高頻電子線路設計報告

1、計算機與信息工程系高頻電子線路課程設計報告課 程： 高頻電子線路 課 題： 無線電發(fā)射機 專 業(yè)： 通信工程 班 級： b110510 座 號： b11051021 姓 名： 姜芳東 指導老師： 孫昭峰 完成時間： 2013年 12月 26日 目錄前言一、設計內(nèi)容31.1進程安排31.2設計目的31.3設計要求4二、發(fā)射機原理42.1 設計整體思路42.2 基本原理42.3 調(diào)頻發(fā)射機的原理圖82.4、各個元器件說明8三、模塊說明93.1 輸入信號模塊93.2 振蕩模塊93.3 放大和發(fā)射模塊93.4 調(diào)頻發(fā)射機的主要技術指標10四、pcb板的制作10五、電路的調(diào)試及調(diào)試結果結果115.1 電

2、路的調(diào)試115.2 調(diào)試結果11六、實驗總結及心得體會12元器件清單附頁前言 調(diào)頻發(fā)射機作為一種簡單的通信工具，由于它不需要中轉站和地面交換機站支持，就可以進行有效的移動通信，因此深受人們的歡迎。目前它廣泛的用于生產(chǎn)、保安、野外工程等領域的小范圍移動通信工程中。本課題重點在于設計能給發(fā)射機電路提供穩(wěn)定頻率的振蕩調(diào)制電路。課題首先用兩級電壓并聯(lián)負反饋放大電路，適當放大語音信號，以配合調(diào)制級工作；然后用石英晶體構成振蕩電路為發(fā)射機提供穩(wěn)定的基準頻率載波，接著通過變?nèi)荻O管完成語音信號對載波信號的頻率調(diào)制，并通過lc并聯(lián)諧振網(wǎng)絡選出三倍頻信號；最終利用兩級功率放大，使已調(diào)制信號功率大大提高，經(jīng)過串聯(lián)

3、濾波網(wǎng)絡濾除高次諧波，最后通過拉桿天線發(fā)射出去。通過后續(xù)的電路仿真和部分電路的調(diào)試，可以證明本課題的電路基本成熟，基本能完成語音信號的電壓放大、頻率調(diào)制和功率放大，達到發(fā)射距離的要求。發(fā)射機的主要任務是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制,將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。通常，發(fā)射機包括三個部分：高頻部分，低頻部分，和電源部分。高頻部分一般包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動級與末級功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級往往采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級，以削弱后級對主振器的影響。低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級

4、、低頻功率放大級與末級低頻功率放大級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電平，以便對高頻末級功率放大器進行調(diào)制。因此，末級低頻功率放大級也叫調(diào)制器。調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去的過程。所以末級高頻功率放大級則成為受調(diào)放大器。一、設計內(nèi)容1.1、進程安排本次設計時間為1.5周，共7天。具體時間安排如下：序號內(nèi)容安排天數(shù)1布置實踐任務（由指導老師指定課題，分配任務，講解整個設計的整體要求。）0.52查資料、定方案（學生根據(jù)課題要求查找相關資料，并確定整個設計方案。）13方案評估（學生提交自己設計的方案，并在課上給出方案分析；指導老師對學生提交的方案進行綜合評

5、估，確定設計方案。）14采購（學生根據(jù)確定的設計方案，自己采購電子元器件。）0.55制板（學生根據(jù)方案電路圖布線制板。）0.56調(diào)試及功能改進（學生焊接電路板并進行系統(tǒng)調(diào)試。時間允許條件下，學生可進行發(fā)揮設計，對系統(tǒng)功能進行擴展。）2.57實踐總結（學生完成設計報告，指導老師對學生設計產(chǎn)品、報告進行評估定級）11.2 設計目的無線電發(fā)射與接收設備是高頻電子線路的綜合應用，是現(xiàn)代化通信系統(tǒng)、廣播與電視系統(tǒng)、無線安全防范系統(tǒng)、無線遙控和遙測系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、無線電制導系統(tǒng)等，必不可少的設備。本次設計要達到一下目的：1、進一步認識射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)；2、掌握調(diào)頻（或調(diào)幅）無線電發(fā)射機的設

6、計；3、學習無線電通信系統(tǒng)的設計與調(diào)試。1.3 設計要求1、發(fā)射機采用fm或am的調(diào)制方式，二者選一；2、若采用fm調(diào)制方式，要求發(fā)射頻率覆蓋范圍為，傳輸距離為10m;3、 若采用am調(diào)制方式，發(fā)射頻率中波波段或30mhz左右，傳輸距離10m；4、 為了加深對調(diào)制系統(tǒng)的認識，發(fā)射機建議采用分立元件設計；（采用集成電路的設計方法建議作為備用方案；）5、 已調(diào)信號采用通用的am/fm多波段收音機進行接收測試。1.4 報告任務要求1、給出設計課題題目、實踐目的、設計原理、設計內(nèi)容和要求；2、查閱相關資料，對系統(tǒng)的發(fā)展背景、應用場合在序言中進行闡述。3、給出系統(tǒng)設計方案、電路原理圖、各個電子元器件的型

