高频电路设计及制造论文

1、编号： 高频电路设计与制作 实训 (论文)说明书题 目： 调频发射机 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012年 12 月 27 日 桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 2 页 共 2 页 摘 要随着现代社会的快速发展，人们对电子产品的要求越来越高，因而电子产品无论从制作上还是从销售上都要求很高。要制作一个应用性比较好的电子产品就离不开高频电路，大到超级计算机、小到袖珍计算器，很多电子设备都有高频电路。高频电路大部分应用于通信领域，信号的发射、传输、接收都离不开高频电路。通信技术在我们的生活中应用广泛，而我们做的发射机作为无线传输的

2、一种工具早已被用在各种地方。我们这个做的调频发射机只是小范围的发射机，或者说是一个模板让我们可以更好的学习发射机的技术。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。发射机的主要任务是完成有用的低频信号到高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。首先通过放大器适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用电容三点式构成振荡电路为发射机提供基准频率载波，接着通过改变语音信号完成语音信号对载波信号的频率调制，最终利用丙类功率放大器，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过

3、拉杆天线发射出去。关键字：调频发射机；调频；功率放大； 电容三点式AbstractWith the rapid development of modern society, people to the electronic product of the increasingly high demand, so the electronic products in terms of production or sales is demanding. To make an application of the better electronic products is inseparable fr

4、om the high frequency circuit, the super computer, small to a pocket calculator, a lot of electronic equipment has a high frequency circuit. Most of high frequency circuit is applied to the communication field, signal transmission,transmission, reception is inseparable from the high frequency circui

5、t. Communication technology in our life are widely used.The transmitter s main task is to complete the useful signal of low frequency to high frequency modulated carrier, to turn it into a center frequency at a certain bandwidth, suitable for electromagnetic waves emitted by the antenna. First throu

6、gh the amplifier amplification appropriate speech signal to match a level; Then use colpitts constitute oscillating circuit for transmitter provide benchmark frequency carrier, and then through the change of speech signal to finish speech signal carrier signal frequency modulation, finally using c c

7、lass power amplifier, make already modulation signal power greatly improved, after series filtering network higher harmonic filter, the last through the bars antenna launch out. Key words: FM；FM transmitter；Power amplification；Colpitts桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 1 页 共 1 页 目 录引言11、关于调频发射机的相关知识11.1调频、调幅、中波、短

8、波介绍11.2调频发射机22、方案论述及原理22.1高频振荡器22.2高频功放42.2.1高频功放的调谐特性52.2.2功率放大器的调谐53、芯片的原理与应用54、音频信号输入及放大75、调试过程8结论9谢 辞11参考文献12附 录13桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 15 页 共 14 页 引言在本次设计中，发射机的设计利用到高频电子线路中学习到的与实际生活实践相紧密联系的内容：主要包括主振荡器、高频功率放大器以及调制器等相关内容。调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中介支持，就可以进行小范围有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小

9、范围移动通信工程中。调频发射机是首先将音频信号和高频载波调制为调频波,使高频载波的频率随音频信号发生变化,再对所产生的高频信号进行放大,激励,功放和一系列的阻抗匹配,使信号输出到天线,发送出去的装置.高频信号的产生现在有频率合成,PLL等方式.现在我国的商业调频广播的频率范围为88-108MHZ,校园为76-87MHZ,西方国家为70-90MHZ。发射机的重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。设计采用了两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用西勒构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，一级功率放大器经过谐振选频，最后通过拉杆天线发射出去。调频发

10、射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分里的西勒电路是主要部分，改进型的电容三点式通过改变LC回路的参数，实现发射频率的变换。1、关于调频发射机的相关知识1.1调频、调幅、中波、短波介绍在一般的收音机或收录机上都有AM及FM频段,相信大家都以熟悉,这两个波段是供您收听国内广播之用,若收音机上还有SW波段时,除了国内电台之外,您还可以收听国外的电台。事实上AM及FM指的是无线电学上的两种不同的调制方式。AM称为调幅，是使载波振幅按照调制信号改变的调制方式。它保持着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和信号波形相似。调幅波的振幅大小，由调制信号的强度决定。使载波频率按照调制信号改

