高频课设小功率调频发射机设计03

1、课 程 设 计课程名称高频电子线路课程设计课题名称 小功率调频发射机专 业电子信息工程班 级学 号姓 名指导老师浣喜明2016年06月7日 湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 高频电子线路 题 目 小功率调频发射机设计 学生姓名 专业班级 学号 指导老师 浣喜明 课题审批 下达日期 2016年06月07日 一、设计内容 设计一小功率调频发射机。主要技术指标：发射功率Pa=3W； 负载电阻（天线）RL=75；中心工作频率fo=88MHZ； 调制信号幅度Vm=10mV；最大频偏fm=75KHZ； 总效率>70%。二、设计要求1、 给出具体设计思路和整体设计框图；2、 绘制各单元电

2、路电路图，并计算和选择各器件参数；3、 绘制总电路原理图； 4、编写课程设计说明书；5、课程设计说明书和所有图纸要求用计算机打印(A4纸)。三、进度安排 第1天：下达设计任务书，介绍课题内容与要求； 第2、3天：查找资料，确定系统组成； 第47天：单元电路分析、设计； 第89天：课程设计说明书撰写； 第10天：整理资料，答辩。（共两周）。四、参考文献1、高频电子线路，张肃文主编.，高等教育出版社.。2、电子技术基础实验陈大钦主编,高等教育出版社出版3、高频电子线路实验与课程设计,杨翠娥主编,哈尔滨工程大学出版社出版4、通信电路沈伟慈主编,西安电子科技大学出版社出版5、电子线路设计·实

3、验·测试谢自美主编, 华中理工大学出版社五、说明书基本格式1）课程设计封面； 2）设计任务书； 3）目录；4）设计思路，系统基本原理和框图； 5）单元电路设计分析； 6）设计总结； 7）附录； 8）参考文献； 9）电路原理图； 10）评分表2 目录一.设计内容及要求.1二.电路的原理分析.2三.设计方案.23.1振荡级及调频电路.23.1.1振荡级.2 1、频率稳定度定义.2 2、评价振荡器频率的主要指标.3 3、影响频率稳定的重要因素.33.1.2变容二极管调频.5 1、 调频电路原理.5 2、计算调制信号的灵敏度.73.2缓冲隔离电路.7 1、缓冲电路元器件的选择.7 2、缓冲电

4、路元器件的计算.83.3高频功放.8 3.3.1宽带功率放大器.8 1.静态工作点.10 2.高频变压器.113.3.2丙类功率放大器.11 1.丙类功率放大器的功率和效率.11 2.负载特性.12四.总结.14五.参考文献.14六.调频发射机设计图.15七.评分表.16 内容摘要调频发射机利用分立元件或集成电路芯片将语音信号以无线射频的形式发射出去，在小区广播，婴儿监护和监控警报等领域获得了广泛的应用。从电路上，包括声电转换器件，音频放大，低频功率放大，载波振荡，频率调制，高功率发达等功能单元。从频率上，可以根据需要使用开放频段或FM广播频段，单应注意发射功率一半不得超过限值（通常不大于10

5、mW）,使用民用FM广播频段应避开当地电台，否则不能使用。作为一种简单的通信工具 一、设计内容及要求 1. 设计一小功率调频发射机。主要技术指标： 2.发射功率Pa=3W； 负载电阻（天线）RL=75； 3.中心工作频率fo=88MHZ； 调制信号幅度Vm=10mV； 4.最大频偏fm=75KHZ； 总效率>70%。 5.给出具体设计思路和整体设计框图； 6.绘制各单元电路电路图，并计算和选择各器件参数； 绘制总电路原理图； 7.编写课程设计说明书； 8.课程设计说明书和所有图纸要求用计算机打印(A4纸)17 二. 电路的原理分析通常小功率发射机采用直接调频的方式其中高频振荡主要是产生频

6、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，以提供末级所需要的激励功率，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变化直接影响振荡级的频率稳定度，功放级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。结构框图如下，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。自实际应用中，很多都是采用高频方式，与调幅相比较，调频系统有很多的优点，调频比调幅刚干扰能力强，频带宽，功率利用率大等。调频可以有两种实现方法，一直接调频，就是用调制信号直接控制振荡

7、器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。另一种就是间接调频，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，小功率调频发射机采用直接调频方式，其组成框图如下； 三.设计方案3.1振荡级及调频电路3.1.1振荡级1、频率稳定度定义反馈振荡器满足起振、平衡、稳定三个条件就能产生某幅持续的振荡波形，当受到外界不稳定因素影响时，振荡波器的相位或振荡器频率可能发生微小的变化，虽然能自动回到平衡状态，但振荡频率在平衡点附近随机变化这一现象却是不可能避免的。 所谓频率稳定就是

