高頻課程設(shè)計-小功率調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計

課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：劉瀟專業(yè)班級：電信1104班指導(dǎo)教師：李達工作單位：信息工程學(xué)院題目：小功率調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的根本設(shè)計能力及根本調(diào)試能力；能夠正確使用課程設(shè)計儀器進行電路的調(diào)試與檢測。要求完成的主要任務(wù)：〔包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求〕1.采用晶體管或集成電路完成一個小功率調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計。2.發(fā)射機頻率，最大頻偏。3.負載電阻時，輸出功率,效率%。4.完成課程設(shè)計報告〔應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)〕.時間安排：二十二周一周，其中四天硬件設(shè)計與制作，三天軟、硬件調(diào)試及辯論。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任〔或責任教師〕簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u9120摘要 1176821.調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計的總體方案 219471.1調(diào)頻發(fā)射機簡介 259061.2小功率調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計方案 3164871.3電路設(shè)計原理 3262232.電路的模塊設(shè)計 4211712.1高頻振蕩級電路設(shè)計 4259842.2中間緩沖級電路 636462.3輸出功放級設(shè)計 7128873.總體電路設(shè)計 9255653.1小功率調(diào)頻發(fā)射機總體電路圖 960233.2元件清單 10151084.實物制作 1196515.集成芯片BH1417F設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機 13302006.心得體會 148988參考文獻 1532590本科生課程設(shè)計成績評定表 16摘要小功率調(diào)頻發(fā)射機是將音頻信號和高頻調(diào)制載波，使高頻載波的頻率隨音頻信號發(fā)生變化,再對所產(chǎn)生的信號進行放大﹑鼓勵﹑緩沖級和功放級，最后通過天線將信號發(fā)送出去。調(diào)頻發(fā)射機的傳輸距離與該設(shè)計的調(diào)頻發(fā)射機的最大的輸出功率有關(guān)，輸出的功率越大，那么發(fā)射機傳輸信號的距離越遠。一般發(fā)射機都是由調(diào)頻振蕩級﹑緩沖級，以及最后輸出功放級等幾局部組成，最終實現(xiàn)將一個高頻信號成功地發(fā)射出去。關(guān)鍵詞：高頻調(diào)制，振蕩，輸出功放調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計的總體方案1.1調(diào)頻發(fā)射機簡介調(diào)頻發(fā)射機概述發(fā)射機主要分為三類，分別是調(diào)幅發(fā)射機﹑調(diào)頻發(fā)射機﹑調(diào)相發(fā)射機，最為常用的是調(diào)幅發(fā)射機和調(diào)頻發(fā)射機，其主要區(qū)別在于已調(diào)波的變化是隨調(diào)制信號的幅度﹑頻率，還是相位的變化規(guī)律來分別構(gòu)成調(diào)幅﹑調(diào)頻，以及調(diào)幅的發(fā)射機，調(diào)頻發(fā)射機的高頻已調(diào)波信號隨著調(diào)制信號的頻率發(fā)生變化，也即發(fā)射出去的信號的頻率與調(diào)制信號變化規(guī)律一致。