高频课程设计论文.doc

小功率调频发射机 通信电子线路课程设计小功率调频发射机设 计 报 告姓 名： 学 号： 专 业： 电子信息工程 指导教师： 姚真 2011年11月02日一、绪论 本次的通信电路课程设计是“小功率条屏发射机的设计与制作”，这是通信电路的一个最小系统模块。我们知道各种电子线路归结起来都是有源器件与无源网络的结合，因此，对电子线路的研究就要从有源器件的特性和无源网络的传输特性两个方面入手。这也告诉我们想要读好通信这门课程不仅仅是需要书本上理论的东西更是需要实际上的分析，所以本次的课设是必要而且有意义的。 通过本次课设能让我们更加了解通信电路这门课程，也是对我们学习完课程的一个总结，使我们能巩固知识点。 课设的主要技术指标：中心频率 频率稳定度 最大频偏 输出功率 电源电压 可以从课设的主要技术指标中看出，要完成这些指标必须要解决一些问题。首先，对于调频振荡器要求中心频率为12MHz，由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。可通过公式计算出所需的频率与电容。其次，对于缓冲级，由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，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。最后，对于功放输出级,为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共射级电路，且工作在丙类状态。二、调频发射机 1、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2、设计框图及各级分析：通常小功率发射机采用直接调频方式，并组成框图如下所示：调频震荡级缓冲级功率输出级其中，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。1.频振荡级：由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。关于该电路的设计参阅高频电子线路实验讲义中实验六内容。克拉泼（clapp）电路是电容三点式振荡器的改进型电路，下图为它的实际电路和相应的交流通路： 实用电路 交流通路如图可知，克拉泼电路比电容三点式在回路中多一个与C1 C2相串接的电容C3，通常C3取值较小，满足C3C1 ，C3C2，回路总电容取决于C3，而三极管的极间电容直接并接在C1 C2上，不影响C3的值，结果减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，且C3较小，这种影响越小，回路的标准性越高，实际情况下，克拉泼电路比电容三点式的频稳度高一个量级，达。可是，接入C3后，虽然反馈系数不变，但接在AB两端的电阻RL=RL/Reo 折算到振荡管集基间的数值（设为RL）减小，其值变为式中，C1，2是C1 C2 和 各极间电容的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小，C3越小，环路增益越小。减小C3来提高回路标准是以牺牲环路增益为代价的，如果C3取值过小，振荡器就会因不满足振幅起振条件而停振。2.缓冲级：由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联回路作负载并联谐振回路如图所示如图，Rs RL 分别为输入信号源内阻和输出负载电阻，Rp为L中心损耗电阻，回路中总导纳为 Y（jw）=1/Re+j(wc-1/wL) 式中，Re=Rp/Rs/RL.因而电流源Is（jw）在回路上产生的电压为：令回路总导纳为0，求得谐振角频率为，这个频率上，回路电压达到最大，且与同相 其中，Qe为有载品质因数，定义为：Qo：为回路固有品质因素，可见要增大Qe 除提高Qo外，还应采用Rs 大的电流源激励，且尽可能增大RL值并联谐振回路的幅频和相频特性曲线如下图： 幅频特性 相频特性对该级管子的要求是： 至于谐振回路的计算，一般先根据f0算出LC的乘积值，然后选择合适的C，再求出L。C根据本课题的频率可取100pf200pf3.功放输出级：为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤，如下图为谐振功率放大器的原理电路图：其中Zl为外接负载，Lr Cr 为匹配网络，它们与外接负载共同组成并联谐振回路，调Cr使回路谐振在输入信号上，为实现丙类功放，基极偏置电压Vbb应该没在功率管的截至区内若忽略基区宽度调制效应及管子结电容的影响，则输入信号电压Vb（t）=（coswt）*Vbm，根据，集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期，用傅里叶级数展开可得由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而它对ic中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称为谐振电阻，在高Q回路中，其值近似为：，式中= 为回路总电容，为回路谐振角频率，Qe= /RL为回路有载品质因素，而谐振回路上对中的其他分量呈现的阻抗均很小，这样可以近似认为回路上仅有由基波分量产生的电压，Vc，而平均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略，因而可在负载上得到不失真信号功率 丙类工作时集电极效率随管子导通时间的减小而增大，但随着导通时间的减少，中基波分量幅度将相应减小，从而导致放大器的输出功率减小，为了在增大输入激励电压幅度Vbm外，还必须同将基极偏执电压Vbb向负值方向增大。