8、在各种外界条件发生变化的情况下，要求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化最小。2、评价振荡器频率的主要指标u 准确度u 稳定度振荡器的实际工作频率f与标称频率fo之间的偏差称为振荡的准确度，它通常分为绝对频率与相对频率两种。表达式为绝对准确度： f=|f-fo| 相对准确度： f/fo=|f-fo|/fo 振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度，如t=时间内测得频率的最大变化为fmax,则频率稳定度为 =fmax/fo|t=t 为了方便于评价不同振荡器的性能又可根据观测时间的长短将频率稳定度分为长期稳定度、短期稳定度和瞬间

9、稳定度等。3、影响频率稳定度的因素振荡器的频率不仅决定于振荡回路元件值LC，而且与振荡管的输入/输出阻抗有关，当外界因素（如电源电压、温度、湿度等）变化时，这些参数变化从而对频率稳定度发生变化。下列参数变化对频率稳定度的影响：u 振荡频率Wo= 当LC发生变化时，必然引起振频率变化。u 回路品质因素Q值对频率的影响，Q值越高、则相同的相角变化引起频偏越小， 高频振荡 调频图中晶体管T组成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路，它被接成共基组态，CB为其极耦合电容，其静态工作点由RB1、RB2、RE及RC所决定。 1.1-1 1.1-2 1.1-3 1.1-4小功率振荡器的静态工作电流ICQ一

10、般为(1-4)mA,ICQ偏大,振荡幅度增加,但波形失真加重,频率稳定性变差.L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端的电压构成振荡器的反馈电压。当AvoF=1时，振荡器满足振幅平衡条件，电路的起振条件为AvoF>1。为减小晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3取值要大，如果选C1<<C2，C2<<C3，则回路的谐振频率fo主要由C1决定，即 若取C1为几十皮法，则C2、C3可取几百皮法至几千皮法，反馈系数F一般取1/8-1/3。根据设计要求振荡器的静态工作点取，由1.13得 取， 由式1.1-1得 由可得，取则电容C1<<C2,

11、C1<<C3,若取C2=510pF，取C3=3000pF,取耦合电容Cb=0.01uF与电容三点式振荡电路相比，在电感L串联一个电容，他有以下特点：1、 振荡频率改变不影响反馈系数。2、 振荡幅度比较稳定。但C3不能太小，否走导致停振，所以克拉波振荡器频率覆盖率较小。所以,克拉波振荡器适合与作固定频率的振荡器。3.1.2变容二极管调频1.调频电路原理变容二极管结电容变化曲线如下图：调频电路由变容二极管Dc及耦合电容Cc组成，R1与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压VQ， 电阻R3称为隔离电阻，常取R3>>R2，R3>>R1，以减小调制信号V对VQ的

12、影响，C5与高频扼流圈L2给V提供通路，C6起高频滤波作用。变容二极管Dc通过Cc部分接入振荡回路，有利于提高主振频率fo的稳定性，减小调制失真现象。变容二极管部分接入的等效电路圈。如下电图：变容管作为振荡回路总电容，它的最大优点是调制信号对震荡频率的调节能力强，即调频灵敏度高，也是本课题选用的方法，如图所示： 相应的调频方程为一般接入电路中的C2取值较大，C1取值较小，C2课使减小，振荡频率增高，C1可是增大，振荡频率降低，电路可提供的最大角频偏为，其中，- P=（1+P1）（1+P2+P1P2）, P1=/c2, P2=C1/查阅资料取， 已知，若取则。2.计算调制信号的调制灵敏度为达到最

13、大频偏的要求，调制信号的幅度，可由下列关系式求出，由式得 式中，为静态谐振回路的总电容，即 则回路总电容的变化量 设接入系数P=0.2变容二极管结电容的最大变化量 得调制灵敏度为 3.2缓冲隔离电路1.缓冲电路元器件的选择将振荡级与功放级隔离，以减小功放对振荡的影响。因为功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，工作状态的变化（如谐振阻抗变化）会影响振荡器的频率稳定度，或波形失真或输出电压减小，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级常采用射级跟随器电路。如图，调节射级电阻Re2,可以改变射极跟随器输入阻抗。如果忽略晶体管基级体电阻的影响，则射极输出器的输入电阻 输出电阻

