高频课程设计小功率发射机

1、目录目录引言 I一、主要性能指标 1二、电路组成方案 2三、设计方法 33.1 振荡级 33.2 缓冲级 83.3 功率输出级 9四、总的原理图设计四、总的原理图设计 12五、实验元器件清单 14六、结束语 16黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 1 -电路设计与仿真5.1硬件电路设计 Multisim 是加拿大图像交互技术公司（ Interactive Image Technoligics 简称IIT 公司)推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟 /数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 本设计

2、调频发射机的电路如图：XFG1R110kR210kR34.7kR41kR61805.1kR8R83.9kR9510R1022kR1110kC110uF100nFC31nFC430pFC530pFC7C630pF30pFC830pFC930pFC10100uFC22N2369Q22N2369Q3L1103nHL2103nH2N5551Q1267910112N2369Q41213XSC1ABCDGTV112 V 0116R568k14358 图 6 调试仿真原理图黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 2 -5.2电路仿真具体在以下三点，如框图所示：ABC音频信号一级放大信号调频信号调谐天

3、线在12端接上音频信号，大概的频率和人平时说话的频率相当。并在3端接上示波器，调节滑动的变阻器，并观察示波器上的波形：经过调节，在有音频信号的输入下，示波器所显示的是正弦波，频率再80MHz-103MHz，符合理论要求。（1）在A点波形显示如下：图 7 一级放大黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 3 -在B点波形显示如下：图 8 调频波在 C 点的波形：图 9 调谐波黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 4 -一、设计任务与主要性能指标一、设计任务与主要性能指标1.11.1 设计任务设计任务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

4、选取元件。1.21.2 主要性能指标主要性能指标1中心频率 012fMHz2频率稳定度 0/10ff黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 5 -3. 最大频偏 10mfKHz 4输出功率 30ApmW5. 天线形式 拉杆天线（75 欧姆）6. 电源电压 9ccVV黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 6 -二、电路组成方案二、电路组成方案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，以减小级间的相互感应、干扰和自激。在实际应用中，很多都是采用调频方式，与调频相比较，调频系统有很多的优点，调频比调幅抗干扰能力强，频

5、带宽，功率利用率大等。调频可以有两种实现方法，一是直接调频，就是用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。令一种就是间接调频，先对调制信号进行积分，再对载波进行相位调制。两种调频电路性能上的一个重大差别是受到调频特性非线性限制的参数不同，间接调频电路提供的最大频偏较小，而直接调频可以得到比较大的频偏。 所以，通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如图 2-1 所示。 图 2-1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，且其频率受到外加调制信号电压调变；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

6、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。调频振荡级缓冲级输出功率级黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 7 -三、设计方法三、设计方法3.13.1 振荡级振荡级（1）振荡电路的选择振荡电路主要是产生频率稳定且中心频率符合指标要求的正弦波信号，目前应用较为广泛的是三点式振荡电路和差分对管振荡电路。三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路，由于是固定的中心频率，因而采用频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。其电路原理图如图 3.1-1 所示。图 3.1-1克拉拨振荡电路与电容三点式电路的差

7、别，仅在回路中多加一个与 C2、C3 相串接的电容 C6，回路的频率，克拉拨振荡电路的频稳度大体上比电容三点式电1f2cLC路高一个量级。黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 8 -由于是调频发射机，其频率受到外加调制信号电压调变，因此，回路中的电抗要能够跟调制信号的改变而改变，应用一可变电抗器件，它的电容量或电感量受调制信 号控制，将它接入振荡回路中，就能实现调频。最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，因要求的频偏不大，故采用变容 二极管部分接入振荡回路的直接调频方式。其原理电路如图 3.1-2 所示，它具有工作频率高、固定损耗小和使用方便等优点。变容二极管 C

8、j 通过耦合电容 C1并接在 LCN回路的两端，形成振荡回路总容的一部分。 因而，振荡回路的总电容 C 为： （3-1）jNCCC图 3.1-2振荡频率为： （3-2）)(2121jNCCLLCf加在变容二极管上的反向偏压为：黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 9 - （3-3）高频振荡，可忽略调制电压直流反偏OQRVV变容二极管利用 PN 结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容） ，而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称jC曲线，如图 3.1-3 所示。R图 3.1-3由图可见：未加调制电压时，直流反偏所对应的结电容为。当调制信号为Q

9、VjC正半周时，变容二极管负极电位升高，即反偏增加时，变容二极管的电容减小；当jC调制信号为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反偏减小时，增大，其变化具jC有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在曲线的线性段，将随调jCRjC制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。 我们再回到图 3.1-2，并设调制电压很小，工作在 CjVR曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设图 3.1-3 用调制信号控制变容二极管结电容黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 10 - （3-tVVQQRcos4）由图 3.1-3 可见：变容二极管

10、的电容随 R变化。即： （3-tCCCmjQjcos5）可得出此时振荡回路的总电容为 （3-tCCCCCCmjQNjNcos6） 由此可得出振荡回路总电容的变化量为： （3-7）tCCCCCCmjjQNcos由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中的是变容二极管结电mC容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化时，振荡频率也会产生C的变化，其关系如下：fCCff210 （3-8）式中，是未调制时的载波频率；是调制信号为零时的回路总电容，显然0f0C （3-jQNoCCC9）由公式（3-2）可计算出中心频率：0f )(210jQNCCLf （3-黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程

