小功率调频发射机

1高频课程设计报告课题名称：小功率调频发射机姓名：刘文财班级：电信10级日期：2011-03-21指导老师：姚臻老师2目录引言…………………………………………………………………………………...3一、设计和制作任务..............................................3二、主要技术指标..................................................3三、电路组成方案..................................................3四、设计方法.......................................................41.振荡级...............................................................4a.路的选择........................................................4b.参数计算.......................................................62.缓冲级...............................................................73.功率输出级..........................................................94.总的原理图设计.....................................................10五、制作、调试步骤和试验分析.................................111.电路制作............................................................112.电路调试............................................................113.实验数据分析........................................................12六、电路改进............................................13七、实验心得.......................................................14八、参考文献............................................14附录：3引言调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。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。关键词：小功率调频发射机调频振荡级缓冲级功放输出级一、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。二、主要技术指标1、中心频率0f=12MHz2、频率稳定度f≤0.1MHz3、最大频偏mf10kHz4、输出功率oP≥30mW5、电源电压Vcc=9V三、电路组成方案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。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缓冲级功率输出级调频振荡级4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。四、设计方法1、振荡级（1）、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。其电路原理图如图4.1—1所示。克拉拨振荡电路与电容三点式电路的差别，仅在回路中多加一个与C2、C3相串接的电容C6，回路的频率1f2cLC，克拉拨振荡电路的频稳度大体上比电容三点式电路高一个量级。由于是调频发射机，其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。最简便、最常用的方法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。其原理电路如图4.1—2所示，它具有工作频率高、固定损耗小和使用方便等优点。图4.1—1变容二极管D1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：5jNCCC（4-1）振荡频率为：)(2121jNCCLLCf（4-2）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图4.1—2变容二极管调频原理电路变容二极管利用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4.1—3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。6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）、参数计算根据前面的介绍，可以设计出如图4.1-4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。7图4.1-4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，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fosc=12MHz,由LCfosc21错误!未指定书签。设C0为C2，C3与C6串联值,023652pfCCCC，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7j807j8CCCCC91pfC+C+C所以电感L1为12osc1L1.93uHC2f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8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roscf35fCCBRCEOV2V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4.2-1所示。图4.2-193、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4.3-1。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。图4.3-1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=