小功率调频发射机的设计课程设计报告正文.

1、东北石油大学本科生课程设计（报告）东北石油大学课程设计课 程咼频电子线路题 目小功率调频发射机的设计院 系电子科学学院专业班级 电信XXXXXXX 班学生姓名 XX学生学号 XXXXXXXXXXXX指导教师 2013年3月1日ii东北石油大学本科生课程设计(报告)东北石油大学课程设计任务书课程咼频电子线路题目小功率调频发射机的设计专业电子信息工程姓名 XX 学号 xxxxxxxxx主要内容、基本要求、主要参考资料等1主要内容利用所学的高频电路知识，设计一个小功率调频发射机。通过在电路设计、安 装和调试中发现问题、解决问题，加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高 电路设计及电子实践能力。2、

2、基本要求设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为：(1) 载波中心频率fo =6.5MHz ；(2) 发射功率Pa 100mW ；(3) 负载电阻Rl =75门；调制灵敏度Sf _25kHz/V ；3、主要参考资料1 阳昌汉高频电子线路哈尔滨：高等教育出版社，2006.2 张肃文，陆兆雄.高频电子线路(第三版).北京：高等教育出版社，1993.3 谢自美.电子线路设计实验测试.武汉：华中科技大学出版社，2000.4 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002.完成期限 2月25日-3月1日指导教师专业负责人2013 年 2 月 22 日一、电路基本原理1总设计方框图与调

3、幅电路相比，调频系统由于高频振荡输出振幅不变，因而具有较强的抗干 扰能力与效率所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。如图1 所示：图1变容二极管直接调频电路组成方框图2. 电路基本框图图2电路的基本框图实际功率激励输入功率为1.56mW拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术 指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以 减少级间的相互感应、干扰和自激。由于本题要求的发射功率 Po不大，工作中心频率fO也不高，因此晶体管的参 量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，设组成框 图如图2所示，各组成部分的作用是：(1) LC调频振荡

4、器：产生频率fO=6MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频， 最大频偏，整个发射机的频率稳定度由该级决定。(2) 缓冲隔离级：将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时(如谐振阻抗变化)，会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减 小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器 电路。(3) 功率激励级：为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。(4) 末级功放：将前级送来的信号进行功率放大，使负载(天线)上获得满

5、足 要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要 求不高如w 50灿对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是本题要 求，故选用丙类功率放大器较好。考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频 电路。电路的工作原理是：禾U用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振 荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即 实现调频。调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。3. 基本要求设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为：(1) 载波中心频率fo = 6.5MHz ;(2) 发射功率Pa 100

6、mW ;(3) 负载电阻Rl =75门；(4) 调制灵敏度Sf _25kHz/V ;二、设计方案1. 电路原理图(1)总体设计电路图图3总体设计原理电路图(2)功率激励与末级功放电路发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机的各组成 部分的作用，适当地合理地分配功率增益。如果调频振荡器的输出比较稳定，又具 有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。功率激励级一般 采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。缓冲级可以不分配功 率。仅从输出功率Po羽OOmW 项指标来看，可以采用丙

7、类功放。其电路形式如图4所示。R5R ES22. 元件参数(1) 丙类功率放大器(末级功放)设计基本关系式：如图3所示，丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE是利用发射 机电流的分量leO在射极电阻R14上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。 当放大器的输入信号Vi为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。利用谐 振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压 uc、电流iC1。(1) 集电极基波电压的振幅Ucm= IcmIRP式中，Icml为集电极基波电流的振幅；RP为集电极负载阻抗。(2) 输出功率PoPo= Ucm.lcm仁 Ucm2/(2 RP)(3) 直流功率PvPv= Vcc.Ic0

