高频课设小功率调频发射机设计

1、等级:课 程 设 计课程名称高频电子线路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 名指导老师浣喜民2016年6月24日课 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、 绘制各单元电路电路图，并计算和

2、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6、电子线路设计·实验·测试谢自美主编

3、, 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）评分表目录一、 调制发射机系统的设计原则1二、单元电路设计与分析3三、总结14四、电路原理图15参考文献161、 调制发射机系统的设计原则1.1 调频发射系统的方框图图1-1为调频发射机系统的基本组成框图，表示的是直接调频发射机的组成。本次课程设计主要研究直接调频发射系统。图1-1 直接调频发射系统组成框图 1.2 电路型式的选择调频发射系统是由调频振荡级、缓冲隔离级、倍频级、高频功

4、率放大级等组成。如果振荡器的振荡频率可以满足发射机载波功率的要求，就可以省去倍频级。1.2.1 调频振荡级选择振荡器的电路型式是根据载波频率、频率稳定度的技术要求决定。如果载波频率不高，则可以采用LC调频振荡器。1.2.2 缓冲隔离级将调频振荡器与功放级隔离，以减小后级对振荡器频率稳定度及振荡波形的影响。缓冲稳定隔离级通常采用射极跟随器电路。1.2.3 末级功放要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率。而且整机效率较高，应该选择丙类功率放大器。末级功放的功率增益不能太高，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机各部分的作用，适当地合理分配功率增益。二、单元电路设计与分析2.1 振荡级2

5、.1.1 电路的基本原理实现调频的方法有两大类，即直接调频与间接调频。LC调频振荡器是直接调频电路。直接调频电路的基本原理是利用调频信号直接线性地改变载波振荡的瞬间频率。如果受控振荡器是产生正弦波的LC振荡器，则振荡频率主要取决于震荡回路的电杆和电容。将受到调制信号控制的可变电阻与振荡回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。作为电压控制的可变电容元件，它有工作效率高、消耗小和使用方便等优点。本次课程设计采用变容二极管直接调频电路。其电路如图2-1所示。从图2-1中可以看出它是由LC振荡器与变容二级管调频电路组成的。图2-

6、1 LC调频振荡器2.1.2 调频电路变容二极管通过部分接入振荡回路，有利于提高中心频率的稳定度，减少调制失真。图2-2为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路。变容管和C串联，和C并联构成振荡回路总电容C C= （2-1）图2-2 变容二极管部分接入的等效电路式中C为变容二极管的节电容。2.1.3 变容二极管特性曲线图2-3 变容二极管的特性曲线变容二极管的特性曲线如图2-3所示。变容二极管的性能参数V、C、C及Q点处的斜率K等可以通过曲线估测。测量曲线的方法如下：先不接变容管，用频率计测量振荡器的输出频率。再接入C、变容管及其偏置电路，其中可以在R与R之间串联一个电位器以改变变容管的静态直流

7、偏压V，测出不同V时对应输出。于是有 =，=即 （/）=由下式计算对应的回路总电容C，即 C=（/）C再由C的计算公式求出C。然后将V与C的对应数据列表并绘制曲线。2.1.4 参数计算 1、确定电路形式，设置静态工作点振荡器的静态工作点取I=1mA，晶体管=60。R的取值对振荡电路的直流、交流工作状态都有很大的影响。通常V取值（0.61）V，这里取V=10V，由此得出=2=4K=2K取流过R的电流为10I，则 R=15.6K取标称值R=15K。 又因为 所以 54K2、 旁路电容C的估算C的作用是使基级交流对地短路，一般应使C的容抗比与其并联的电阻R小1020倍。所以选取标称值C=0.01&#

8、181;F，对应的阻抗=2.45。3、 估算振荡回路元件值振荡器的振荡频率为 = C=C若取C=47pF，C=0.01µF，设变容管在V=4V时，结电容C=50pF，则L值为 电容、由反馈系数及电路条件»，»所决定。若取=510pF，F取，则=1500pF。4、 估算调频电路元件值变容管的静态反偏压V由电阻与分压决定 已知V=4V，若取=10K，则 K隔离电阻应远大于、，取=110K。为满足频偏的指标要求，可以先取=05，现设V=4V时，对应C=50pF，计算出 =50pF取标称值51pF。回路的总电容为所以 L=0.05µH实验中可适当调整L的匝数或的