7、號、參數(shù)；4、畫出發(fā)射電路中，一些關鍵節(jié)點的信號波形；5、系統(tǒng)調(diào)試方法，設計過程遇到的問題、思考及解決方法；6、系統(tǒng)的功能擴展實現(xiàn)情況；7、心得體會；二、發(fā)射機原理2.1 設計整體思路：輸入信號電路振蕩功率放大2.2 基本原理本設計圖采用fm調(diào)制。載波，調(diào)制信號；通過fm調(diào)制，使得頻率變化量與調(diào)制信號的大小成正比。即已調(diào)信號的瞬時角頻率已調(diào)信號的瞬時相位為實現(xiàn)調(diào)頻的方法分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類，本設計圖采用直接調(diào)頻：直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號變化規(guī)律。要用調(diào)制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電

8、路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠實現(xiàn)直接調(diào)頻。直接調(diào)頻可用如下方法實現(xiàn)：1.改變振蕩回路的元件參數(shù)實現(xiàn)調(diào)頻在lc振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是lc振蕩回路的電感l(wèi)和電容c。在rc振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據(jù)調(diào)頻的特點，用調(diào)制信號去控制電感、電容或電阻的數(shù)值就能實現(xiàn)調(diào)頻。調(diào)頻電路中常用的可控電容元件有變?nèi)荻O管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場效應管。2.控制振蕩器的工作狀態(tài)實現(xiàn)調(diào)頻在微波發(fā)射機中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上

9、的反射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號加至反射極即可實現(xiàn)調(diào)頻。若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。（1）頻振蕩級： 由于是固定的中心頻率，可考慮采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉潑振蕩電路?？死瓭姡╟lapp）電路是電容三點式振蕩器的改進型電路，下圖為它的實際電路和相應的交流通路： 實用電路 交流通路如圖可知，克拉潑電路比電容三點式在回路中多一個與c1 、c2相串接的電容c3，通常c3取值較小，滿足c3c1 ，c3c2，回路總電容取決于c3，而三極管的極間電容直接并接在c1 、c2上，不影響c3的值，結果減小了這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，且c3較小

10、，這種影響越小，回路的標準性越高，實際情況下，克拉潑電路比電容三點式的頻穩(wěn)度高一個量級，達?？墒?，接入c3后，雖然反饋系數(shù)不變，但接在ab兩端的電阻rl=rl/reo 折算到振蕩管集基間的數(shù)值（設為rl）減小，其值變?yōu)槭街?，c1，2是c1 c2 和 各極間電容的總電容。因而，放大器的增益亦即環(huán)路增益將相應減小，c3越小，環(huán)路增益越小。減小c3來提高回路標準是以犧牲環(huán)路增益為代價的，如果c3取值過小，振蕩器就會因不滿足振幅起振條件而停振。（2）功率放大極：為了獲得較大的功率增益和較高的集電極效率，該級可采用共發(fā)射極電路，且工作在丙類狀態(tài)，輸出回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進行濾，如下圖為諧振功率放大器的

11、原理電路圖：其中zl為外接負載，lr cr 為匹配網(wǎng)絡，它們與外接負載共同組成并聯(lián)諧振回路，調(diào)cr使回路諧振在輸入信號上，為實現(xiàn)丙類功放，基極偏置電壓vbb應該沒在功率管的截至區(qū)內(nèi)。若忽略基區(qū)寬度調(diào)制效應及管子結電容的影響，則輸入信號電壓vb（t）=（coswt）*vbm，根據(jù)，集電極電流波形是一串周期重復的脈沖序列，脈沖寬度小于半個周期，用傅里葉級數(shù)展開可得：由于集電極諧振回路調(diào)諧在輸入信號頻率上，因而它對ic中的基波分量呈分現(xiàn)的阻抗最大，且為純電阻，稱為諧振電阻，在高q回路中，其值近似為：，式中= 為回路總電容，為回路諧振角頻率，qe= /rl為回路有載品質因素，而諧振回路上對中的其他量呈

