高頻課設(shè)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)03

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱高頻電子線路課程設(shè)計(jì)課題名稱 小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)專 業(yè)電子信息工程班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)老師浣喜明2016年06月7日 湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 高頻電子線路 題 目 小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 指導(dǎo)老師 浣喜明 課題審批 下達(dá)日期 2016年06月07日 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)。主要技術(shù)指標(biāo)：發(fā)射功率Pa=3W； 負(fù)載電阻（天線）RL=75；中心工作頻率fo=88MHZ； 調(diào)制信號幅度Vm=10mV；最大頻偏fm=75KHZ； 總效率>70%。二、設(shè)計(jì)要求1、 給出具體設(shè)計(jì)思路和整體設(shè)計(jì)框圖；2、 繪制各單元電

2、路電路圖，并計(jì)算和選擇各器件參數(shù)；3、 繪制總電路原理圖； 4、編寫課程設(shè)計(jì)說明書；5、課程設(shè)計(jì)說明書和所有圖紙要求用計(jì)算機(jī)打印(A4紙)。三、進(jìn)度安排 第1天：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求； 第2、3天：查找資料，確定系統(tǒng)組成； 第47天：單元電路分析、設(shè)計(jì)； 第89天：課程設(shè)計(jì)說明書撰寫； 第10天：整理資料，答辯。（共兩周）。四、參考文獻(xiàn)1、高頻電子線路，張肅文主編.，高等教育出版社.。2、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)陳大欽主編,高等教育出版社出版3、高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì),楊翠娥主編,哈爾濱工程大學(xué)出版社出版4、通信電路沈偉慈主編,西安電子科技大學(xué)出版社出版5、電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)

3、驗(yàn)·測試謝自美主編, 華中理工大學(xué)出版社五、說明書基本格式1）課程設(shè)計(jì)封面； 2）設(shè)計(jì)任務(wù)書； 3）目錄；4）設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)基本原理和框圖； 5）單元電路設(shè)計(jì)分析； 6）設(shè)計(jì)總結(jié)； 7）附錄； 8）參考文獻(xiàn)； 9）電路原理圖； 10）評分表2 目錄一.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.1二.電路的原理分析.2三.設(shè)計(jì)方案.23.1振蕩級及調(diào)頻電路.23.1.1振蕩級.2 1、頻率穩(wěn)定度定義.2 2、評價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo).3 3、影響頻率穩(wěn)定的重要因素.33.1.2變?nèi)荻O管調(diào)頻.5 1、 調(diào)頻電路原理.5 2、計(jì)算調(diào)制信號的靈敏度.73.2緩沖隔離電路.7 1、緩沖電路元器件的選擇.7 2、緩沖電

4、路元器件的計(jì)算.83.3高頻功放.8 3.3.1寬帶功率放大器.8 1.靜態(tài)工作點(diǎn).10 2.高頻變壓器.113.3.2丙類功率放大器.11 1.丙類功率放大器的功率和效率.11 2.負(fù)載特性.12四.總結(jié).14五.參考文獻(xiàn).14六.調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)圖.15七.評分表.16 內(nèi)容摘要調(diào)頻發(fā)射機(jī)利用分立元件或集成電路芯片將語音信號以無線射頻的形式發(fā)射出去，在小區(qū)廣播，嬰兒監(jiān)護(hù)和監(jiān)控警報(bào)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。從電路上，包括聲電轉(zhuǎn)換器件，音頻放大，低頻功率放大，載波振蕩，頻率調(diào)制，高功率發(fā)達(dá)等功能單元。從頻率上，可以根據(jù)需要使用開放頻段或FM廣播頻段，單應(yīng)注意發(fā)射功率一半不得超過限值（通常不大于10

5、mW）,使用民用FM廣播頻段應(yīng)避開當(dāng)?shù)仉娕_，否則不能使用。作為一種簡單的通信工具 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1. 設(shè)計(jì)一小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)。主要技術(shù)指標(biāo)： 2.發(fā)射功率Pa=3W； 負(fù)載電阻（天線）RL=75； 3.中心工作頻率fo=88MHZ； 調(diào)制信號幅度Vm=10mV； 4.最大頻偏fm=75KHZ； 總效率>70%。 5.給出具體設(shè)計(jì)思路和整體設(shè)計(jì)框圖； 6.繪制各單元電路電路圖，并計(jì)算和選擇各器件參數(shù)； 繪制總電路原理圖； 7.編寫課程設(shè)計(jì)說明書； 8.課程設(shè)計(jì)說明書和所有圖紙要求用計(jì)算機(jī)打印(A4紙)17 二. 電路的原理分析通常小功率發(fā)射機(jī)采用直接調(diào)頻的方式其中高頻振蕩主要是產(chǎn)生頻