11、设计- 11 -10）将（3-8）式代入（3-9）式，可得： tftCCftfmcoscos)/(21)(00 （3-11）频偏： mCCff)/(2100 （3-12）振荡频率： （3-tfftfftfoocos13）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏与回路的f中心频率 f0成正比，与结电容变化的最大值 Cm 成正比，与回路的总电容 C0成反比。 （2） 、参数计算根据前面的介绍，可以设计出如图的振荡电路，其中 R4 用来提供直流交流负反馈。设计中 D1 为变容二极管，我们选用 910AT 型变容二极管，其容量变化可以从几十 PF到 100 200PF因此 C7 数

12、值接近于 Cj 的高端值，若假设 C7 足够大，接近短路，而C8 也逐渐增大，从几个 PF 增加到十几个 PF，此时 C 增大，则振荡频率减小，同时静态调制特性会发生变化，所以综合以上因素，C7,C8的选择对静态调制特性影响比较显著，所以我们选择 C7 为 220PF 的电容，C8 选择 47PF。黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 12 -图 3.1-4由，以及 Cj的性质，我们选择 C2为 100PF,C3为 220PF,C67j807j8CCCCCC +C +C 为 220PF.利用 R7,R8对 D1变容管加反偏电压，工作电压为 9V，R7,R8可选用为 27K,则反偏电压

13、为 4.5V。R1,R2为三极管基极偏置电阻，均选用 10KR4 ,R5为负反馈电阻，选择较小的电阻即可，我们选用 R4为 12,R5为K。因为 fosc=12MHz,由 （3-14）LCfosc21Error!Error! NoNo bookmarkbookmark namename given.given.设 C0为 C2，C3与 C6串联值, ，由于 910 变容二极管在偏置电023652pfCCCC压 4.5 的情况下 Cj 较小，大概为十几 pf，先不考虑 Cj 的值，所以并接在 L1上的回路总电容为 （3-15）7j807j8CCCCC91pfC +C +C 黑龙江工商职业技术学院

14、 高频电子线路课程设计- 13 -所以电感 L1为 （3-16）12osc1L1.93uHC2 f3.23.2 缓冲级缓冲级因为本次实验对该级有一定的增益要求，而中心频率是固定的，因此用 LC 并联回路作负载的小信号放大器电路。缓冲放大级采用谐振放大，L2和 C10谐振在振荡载波频率上。若通频带太窄或出现自激则可在 L2两端并联上适当电阻以降低回路 Q 值。该极工作于甲类以保证足够的电压放大。对缓冲级管子的要求是 roscf35 fCCBR CEOV2V所以可选用普通的小功率高频晶体管，如 3804 等。另外，, bQeQBEVV+VIcQI若取流过偏置电阻 R9,R10的电流为 I1=10I

15、bQ则 R10=VbQ/I1, R8=(Vcc-VbQ)/I1所以选 R10,R8均为 10K.为了减小缓冲级对振荡级的影响，射随器与振荡级之间采用松耦合，耦合电容 C9可选为 180pf.对于谐振回路 C10,L2,由 MHzLCfosc1221故本次实验取 C10为 100PF， 1022osc1L1.76 HC2 fu黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 14 - 所以，缓冲级设计电路为图 3.2-1 所示。 图 3.2-13.33.3 功率输出级功率输出级为了获得较大的功率增益和较高的集电极功率，设计中采用共发射极电路，同时使其工作在丙类状态，组成丙类谐振功率放大器由设计电路

16、图知 L3、C12 和 C13为匹配网络，与外接负载共同组成并谐回路为了实现功率输出级在丙类工作，基极偏置电压 VB3应设置在功率管的截止区同时为了加强交流反馈，在 T3的发射极串接有小电阻 R14在输出回路中，从结构简单和调节方 图 3.3-1黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 15 -便考虑，设计采用 型滤波网络，如图 3.3-1。L3，C12，C13构成 型输出，Q3 管工作在丙类状态，调节偏置电阻可以改变 Q3 管的导通角。导通角越小，效率越高,同时防止 T3 管产生高频自激而引成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

17、分量。 在选择功率管时要求 0cmPPmaxcmcIiCCBR CEOV2V roscf35 f综上可知，我们选择 Q3804 功率管由于要使功放级工作在丙类，就要使，解得，为了1212130.7ccBBEVRVVvRR13128.3RR使功放的效率较大，可以减小 Q3 管的导通角，这里取 R13=11R12，第二级集电极的输出电流已经扩大了几十倍，为防止第三级的输入电流过大而烧坏三极管，需要相应的增大第三级的输入电阻。取 R13=220K，R12=20K，改变 R14可调整放大倍数，取较小的反馈电阻有利于提高增益，因为选定，所以发射极电压 VE为1212139*200.7520220ccBV

18、RVvRR0.05V，因此 R14可选为 100。由于 , LRLQe3312osctffLC且 ,一般取 Qe = 810 12131213tCCCCC所以 32121312131LC C2 fC +C解得：L3=1.06H 黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 16 -图 3.3-2计算得，C13680PF，C12220PF，功放级的电路设计如图 3.3-2 所示。四、总的原理图设计四、总的原理图设计总原理图：总原理图：黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 17 -R210KC100.022UFC110.022UFC200.1UFC2247PFC9220PFC1247P

19、FC14180PFC15100PFR10100R1227KR410KR9100R51.2KC17680PFC13220PFC210.1UFL3100uHL4100uHR1615R15200KC16100PFQ32N3804R8100R1420KQ22N3804R13470R310KR1127KQ12N3804L2100uHC8220PFC7220PFC6100PFR712R61KC50.01UFR110KC181000PFL1100uHC190.1UF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。R1、R2、R3、R4、R5

20、为 T1 管的偏置黑龙江工商职业技术学院 高频电子线路课程设计- 18 -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CI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 T2CL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