高频课设小功率调频发射机设计

课程设计课程名称高频电子线路课题名称小功率调频发射机专业电子信息工程班级学号姓名指导老师浣喜民2016年6月24日等级:课程设计任务书课程名称高频电子线路题目小功率调频发射机设计学生姓名专业班级学号指导老师浣喜明课题审批下达日期2016年06月07日一、设计内容设计一小功率调频发射机。主要技术指标：发射功率Pa=3W；负载电阻（天线）RL=75Ω；中心工作频率fo=88MHZ；调制信号幅度VΩm=10mV；最大频偏Δfm=75KHZ；总效率η70%。二、设计要求1、给出具体设计思路和整体设计框图；2、绘制各单元电路电路图，并计算和选择各器件参数；3、绘制总电路原理图；4、编写课程设计说明书；5、课程设计说明书和所有图纸要求用计算机打印(A4纸)。三、进度安排第1天：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；第2、3天：查找资料，确定系统组成；第4～7天：单元电路分析、设计；第8～9天：课程设计说明书撰写；第10天：整理资料，答辩。（共两周）。四、参考文献1、《高频电子线路》，张肃文主编.，高等教育出版社.。2、《电子技术基础实验》陈大钦主编,高等教育出版社出版3、《高频电子线路实验与课程设计》,杨翠娥主编,哈尔滨工程大学出版社出版4、《通信电路》沈伟慈主编,西安电子科技大学出版社出版6、《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编,华中理工大学出版社五、说明书基本格式1）课程设计封面；2）设计任务书；3）目录；4）设计思路，系统基本原理和框图；5）单元电路设计分析；6）设计总结；7）附录；8）参考文献；9）电路原理图；10）评分表目录一、调制发射机系统的设计原则.......................................................................................1二、单元电路设计与分析.....................................................................................................3三、总结...............................................................................................................................14四、电路原理图...................................................................................................................15参考文献...............................................................................................................................161一、调制发射机系统的设计原则1.1调频发射系统的方框图图1-1为调频发射机系统的基本组成框图，表示的是直接调频发射机的组成。本次课程设计主要研究直接调频发射系统。高频振荡频率调制缓冲隔离高频功放调制信号图1-1直接调频发射系统组成框图1.2电路型式的选择调频发射系统是由调频振荡级、缓冲隔离级、倍频级、高频功率放大级等组成。如果振荡器的振荡频率可以满足发射机载波功率的要求，就可以省去倍频级。1.2.1调频振荡级选择振荡器的电路型式是根据载波频率ƒ0、频率稳定度的技术要求决定。如果载波频率ƒ0不高，则可以采用LC调频振荡器。21.2.2缓冲隔离级将调频振荡器与功放级隔离，以减小后级对振荡器频率稳定度及振荡波形的影响。缓冲稳定隔离级通常采用射极跟随器电路。1.2.3末级功放要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率。而且整机效率较高，应该选择丙类功率放大器。末级功放的功率增益不能太高，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机各部分的作用，适当地合理分配功率增益。3二、单元电路设计与分析2.1振荡级2.1.1电路的基本原理实现调频的方法有两大类，即直接调频与间接调频。LC调频振荡器是直接调频电路。直接调频电路的基本原理是利用调频信号直接线性地改变载波振荡的瞬间频率。如果受控振荡器是产生正弦波的LC振荡器，则振荡频率主要取决于震荡回路的电杆和电容。将受到调制信号控制的可变电阻与振荡回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。作为电压控制的可变电容元件，它有工作效率高、消耗小和使用方便等优点。本次课程设计采用变容二极管直接调频电路。其电路如图2-1所示。从图2-1中可以看出它是由LC振荡器与变容二级管调频电路组成的。RB2VQRB1C1+VCCL1CC2C3EBCBRETRCDCcC4AL2C5C6＋DCR3R2R1vLC振荡器变容二极管调频电路**图2-1LC调频振荡器42.1.2调频电路变容二极管通过cC部分接入振荡回路，有利于提高中心频率ƒ0的稳定度，减少调制失真。图2-2为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路。变容管和Cc串联，和C1并联构成振荡回路总电容C∑C∑=)C(CCj113CCj（2-1）C1CcCjL1图2-2变容二极管部分接入的等效电路式中Cj为变容二极管的节电容。2.1.3变容二极管特性曲线图2-3变容二极管的特性曲线变容二极管的特性曲线rju-C如图2-3所示。变容二极管的性能参数VQ、Cj0、△Cj及Q点处的斜率Kc等可以通过rju-C曲线估测。测量rju-C曲线的方法如下：先不接变容管，用频率计测量振荡器的输出频率ƒ'0。再接入C4、变容管及其偏置电路，其中可以在R2与R3之间串联一个电位器以改变变容管的静态直流偏压VQ，测出不同VQ时对应输出ƒj。