用Multisim设计调频发射机

用Multisim设计调频发射机目录摘要一．设计要求..................................2二．设计的作用、目的..........................3三.设计的具体实现.............................31.系统概述.................................32.单元电路设计、仿真与分析.................42.1振荡级..............................42.1.1调频波的产生.......错误!未定义书签。2.1.2振荡电路的选择2.1.3参数的计算2.2缓冲级..............................62.2.1元器件的选择及参数的确定错误!未定义书签。2.3功率输出级.........................102.3.1元器件的选择和参数的确定错误!未定义书签。2.4调频发射机总原理电路图..............10三四.Multisim的相关介绍五.心得体会及建议............................12六．附录.....................................12七.参考文献..................................14调频发射机的设计报告摘摘要要随随着着科科技技的的发发展展和和人人民民生生活活水水平平的的提提高高，，调调频频发发射射机机也也在在快快速速发发展展，，并并且且在在生生活活中中得得到到广广泛泛应应用用，，它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。。在在生生活活中中，，人人们们通通过过无无线线电电发发射射机机可可以以把把需需要要传传播播出出的的信信息息发发射射出出去去，，接接收收者者可可以以通通过过特特制制的的接接收收机机接接受受信信息息，，最最普普通通的的模模式式是是：：广广播播电电台台通通过过无无线线电电发发射射机机发发射射出出广广播播，，收收听听者者通通过过收收音音机机即即可可接接收收到到电电台台广广播播。。本本设设计计为为一一简简单单功功能能的的调调频频发发射射机机，，通通过过该该发发射射机机可可以以把把声声音音转转换换为为无无线线电电信信号号发发射射出出去去，，该该信信号号频频率率可可调调，，通通过过普普通通收收音音机机接接收收，，只只要要在在频频率率适适合合时时即即可可收收到到发发射射器器发发送送出出的的无无线线电电信信号号，，并并通通过过扬扬声声器器转转换换出出声声音音。。通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。学会基本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。一．设计要求设计一个调频发射机，通通过过该该发发射射机机可可以以把把声声音音转转换换为为无无线线电电信信号号发发射射出出去去，，该该信信号号频频率率可可调调，，通通过过普普通通收收音音机机接接收收，，只只要要在在频频率率适适合合时时即即可可收收到到发发射射机机发发送送出出的的无无线线电电信信号号。。（1）.确定电路形式，选择各级电路的静态工作点；（2）.输入信号能够通过电路进行稳定，调频等；（3）.输出为足够大的高频功率，使其能够发射；（4）.根据上述要求选定设计方案，画出该系统的系统框图，写出详细的设计过程并利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图；（5）.列出所有的元件清单并写出参考书目。二．设计的作用、目的高频电子技术基础的电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，要求学生通过课程设计，要求达到以下目的：（1）.通过对调频发射机的设计，巩固和加深学生对高频电子电路基本知识的理解；（2）.通过电路方案的分析、论证和比较，计算和对元器件的选取，来达到初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法的目的。（3）.使学生掌握Multisim软件的使用方法，以便以后设计电路或进行实践时的使用。（4）.了解与课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。（5）.培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。三.设计的具体实现1.系统概述输出功率级缓冲级调频震荡级图1直接调频发射机的总体框图直接调频发射机的总体框图如图1所示。它由调频振荡级，缓冲级，和输出功率级组成。其中调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，且其频率受到外加调制信号电压调变；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。2.单元电路设计与分析2.1调频振荡级调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，且其频率受到外加调制信号电压调变。2.1.1调频波的产生由于调频发射机的频率受到外加调制信号电压调变，因此，回路中的电抗要能够跟调制信号的改变而改变，应用一可变电抗器件，它的电容量或电感量受调制信号控制，将它接入振荡回路中，就能实现调频。而最简便、最常用的方法就是利用变容二极管的特性直接产生调频波，因要求的频偏不大，故采用变容二极管部分接入振荡回路的直接调频方式。变容二极管Cj通过耦合电容C1并接在LCN回路的两端，形成振荡回路总容的一部分。因而，振荡回路的总电容C为：jNCCC（4-1）振荡频率为：)(2121jNCCLLCf加在变容二极管上的反向偏压为：高频振荡，可忽略调制电压直流反偏OQRVV变容二极管利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称jC～R曲线，如图所示。由图可见：未加调制电压时，直流反偏QV所对应的结电容为jC。