8、(4) 集电极耗散功率PTPT= Pv- Po(5) 集电极的效率nn= Po/ Pv集电极电流分解系数a ( 0)如(0 )=cImn/icmmaxcos，= U om VBBoo导通角0Ubm ,( 0一般取60 -80 )确定丙类放大器的工作状态：为了获得较高的效率n和最大的输出功率Po,选 丙类放大器的工作状态为临界状态， 0 =70,功放管为3DA1。3DA1的参数如表1 所示。PCMICMVCEShfefTAP1W750mA 1.5V 10 70MHz13dB表1 3DA1参数表(Vcc-Vces)22Po(12-1.5)2-2 0.5(1)最佳匹配负载Rp =110.25门Rp

9、二=110.25.19由Po=0.1Ucm.Icm仁Ucm2/(2 RP)可得：集电极最大输出电压 Ucm=10.5V集电极基波电流振幅：lcm1=95.24mA集电极电流最大值 Icm= Icm1/ a 1(700)=95.24/0.44=216.45mA集电极电流直流分量 Ic0= Icm* a 0(700)=216.45*0.25=54.11mA电源供给的直流功率 Pv= Vcc* Ic0=649.35mW集电极的耗散功率 PT=Pv-Po=649.35-500=149.35mW仆于 PCM =1W)(8) 总效率 n =Po/Pv=500/649.35=77.00%(9) 输入功率 若

10、设本级功率增益 Ap=13dB(20倍)，则输入功率Pi=Po/Ap=5mW(10) 基极余弦脉冲电流的最大值Ibm(设晶体管3DA1的B =10)Ibm= Icm/ B =21.45mA(11) 基极基波电流的振幅 Ibm1= Ibm a(700)=21.45*0.44=9.44mA(12) 基极电流直流分量 Ib0= Ibm a0(700)=21.45*0.25=5.36mA(13) 基极输入电压的振幅Ubm=2Pi/ Ibm1=5.30V(14) 丙类功放的输入阻抗rbb(1 - cos71)： 1(二)25(1 - cos700 )* 0.44(2) 宽带功率放大器(功率激励级)设计功

11、率激励级功放管为3DG130。3DG130的参数如表2所示表23DG130参数表PCMICMVCEShfefTAP700mW300mA 30 150MHz13dB计算电路参数：(1) 有效输出功率PH与输出电阻RH宽带功率放大器的输出功率PH应等于下级丙类功放的输入功率 Pi=25mW，其 输出负载RH等于丙类功放的输入的输入阻抗|Zi|=86 Q即PH=25mWRH=8g(2) 实际输出功率PO设高频变压器的效率n =80%则Po= PH/ n =31.25mW集电极电压振幅Ucm与等效负载电阻Rh 若取功放的静态电流ICQ=ICm=7mA，贝UUcm= 2Po /ICQ=2Po /ICm=

12、8.93VU 2Rh =-C =127551.3K.12Po约为1.3KQ(4)咼频变压器匝数比N1/N2N1ERhN2 一 ： Rh 一取变压器次极线圈匝数 N2=2,则初级线圈匝数N1=6发射极直流负反馈电阻 R13R!Vcc-Ucm-VCESIcq12 - 8.93-0.6V7mA二 352.86 1取标称值360 Q(6)功放输入功率Pi本级功放采用3DG130晶体管，若取功率增益 AP=13dB(20 倍)，则输入功率Pi = Po/ Ap =1.56mW(7)功放输入阻抗Ri(取 rbb = 25 1-=30)R : rbb - R交负=2530* R交若取交流负反馈电阻为10Q，

13、则(8)本级输入电压振幅UimUim 二 2RiPi 二 2* 325* 1.56*10 T.0V计算电路静态工作点(1)VbqIbq东北石油大学本科生课程设计(报告)Veq 二 Icq R13 =7*103*352.86 =2.47VVbq 二Veq 0.7 = 3.17V|bq = |cq/ - =7/30 = 0.23m(2)R11、R12(I仁510 倍 IBQ )若取基极偏置电路的电流I仁5 Ibq =5*0.23mA=1.15mA，则Rl2Vbq5I bq2.75k11.15mA13取标称值R12=3kQ。:7.65k11c Vcc Vbq 12 3.17VR11 =111.15m