12、現(xiàn)的阻抗均很小，這樣可以近似認為回路上僅有由基波分量產(chǎn)生的電壓，vc，而平均分量和各次諧波分量產(chǎn)生的電壓均可忽略，因而可在負載上得到不失真信號功率。利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極電流脈沖變換為不失真的余弦電壓，同時還可以將含有電抗分量的外接負載變換為諧振電阻re，而且調(diào)節(jié) ，還能保持回路諧振時使re等于放大管所需的集電極負載，實現(xiàn)阻抗匹配，因此在諧波功率放大器中，諧振回路起了選頻和匹配的雙重作用。丙類工作時集電極效率隨管子導通時間的減小而增大，但隨著導通時間的減少，中基波分量幅度將相應減小，從而導致放大器的輸出功率減小，為了在增大輸入激勵電壓幅度vbm外，還必須同將基極偏執(zhí)電壓vb

13、b向負值方向增大。這樣，加到基極上的最大反向電壓（vbb-vbm）就將迅速增大，從而可能發(fā)生功率管發(fā)射結被反向擊穿。2.3 調(diào)頻發(fā)射機的原理圖2.4 各個元器件說明mic是駐極體話筒，它的作用就是感應空氣中聲波的微弱震動，并輸出跟聲音變化規(guī)律一樣的電信號。一般可以輸出十幾毫伏以上的音頻信號，這個信號足以調(diào)至下一級的高頻振蕩信號的頻率。它有正負之分，一般和外殼相同的是腹肌。如是mic駐極話筒的偏置電阻，有了這個電阻，話筒才能輸出音頻信號，這是因為mic駐極話筒內(nèi)部本身有一極場效應管放大電路，用來阻抗匹配和提高輸出能力等作用。但是話筒不應選靈敏度太高的，否則容易出現(xiàn)聲反饋，出現(xiàn)自己叫聲。c2是音頻

14、信號耦合電容，將話筒感應輸出的聲音電信號傳遞到下一級。c7是是q9018的基極濾波電容，一方面濾除高頻雜音，另一方面讓三極管的高頻電位為0，r4和r7是三極管的集電極偏置電阻，它們起限制集電極電流ic的作用。r5極管的發(fā)射極電阻，這里起到穩(wěn)定直流工作點作用，和c8構成了高頻信號負載芙蓉電阻作用，也是整個高頻振蕩回路的一部分。c4和l1組成并聯(lián)諧振回路，起到選擇振蕩頻率的主要作用，改變c4的容量或者.l1的形狀（包括圈數(shù)），可以方便的改變發(fā)射頻率。c4、c5、c8構成了電容三點式振蕩，c5是反饋電容，是電路起振的關鍵。c6是耦合電容，具有阻直傳交的作用，阻止每級之間的靜態(tài)工作點相互影響。c11是

15、高頻信號輸出耦合電容，目的是為了讓讓高頻信號變成無線電波輻射到天空中。因此，天線最好豎直向上，長度最好等于無線電波的頻率波長（或者整數(shù)倍），四周應該開闊，不要有金屬物阻擋。c10和l2組成并聯(lián)諧振回路，起到選擇振蕩頻率的主要作用。c3和c9為濾波電容，起到電容濾波作用，濾除高頻雜信號，防止它影響直流靜態(tài)工作點。三模塊說明3.1 音頻輸入模塊這部分電路組要由電容c1和歐姆的電阻r3組成低通濾波電路，l1是起到阻止后面的高頻信號通過，電阻r4和r5起到電平轉換的作用，把較高的電壓通過這兩個電阻的分壓后，變成較低的電壓，這樣防止較高的音頻信號將后面的振蕩電路中的三極管燒毀。電感l(wèi)1起到隔離高頻信號的

16、作用，防止振蕩電路中產(chǎn)生的高頻信號通過。電容c2有隔直通交的作用，準許音頻信號加載到后一級，而防止直流電通過。3.2 振蕩模塊 如圖原理圖所示，這部分主要是有三極管（q1）、電容（c4、c5、c7、c8）和電感l(wèi)1組成的電容三點式高頻小信號振蕩器。接在三極管基集和電源之間的電阻r4和r5主要是為三極管提靜態(tài)工作電壓使三極管能正常工作。電容c4、c8和c5、三極管q1，組成了電容三點式使信號的相位改變360度，再通過三極管提供振蕩消耗的能量和濾波產(chǎn)生了高頻信號。接在地與三極管發(fā)射極之間的電阻是為了穩(wěn)定三極管的靜態(tài)工作電壓，電容c7是濾波電容，濾除產(chǎn)生的高頻信號，穩(wěn)定靜態(tài)工作點防止零點漂移。電容c