14、式中，很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源。电压放大倍数 2.缓冲电路的计算一般情况下，。所以图中所示设计输出器就有输出阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数近似等于1的特点。晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般去,。 取，电位器 3.3高频功放电路3.3.1谐振功放原理图如下：利用选频网络作为负载放大器称为谐振功率放大器。根据放大器电流导通的范围，可以分为甲类，乙类，丙类和丁类等功率放大器。而丙类功率放大器通常作为发射机的末级，以获得较大的功率输出功率和较高的频率。丙类谐振功率放大电路：具有输出功率大、效率高和非线性失真小，且具上述4个特点功率放大电路称为丙类谐振功率放大电

15、路，属于谐振功放之一。 输入和输出滤波具有理想滤波特性。再次条件下，上图所示电路中，集电极发射级间电压仍是余弦波形且与输入电压相位相反，可写为 3.2高频功率放大器图如下： 3.2-1上图为有两级功率放大器组成的高频功率放大器电路。其中晶体管T1与高频变压器Tr1组成的宽带功率放大器，晶体管T2与选频网络L2，C2组成丙类谐振功率放大器。3.3.2宽带功率放大器1.静态工作点 如图所示，晶体管T1组成的宽带功率放大器工作在甲类状态。其中、为基级偏置电阻，为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工作点由下列关系式确定： 式中，一般

16、为几欧姆至几十欧姆 2.高频变压器图所示的高频变压器仍然是应用变压器原理，依靠磁芯中的公共磁通将初级线圈的能量传输到次级线圈。线圈漏感和分布电容的影响限制了它的高频特性。这种宽带变压器一般用在短波。 由变压器原理可得，宽频功率放大器集电极的输出功率为 式中，为输出负载的实际功率；为变压器的传输效率,一般=0.750.85集电极的输出功率的表达式为 式中，为集电极等效负载电阻；为集电极交流电压的振幅，其表达式为 式中，称为饱和压降。约1V。为集电极交流电流的振幅，其表达式为 如果变压器的初级线圈匝数为 式中，为变压器次级接入线圈的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗功率增益与电压放大器不同的是，功

17、放应有一定的功率增益，宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，必须将前级输入信号进行功率放大，功率增益 3.2.3丙类功率放大器1.丙类功率放大器的功率和效率如图3.2-1所示，丙类功放的基级偏置电压-是利用发射极电流的直流分量在射级电阻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为正弦波时，集电极的输出电流为余弦脉冲波。利用谐振回路的选频作用可输出基波谐振电压、电流 集电极基级电压的振幅 式中，为集电极基波电流的振幅；为集电极负载电阻。集电极输出功率 电流电源供给的直流功率 功放的功率增益 或功率放大器的总效率为 如图3.2-1所示，丙类功放的输出回路采用变压器耦合方式

18、，其作用一是实现阻抗匹配，将集电极的输出功率送至负载；二是与谐振回路配合，滤出谐波分量。 集电极谐振回路为部分接入，谐振频率 或 丙类功放的输入回路亦采用变压器耦合方式，以使输入阻抗与前级输出阻抗匹配。分析表明，这种耦合方式的输入阻抗 2.负载特性当功放的电源电压+Vcc，基级偏置电压，输入电压确定后，如果电流导通角选定，则功放的工作状态只取决于集电极的负载等效阻抗Rq，谐振功放的交流负载特性如3.2-2所示。由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性曲线的转折点A时管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降，集电极电流脉冲接近最大值。此时集电极输出的功率和效率都较高，称此时功放处于临界工作状态，所对

19、应的等效电路负载电阻 当Rp小于临界值时，功放处于欠压工作状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此，输出功率和效率都较小，当Rq大于临界值时，功放处于过压工作状态，如B点所示。集电极电压虽然较大，但集电极电流波形凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。如A点所示。判断功放是否为临界工作状态的条件是 式中，为集电极输出电压的幅度；为晶体管饱和压降 3.2-1四.总结 通过了两周的高频课程设计，我对高频这门课有了更加深刻的了解。在设计调频发射机过程中，遇到了很多问题，并通过查阅资料了解其原理，虽然有些地方不太懂，但是还是扩展了我的知识面，能够让我更加切实的去学习高频这门课程，在以后的学习过程中，能够有所帮助。 在这次课程设计中，我深刻感受自主学习的重要性。老师上课所讲的如果下课自己不主动去复习，那么是无法学到真正的知识。这次的设计我从开始不知道从哪入手到查阅资料了解原理，这是个自主学习的过程。也是提高能力的一个重要的步骤。只有真正进入脑子的才叫知识。在设计的时候，虽然遇到了很多的困难，但是我通过询问