14、A为了调节电路的静态工作点，R11可由标称值为5.1 kQ的电阻与10 kQ的电位器组成（3）高频旁路电容 C10=0.02uF。输入耦合电容 C9=0.02uF。此外，还可以在直流电源VCC支路上加高频电源去耦滤波网络，通常采用LC的 n型低通滤波器。电容可取0.01uF电感可取47uH的色码电感或环形磁芯绕制。还 可在输出变压器次级与负载之间插入 LC滤波器，以改善负载输出波形。 缓冲隔离级电路（射极输出器）设计从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。一般尽可能从低阻抗点取出 信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以 及频率稳定度的影响。射极输出器的特点

15、是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。电路形式：由于待传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入抗高，传输系数 大且工作稳定。选择电路的固定分压偏置与自给偏压相结合，具有稳定工作点特点 的偏置电路。如图5所示。射极加RW2可改变输入阻抗。|-L| RL3- 5K| R82K3DG130R101Ka图5射极输出器电路估算偏置电路元件：(1)已知条件：Vcc=+12V，负载电阻RL=325Q (宽带放大器输入电阻)，输出电压振幅等于高频宽带放大器输入电压振幅，即Uom=1.0V，晶体管为 3DG100(3DG6)。3DG100的参数如表3所示。表33DG100参数表PCMICMVCEShfefT

16、AP100mW30mA30200 150MHzB 0=60晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取UCEQ=0.5Vcc,ICQ=(310)mA。根据已知条件选取ICQ=4mA,，VCEQ=0.5Vcc=6V，贝UVeqR10 Rw2 :IcqVcc VceqICQ12-6V4mA(2) R10、Rw2:取 R10=1kQ, Rw2 为 1k Q 的电位器。(3) R8、R9VEQ=6.0VVBQ= VEQ+0.7=6.7VIBQ=ICQ/ B 0 =66.67uAVbq尺R910k-110Ibq取标称值R9=10kQ。R8Vcc - Vbq10|bq-7.95k 1取标称值R8=8.

17、0kQ。输入电阻Ri若忽略晶体管基区体电阻的影响，有R =(R8|R9)| ( R10 Rw2) | Rl lHLrir hi m iwiDl fr TrnaLvnt AaiLnaa图8 ORCAD输出信号的仿真2.电路安装与调试步骤通过仿真可以看出，电路在仿真条件下基本符合设计要求，这说明所设计的硬 件电路和程序在理论上符合设计要求，因此可以进行实物搭建与调试，在实际电路 中检验电路的工作状态是否与设计要求相符。电子电路调试技术包括调整和测试两部分。调整主要是对电路参数的调整，如 对电阻、电容和电感等，以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要 求；测试主要是对电路的各项技术指标和功

18、能进行测量与试验，并与设计的性能指 标进行比较，以确定电路是否合格。电路测试是电路调整的依据，又是检验结论的 判断依据。通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如 有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常 现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件 下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较， 结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或 处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态

19、符合设计要求。动态调试：动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输出端测试输出 信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要 求。按照以上调试方法与步骤对所搭建的实际电路进行调试，调试结果与仿真结果完全一致，也就是说本次课设所设计的抢答器基本符合设计要求，达到了本次课设 的目的。四、总结及体会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。在实验 过程中，通过选取元件、确定电路形式、以及计算等等，提高我们的动手能力，同 时通过调试来发现自己的错误并分析及排除这些故障，使我们对小功率放大器的知 识得到了加深！在调试过程中应该注意以下几点：用电压表测一下三个三极管的管脚电压是否满足该设计的要求。用频率计测出T1、T2、T3的发射极所发射的频率是否在12M HZ,如果不是, 试着调节L1、L2、L3。如果在天线处观察波形的峰峰值不在 4V的话，则应该在T2和T3的发射极的 电阻上各并联一个电容，以使其提高。现在来说说电路中一些元件的作用，其中C3为基极高频旁路电容，R1、R2、R3、R4、R5为T1管的偏置电阻，R7、R9为变容二极管提供直流偏置。T3管工作