调频发射机要点

1、简易调频发射机摘要本次的课程设计是简易调频发射机（话筒），它可以用于演讲、教学、玩具、 防盗监控等诸多领域。在这个实验中我们将学习如何将高频单元电路组合实现满 足工程实际要求的整机电路等，根据技术指示要求我们进行了本次设计，主要以 振荡，调频，缓冲，放大为单元电路组成。振荡电路是由简单常用的克拉泊电路构成的压控振荡器，通过改变变容二极 管两端的电压来改变结电容，从而改变振荡频率来实现调.缓冲电路则是一个射 级跟随器.功放采用的是效率较高丙类功放.本课题的设计利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调频发射机，力求 使学生通过动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在高频电子线路原理与 实践中

2、所学的理论知识和实验技能相结合，基本掌握常用模拟电路的一般设计 方法，提高设计能力和动手能力，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下 基础。关键词：克拉泊振荡；射级跟随器；丙类功放输出级;变容二极管目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第一章.课程设计任务书 1 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.1设计课题任务1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2功能要求说明1 HYPERLINK l bookmark2

3、6 o Current Document 第二章.设计方案及原理2 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 总体方案介绍 2 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2.2工作原理说明3第三章.电路设计及参数的计算4 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3.1振荡级电路43.2缓冲极电路7 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3.3功率放大级8 HYPERLINK l bookmark65 o Current D

4、ocument 第四章.Multism的仿真 10 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.1仿真结果10 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 误差分析12 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 第五章.设计体会14 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 参考文献15 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 致谢16附录17第一章.课程设计任务书1.1设计课题任务简

5、易调频发射机（话筒）的设计1.2功能要求说明主要技术指标： 中心频率：4MHz频率稳定度：不低于10 3最大频偏：75KHz 输出功率：大于200mW天线形式：拉杆天线（75欧姆）要求调试并测量主振级电路的性能，包括中心频率及其频率稳定度等。第二章设计方案及原理2.1总体方案介绍通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如下所示。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状态 变化而直接影响振荡级的频率稳定度;，

6、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 /调频振荡缓冲级输出功率级级 上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件 参数的计算。2.2工作原理说明高频振荡级由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。关 于该电路的设计参阅高频电子线路实验讲义中实验六内容。由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联 回路作负载的小信号谐振放大器电路。对该级管子的要求是5)f0由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联 回路作负载的小信号谐振放大器电路。对该级管子的要求是5)f02VCCf (3

7、V(BR )CEO计算出LC的乘积值，然后选择合适的至于谐振回路的计算，一般先根据计算出LC的乘积值，然后选择合适的C再求出L。C根据本课题的频率可取100pF200pF。功放输出级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， 且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，从结构简单、调节 方便起见，本课题可采用n型网络，计算元件参数时通常取Q气在10以内，计 算公式请参阅教材第二章。功放管要满足以下条件：1P0P01cmax2VCCCNICN(BR )CEOf (BR )CEOf (3 5)f第三章电路设计和参数的确定3.1振荡器电路:3.1.1 图变容二极管部

8、分接入振荡回路的等效电路如下:C C1cC C1c_jC C .电路说明：比值C2/C3=F,决定反馈电压的大小，反馈系数F一般取1/81/2。为减小晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。如果选C1C2, C1C3，则回路的谐振频率fo主要由C1决定。ICQ 一般为（14）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，以满足相位平衡条件Sj=2np。其中，晶体管T、L1、C1、C2、C3组 成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路，接成共基组态，CB为基极耦 合电容，其

9、静态工作点由RB1、RB2、RE及RC所决定。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的稳定性，减小调 制失真。VCO实现变容二极管直接调频多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射 载频的LC振荡回路上直接调频这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制 方案。变容二极管特性曲线特性曲线Cj-v如图4.2.3示。性能参数VQ、Cj0及Q点处的斜率kc等可以通过Cj-v特性曲线估算3.1.3 图3.1.3是变容二极管2CC1C的Cj-v曲线。由图可得VQ= 4V 时 C

10、Q=75pF2.电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以2.电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以SfmV3.3.Vom为调制信号的幅度； 大频偏。回路总电容的变化量为fm为变容管的结电容变化 C.时引起的最C p2 Cj二.确定电路形式，设置静态工作点振荡器的静态工作点取ICQ2mA , Vceq 6V，测得三极管的60，计算出各电阻值CQ顷I Vcc VceqcQ r3 R4 i由I Vcc VceqcQ r3 R4 i由(1-3)可得 R+R=3kQ,34R=1kQ，则 R =2kQ。VVEQBQ12R-2mA3 R4为了提高电路的稳定性%的值可适当增大，取V R VBQR BE r 2V

11、ccR1 R2 R1 R2IcQ /2mA /60 33.3uAI R 2mA *1k 2VcQ 1一2Veq0.72.7VIBQ为了提高电路的稳定性，取流过电阻R2上的电流10岳 0.33mA2.7V0.33mAI2R2VBQI28.18k取标称值R=8.2kQ2根据公式VBBRR根据公式VBBRR1VCC R1堂 1) R2 28.2KBQR=28.2KQ 1C为基极旁路电容，可取C=0.01uF。C=0.01uF,输出耦合电容。 计算主振回路元件值8f15由式得fo 2兀.必勇，若取C1=150pF，则L1Q10 H实验中可适当调整L1的圈数或C 1的值。电容C2、C3由反馈系数F及电路

