用Multisim设计调频发射机发射系统

/用Multisim设计调频放射机书目摘要一．设计要求 2二．设计的作用、目的 2三.设计的具体实现 31.系统概述 32.单元电路设计、仿真和分析 42.1振荡级 42.1.1调频波的产生 52.1.2振荡电路的选择2.1.3参数的计算2.2缓冲级 62.2.1元器件的选择及参数的确定 82.3功率输出级 102.3.1元器件的选择和参数的确定 152.4调频放射机总原理电路图 15三四.Multisim的相关介绍五.心得体会及建议 20六．附录 22七.参考文献 25调频放射机的设计报告摘要随着科技的发展和人民生活水平的提高，调频放射机也在快速发展，并且在生活中得到广泛应用，它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。在生活中，人们通过无线电放射机可以把须要传播出的信息放射出去，接收者可以通过特制的接收机接受信息，最一般的模式是：广播电台通过无线电放射机放射出广播，收听者通过收音机即可接收到电台广播。本设计为一简洁功能的调频放射机，通过该放射机可以把声音转换为无线电信号放射出去，该信号频率可调，通过一般收音机接收，只要在频率适合时即可收到放射器发送出的无线电信号，并通过扬声器转换出声音。通过这次试验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频放射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。学会基本的试验技能，提高运用理论学问解决实际问题的实力。一．设计要求设计一个调频放射机，通过该放射机可以把声音转换为无线电信号放射出去，该信号频率可调，通过一般收音机接收，只要在频率适合时即可收到放射机发送出的无线电信号。（1）.确定电路形式，选择各级电路的静态工作点；（2）.输入信号能够通过电路进行稳定，调频等；（3）.输出为足够大的高频功率，使其能够放射；（4）.依据上述要求选定设计方案，画出该系统的系统框图，写出具体的设计过程并利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图；（5）.列出全部的元件清单并写出参考书目。二．设计的作用、目的高频电子技术基础的电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，要求学生通过课程设计，要求达到以下目的：（1）.通过对调频放射机的设计，巩固和加深学生对高频电子电路基本学问的理解；（2）.通过电路方案的分析、论证和比较，计算和对元器件的选取，来达到初步驾驭简洁好用电路的分析方法和工程设计方法的目的。（3）.使学生驾驭Multisim软件的运用方法，以便以后设计电路或进行实践时的运用。（4）.了解和课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计和试验的成果，正确地绘制电路图等。（5）.培育学生依据课题须要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学实力。通过独立思索，深化探讨有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。三.设计的具体实现1.系统概述输出功率级缓冲级调频震荡级输出功率级缓冲级调频震荡级图1干脆调频放射机的总体框图干脆调频放射机的总体框图如图1所示。它由调频振荡级，缓冲级，和输出功率级组成。其中调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，以供应末级所需的激励功率，同时还对前后级起有肯定的隔离作用，为避开级功放的工作状态变更而干脆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，并馈送到天线进行放射。2.单元电路设计和分析2.1调频振荡级调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。调频波的产生由于调频放射机的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变更而变更，应用一可变电抗器件，它的电容量或电感量受调制信号限制，将它接入振荡回路中，就能实现调频。而最简便、最常用的方法就是利用变容二极管的特性干脆产生调频波，因要求的频偏不大，故采纳变容二极管部分接入振荡回路的干脆调频方式。变容二极管Cj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：（4-1）振荡频率为：加在变容二极管上的反向偏压为：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肯定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在肯定范围内变更，其关系曲线称～曲线，如图所示。由图可见：未加调制电压时，直流反偏所对应的结电容为。当调制信号为正半周时，变容二极管负极电位上升，即反偏增加时，变容二极管的电容减小；当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，其变更具有肯定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在～曲线的线性段，将随调制电压线性变更，当调制电压较大时，曲线的非线性不行忽视，它将给调频带来肯定的非线性失真。我们再回到图4.1—2，并设调制电压很小，工作在Cj～VR曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设图4.1-3用调制信号限制变容二极管结电容（4-3）由图4.1—3可见：变容二极管的电容随υR变更。