11、变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。一般中波广播（MW）采用了调幅的方式，在不知不觉中，MW及AM之间就划上了等号。实际上MW只是诸多利用AM调制方式的一种广播，象在高频（3-30MHz）中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM，甚至比调频广播更高频率的飞航通讯（116-136MHz）也是采用AM的方式，只是我们日常所说的AM波段指的就是中波广播（MW）。FM的命运同MW相类似，我们习惯上用FM来指一般的调频广播（76-108MHz，在台湾为88

12、-108MHz，日本为76-90MHz），事实上FM也是一种调制方式，就在短波范围内的28-30MHz之间，做为业余、太空、人造卫星通讯应用者，也有采用FM方式者。 1.2调频发射机调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。调幅发射机的主要性能指标如下：工作频率范围：调幅制一般适用于中、短波广播通信，其工作频率范围为300kHz30MHz。早期有使用电抗发调频，现在则主要是使用变容二极管调频法，目前已经发展为利用锁相环调频法并进而成为包含调频锁相环的数字式频率合成器。调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号，使用频

13、率约为88MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。目前，地面的广播电视分做VHF(甚高频或称米波)和UHF(特高频或称分米波)两个频段。在我国，VHF频段电视使用的频率范围是48.5MHz-3MHz，划分成1-12频道，UHF频段使用的频率范围是470MHz-956MHz，划分成：3-68频道，它们基本上都是靠空间波传播的2、方案论述及原理通过音频信号改变载波的频率已实现调频发射，调频发射机发射的频率带宽较宽，但其在高频段因而所占的相对频带较调幅波发射更窄，发射距离远，信号失真小。并且在要求传输距离不是很远的情况下，我们用直接载波调频很容易实现载波调频发射机的设计，在能满足技术指标要求的情

14、况下，我们选择直接载波调频的方案来设接调频发射机。放大器选用集成电路放大器集成电路放大器采用专用的集成电路来放大信号，一般需要连接一些外围电路，使之处于工作状态并进一步完善集成电路放大效果。集成电路的放大效果相对较好。集成电路放大器将分立式元件集成在一个芯片上，具有很高放大倍数，其性能也比较稳定。图2.1原理框图2.1高频振荡器振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。LC振荡器是一种能量转换器，由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反馈网络组成。振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，本设计讨论的就是正弦波振荡器。其框图如图2.2所示。放大电路选频

15、网络正反馈网络输出图2.2振荡器原理框图常用的电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，其原理电路如图：图2.3考毕兹振荡器反馈系数F的表达式不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量为、的串联，即振荡频率的近似为与电感三端震荡电路想比，电容三端振荡器的优点是输出波形较好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减少，波形更加接近于正弦波。其次，该电路中的不稳定电容（分布电容、器件的结电容等）都是与该电路并联的，因此适当的加大回路电容量，就可以减弱不稳定因素对振荡器的影响，从而提高了频率稳定度。最后，当工作频率较高时，甚至可以只利用

16、器件的输入和输出电容作为回路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。这种电路的缺点是:调或来改变震荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在L两端并上一个可变电容器，并令与为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。而本设计采用了改进型的电容三点式电路西勒电路，西勒电路是在克拉泼电路的L两端并联上一个电容得到的，有效的改善了克拉泼电路可调范围小的缺点，电路图如图所示：图2.4 西勒振荡器图由于LC回路的谐振电阻R0反射到三极管集、射极间的等效负载电阻而C3 C,当C变小时, 变化程度不如式GS0813那样显著,从而削弱了振荡幅度受频率改变的影响。因此,席勒振荡电路的频率调节范围较克拉泼电路要宽

17、,由图I0823可知,当C3C1、C3C2时,振荡频率为：改进型电容三点式振荡电路除具有电容三点式振荡电路的特点外,还具有频率稳定度高（可达1O-5以上）的优点。该电路广泛应用于各类电视机中。2.2高频功放将高频信号进行功率放大的电路，实质是在输入高频信号的控制下，将电源的直流功率转变成高频功率。主要功用: 放大高频信号, 以高效率输出大功率，并且尽量保证非线性失真小。 分类：低频功放：甲类（360导通，效率50%） 乙类（180导通，效率78.5%） 甲乙类（大于 180导通，效率75%） 高频功放：丙类（ 小于180导通，效率92%） 丁类、戊类（开关型，理论上效率100） 特点：工作频率