6、率穩(wěn)定，中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號。且其頻率受到外加音頻信號電壓調(diào)變；緩沖級主要是對調(diào)頻振蕩信號進(jìn)行放大，以提供末級所需要的激勵(lì)功率，同時(shí)還對前后級起有一定的隔離作用，為避免級功放的工作變化直接影響振蕩級的頻率穩(wěn)定度，功放級任務(wù)是確保高效率輸出足夠大的高頻功率，并饋送到天線進(jìn)行發(fā)射。結(jié)構(gòu)框圖如下，在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)力求電路簡單，性能穩(wěn)定可靠。單元電路級數(shù)盡可能少，以減小級間的相互感應(yīng)，干擾和自激。自實(shí)際應(yīng)用中，很多都是采用高頻方式，與調(diào)幅相比較，調(diào)頻系統(tǒng)有很多的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)頻比調(diào)幅剛干擾能力強(qiáng)，頻帶寬，功率利用率大等。調(diào)頻可以有兩種實(shí)現(xiàn)方法，一直接調(diào)頻，就是用調(diào)制信號直接控制振蕩

7、器的頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性變化。另一種就是間接調(diào)頻，先對調(diào)制信號進(jìn)行積分。再對載波進(jìn)行相位調(diào)制。兩種調(diào)頻電路性能上的一個(gè)重大差別是受到調(diào)頻特性非線性限制的參數(shù)不同，間接調(diào)頻電路提供的最大頻偏較小，而直接調(diào)頻可以得到比較大的頻偏。所以，小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用直接調(diào)頻方式，其組成框圖如下； 三.設(shè)計(jì)方案3.1振蕩級及調(diào)頻電路3.1.1振蕩級1、頻率穩(wěn)定度定義反饋振蕩器滿足起振、平衡、穩(wěn)定三個(gè)條件就能產(chǎn)生某幅持續(xù)的振蕩波形，當(dāng)受到外界不穩(wěn)定因素影響時(shí)，振蕩波器的相位或振蕩器頻率可能發(fā)生微小的變化，雖然能自動回到平衡狀態(tài)，但振蕩頻率在平衡點(diǎn)附近隨機(jī)變化這一現(xiàn)象卻是不可能避免的。 所謂頻率穩(wěn)定就是

8、在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差及偏差的變化最小。2、評價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)u 準(zhǔn)確度u 穩(wěn)定度振蕩器的實(shí)際工作頻率f與標(biāo)稱頻率fo之間的偏差稱為振蕩的準(zhǔn)確度，它通常分為絕對頻率與相對頻率兩種。表達(dá)式為絕對準(zhǔn)確度： f=|f-fo| 相對準(zhǔn)確度： f/fo=|f-fo|/fo 振蕩器的頻率穩(wěn)定度則是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)由于各種因素變化，引起的振蕩頻率相對于標(biāo)稱頻率變化的程度，如t=時(shí)間內(nèi)測得頻率的最大變化為fmax,則頻率穩(wěn)定度為 =fmax/fo|t=t 為了方便于評價(jià)不同振蕩器的性能又可根據(jù)觀測時(shí)間的長短將頻率穩(wěn)定度分為長期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度和瞬間

9、穩(wěn)定度等。3、影響頻率穩(wěn)定度的因素振蕩器的頻率不僅決定于振蕩回路元件值LC，而且與振蕩管的輸入/輸出阻抗有關(guān)，當(dāng)外界因素（如電源電壓、溫度、濕度等）變化時(shí)，這些參數(shù)變化從而對頻率穩(wěn)定度發(fā)生變化。下列參數(shù)變化對頻率穩(wěn)定度的影響：u 振蕩頻率Wo= 當(dāng)LC發(fā)生變化時(shí)，必然引起振頻率變化。u 回路品質(zhì)因素Q值對頻率的影響，Q值越高、則相同的相角變化引起頻偏越小， 高頻振蕩 調(diào)頻圖中晶體管T組成電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路即克拉潑電路，它被接成共基組態(tài)，CB為其極耦合電容，其靜態(tài)工作點(diǎn)由RB1、RB2、RE及RC所決定。 1.1-1 1.1-2 1.1-3 1.1-4小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ一