17、6是將信號耦合到下一級電路中去，有隔直通交的作用。3.3 放大和發(fā)射模塊這一部分電路組要是有三極管q2、空心電感l(wèi)2、電容c10、c11和電阻r7組成，其中電感l(wèi)2、電容c10和三極管q2組成了諧振電路具有放大高頻小信號和濾波的作用，被調(diào)制后的信號通過三極管q2的基集輸入，通過電感l(wèi)2、電容c10和三極管q2組成了諧振電路的濾波和放大最后通過接在三極管q2集電極的電容c11耦合后接到發(fā)射天線上去。采取以上措施能夠有效地濾除所有無用頻率和電源紋波，抑制各種干擾和噪聲，降低頻率合成器的相位噪聲和雜散。使本電路完全滿足了系統(tǒng)的要求，并且在相位噪聲、非線性失真、音頻頻率響應和調(diào)頻信噪比等方面都有很好的

18、特性。相位噪聲小于-100dbc/hz/10khz，非線性失真小于0.1%，音頻頻率響應非常理想，與此同時，載波頻率穩(wěn)定度控制在200hz以內(nèi)，輸出信號頻率偏差不超過20khz，各項指標滿足技術要求。而且，本電路調(diào)試量小，成本也不高。 注意在焊接時一定要小心、謹慎，盡量避免將兩種不同的元件焊在一起，以防發(fā)生短路。另外在焊接時一定要看準再焊，以免各種元件發(fā)生混亂。3.4 調(diào)頻發(fā)射機的主要技術指標 1、 工作頻率范圍 調(diào)頻一般適用于米波廣播、電視、雷達，其工作頻率范圍為30mhz300mhz。 2、 發(fā)射功率pav 發(fā)射功率一般指發(fā)射機輸送到天線上的功率。由麥克斯韋電磁波理論可知，只有當天線的長度

19、與發(fā)射電磁波的波長相比擬時，天線才能有效地將已調(diào)波發(fā)射出去。3、頻率計算 本調(diào)頻發(fā)射機的振蕩電路是電容三點式振蕩電路，其頻率計算公式為： 根據(jù)這個公式可以計算得到振蕩電路的震蕩頻率。四、pcb板的設計與制作： 頻率對饋電電源，地線分布等電磁兼容問題都有著嚴格的要求。是因為電源和噪聲能耦合到系統(tǒng)中，使得噪和雜散變壞。因此，在布局pcb板圖時，應做到以下幾點： （1）單獨穩(wěn)壓，穩(wěn)壓器的輸入輸出端都要接有濾波電路； （2）布線元件排列應該盡量整齊； （3）電源應該加寬，約為1mm寬，信號線寬也要達到0.75mm。 采取以上措施能夠有效地濾除所有無用頻率和電源紋波，抑制各種干擾和噪聲降低頻率合成器的相

20、位噪聲和雜散。使本電路完全滿足了系統(tǒng)的要求，并且在相位噪聲、非線性失真、音頻頻率響應和調(diào)頻信噪比等方面都有很好的特性。相位噪聲小于-100dbc/hz/10khz，非線性失真小于0.1%，音頻頻率響應非常理想，與此同時，載波頻率穩(wěn)定度控制在200hz以內(nèi)，輸出信號頻率偏差不超過20khz，各項指標滿足技術要求。而且，本電路調(diào)試量小，成本也不高。 注意在焊接時一定要小心、謹慎，盡量避免將兩種不同的元件焊在一起，以防發(fā)生短路。另外在焊接時一定要看準再焊，以免各種元件發(fā)生混亂。五、電路的調(diào)試及調(diào)試結果5.1、電路的調(diào)試排版電路板，然后將所有元件連同天線一并按設計好的電路焊在萬能板上，對安裝焊接工藝要

21、求是：盡量縮短高頻部分元件引線；電阻，電容盡可能臥式安裝，并無虛焊，脫焊現(xiàn)象。 用一信號收音機調(diào)諧在75mhz，發(fā)射機音頻線接入音頻信號，用無感螺絲刀調(diào)空心線圈l2，使頻率在75mhz，可收到清晰的話音信號，調(diào)l3空心線圈可以加遠發(fā)射距離（只要調(diào)整好頻率覆蓋就行）。反復調(diào)整幾次能夠收到參考信號為止。在焊接時請按先焊小元件再焊大元件的原理進行操作。原件盡量貼著底板，“對號入座”不得將元件錯焊，焊完后反復檢查有無虛假錯焊，有無托錫短路照成的故障。給電路通上12v電源后，用萬用表測量變?nèi)莨軆啥穗妷?，確保其為4v調(diào)節(jié)電位器w2，確保其為4v5.2、調(diào)試結果功率為71.2mhz此發(fā)射機可以發(fā)射信號到65

22、米以外的地方六、實驗總結及心得體會通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關高頻電子線路方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題

23、就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技術，通過查詢資料，也了解了收音機的構造及原理。我認為，在這學期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的