說明了調(diào)頻波攜帶著信息量為頻率，而調(diào)頻發(fā)射機正是將音頻信號與高頻載波信號進行頻率調(diào)制，再通過后級緩沖以及輸出功放來發(fā)送出去，到達將信號發(fā)送出去的目的。調(diào)頻發(fā)射機的特點調(diào)頻發(fā)射機與調(diào)幅發(fā)射機相比擬，它的抗干擾能力強，通信質(zhì)量高，但是其信號的帶寬大，而且還具有門限效應(yīng)的特點。另外由于調(diào)頻系統(tǒng)由于高頻振蕩器的輸出的振幅不變，不僅使得其抗干擾能力提升，而且可以到達具有較高的工作效率，相對于調(diào)幅發(fā)射機，其應(yīng)用范圍更大。(3)調(diào)頻發(fā)射機組成結(jié)構(gòu)對于一個調(diào)頻發(fā)射機一般由高頻振蕩級，緩沖級，以及發(fā)射輸出功放級等來組成，具體框圖如下所示：倍頻電路緩沖隔離高頻振蕩倍頻電路緩沖隔離高頻振蕩高頻功放.高頻功放發(fā)射天線發(fā)射天線輸出功放調(diào)制信號輸出功放調(diào)制信號 圖1-1調(diào)頻發(fā)射機組成框圖1.2小功率調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計方案方案一：由于小功率調(diào)頻發(fā)射機主要有高頻振蕩級，中間緩沖級，輸出功放級等組成，那么可以一級級設(shè)計相應(yīng)的電路，然后將設(shè)計好的各級電路進行級聯(lián)起來，聯(lián)合起來進行調(diào)試，最終完成調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計。方案二：選用調(diào)頻發(fā)射機集成芯片，如BA1410和BH1417F，由于內(nèi)部將電路振蕩和倍頻級等在芯片內(nèi)部集成了，所以使得外圍電路較為簡單，調(diào)試容易成功，并且輸出頻率頻偏小，穩(wěn)定度很高。方案比擬論證：方案一和方案二從原理上來講，都是可行的。方案外圍電路較為簡單，調(diào)試容易成功，但是作為完成課程設(shè)計，方案二不易培養(yǎng)自己的動手能力，而方案一是由分立元件構(gòu)成的，對電路動手和調(diào)試能力有很好鍛煉作用，所以首要考慮方案一。1.3電路設(shè)計原理由于選用方案一進行設(shè)計，用分立元件來構(gòu)成各級的模塊電路，然后聯(lián)合進行調(diào)試。設(shè)計的總體電路分為三級，包括高頻振蕩級，中間緩沖級，以及輸出功放級。高頻振蕩級作用是產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的載波頻率，并且進行頻率調(diào)制，使輸出的高頻已調(diào)波的頻率與外加音頻信號電壓變化規(guī)律一致。高頻振蕩電路可以選用LC三點式振蕩和晶體振蕩電路，由于題目要求的頻率穩(wěn)定度很高，所以可以考慮用晶體振蕩電路，然后再進過倍頻電路即可以實現(xiàn)到達到72M的振蕩頻率輸出，然后再在回路兩端中并聯(lián)變?nèi)荻O管，可以進行直接調(diào)頻，由于變?nèi)荻O管的電容值隨外加的偏置電壓發(fā)生變化，當在變?nèi)荻O管兩端參加調(diào)制信號，其電容值就會隨調(diào)制信號規(guī)律變化，導(dǎo)致諧振回路最終輸出已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號電壓幅度，即可實現(xiàn)直接調(diào)頻。中間緩沖級的主要作用是對已調(diào)波進行一定的放大，并且進行前后級隔離緩沖，防止前后級不匹配而引起后級輸出信號太小。輸出功放級，采用丙類放大器，其主要作用是將信號盡可能地進行高效率的傳輸并且高功率放大，使信號經(jīng)過天線饋電發(fā)射出去。輸出的功率越大，發(fā)射信號的傳輸距離會越遠。電路的模塊設(shè)計2.1高頻振蕩級電路設(shè)計如下列圖所示設(shè)計高頻振蕩電路既包含著振蕩器，還包含利用變?nèi)荻O管進行直接調(diào)頻局部，輸入調(diào)制信號，能夠與振蕩產(chǎn)生的高頻載波信號直接進行調(diào)制產(chǎn)生直接調(diào)頻的調(diào)頻波輸出。圖2-1高頻振蕩級和調(diào)制電路圖設(shè)計原理分析：上圖為變?nèi)荻壒苤苯诱{(diào)頻電路，圖示12uH的電感為高頻扼流圈，對高頻相當于開路，1000pF電容為高頻濾波電容，振蕩回路由10pF﹑15pF電容，可調(diào)電感和變?nèi)荻O管組成，其交流等效電路如下列圖所示2-2所示。