小功率调频发射机设计报告

课程设计课程名称高频电子线路课程设计课题名称小功率调频发射机设计专业电子科学与技术班级0802班学号200801180219姓名刘石海指导教师刘正青老师2011年6月11日2湖南工程学院课程设计任务书课程名称通信电子线路课程设计题目小功率调频发射机设计专业班级电子科学与技术学生姓名刘石海学号200801180219指导老师刘正青审批任务书下达日期：2011年5月23日星期一设计完成日期：2011年6月11日星期五3设计内容与设计要求一、设计内容：设计一小功率调频发射机主要技术指标要求:发射功率PA≥80mW，负载电阻（天线）RL=75Ω，工作中心频率f0=10MHz，最大频偏，20khz总效率。二、设计要求：1、拟定发射机的组成方框图；2、完成增益分配与单元电路设计，通过具体计算，选择器件给出设计电路；3、完成发射机的系统调试（调频震荡器、中间推动级、功率放大器各级的测量）4、给出最终实现电路5、写出设计报告；4主要设计条件提供计算机和必要的实验仪器说明书格式1．课程设计报告书封面；2．任务书；3．说明书目录；4．电路具体设计计算；5．最终电路的确定；6．实验系统调试结果及结论；7．设计体会；8．参考文献。5目录一、资料整理.......................................................................................................61、发射机的主要技术指标.........................................................................62、变容二极管主要特性.............................................................................73、宽带功率放大器.....................................................................................84、丙类功率放大器.....................................................................................9二、总体方案设计.............................................................................................101.系统框图：.........................................................................................102、单元电路设计.......................................................................................101)功放级电路设计和分析.............................................................102)功放电路参数计算.................................................................123)甲类功率放大器.........................................................................144)缓冲隔离级.................................................................................165)调频振荡级.................................................................................18三、整机电路.....................................................................................................22四、电路装配测试和总结.................................................................................23五、总结与体会.................................................................................................26附录......................................................................................................................27参考文献...........................................................................................................28课程设计评分表......................................................................................................296一、资料整理1、发射机的主要技术指标发射功率一般是指发射机输送到天线上的功率。工作频率或波段发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关部门所规定的范围内选取。总效率发射机发射的总功率与其消耗的总功率P’C之比，称为发射机的总效率。非线性失真要求调频发射机的非线性失真系数应小于1%。杂音电平杂音电平应小于–65dB。输出功率高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即效率常将集电极的效率视为高频功放的效率，用η表示，当集电极回路谐振时，η的值由下式计算：功率增益功放的输出功率Po与输入功率Pi之比称为功率增益，用AP(单位：dB)表示AP=Po/PiAAP02C1m02ClmClmClmo212121RVRIIVPCCC0L2LDCVIRVPP72、变容二极管主要特性主振频率LC振荡器的输出频率fo称为主振频率或载波频率。用数字频率计测量回路的谐振频率fo，高频电压表测量谐振电压Vo，示波器监测振荡波形。频率稳定度主振频率fo的相对稳定性用频率稳定度表示。最大频偏指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值。将称为相对频偏。变容二极管特性曲线特性曲线Cj-v如图1-1示。性能参数VQ、Cj0、及Q点处的斜率kc等可以通过Cj-v特性曲线估算。图1-1变容二极管的Cj-v特性曲线变容二极管的Cj-v特性曲线如图1-1所示。设电路工作在线小时/ominmaxoofffffomff8性调制状态，在静态工作点Q处，曲线的斜率为图1-1是变容二极管2CC1C的Cj-v曲线。由图可得VQ=–4V时CQ=75pF，调制灵敏度单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以表示单位为kHz/V，即为调制信号的幅度；为变容管的结电容变化时引起的最大频偏。∵回路总电容的变化量为在频偏较小时，与的关系可采用下面近似公式，即∴p↑-△f↑，↑-△f↑。调制灵敏度式中为回路总电容的变化量；调制灵敏度可以由变容二极管Cj-v特性曲线上VQ处的斜率kc及上式计算。越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。3、宽带功率放大器宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，将前mΩmVfSfj2CpCmfCQom21CCffjCmΩQo2VCCfSfCfSfSΩmVmffSjCVCkΔΔC9级输入的信号进行功率放大，它不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点。（如图1-2）图1-2甲类功放的负载特性4、丙类功率放大器为达到效率大于50%的要求，本级需要使用丙类功放。图1-3（左）输入电压BEV与集电极电流脉冲Ci的波形关系。（右）丙类功放负载特性10二、总体方案设计1.系统框图：根据任务要求，本发射机功率PA不大，工作中心频率f0也不高，为了调试和设计方便，可将系统设计得简单一些。这样的系统在实验室环境下还是非常稳定的。以下给出系统框图（2-1）：2、单元电路设计1)功放级电路设计和分析：根据高频小功率发射机的特点，和参数要求，整机设计应该从末级开始往前设计，所以首先设计的是功放级: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13db13db0.2mw0.2mw80mw4mwLC克拉泼调频震荡缓冲级功率激励级丙类功放级调制信号图（2-1）发射机系统框图11大器，若整机效率要求不高如%50A，而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是设计要求总效率%50A，故选用丙类功率放大器较好。丙类功放的电流导通角θ90，效率可达到80%。它通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的效率。丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE是利用发射极电流的直流分量IE0(IE0≈IC0)在射极电阻RE2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L2C2的选频作用可输出基波谐振电压VC1、电流Ic1。因此选用如图2-2所示：图（2-2）功率激励级甲类功放和功放级丙类功放122)功放电路参数计算：●晶体管参数：晶体管3DG12的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCE≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz晶体管3DA1的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA，VCE≥1.5V，hfe≥10，fT=70MHz，AP≥13dB●确定放大器的工作状态为获得较高的效率η及最大输出功率P0。放大器的工作状态选为临界状态，取φ=80º，得谐振回路的最佳负载电阻Re为7562)(2)(osatCEccePVVR得集电极基波电流振幅为mARPIqcmC5.14/21得集电极电流脉冲的最大值Icm及其直流分量Ic0，即Icm=Icm1/α1（80º）=30.8188mAIc0=Icm*α0（80º）=9.6296mA得电源供给的直流功率PD为PD=VCCIc0=115.5551mW得集电极的耗散功率PC'为PC'=PD-P0=35.5551mW得放大器的转换效率η为η=P0/PD=69%13若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为Pi=P0/AP=4mW得基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm（设晶体管3DA1的直流β=10）Ibm=Icm/β=3mA得基极基波电流的振幅Ibm1为Ibm1=Ibm·α1(80º)=1.4160mA得输入电压的振幅Vbm为VIPVbmiBm7.5/21●计算谐振回路及耦合回路的参数丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗|Zi|可计算，得：3.6447.0)80cos1(25)()cos1(||1'。bbirZ输出变压器线圈匝数比为33.02113mCLcVRPNN取N3=1,N1=3。若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为L=14*π*π*f0*f0*C≈2.5uHN2的确定需要根据磁环参数来确定。公式：HNlALcmcmmH3222/210}{}{}{414变压器的匝数N1、N2、N3的