18、高，相对带宽小，大信号非线性状态，采用选频网络作为负载（故称谐振功率放大器）。技术指标：输出功率、效率、功率增益、带宽、谐波抑制度2.2.1高频功放的调谐特性 调谐特性: 负载电路应工作在调谐状态，方法：调节电容C，回路调谐时，回路阻抗最大，Ic0达到最小，Ucm达到最大；回路失谐时，回路阻抗减小， Ic0增大，Pd增加，P0下降，Pc增加。图2.4 谐振回路参数曲线图2.2.2功率放大器的调谐调谐前，应该作如下准备：（1）减小放大器输入激励电压Ubm;（2）减弱天线回路（外接负载）对放大器的影响；（3）将直流电源电压Ec降至正常值的1/31/2。（因为减小激励电压和电源压可使Pd和Pc减小，

19、减小外接负载，可提高L1C回路的Q值，增大回路的选择性，使调谐更快更准确，同时Q值提高可使相应的输出 率P0提高，从而使Pc减小，以减轻晶体管的压力。）待调谐完毕后，再将输入激励电压、外接负载和电源电压调至正常值。3、芯片的原理与应用基于通信系统原理和高频电子线路的相关知识，采用ROHM公司的BA1404调频立体声发射集成电路。BA1404是为数不多的调频发射集成电路之一，它弥补了过去用分立元件来设计调频电路的不足，而且具有立体声调制的功能。因此在FM立体声发射及无线微波方面具有重要的应用价值。BA1404是日本东洋公司出品的一款很经典的立体声调频发射集成电路，其工作电压范围1-3V，该电路是

20、由FM立体声混合器、38KHZ振荡器、FM调制器和高频放大器组成的单片集成电路。下图为BA1404的内部电路图。图3.1 BA1404的内部电路图其引脚功能如下：表3.1 BA1404的引脚功能表引脚说明说明引脚1右声道输入左声道输入182音频放大器偏置声道平衡173音频放大器地GND声道平衡16438K晶振偏置VCC15538K晶振(1)双声道复合信号输出端14638K晶振(2)导频信号输出端137射频放大器输出调制信号输入端128射频放大器地GND基准参考电压(用于改变变容管电容量)119射频振荡器网络射频振荡器网络10BA1404的引脚功能如上表所列。它主要由前置音频放大器(AMP)，立

21、体声调制器(MPX)，FM调制器及射频放大器组成。 立体声前置级分别为两个声道的音频放大器。输入为0.5mV时，增益高达37dB，频带宽度为19kHz。如输入信号中存在频率高于19kHz的成分，则必须在输入端加一个低通滤波器，否则两个声道的分离度会下降。在立体声调制组，振荡器输出的38kHz信号于立体声调制。通常在16、17脚接一可调电阻，以获得最佳的通道分离度。BA1404对于一般的调频发射已经够了,但它却有一个致命的缺点:没有锁相环电路,即PLL,容易跑频。立体声混合信号(MPX输出信号)与导频输出信号(PILOT OUT)合成后的调制信号通过12脚进入射频振荡器并对载波进行FM调制，经射

22、频放大后输出射频信号，射频信号的典型值在600mV左右。BA1404内部还提供了一个参考电压单元VREF。设计者可以利用这个电压信号改变外接变容二极管的电容值，继而改变载波的振荡频率。因此，只要控制一个电阻的分压值就可以达到改变发射频率的目的，这是比较独特的设计。BA1404的主要特点如下：采用低电压、低功耗设计，电压在13V之间，典型值为1.25V，最大功耗500mW，静态电流为3mA；将立体声调制、FM调制、射频放大电路集成在一个芯片上；所需外围元件少；两声道分离度高，典型值为45dB；输入阻抗为540(fin=1kHz)，输入增益为37dB(Vin=0.5mV)；典型射频输出电压为600