这样，加到基极上的最大反向电压（Vbb-Vbm）就将迅速增大，从而可能发生功率管发射结被反向击穿从结构简单，调节方便期间，本课题采用型网络，计算元件参数时通常取Qe在10以内，型网络及计算如下：实现条件：ReRl元件表达式： 功率管应满足以下条件： 3、参考电路鉴于上述设计考虑图31所示的电路。在条件许可时，亦可采用MC2833单片集成电路灭设计，该集成电路工作原理请参见其规格书，应结合本课题要求对电路外围元件参数作相应计算修改。考虑到变容二极管偏置电路简单起见，采用共基电路。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。C3为斟极高频旁路电容，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篮球振荡幅度的稳定。一般选为3mA左右，太小不易起振，太大输出振荡波形将产生失真。调节C9、CP可使高频线性良好。R7、R9为变容二极管提供直流偏置。调制音频信号C4、加到变容二极管改变振荡频率实现调频。振荡电压经电容C10耦合加至T2缓冲放大级。T2缓冲放大级采用谐振放大，L2和C11应谐振在振荡载波频率上。如果发现通过频带太窄或出现自激可在L2两端并联上适当电阻以降低回路Q值。该级可工作于甲类以保证足够的电压放大。T3管工作在丙类状态，既有较高的效率，同时可以防止T3管产生高频自激而引起的二次击穿损坏。调节偏置电阻可改变T3管的导通角。L3、L4、C15和C16构成型输出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。常用的输出回路还有L型、T型以及双调谐回路等。图31 小型调频发射机参考电路4、制作与调试测量仪器：万用表、示波器、函数发生器主要制作调试步骤如下：1. 焊接制作电路板：焊接电路板有许多需要注意的地方，电路板焊接的好坏直接关系着实验的成败。1) 要先检查所有的元件是否可用，如C9018应分清基极，集电极，发射极，变容二极管、CJ要使用万用表区分好正负极，是为了避免接线时出现错误。还有将电电阻通过读色环读出电阻值，这样在焊接的时候就不会乱了。2) 排版时要注意横平竖直，尽量不是用跳线，要预先将测试点预留方便调试和测量的时候用，最好将三个三极管平行放置，这样易于测试。3) 焊接时要注意防止虚焊，电容电感尽量卧式安装，焊接完成后尽量缩短高频部分的元件引线，但不用剪太短，否则不容易更改。4) 绕中周时应有规律的绕，均匀的绕，从下到上或者从上到下，切不可上面绕几圈下面绕几圈，这样在调节的时候会出错，焊接漆包线时一定要将焊接处的漆刮干净，最好用火烧，绕完后要用万用表测试其是否导通。5) 电源线和地线排放的位置不能靠太近，否则用鳄鱼夹加电时易发生短路碰电。2. 给电路板通电，电压为9V。将各级断开，分级测试，分别测试各个三极管的各管脚电压，根据理论分析值判断是否正确。然后测第一级输出，调节L1使其达到频率12MHz，电压峰峰值500毫伏左右，测第二级时在T2基极处用函数发生器输入一频率12M，电压峰峰值2伏的信号，调节L2使其输出达最大值约12伏左右。3. 将断开处从新连接好，天线接示波器，反复调节L1、L2、L3，必要时对各级的谐振电容进行调节，使输出频率达到要求，并出现无较大失真的正弦波。4. 不起振或振荡弱；若输出功率小，若能保证元件的质量，则按以下步骤排除故障：1，调振荡级偏置电阻；2，改变C2容量一试，如果上述方法不能解决，也有可能是元件布局不合理引起，可重新对电路板进行布线。5. 连接频偏仪测出角频偏。理论值实际值频率f 0（MHz）1212.04幅度(V)65.45、测试结果三、心得体会 当发到通信电路课程设计讲义的时候，由浏览过一遍，见背后有电路图，以为会很容易通过，觉得没什么就将它放在一旁。当到老师讲理论知识的时候，才有难度的感觉，就乖乖的在图纸上画好设计图纸再来焊接以防自己焊接错误。可是大错没有小错一堆，觉得那么多的零件也就分类电阻，电容没什么的，都标好了不可能有错误的，恰恰是在电阻和二极管的错误焊接上吃了小亏，今后还是要细心点，不能因为偷懒而吃大亏。还有理论的东西，虽然焊接前对自己说要用学的知识来检测和焊接，最好在还没开始之前就能将准备工作做到完善，可一开始动手时就失去了该有的理智了，没么都抛在脑后，将电路图零件与芯片的排列安排后就急于动手，没有实际再看看设计的电路是否正确，导致电路焊接好后出现电阻排错，二极管正负反接地现象，没有将理论知识合理的应运到实际上。还有在遇到一些问题的时候没有及时解决，以为自己可以，结果不知还是不知。不过我也收获了很多经验，这将是我未来的一份宝贵的财富，在做电路前自己能有一个正确的思想，懂得要在复杂的电路图中抓出主要的和次要的，按主要的还连接