10、般為(1-4)mA,ICQ偏大,振蕩幅度增加,但波形失真加重,頻率穩(wěn)定性變差.L1、C1與C2、C3組成并聯(lián)諧振回路，其中C3兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓。當(dāng)AvoF=1時(shí)，振蕩器滿足振幅平衡條件，電路的起振條件為AvoF>1。為減小晶體管的極間電容對回路振蕩頻率的影響，C2、C3取值要大，如果選C1<<C2，C2<<C3，則回路的諧振頻率fo主要由C1決定，即 若取C1為幾十皮法，則C2、C3可取幾百皮法至幾千皮法，反饋系數(shù)F一般取1/8-1/3。根據(jù)設(shè)計(jì)要求振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取，由1.13得 取， 由式1.1-1得 由可得，取則電容C1<<C2,

11、C1<<C3,若取C2=510pF，取C3=3000pF,取耦合電容Cb=0.01uF與電容三點(diǎn)式振蕩電路相比，在電感L串聯(lián)一個(gè)電容，他有以下特點(diǎn)：1、 振蕩頻率改變不影響反饋系數(shù)。2、 振蕩幅度比較穩(wěn)定。但C3不能太小，否走導(dǎo)致停振，所以克拉波振蕩器頻率覆蓋率較小。所以,克拉波振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器。3.1.2變?nèi)荻O管調(diào)頻1.調(diào)頻電路原理變?nèi)荻O管結(jié)電容變化曲線如下圖：調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管Dc及耦合電容Cc組成，R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時(shí)的反向直流偏置電壓VQ， 電阻R3稱為隔離電阻，常取R3>>R2，R3>>R1，以減小調(diào)制信號V對VQ的

12、影響，C5與高頻扼流圈L2給V提供通路，C6起高頻濾波作用。變?nèi)荻O管Dc通過Cc部分接入振蕩回路，有利于提高主振頻率fo的穩(wěn)定性，減小調(diào)制失真現(xiàn)象。變?nèi)荻O管部分接入的等效電路圈。如下電圖：變?nèi)莨茏鳛檎袷幓芈房傠娙?，它的最大?yōu)點(diǎn)是調(diào)制信號對震蕩頻率的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，即調(diào)頻靈敏度高，也是本課題選用的方法，如圖所示： 相應(yīng)的調(diào)頻方程為一般接入電路中的C2取值較大，C1取值較小，C2課使減小，振蕩頻率增高，C1可是增大，振蕩頻率降低，電路可提供的最大角頻偏為，其中，- P=（1+P1）（1+P2+P1P2）, P1=/c2, P2=C1/查閱資料取， 已知，若取則。2.計(jì)算調(diào)制信號的調(diào)制靈敏度為達(dá)到最

13、大頻偏的要求，調(diào)制信號的幅度，可由下列關(guān)系式求出，由式得 式中，為靜態(tài)諧振回路的總電容，即 則回路總電容的變化量 設(shè)接入系數(shù)P=0.2變?nèi)荻O管結(jié)電容的最大變化量 得調(diào)制靈敏度為 3.2緩沖隔離電路1.緩沖電路元器件的選擇將振蕩級與功放級隔離，以減小功放對振蕩的影響。因?yàn)楣Ψ偶墝φ袷幖壍挠绊?。因?yàn)楣Ψ偶壿敵鲂盘栞^大，工作狀態(tài)的變化（如諧振阻抗變化）會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度，或波形失真或輸出電壓減小，為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級常采用射級跟隨器電路。如圖，調(diào)節(jié)射級電阻Re2,可以改變射極跟隨器輸入阻抗。如果忽略晶體管基級體電阻的影響，則射極輸出器的輸入電阻 輸出電阻

14、式中，很小，所以可將射極輸出器的輸出電路等效為一個(gè)恒壓源。電壓放大倍數(shù) 2.緩沖電路的計(jì)算一般情況下，。所以圖中所示設(shè)計(jì)輸出器就有輸出阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)近似等于1的特點(diǎn)。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，一般去,。 取，電位器 3.3高頻功放電路3.3.1諧振功放原理圖如下：利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載放大器稱為諧振功率放大器。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通的范圍，可以分為甲類，乙類，丙類和丁類等功率放大器。而丙類功率放大器通常作為發(fā)射機(jī)的末級，以獲得較大的功率輸出功率和較高的頻率。丙類諧振功率放大電路：具有輸出功率大、效率高和非線性失真小，且具上述4個(gè)特點(diǎn)功率放大電路稱為丙類諧振功率放大電