23、mV。如果再想加大BA1404发射距离，可以在射频输出端再加一射频放大器，可以用分立元件，也可以直接选用MAXIM公司的RF功率放大电路MAX2611或MAX2650，它们都适合与BA1404匹配。4、音频信号输入及放大由于要接入麦克风，所以要给麦克风提供驱动电压，驱动电压要适当，防止直流电通过防止过大的电流将晶体三极管烧坏，但又不能太大，通过22k的电阻R1实现， C1的作用是滤波减小干扰，C2为耦合电容有隔直通交的作用，准许音频信号加载到后一级。原理如图4.1所示图4.1 麦克风电路原理图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，如下图为谐振功率放大器的原理电路图3

24、.1.3所示：图4.2 谐振功率放大器的原理电路图5、调试过程调试方法是先检查印刷电路板和焊接情况，应元短路和虚、假焊现象、焊点是否有光泽残渣等等，然后可接通电源。打开收音机，拉出收音机天线，波段开关置于FM波段（频率范围至于88兆赫至108兆赫），打开发射机的接收天线，这是将发射机的信号有有效的发射出去，信号是我用电脑上的一首熟悉的歌曲。近距离的用调频收音机接收发射机发出的信号，慢慢的调台，直到调频收音机接收到发射机发出的信号，若收音机在调谐范围内收不到信号，可拉伸或压缩线圈L2，改变其宽度，再仔细调谐收音机直至收音机收到清晰的信号。然后逐渐拉开无线话筒和收音机间的距离，直到距离在810m时

25、，仍能收到清晰信号为止。如果在整个频段（88MHz108MHz）都收不到自己的声音，或者收到声音效果不好（不清晰或者与某一电台重叠），说明发射频率不合适，可以小心拨动振荡线圈L3，因为电感L3是调固定频率的，增大或减小每匝之间的距离，然后重新搜台。如果还不行，则应拆下线圈L，改变其匝数后焊上再试，直到效果满意为止。注意在调试中无线话筒发射频率应避开调频波段内的广播电台的频率，以免产生干扰。如果还是不行，就检查电路是否完整，是不是出现短路等现象，还有原件的正负是否有接反。结论为期两周的实训结束了，本来早就开始的实训由于考试等原因推迟了一周，而且17周也有考试，时间缩水了不少，也略有紧张，但是总体

26、来说时间还是挺充足的。这次的实训我做的是调频发射机，拿到的是工业板，只需要把原件焊接上去就可以了，不用再画pcb，不用自己画电路，但是也不能放松，因为很多次经验告诉我们，焊接不好就可能出现大问题。于是我拿到板了之后没有马上焊接，先去找好元器件，后来发现没有56pf的电容，在请教班立新老师后，换成了50pf的，还有电路板上的四个三极管都是写的9018，我发现原理图上的有两个是9013，通过询问老师，我知道了高频的管可以用来代替低频，低频的不能代替高频的，那两个9013可以换成9018，于是我全部选用9018。我把电阻等元器件的管脚掰好，尽量贴着板子放置，努力做到排布美观。焊接从低到高，为了防止焊

27、错，我没一个都焊得很小心，特别是二极管，接错了正负上电会爆炸，所以我对了一次原理图，小心放置。但是由于有一段时间没有焊接了，所以焊点焊得不是很好，有时候放多了点焊锡，有时候撤离的晚了，焊点略有氧化，不过还好，没有出现焊错和虚焊现象，总的来说还算成功。后来拿去调试的时候，由于焊接得还不错，所以接上电后没有出现问题，通过发放的资料里的原理图和pcb，加上网上查找和翻阅书籍，基本明白了发射机的工作原理。其中的一个西勒电路的LC回路可以通过调节可变电感L2改变震荡回路的电感，使得发射的频率变换，从而改变发射频率。而可变电感L3是实现回路阻抗匹配，调节L3可以改变发送信号的清晰度。于是我先找到一个没有电