当调制信号为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反偏增加时，变容二极管的电容jC减小；当调制信号为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反偏减小时，jC增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在jC～R曲线的线性段，jC将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。我们再回到图4.1—2，并设调制电压很小，工作在Cj～VR曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设图4.1-3用调制信号控制变容二极管结电容tVVQQRcos（4-3）由图4.1—3可见：变容二极管的电容随υR变化。即：tCCCmjQjcos（4-4）可得出此时振荡回路的总电容为tCCCCCCmjQNjNcos（4-5）由此可得出振荡回路总电容的变化量为：tCCCCCCmjjQNcos（4-6）由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中mC的是变容二极管结电容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化C时，振荡频率也会产生f的变化，其关系如下：CCff210（4-7）式中，是0f未调制时的载波频率；0C是调制信号为零时的回路总电容，显然jQNoCCC（4-8）由公式（4-2）可计算出中心频率0f：)(210jQNCCLf（4-9）将（4-8）式代入（4-9）式，可得：tftCCftfmcoscos)/(21)(00（4-10）频偏：mCCff)/(2100（4-11）振荡频率：tfftfftfoocos（4-12）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏f与回路的中心频率f0成正比，与结电容变化的最大值Cm成正比，与回路的总电容C0成反比。2.1.2振荡电路的选择振荡电路主要是产生频率稳定且中心频率符合指标要求的正弦波信号。由于是所产生的是固定的中心频率，因而采用频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。其电路原理图如图所示。克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式要好，使得不稳定电容的变化对回路总电容的影响减小。2.1.3参数的计算根据前面的介绍，可以设计出如图的振荡电路，其中R4用来提供直流交流负反馈。设计中D1为变容二极管，我们选用910AT型变容二极管，其容量变化可以从几十PF到100~200PF．因此C7数值接近于Cj的高端值，若假设C7足够大，接近短路，而C8也逐渐增大，从几个PF增加到十几个PF，此时CΣ增大，则振荡频率减小，同时静态调制特性会发生变化，所以综合以上因素，C7,C8的选择对静态调制特性影响比较显著，所以我们选择C7为220PF的电容，C8选择47PF的电容．又因为三极管T1应为甲类工作状态，其静态工作点不应设的太高，工作点太高振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将使振荡波形严重失真，但工作点太低将不易起振。由7j807j8CCCCCC+C+C，以及Cj的性质，我们选择C2为100PF,C3为220PF,C6为220PF.利用R7,R8对D1变容管加反偏电压，R7,R8可选用为27KΩ。R1,R2为三极管基极偏置电阻，均选用10KΩ．R4,R5为负反馈电阻，选择较小的电阻即可，我们选用R4为12Ω,R5为１KΩ.设载波中心频率f=12MHz,由LCfosc21设C0为C2，C3与C6串联值,023652pfCCCC，由于910变容二极管在偏置电压6的情况下Cj较小，大概为十几pf，先不考虑Cj的值，所以并接在L1上的回路总电容为7j807j8CCCCC91pfC+C+C所以电感L1为12osc1L1.93uHC2f2.2缓冲级为了使第三级能够达到额定功率必须加大激励即Vbm，因此要求缓冲级有一定的增益，而中心频率是固定的，因此用LC并联回路作负载的小信号放大器电路。缓冲放大级采用谐振放大，L2和C10谐振在振荡载波频率上。若通频带太窄或出现自激则可在L2两端并联上适当电阻以降低回路Q值。该极工作于甲类以保证足够的电压放大。2.2.1元器件的选择及参数的确定因为对缓冲级管子的要求是roscf35fCCBRCEOV2V所以可选用普通的小功率高频晶体管，如2N3904等．另外，bQeQBEVV+V,IcQI若取流过偏置电阻R9,R10的电流为I1=10IbQ则R10=VbQ/I1,R8=(Vcc-VbQ)/I1所以选R10,R8均为10KΩ.为了减小缓冲级对振荡级的影响，射随器与振荡级之间采用松耦合，耦合电容C9可选为180pf.对于谐振回路C10,L2,由MHzLCfosc1221故本次实验取C10为100PF，1022osc1L1.76HC2fu所以，缓冲级设计电路为图所示2.3功率输出级为了获得较大的功率增益和较高的集电极功率，设计中采用共发射极电路，同时使其工作在丙类状态，组成丙类谐振功率放大器．由设计电路图知L3、C12和C13为匹配网络，与外接负载共同组成并谐回路．为了实现功率输出级在丙类工作，基极偏置电压VB3应设置在功率管的截止区．同时为了加强交流反馈，在T3的发射极串接有小电阻R14．在输出回路中，从结构简单和调节方便考虑，设计采用л型滤波网络，如图L3，C12，C13构成π型输出，Q3管工作在丙类状态，调节偏置3管的导通角。导通角越小，效率越高,同时防止T3管产生高频自激而引成回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，即将天线阻抗变换为功放管所要求的负载值，并滤除不必要的高次谐波分量。2.3.1元器件的选择和参数的确定在选择功率管时要求0cmPPmaxcmcIiCCBRCEOV2Vroscf35f综上可知，我们选择9018功率管．由于要使功放级工作在丙类，就要使1212130.7ccBBEVRVVvRR