該設(shè)計電路為一個電容反應(yīng)三點式振蕩電路。兩個變?nèi)荻O管為反向串聯(lián)組態(tài)，直接偏置同時加在兩管正端，調(diào)制信號經(jīng)12uH電感加在兩管負端，所以對于直流和調(diào)制信號來說，兩個變?nèi)荻O管是并聯(lián)的，總電容，加到變?nèi)荻O管的高頻電壓降低一半，減弱了高頻電壓對電容的影響；同時，采用反向串聯(lián)圖2-2交流等效電路極管的高頻電壓降低一半，減弱了高頻電壓對電容的影響；同時，采用反向串聯(lián)組態(tài)，在高頻信號的任意周期內(nèi)，一個變?nèi)荻O管的寄生電容增大，另一個減小，能夠減弱寄生調(diào)制，在要求相同時，由于系數(shù)P增大，m值可以減小。本次設(shè)計的電路通過調(diào)節(jié)電感L可以使電路的中心頻率在50~100MHZ范圍內(nèi)發(fā)生變化。由于構(gòu)成的是共基電極的三點式振蕩電路，反應(yīng)系數(shù)，由于設(shè)計中要求輸出頻率為72MHZ，那么可以有理論計算，當忽略變?nèi)荻O管的作用時，那么諧振回路的總電容=6pF,那么由在諧振時回路電感的理論計算，由此設(shè)計可變電感。頻率調(diào)制是利用變?nèi)荻O管直接進行頻率調(diào)制，實際要考率變?nèi)荻O管的作用，將變?nèi)荻O管等效到回路兩端后，那么回路兩端的總電容為，變?nèi)荻O管兩端的電容〔為正向?qū)妷海瑸榱闫脮r的電容值，為變?nèi)荻O管端的靜態(tài)直流電壓〕，從以上公式知：回路總電容隨調(diào)制信號的頻率發(fā)生變化，最后輸出的高頻已調(diào)波的頻率那么會隨調(diào)制信號電壓發(fā)生變化，也即實現(xiàn)頻率調(diào)制。2.2中間緩沖級電路中間緩沖級設(shè)計的電路如下列圖2-3所示，選用耦合線圈T1，與前級進行互感耦合，此外由于前級的高頻振蕩器輸出信號幅度太小，難以直接輸入給最后級的功率放大器〔后級高頻功率放大器要求輸入信號至少要到達峰峰值〕，所以緩沖級必須要有一定的增益，將輸出已調(diào)制小信號波形進行放大，并且起到與后級進行隔離緩沖的作用，防止因為前后級阻抗不匹配，信號不能以最大的幅度往后傳輸。原理分析：由于前級的輸出頻率為72MHZ，那么要求高頻放大器的振蕩頻率為振蕩頻率，那么要求電路的諧振頻率為，振蕩中心頻率滿足，取諧振回路電容，那么可以計算出諧振回路的電感有。圖中的R23和R24為偏置電阻，為三極管Q6提供靜態(tài)偏置，使三極管工作在放大區(qū)狀態(tài)，使輸入的信號進行放大，C40為射極的旁路電容，對高頻的交流信號是短路的。由于輸入信號頻率為72MHZ，那么要求必須選用高頻特性比擬好的三極管。要求其特征頻率〔為三極管正常工作在放大區(qū)時的工作頻率〕，三極管9018其特征頻率,屬于高頻特性比擬好的一種三極管，所以考慮下三極管選用高頻小功率管9018。輸入級選擇變壓器T1進行隔離耦合，使前級和后級進行阻抗匹配，不會前后級存在相互影響，便于信號能最大的向后級進行傳輸。供電電壓，那么可以由理論計算出基極電位為R23和R24的分壓比，基圖2-3中間級緩沖放大電路極電位，計算出，那么可以知道(為集電極最大允許通過的電流〕，那么可以知道偏置電阻，是合理的。2.3輸出功放級設(shè)計后級的輸出功放設(shè)計電路圖如下列圖所示，輸入級直接由電容C13進行耦合連接，前級采用的基極并饋結(jié)構(gòu)連接，為零偏值電路，基極和集電極的直流電位差為0，那么會使導(dǎo)通角增大。L2為高頻阻流圈，C13是與前級相連的耦合電感，C10為電源的濾波電容，集電極采用串饋結(jié)構(gòu)連接，使和諧振回路電感L1和處于高頻地電位，分布電容不會影響到回路，其中，主要是作為電流負反應(yīng)電阻，起到穩(wěn)定輸出的信號的作用，使得輸出的波形的幅度能夠很穩(wěn)定，實現(xiàn)了自動反應(yīng)調(diào)節(jié)作用。L1和C11為諧振回路，其振蕩頻率為72MHZ，起到了選頻，濾波的作用，將選出集電極余弦脈沖中所需基波頻率信號，并濾除其他無用的高次諧波信號，最后再將輸出的信號經(jīng)過電容C12耦合，信號通過天線發(fā)射出去。 圖2-4輸出功放設(shè)計電路圖原理分析如下：高頻功率放大器是工作在丙類狀態(tài)，對于其分析采用折線近似法分析。