通信电子电路课程设计小功率调频发射机

通信电子电路课程设计小功率调频发射机设计报告姓名：刘淑莺学号：241299317专业：12级通信（1）班指导教师：张洁2014年10月08日小功率调频发射机的设计与制作2一、摘要随着科技的发展和人民生活水平的提高，调频发射机处于快速发展之中，广泛应用于很多领域。人们通过无线电发射机可以把需要传播出的信息发射出去，接收者可以通过特制的接收机接受信息，最普通的模式是：广播电台通过无线电发射机发射出广播，收听者通过收音机即可接收到电台广播。它还可以用于防盗监控、教学、玩具、等诸多领域。这个实验是关于小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过该发射器可以把声音转换为无线电信号发射出去，该信号频率可调，通过普通收音机接收，只要在频率适合时即可收到发射器发送出的无线电信号，并通过扬声器转换出声音。确定电感线圈所绕的圈数，调试电路使其满足技术指标所要求的设计是该设计要解决的主要问题。二、设计和制作任务1．确定电路形式，选择各级电路的静态工作点，画出电路图。2．计算各级电路元件参数并选取元件。3．画出电路装配图。4．组装焊接电路。5．调试并测量电路性能。6．写出课程设计报告书三、主要技0f术指标1．中心频率0f=12MHz2．频率稳定度f/≤4103．最大频偏mf10kHz4．输出功率oP≥30Mw5．电源电压Vcc=9V四、确定电路组成方案拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应、干扰和自激。在实际应用中，很多都是采用调频方式，与调幅相比较，调频系统有很多的优点，调频比调幅抗干扰能力强，频带宽，功率利用率大等。调频可以有两种实现方法，一是直接调频，就是用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。令一种就是间接调频，先对调制信号进行积分，再对载波进行相位调制。两种调频电路性能上的一个重大差别是受到调频特性非线性限制的参数不同，间接调频电路提供的最大频偏较小，而直接调频可以得到比较大的频偏。所以，通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如下所示。输出功率级缓冲级调频震荡级小功率调频发射机的设计与制作3其中高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。五、设计方法1、调频振荡级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，目前应用较为广泛的是三点式振荡电路和差分对管振荡电路。三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路，由于是固定的中心频率，因而采用频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。其电路原理图如右图所示。2、缓冲级因为本次实验对该级有一定的增益要求，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。对缓冲级管子的要求是0()(35)2BRCEOCCffVV所以可选用普通的小功率高频晶体管，如9018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小功率调频发射机的设计与制作4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2所示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，如右图。L3，C12，C13构成π型输出，Q3管工作在丙类状态，调节偏置电阻可以改变Q3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。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，解得13128.3RR，为了使功放的效率较大，可以减小Q3管的导通角，这里取R13=11R12，第二级集电极的输出电流已经扩大了几十倍，为防止第三级的输入电流过大而烧坏三极管，需要相应的增大第三级的输入电阻。取R13=220K，R12=20K，改变R14可调整放大倍数，取较小的反馈电阻小功率调频发射机的设计与制作5有利于提高增益，因为选定1212139*200.7520220ccBVRVvRR，所以发射极电压VE为0.05V，因此R14可选为100Ω。由于LRLQe3,312osctffLC且12131213tCCCCC,一般取Qe=8～10所以32121312131LCC2fC+C得：L3=1.06µH计算得，C13＝680PF，C12＝220PF.功放级的电路设计如右图所示。4、总的原理图设计根据前面的分析，还要考虑各级之间的隔离，以及滤波电路，可以设计出如下图的原理图。C3为斟极高频旁路电容，R1、R2、R3、R4、R5为Q1管的偏置电阻。R7、R9为变容二极管提供直流偏置。振荡电压经电容C10耦合加至T2缓冲放大级。L2和C11应谐振在振荡载波频率上，调节偏置电阻可改变T3管的导通角。