9、值。低频信号通过耦合电容C和高频扼流圈ZL，加到变容二极管上，扼流圈对88MHz信号起扼流作用，对调制信号相当于短路。一般对中心频率来说满足»，因此ZL的电感量为1mH，=0.01µF，C=33µF。5、 计算调制信号的幅度=m=2p已知=75KHz，=，p=0.73，可得 m=2.5×Um=m·V=10mV调制灵敏度 =/Um=7500kHZ/V6、实验电路如图2-4所示图2-4 振荡级电路2.2 缓冲隔离级2.2.1电路形式射极跟随器的特点是输入阻抗高、输出阻抗低，放大倍数接近于1。由于传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入阻抗高，传输系数

10、大，且工作稳定。选着电路是由固定分压偏置与自给偏压相结合，且有稳定工作点的偏置电路。如图2-5所示。图2-5 射极跟随器2.2.2 估算偏置电路已知条件：V=+12V，负载电阻=300，输出电压=200mV，晶体管3DG6C，=60。根据已知条件可知输出幅度要求不高。选取=2mA，=2.4K，则 由已知=60，可知/（1+）=0.033mA。取流过的电流为10，则 =20K =18.2k取标称值=20K，=18K，取耦合电容=0.01µF，=0.01µF。设计电路如图2-6所示图2-6 设计跟随器2.3 末级功放2.3.1 实验原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐

11、振功率放大器。如图2-7所示。它是无线电发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功放的=，效率最高也只能达到80%。甲类功率放大适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。图2-7 谐振功率放大器原理图2.3.2 丙类谐振功率放大器的功率与效率功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。1、 集电极电源提供的直流功率 式中为余弦脉冲的直流分量。 =式中，为余弦脉冲的最大值；为余

12、弦脉冲的直流分解系数。 式中，为晶体管的导通电压；晶体管的基级偏置；为功率放大器的激励电压振荡幅。2、 集电极输出基波功率式中，为集电极输出电压振幅；为余弦电流脉冲的基波分量；为谐振电阻。3、 集电极效率式中，为集电极电压利用系数；为余弦脉冲的基波分解系数。2.3.3 参数计算已知条件：，晶体管3DG12的主要参数为，管子的饱和压降，。1、 确定放大器的工作状态为了获得较高的效率和较大的输出功率，选丙类放大器的工作状态为临界状态，由式得出谐振回路的最佳负载电阻为 22集电极基波电流振幅为 集电极电流脉冲的最大值为 =1.33A直流分量为 直流功率为 功率放大器的总功率为 2、 计算谐振回路及耦

13、合回路的参数输出变压器线圈匝数比为 取，。3、 基级偏置电路加入后，。取=10，则。因为 已知，则 取，。4、设计电路如图2-8所示图2-8 谐振放大器三、总结时光荏苒，为期两周的高频课程设计结束了。在此期间，我完成了小功率调频发射机的设计。刚拿到任务书时虽然还一头雾水，不知从何下手，但经过去图书馆和从网上查阅资料，使我慢慢的明白了调频发射机的基本构成，也了解了LC调频振荡器、射极跟随器和丙类谐振放大器的基本工作原理。于是开始试着动手设计，在设计过程中虽然遇到了很多问题，但在一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，完成了课程设计。这也充分暴露出了前期我在高频课程学习上的欠缺和经验

14、不足。实践出真知，通过亲身设计，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在这次课程设计中最繁琐要数文档中公式的输入和原理图的绘制。每一套的公式都需要鼠标的点击配合键盘的输入的方式完成，从复的操作花了我不少的时间；在则就是PROTELL99SE的使用不够熟练，绘制原理图就变得比较笨拙。这次课程设计不仅培养了我独立思考、动手操作的能力，还使我在其它能力上也都有了提高。使我进一步的熟悉了文档的书写要求，对WORD的运用也有了更熟悉的掌握，对PROTELL99SE的使用也更加娴熟。更重要的是，在这次课程设计中，我们学会了很多在课堂上学不到的学习的方法。而这也为我们今后的学习，工作打下了坚实的基础。通过这次课程设计也使我充分的体会到了如果要面对今后的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。只有在学习中才能滋养我们空荡的大脑，只有在实践中才能发现我们自身的不足，并得以完善自我。四、电路原理图参考文献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6、电子线路设计·实验·测试谢自美主编,