三極管要最大效率將輸入信號進行功率放大，那么三極管最好處于臨界狀態(tài)或者是過壓狀態(tài)〔處于欠壓狀態(tài)時，三極管集電極損耗很大，發(fā)熱量大，極其容易將三級管損壞),三極管處于過壓或者是臨界狀態(tài)時，輸出功率較大，而且效率較高。諧振回路的設(shè)計與中間輸出級參數(shù)一樣，都是使中心頻率工作在72MHZ上，但是高頻功放的諧振回路的主要作用不是將信號進行放大，而是從集電極余弦脈沖波中選取基波頻率分量的信號，基頻分量才是有用的信號。電容C12和C13為交流耦合電容，起到隔直通交的作用。L2為高頻扼流圈，由于輸入的信號頻率很大，那么高頻扼流圈的電感值可以不用很大，本次設(shè)計的電路高頻扼流圈，由電感阻抗為，，那么由理論計算其電感電抗值為，對交流是阻抗較大，所以起到高頻阻流作用?？傮w電路設(shè)計3.1小功率調(diào)頻發(fā)射機總體電路圖圖3-1調(diào)頻發(fā)射機的總體電路圖 該調(diào)頻發(fā)射機是由分立元件來組成，由前級的高頻振蕩與頻率調(diào)制電路和中間緩沖級對信號進行放大以及前后級之間進行隔離耦合在一起，既對輸入已調(diào)制信號進行了放大，又起到將前后級進行了匹配在一起，便于后級功率放大器將輸出信號進行功率放大，最后從天線出將信號成功發(fā)射出去。3.2元件清單表3-2元件清單電阻值〔KΩ〕數(shù)量電容值數(shù)量備注0.01110pF20.1315pF20.47127pF21130pF11.2133pF1240.01uF42.710.1uF34.7210uF2101100uF1電解電容2023AG80D12721002三極管90143變?nèi)荻O管BB9102萬用板2可變電感3普通電感0.3uH3工字電感12uH5變壓器1實物制作圖4-1實物電路調(diào)試圖說明如下：上圖是由11.52V的單電源供電，輸出71.94M的高頻振蕩信號。圖4-2電路輸出的波形圖 說明如下：上圖是在沒有參加調(diào)制信號情況下，最終經(jīng)過功放輸出的波形，輸出波形的頻率為71.94MHZ，峰峰值為6.92V。圖4-3輸出的高頻已調(diào)波形說明如下：上圖是在調(diào)制端輸入頻率為1KHZ，峰峰值為1V的調(diào)制信號時，再通過變?nèi)荻O管進行直接調(diào)頻，從末級的功放輸出端的已調(diào)頻的波形圖，輸出的調(diào)頻波峰峰值為7.60V，從上圖可以看出輸出已調(diào)波是疏密相間的調(diào)頻波形，說明了輸出信號的頻率變化隨輸入調(diào)制信號的幅度發(fā)生變化。5.集成芯片BH1417F設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機圖5-1利用集成芯片BH1417F設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機圖說明如下：圖中BH1417F是調(diào)頻發(fā)射機專用集成芯片，內(nèi)部利用了VCO鎖相環(huán)原理，輸出的波形的頻率穩(wěn)定度很高。內(nèi)部集成了高頻載波振蕩以及頻率調(diào)制電路，通過11腳可以輸出高頻已調(diào)波，在外接一個輸出功放級，就可以實現(xiàn)調(diào)頻信號的發(fā)射。6.心得體會為期一個星期的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這一星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。在連接的過程中，后一級的輸入電阻會影響前一級的特性，而前一級的輸出電阻會影響后一級的特性，另外高頻電路的調(diào)試和仿真結(jié)果大相徑庭，設(shè)計過程中，我先制作了雙面腐蝕板，可是把元件上上去后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不理想，且由于裝配的困難，最終還是只得用萬用板老老實實的做，因此也吸取了教訓(xùn)，我畢竟還不是一個電路高手，應(yīng)當老老實實先用萬用板搭好電路，模電難于調(diào)試，這體會極為深刻，往往電路做出的結(jié)果一開始看不到波形，這時應(yīng)當耐心的用萬用表檢測，也可能出現(xiàn)波形失真大的情況，應(yīng)仔細分析原因，而不要因為一點挫折而放棄，一個