。PCB原理图：PCB图样4、FM调频话筒的调试记录第一次调试：焊接完所有器件后，首先检查电路，检查各部分电压，看是否短路、断路。确认后接入5v电源，放上音乐，

14、戴上收音机机，准备接收。从88MHz到108MHz的收音频率中无法接收到所放的音乐。再次检查电路，发现铜线没有去除保护膜，于是重新刷膜焊接，初步调试完毕。第二次调试：经过仔细的调制可以接受到信号，但杂音太多，可能是干扰过多而造成，所以这次调整一下匝距，想把频率调整在少杂音的频率段。所以继续调重复多次，终于可以调到可以清晰收到的音乐。接着试一下能不能在3米外收到信号，发现不可以收到，想了想可能是天线的问题，于是改变了天线的弯曲方式，发现可以在3米外接收到信号，本次调试完毕。5、课程设计体会经过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。课程设计和平时作业题是有区别的，作业题是为了加深对课

15、堂所讲知识的理解，它内容较窄、训练第一，且是经过抽象加工后给出的理想化的条件，因而有唯一答案，而课程设计是实际的电路装置，它涉及的知识面广，需要综合运用所学的知识，它一般没有固定的答案、需要从实际出发、通过调查研究，查寻资料、计算等环节，才能得到一个较理想电路，更重要的是，它不光是停留在理论设计和书面答案上，而要做出符合设计要求的实际电路。所以说，课程设计是一门知识的应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强的课程。我在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。查阅了很多有关的资料，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西，比如一些芯片的功能。这次设计不仅是对我们所学课本知识的一个考察，更是对我们的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。总体来说，课程设计使我们受益匪浅，在摸索该如何设计电路是之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力，我们都觉得以后更要加强这方面的设计，提高自己的能力。通过设计我们知到书本上的知识有了用武之地，这巩固了和深化了自己的知识结构。这次课程设计恰恰给了我们提供了一个应用所