15、路，屬于諧振功放之一。 輸入和輸出濾波具有理想濾波特性。再次條件下，上圖所示電路中，集電極發(fā)射級間電壓仍是余弦波形且與輸入電壓相位相反，可寫為 3.2高頻功率放大器圖如下： 3.2-1上圖為有兩級功率放大器組成的高頻功率放大器電路。其中晶體管T1與高頻變壓器Tr1組成的寬帶功率放大器，晶體管T2與選頻網(wǎng)絡(luò)L2，C2組成丙類諧振功率放大器。3.3.2寬帶功率放大器1.靜態(tài)工作點(diǎn) 如圖所示，晶體管T1組成的寬帶功率放大器工作在甲類狀態(tài)。其中、為基級偏置電阻，為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定： 式中，一般

16、為幾歐姆至幾十歐姆 2.高頻變壓器圖所示的高頻變壓器仍然是應(yīng)用變壓器原理，依靠磁芯中的公共磁通將初級線圈的能量傳輸?shù)酱渭壘€圈。線圈漏感和分布電容的影響限制了它的高頻特性。這種寬帶變壓器一般用在短波。 由變壓器原理可得，寬頻功率放大器集電極的輸出功率為 式中，為輸出負(fù)載的實(shí)際功率；為變壓器的傳輸效率,一般=0.750.85集電極的輸出功率的表達(dá)式為 式中，為集電極等效負(fù)載電阻；為集電極交流電壓的振幅，其表達(dá)式為 式中，稱為飽和壓降。約1V。為集電極交流電流的振幅，其表達(dá)式為 如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為 式中，為變壓器次級接入線圈的負(fù)載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗功率增益與電壓放大器不同的是，功

17、放應(yīng)有一定的功率增益，寬帶功放要為下一級丙類功放提供一定的激勵(lì)功率，必須將前級輸入信號進(jìn)行功率放大，功率增益 3.2.3丙類功率放大器1.丙類功率放大器的功率和效率如圖3.2-1所示，丙類功放的基級偏置電壓-是利用發(fā)射極電流的直流分量在射級電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時(shí)，集電極的輸出電流為余弦脈沖波。利用諧振回路的選頻作用可輸出基波諧振電壓、電流 集電極基級電壓的振幅 式中，為集電極基波電流的振幅；為集電極負(fù)載電阻。集電極輸出功率 電流電源供給的直流功率 功放的功率增益 或功率放大器的總效率為 如圖3.2-1所示，丙類功放的輸出回路采用變壓器耦合方式

18、，其作用一是實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，將集電極的輸出功率送至負(fù)載；二是與諧振回路配合，濾出諧波分量。 集電極諧振回路為部分接入，諧振頻率 或 丙類功放的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級輸出阻抗匹配。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗 2.負(fù)載特性當(dāng)功放的電源電壓+Vcc，基級偏置電壓，輸入電壓確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則功放的工作狀態(tài)只取決于集電極的負(fù)載等效阻抗Rq，諧振功放的交流負(fù)載特性如3.2-2所示。由圖可見，當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時(shí)管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降，集電極電流脈沖接近最大值。此時(shí)集電極輸出的功率和效率都較高，稱此時(shí)功放處于臨界工作狀態(tài)，所對

19、應(yīng)的等效電路負(fù)載電阻 當(dāng)Rp小于臨界值時(shí)，功放處于欠壓工作狀態(tài)，如C點(diǎn)所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此，輸出功率和效率都較小，當(dāng)Rq大于臨界值時(shí)，功放處于過壓工作狀態(tài)，如B點(diǎn)所示。集電極電壓雖然較大，但集電極電流波形凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。如A點(diǎn)所示。判斷功放是否為臨界工作狀態(tài)的條件是 式中，為集電極輸出電壓的幅度；為晶體管飽和壓降 3.2-1四.總結(jié) 通過了兩周的高頻課程設(shè)計(jì)，我對高頻這門課有了更加深刻的了解。在設(shè)計(jì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)過程中，遇到了很多問題，并通過查閱資料了解其原理，雖然有些地方不太懂，但是還是擴(kuò)展了我的知識面，能夠讓我更加切實(shí)的去學(xué)習(xí)高頻這門課程，在以后的學(xué)習(xí)過程中，能夠有所幫助。 在這次課程設(shè)計(jì)中，我深刻感受自主學(xué)習(xí)的重要性。老師上課所講的如果下課自己不主動去復(fù)習(xí)，那么是無法學(xué)到真正的知識。這次的設(shè)計(jì)我從開始不知道從哪入手到查閱資料了解原理，這是個(gè)自主學(xué)習(xí)的過程。也是提高能力的一個(gè)重要的步驟。只有真正進(jìn)入腦子的才叫知識。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，雖然遇到了很多的困難，但是我通過詢問