福州大学通信电路课程设计报告

通信电路课程设计报告《小功率调频发射机课程设计》学院：物理与信息工程学院专业:电子信息类年级：2015级姓名：张桢学号：指导老师：孙林一、内容摘要：在无线电通讯和广播中，需要传送由语言、音乐、文字、图像等转换成的电信号。由于这些信号频率比较低，根据电磁理论，低频信号不能直接以电磁波的形式有效地从天线上发射出去。因此，在发送端须采用调制的方式，将低频信号加到高频信号之上，然后将这种带有低频信号的高频信号发射出去，在接收端则把带有这种低频信号的高频信号接收下来，经过频率变换和相应的解调方式检出原来的低频信号，从而达到通讯和广播的目的。本设计针对小功率调频发射机进行设计，它主要有调频振荡级、缓冲级和功率输出级各部分电路组成，最后实现发射一个高频信号的功能。二、设计目的：1.掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；2.掌握谐振放大器电压增益、通频带及选择性的定义、测试及计算；3.了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；三、设计步骤：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.计算出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四、主要技术指标：1.中心频率2.频率稳定度3.最大频偏4.输出功率5.天线形式拉杆天线（接100欧姆电阻）6.电源电压012fMHz4010/ffkHzfm10mWPo309ccVV五、设计思路及实验原理实现调频的方法可分为两种，一种是直接调频，另一种是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），使其按调制信号的规律线性变化，变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）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。直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；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。它的组成框图如下所示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，且其频率受到外加音频信号电压调变；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。六、各级电路设计及参数计算1.调频振荡级(1)设计原理：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，考虑采用平率稳定度较高的克拉波振荡电路。其电路图如下：调频振荡级缓冲级功率输出级如图，三极管应该工作在甲类状态，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。(2)参数计算：据前面的介绍，设计出如下图所示的振荡电路考虑到变容二极管偏置电路简单起见，采用共基电路。其中R4用来提供直流交流负反馈。因要求的频偏不大（），故采用变容二极管部份接入振荡回路的直接调频方式。C1为高频旁路电容，R1、R2、R3、R4、R5为T1管的偏置电阻。采用分压式偏置电路既有利于工作点稳定，且振荡建立后自给负偏置效应有振荡幅度的稳定。一般选Ic为3mA左右，太小不易起振，太大输出振荡kHzfm10波形将产生失真。调节C9可使高频线性良好。R7、R8为变容二极管提供直流偏置。调制音频信号C17、L4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T2缓冲放大级。R6、C4、C5为电源滤波电路。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．由8j78j70CCCCC·CCC）（，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，工作电压为9V，R7,R8可选用为27KΩ,则反偏电压为4.5V。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.因为oscf=12MHz,由设C0为C2，C3与C6串联值,可计算得pf52C//C//CC6320，由于910变容二极管在偏置电压4.5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上的回路总电容为所以电感L1为pf91CCCCC·CCC8j78j70）（μH93.1)2(C1L21oscfLCfosc21IcQIbQeQBEVV+V2.缓冲级(1)设计原理：由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，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，因此可采用以LC并联回路作负载的小信号谐振放大器电路。(2)参数计算：据前面的介绍，设计出如右图所示的振荡电路对该级管子的要求是：所以可选用普通的小功率高频晶体管，如9018等．另外，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,由取C10为100PF，计算得0()(35)2BRCEOCCffVVMHzLCfosc1221μH76.1)2(C1L2102oscf0max()02(35)CNCNcBRCEOCCPPIiVVff3.