28、台的频段，然后把发射频率调节到大概频段，然后调节L3，使得声音清晰，最后用收音机收到了在89.3MHZ的清晰的从我的发射机发出的音乐信号，我拿着收音机走了出去，在门口还是比较清晰，大概5米内还是很不错的，10米范围内略有杂音，我有调节了一下，还算不错，话筒发出的声音也比较清晰，这个制作算是成功完成了，没有出现大问题。后来我想能不能增加发射范围尼？想到雷达和以前用来接收电视信号的“锅盖”，我觉得可以模仿一下，说不定能够提高发射功率。我去找了个易拉罐，用小刀割成半弧状扇形，放置在天线上，然后拿去测试，后来发现正对半弧状的时候接收到了清晰的信号，而其他方向的时候却收不清晰了，我增加了距离，发现加上了

29、易拉罐距离并没有增加多少。后来我询问了一些学长才知道，易拉罐无线信号放大器的作用只是将原本的全向发射天线变成了定向发射天线，使得某一方向的信号聚合得更多一些，而相反方向的信号则减少。总的发射功率并没有变化，所以发射距离和清晰度并没有太大的变化。易拉罐增强信号的方案宣告失败，但是我并没有失落，起码我从中学到了知识，明白了道理。最后，我用示波器观察了4个测试点的波形，发现有一个由于太小示波器看不出来，剩下的都能出现正确的波形。由于测试时候需要两个人一个发射机一个接收机配对，我找了一个接收机的同学一起去调试。先是我发送一首歌曲，调到一个没有干扰的频段，然后用收音机收到，慢慢调清晰声音，再让那个同学就

30、收我的发射信号，调到了之后，两人一起调整，使得接收的声音清晰，再慢慢增加距离，再次调试，结果发送接收都很成功，距离也算满意。本次实训采用了BA1404调频立体声发射集成电路作为核心器件，驻极体电容式麦克风作声音转换。我从实训过程中了解其中的原理，并能通过网络和书籍查找资料，对照电路图与印制电路图，弄明白各个元器件的作用，基本理解了电路的工作原理。我这次成功做出电路，很大一个原因是我们采用了工业板。高频电路的分布参数对实际电路的影响是很大的，我们要想尽一切办法尽可能的去除这些分布参数的影响。由于高频电路对电路板的要求很高，稍微有点偏差都会造成电路性能的下降，所以对高频电路的走线要求短而直。在选择

31、元器件时首先要选用贴片封装的元器件，然后才是直立式的元器件。由于板子是现成的，而且对电路的影响很小，所以我们基本上焊接不出大的错误，就能够实现功能。经过了调频接收机的调试中学到了很多知识，我再次复习了，元器件的检测、安装和焊接的具体方法和合理步骤。让我对通信电路、数电、模电等课程的内容有了更深入的了解，同时也加深了对本实训的内容的理解和应用。我在知识上的收获很多，在实践能力上的收获也不少。我还明白了小心谨慎的重要性，有好几个同学就是焊错阻值不同的电阻又或是电容、LED的正负极搞错，导致灯不亮，不工作等问题，所以做事情要细心。在实训过程中遇到的问题我也看书和请教老师和同学解决了这些问题。在为期两

32、周的实训里，不仅学到了很多知识，也学到了很多与老师同学相处的问题，同时也知道了相互帮助，相互合住的重要性。就像发送和接收的成功合作，让我感触很深。同时也发现了自己的很多不足之处，比如操作的速度不够快速、准确等。所以在以后的学习当中要加强自己的练习，提高自己的水平。经过两周的努力，终于完成了这次实训，过程有点累，结果还是很满意的。总的来说还是不错的，基本上符合要求，达到了实训的要求，也提高了自己的知识和能力水平。谢 辞 经过两个星期的努力，终于把这次实训做成功了，在这个两星期里，我结合参考资料，结合自己对高频知识的认识，又经过两天对电路的调试，最后终于完成了本次课程设计各各项内容。看着自己亲自通过自己的知识和努力完成的通信电路，心里是很欣慰的，因为我从这次课程设计不仅仅只是得到了一个自己的产品，还学到了很多，例如面对问题要保持冷静，特别是在调试写这一块，要找出电路板的错误一定要有一个