12、条件C1C2, C1C3所决定，若取 C2=510 pF，由F C2/C3 1/81/2则取C3=3000 pF，取耦合电容C23=0：01 F计算调频电路元件值变容管的静态反向偏压VQ由电阻R1与R2分压决定，已知VQ=4V已知VQ=4V，若取R2=10k，隔离电阻R3=150kQR1 2(kp Cc/c C.）为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，应取小，但过小又会使频偏达不 到指标要求。当VQ=- 4V时，对应CQ=75pF，则CC 18.8 pf取标称值20pF计算调制信号的幅度为达到最大频偏f m的要求，调制信号的幅度为达到最大频偏f m的要求，调制信号的幅度VQm，可由下列关系式求

13、出2foCCQ由Cj-v曲线得变容管2CC1C在VQ= - 4V处的斜率k C ./ V 12.5 得调制信号的幅度C JVQm=ACj / kc= 0.92V得调制灵敏度Sf为75KH3.2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。射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。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

14、电路。如图4-2所示。射极加RW2可改变输入阻抗。r 1+12 vJR8.C8* V2lnH|3DG10 0RLRw2U3 25图3.3.1射极输出器电路2、估算偏置电路元件(1已知条件：Vcc=+12V，晶体管为3DG100 (3DG6 )。3DG100的参数如表4-3所示。表3.3.1 3DG100参数表PCM】CMVCESh fefTAp100mW30mA30200150MHz。=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。因为在仿真软件中，没有找到3DG100,在这里选与其参数值相近 的 2N3019根据已知条件选取I =4m

15、A, V =0.5Vcc=6V，则R10耳0、Rw2：R10耳0、Rw2： R、R9IcqIcq4mA取R10=1kQ Rw2为1kQ的电位器。Veq=6.0VV bq= Veq +0.7=6.7VIbq*/# =66.67曲R。R。910IBQ10k取标称值R9=10kQoR Vcc VBQ 7.95k810IBQ取标称值R8=8.0kQ。输入电阻若忽略晶体管基区体电阻的影响，有Ri (R8lR9)ll 顷0 Rw2)|RL 3.63k(Rl=325 Q)输入电压UimUim v,，2RiPi2*3630*1.56*10 3 3.37V耦合电容C8、C9为了减小射极跟随器对前一级电路的影响，

16、c8的值不能过大，一般为数十 pF,这里取 C=20pF, C=0.02uF。3.3功率放大级91.实现功放的要求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，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤，如下图为谐振功率放大器的原理电路图 3.3.2晶体管工作 的效率，同时可 激而引起的二次 阻可改变T3大器的原理电路图 3.3.2晶体管工作 的效率，同时可 激而引起的二次 阻可改变T3管的 C16构成型输在丙类状态，既有较高 以防止T3管产生高频自 击穿损坏。调节偏置电 导通角。L3、L4、C15和 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

17、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型以及双调谐回路等。集电极输出功率P!v I R1 上C2 C1m C1m2 C1m P 2 RP直流电源VCC供给的直流功率PDVCC IC0式中，IC0为集电极电流脉冲iC的直流分量。电流脉冲iC经傅立叶级数 分解，可得峰值ICm与分解系数n(0)的关系式 ()CO Cm 0分解系数n(e)与0的关系如图所示：图 3.3.2图 3.3.2a2 ( 0 )的值，在0二60o时最大，即二次谐波的电流脉冲Icm2为最大值，而且效率n也比较图3.3.3为功放管输入电压VBE与集电极电流脉冲iC的波形关系。由图可得图 3.3.3由图可

18、得图 3.3.3当输入电压vb大于导通电压Vj时，晶体管导通，并工作在放大状态，则基极电 流脉冲IBm与集电极电流脉冲七成线性关系，即满足Cm fe BmBm2.功放的功率增益丙类功放的输出回路采用变压器耦合方式。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，滤除谐波分量。集电极谐振回路为部分接入，谐振频率1o V；LC当功放处于临界工作状态A点时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降 VCES，集电极电流脉冲接近最大值iCm。此时集电极输出的功率PC和效率都较 高，对应的等效负载电阻图 3.3.4 判断功放是否为临界工作状态的条件是:Vcc-Vcm二Vces第四

19、章Multism的仿真4.1仿真结果1 LC振荡电路仿真波形2射级跟随器仿真波形T- *X position 10Y p&EJbon -O.fl|Y.T Add | E aRe|AC | A J 诡169.&25 uts170jDS3 lie3.功率放大级仿真波形4.2误差分析1.由LC仿真波形可看到，波形并非是完美的正弦波，还是有点失真的，还 有就是中心频率也并非是4MHz,还是存在一点误差的，但是本次所设计的电路 基本达到了任务书的要求，所设计电路的仿真水平，离设计指标所要求的还一段 距离。出现这些原因主要有以下四点：（1）设计电路时选择元件不同会产生误差；（2）电路的参数设置会产生误差；（3）本身电路设计存在问题有待改进；（4）各级电路接在一起时互相干扰。第五章设计体会通过这次小功率调频发射机的设计，我最大的收获就是认识到了自己的不 足，自己知识的贫瘠。其实一开始并不觉得我高频电子线路觉得是那么的不尽人 意，真正意义上懂得的东西寥寥无几，很多基本公式和一些专业常识都不知道， 比如我一开始竟然连设置静态工作点都不会，后来通过翻看模拟电子技术基础和 上网查资料，终于做好了。它加强了我对理