5于是有ƒ'0=3LCπ21，ƒj=∑LCπ21即（ƒ'0/ƒj）2=3∑CC由下式计算ƒj对应的回路总电容C∑，即C∑=（ƒ'0/ƒj）2C3再由C∑的计算公式求出Cj。然后将VQ与Cj的对应数据列表并绘制rju-C曲线。2.1.4参数计算1、确定电路形式，设置静态工作点振荡器的静态工作点取IcQ=1mA，晶体管β=60。Rc的取值对振荡电路的直流、交流工作状态都有很大的影响。通常Vc取值（0.6~1）Vcc，这里取Vc=10V，由此得出cQccccIV-VR=2ΩcQceQccccIV-VRR=4KΩeR=2KΩ取流过Rb2的电流为10IbQ，则Rb2≈bQI10Vb=15.6KΩ取标称值Rb2=15KΩ。6又因为cc2b1b2bbVRRRV所以）（1VVRRbcc2b1b≈54KΩ2、旁路电容Cb的估算Cb的作用是使基级交流对地短路，一般应使Cb的容抗比与其并联的电阻Rb小10~20倍。所以选取标称值Cb=0.01µF，对应的阻抗b0Cω1=2.45Ω。3、估算振荡回路元件值振荡器的振荡频率ƒ0为ƒ0=∑LCπ21C∑=CjQ3C若取C3=47pF，C4=0.01µF，设变容管在VQ=−4V时，结电容CjQ=50pF，则L值为μH03.0Cω1L∑20电容1C、2C由反馈系数及电路条件1C»3C，2C»3C所决定。若取1C=510pF，F取81~21，则2C=1500pF。4、估算调频电路元件值变容管的静态反偏压VQ由电阻2R与3R分压决定cc323QVRRRV已知VQ=−4V，若取3R=10KΩ，则720R1-VVR3Qcc2）（KΩ隔离电阻1R应远大于2R、3R，取1R=110KΩ。为满足频偏的指标要求，可以先取0p=05，现设VQ=−4V时，对应CjQ=50pF，计算出4C0jQ04p-1CpC=50pF取标称值51pF。回路的总电容∑C为所以L1=0.05µH实验中可适当调整L1的匝数或43CC、的值。低频信号通过耦合电容C6和高频扼流圈ZL2，加到变容二极管上，扼流圈对88MHz信号起扼流作用，对调制信号相当于短路。一般对中心频率ω0来说满足2ZLω0»5ωC1，因此ZL2的电感量为1mH，5C=0.01µF，C6=33µF。5、计算调制信号的幅度△ƒm=m2pγƒ0m=2△ƒmpγ1-ƒ1-0已知△ƒm=75KHz，γ=21，p==0.73，可得m=2.5×3-10UΩm=m·VQ=10mV8调制灵敏度FMS=△ƒm/UΩm=7500kHZ/V6、实验电路如图2-4所示Rb1*54KRc2KRb215KRe2KR310KR1110μR220KCb0.01μC21500pC1510pC347pC451pCj2cc1DZL121mC50.01μ+C633μGNDGNDT13DG6L10.05μC70.01μGNDVCC+12V图2-4振荡级电路2.2缓冲隔离级2.2.1电路形式射极跟随器的特点是输入阻抗高、输出阻抗低，放大倍数接近于1。由于传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入阻抗高，传输系数大，且工作稳定。选着电路是由固定分压偏置与自给偏压相结合，且有稳定工作点的偏置电路。如图2-5所示。9RL1R4R5R6C9T2C10VCC图2-5射极跟随器2.2.2估算偏置电路已知条件：Vcc=+12V，负载电阻LR=300Ω，输出电压0V=200mV，晶体管3DG6C，β0=60。根据已知条件可知输出幅度要求不高。选取2eQI=2mA，6R=2.4KΩ，则V8.4RIV6eQ2eQV4.56.0VVeQb由已知β0=60，可知2eQbQII/（1+β0）=0.033mA。取流过4R的电流为10bQI，则bQbcc4I10V-VR=20KΩbQb5I9VR=18.2kΩ取标称值4R=20KΩ，5R=18KΩ，取耦合电容9C=0.01µF，10C=0.01µF。设计电路如图2-6所示10R420KR61KR518KR7300Rp11KC100.01μT23DG6GNDVCCC90.01μ图2-6设计跟随器2.3末级功放2.3.1实验原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。如图2-7所示。它是无线电发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角0θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角cθ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的cθ=0180，效率η最高也只能达到80%。甲类功率放大适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。UcIbIcCRpVccVcc图2-7谐振功率放大器原理图112.3.2丙类谐振功率放大器的功率与效率功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。1、集电极电源ccV提供的直流功率0cccIVP式中0cI为余弦脉冲的直流分量。0cI=00cMI式中，cMI为余弦脉冲的最大值；00为余弦脉冲的直流分解系数。bmbbbzUVUrccosc式中，bzU为晶体管的导通电压；bbV晶体管的基级偏置；mbU为功率放大器的激励电压振荡幅。2、集电极输出基波功率pcmpmcmccmRURIIUP22110·212121式中，cmU为集电极输出电压振幅；mcI1为余弦电流脉冲的基波分量；pR为谐振电阻。3、集电极效率ccccccmccmcIVIUPp01010212式中，cccmVU为集电极电压利用系数；c1为余弦脉冲的基波分解系数。2.3.3参数计算已知条件：VVcc12，晶体管3DG12的主要参数为mWPcM700，mAIcM300，12管子的饱和压降VUCES6.0，300，ƒMHzT150，dBAp6。1、确定放大器的工作状态为了获得较高的效率η和较大的输出功率0P，选丙类放大器的工作状态为临界状态，0c60，由式得出谐振回路的最佳负载电阻p