功率输出级(1)设计原理：为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发电路，电路工作在丙类。级与级之间还应加入级间耦合电容，电容取值应对交流近似短路（）。输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，从结构简单、调节方便起见，实验中可采用π型网络(2)参数计算：计算元件参数时通常取在10以内。功放管要满足以下条件：由于要使功放级工作在丙类，就要使，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，取较小的反馈电阻有利于提高增益，因为选定所以发射极电压VE为0.05V，因此R14可选为100Ω。由于LRLQe3,312osctffLC且12131213tCCCCC,一般取Qe=8～10所以解得：计算得，C13＝680PF，C12＝220PF.所以功率输出级电路设计图如右图所示1rwc1eQ32121312131LCC2fC+C0.7VVRRRVccVBE131212BV75.022020209131212BRRRVccVμH06.1L34.总电路图根据上述各级电路的原理分析和参数计算，可设计出如下所示的总电路图：七、电路的安装及其调试1.元件清单：12Ω电阻（1个）；100Ω电阻（3个）；470Ω电阻（1个）；1kΩ电阻（1个）；1.2kΩ电阻（1个）；10KΩ电阻（4个）20KΩ电阻（1个）；27KΩ电阻（2个）；200KΩ电阻（1个）100uf电容（1个）；47p电容（1个）；100p电容（3个）；180p电容（1个）；220p电容(4个)；680p电容(1个)；0.001u电容(1个)；0.01u电容（3个）；0.1u电容（2个）；变容二极管（B910）；100uH电感（1个）；中周（3个）；三极管9018（3个）万用板一块锡条、漆包线等2.电路焊接电路的焊接顺序一般从前级单元电路开始，向后级逐级进行。在焊电路板之前，应该要做一些准备工作，把各个元器件和工具都准备好，很重要的一点就是要选择一块比较新的万用板，这样在焊接过程中比较好焊，容易使锡粘到铜圈上。由于要产生12M的较高频率，所以在焊接电路时要尽量使各个器件都贴在万用板上，减小各个器件的引脚，从而降低对电路的影响。在高频电路中，电源和地线设计很重要，它的好坏直接影响到产品的品质。若由于电源、地线布线不合理而引起干扰，会产生很大的噪声，使产品的性能下降。所以对电源、地线的布线需认真、慎重考虑，把电源和地线所产生的噪音干扰尽可能的降到最低限度，以确保产品的质量。由于设计电路由三级组成，振荡级要求干扰比较小，第三级是功率放大级，如果把这三级的地线都连在同一条地线上，这会对振荡级产生较大的干扰，所以把三级的各个地线分开。焊接之前，先检查各个元件是否有损坏，用万用表测量各个电阻、电容值是012fMHzkHzfm10mWPo30否正确，电感用漆包线在中周上绕12圈左右，用万用表测试接触是否良好。检查完元件然后根据参考电路图焊接各个元件。焊接前先根据电路图进行布线的布局分布，布线、元件排列应该尽量整齐，接线要合理，导线不能跨界，应该使连线尽量短而直，否则可能产生自激。要保证焊接质量，避免出现虚焊等情况。本次实验，由于降低了频率的要求，对地线是否裸接没有太大要求，所以可以用元件的管脚来连接电路，可以使电路美观。焊接好后仔细检查，看电路是否焊接无误，接线是否正确。可用万用表测试各个连接位置，看是否有因为虚焊或漏焊而出现断路的情况。为后面调试方便，可用导线在各级信号输出输入端接入信号测试端口。3.电路的调试(1)调试所用的仪器：万用表、直流稳压电源、函数信号发生器、示波器、频偏仪等(2)调试内容：本实验的要求是：中心频率最大频偏输出功率接好电源（9V）和底线，不能接反，输出接示波器。首先要检查电路是否连接无误，才能进行下一步的调试。可测量静态工作点，用电压表测一下三个三极管的管脚电压是否满足该设计的要求。如果输出端没有出现波形，则应该先检查电路的连接，可以一级一级检查排错。用示波器在第一级输出上检测波形和平率，然后检查第二级，接着检查第三级，这样检查可避免无目的，盲目的排查，以缩排查范围，有针对性的排查才能较快的检查出错误所在。检查确认电路无误后，反复调节三个电感L1、L2、L3使频率稳定在12MHz±0.1MHz，输出端（天线处）波形的峰峰值达到4.9V以上。调试符合要求后，连接频偏仪测出最大频偏。调试过程比较繁琐，需要反复调节三个电感的电感值，要三个一起配合起来调，以同时满足中心频率和输出功率的要求。调节电感时，要缓慢转动中周的磁芯，同时观察示波器上的波形是否失真，峰峰值是否达到要求，如果不能，则要继续调节，直到符合要求，如果还不行，可以将C13更换为小一点的电容。若最大频偏不能满足要求，首先检查电路是否有接错，然后继续调节三个电感。直到最大频偏大于10K，且频偏仪上波形不能失真。（最大频偏越大越好）(3)测试结果：从测试结果中可以看出，该设计的各项指标都能达到要求。附：测试图片实验值技术指标是否符合指标中心频率（MHz）12.0212是最大频偏（KHz）9510是输出电压VP-P（V）5.044.2是八、实验总结与体会本次高频课程设计历时三天，查找资料，电路的准备和焊接用一天的时间，电路的调试用了一天半的时间。我们最后完成了本次课程设计，调试结果符合要求。总的来说，这次课程设计收获颇多。经过一个暑假，对书本的知识有点生疏了，通过这次课程设计实践，加深、巩固了对课本内容的掌握，对通信电子线路内容有了更深的了解与认识。这次课程设计中遇到的问题主要是在调试方面。刚开始调