L3、L4、C15和C16构成型输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，变容二极管是一种特殊二极管。当外加顺向偏压时，有大量电流产生，变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，小功率调频发射机的设计与制作6即可改变PN结电容量。其中，C14,C16为滤波电容，选C14为0.1µF，C16为100µF。C1为基极高频旁路电容采用分压式偏置电路既有利于工作点稳定，且振荡建立后有利于振荡幅度的稳定。调节C7/C8可使调频线性良好。R7，R8为变容二极管提供直流偏置。调制音频信号经C17,LC加到变容二极管改变振荡频率实现调频。振荡电压经电容C9耦合加至Q2缓冲放大级。Q2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。该级工作于甲类以保证足够的电压放大。Q3管工作在丙类状态，有较高的效率同时防止Q3管产生高频自激而引起的二次击穿损坏。调节偏置电阻可改变Q3管的导通角。L3,C12和C15构成π型输出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。六、调频发射机调试步骤1、调试步骤及原理1）第一级调试给电路通电，电压为9V。为了检查电路是否正确，应该对三极管Q1和变容二极管的静态工作点进行测量，然后调节中周L1，使振荡频率为12MHz，测试静态工作点正常后开始用示波器测试波形。2）第二级调试将图示天线接示波器。将各级断开，分级测试，一级一级检查排错。先把示波器接在震荡级输出，测频率与幅度，并看波形是否明显失真。调节电感L1使频率稳定在12M±0.2MHz之内。波形没有明显失真。再接在第二级输出级测试波形。调节L2使波形不失真，而且幅度最大，频率还是在12M±0.1MHz之内。3）第三级调试调节最后的输出级，使功率满足要求，电压的峰峰值达到5V以上，要注意若频率偏移12MHZ太多，则应该再次调节L1，使输出中心频率再次稳定在12M±0.1MHz之内，幅度还是在要求的指标之内。4）整机调试反复调节L1、L2、L3，必要时对各级的谐振电容进行调节，使输出频率达到要求，并出现无较大失真的正弦波。不起振或振荡弱；若输出功率小，若能保证元件的质量，则按以下步骤排除故障：调振荡级偏置电阻；改变C2容量一试，如果上述方法不能解决，也有可能是元件布局不合理引起，可重新对电路板进行布线。2、调试过程1）电路板接上9V电源后，振荡的频率高于12MHz,调节第一个中周，发现频率无法达到所需的正确频率，再重新多绕一匝后重新调节得到正确的频率。小功率调频发射机的设计与制作72）三级连接后发现无论如何调节L1、L2、L3都无法使输出电压达到要求，通过研究电路以及向老师请教后发现，在电阻R11上并联了一个104的电容可以增大输出的电压，但是经过调整输出电压过大，于是将104的电容换成102的电容之后实验的得以成功，得到5.12V的输出电压。3）最后各方面都达到了比较的理想状态。七、实验数据分析1、测试数据频率幅度11.9936MHz5.12V2、误差分析造成结果的不精确有很多原因，比如人为误差、机器的误差，都可能导致最后测量结果产生误差，电路中主要是电感圈数不对，确定合适自己电路的圈数有一定的难度，电路频率跳变，电压不稳定，要并联的电容选取不适合，电路焊接不够好，焊点虚焊，电路的排版不够完美，跳线的应用频繁。八、波形及电路板1、输出波形为：小功率调频发射机的设计与制作82、频偏输出波形为：3、电路板线路连接图为：4、焊接图为：小功率调频发射机的设计与制作9九、实验总结通过对小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，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理解。通过电路的焊接，是自己的焊接能力得到进一步的加强。而对于电路调试过程中出现的问题、分析及解决这些故障，使得我们对小功率放大器的知识得到了更深入的理解。在实验过程中，不仅学会了基本的实验技能，而且还提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过多次的焊接以及纠错，我明白了在实验过程中首先要先对电路进行排版，尽量使电路看起来美观，然后遵循先焊电阻这样的小器件，然后再焊大的器件这样的准则认真完成焊接工作，焊接时要尽量避免虚焊、焊错等现象。电感一般容易遇到要重新绕线的问题，所以为了方便电感的装卸，不要直接把电感焊在电路板上，而是用来4个数码管管脚当成电感的座焊在电路板上，极大的方便了中周的拔插。通过这次的小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试实践学习，使我进一步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，尤其是更深层次的掌握了谐振功率放大器的工作原理，以及滤波匹配网络参数的计算。十、参考文献[1]高如云张启民．通信电子线路(第三版)．西安电子科技大学科学出版社．[2]童诗白．模拟电子技术基础(第四版)．高等教育出版社．[3]浅谈调频发射机的制作及调试《电子制作》1997年12期[4]吴建华电路原理机械工业出版社2009年09月