即：（4-4）可得出此时振荡回路的总电容为（4-5）由此可得出振荡回路总电容的变更量为：（4-6）由式可见：它随调制信号的变更规律而变更，式中的是变容二极管结电容变更的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变更时，振荡频率也会产生的变更，其关系如下：（4-7）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，明显（4-8）由公式（4-2）可计算出中心频率：（4-9）将（4-8）式代入（4-9）式，可得：（4-10）频偏：（4-11）振荡频率：（4-12）由此可见：振荡频率随调制电压线性变更，从而实现了调频。其频偏和回路的中心频率f0成正比，和结电容变更的最大值Cm成正比，和回路的总电容C0成反比。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。由于是所产生的是固定的中心频率，因而采纳频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。其电路原理图如图所示。克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式要好，使得不稳定电容的变更对回路总电容的影响减小。参数的计算依据前面的介绍，可以设计出如图的振荡电路，其中R4用来供应直流沟通负反馈。设计中D1为变容二极管，我们选用910AT型变容二极管，其容量变更可以从几十PF到100~200PF．因此C7数值接近于Cj的高端值，若假设C7足够大，接近短路，而C8也渐渐增大，从几个PF增加到十几个PF，此时CΣ增大，则振荡频率减小，同时静态调制特性会发生变更，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的电容．又因为三极管T1应为甲类工作状态，其静态工作点不应设的太高，工作点太高振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将使振荡波形严峻失真，但工作点太低将不易起振。由，以及Cj的性质，我们选择C2为100PF,C3为220PF,C6为220PF.利用R7,R8对D1变容管加反偏电压，R7,R8可选用为27KΩ。R1,R2为三极管基极偏置电阻，均选用10KΩ．R4,R5为负反馈电阻，选择较小的电阻即可，我们选用R4为12Ω,R5为１KΩ.设载波中心频率f=12MHz,由AND()设C0为C2，C3和C6串联值,，由于910变容二极管在偏置电压6的状况下Cj较小，也许为十几pf，先不考虑Cj的值，所以并接在L1上的回路总电容为所以电感L1为2.2缓冲级为了使第三级能够达到额定功率必需加大激励即Vbm，因此要求缓冲级有肯定的增益，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。缓冲放大级采纳谐振放大，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。元器件的选择及参数的确定因为对缓冲级管子的要求是所以可选用一般的小功率高频晶体管，如2N3904等．另外，,若取流过偏置电阻R9,R10的电流为

I1=10IbQ则R10=VbQ/I1,R8=(Vcc-VbQ)/I1所以选R10,R8均为10KΩ.为了减小缓冲级对振荡级的影响，射随器和振荡级之间采纳松耦合，耦合电容C9可选为180pf.对于谐振回路C10,L2,由故本次试验取C10为100PF，所以，缓冲级设计电路为图所示2.3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，设计中采纳共放射极电路，同时使其工作在丙类状态，组成丙类谐振功率放大器．由设计电路图知L3、C12和C13为匹配网络，和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．同时为了加强沟通反馈，在T3的放射极串接有小电阻R14．在输出回路中，从结构简洁和调整便利考虑，设计采纳л型滤波网络，如图L3，C12，C13构成π型输出，Q3管工作在丙类状态，调整偏置3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重量。元器件的选择和参数的确定在选择功率管时要求综上可知，我们选择9018功率管．由于要使功放级工作在丙类，就要使，解得，为了使功放的效率较大，可以减小Q3管的导通角，这里取R13=11R12，其次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，须要相应的增大第三级的输入电阻。取R13=220K，R12=20K，变更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，所以放射极电压VE为0.05V，因此R14可选为100Ω。由于,且,一般取Qe=8～10所以解得：L3=1.06µH计算得，C13＝680PF，C12＝220PF.功放级的电路设计如图所示。2.4调频放射机总原理电路图其中，C14,C16为滤波电容，选C14为0.1µF，C16为100µF。C1为基极高频旁路电容，R1,R2为Q1管的偏置电阻。采纳分压式偏置电路既有利于工作点稳定，且振荡建立后有利于振荡幅度的稳定。调整C7/C8可使调频线性良好。R7,R8为变容二极管供应直流偏置。调制音频信号经C17,LC加到变容二极管变更振荡频率实现调频。振荡电压经电容C9耦合加至Q2缓冲放大级。Q2缓冲放大级采纳谐振放大，L3和C13谐振在振荡载波频率上。若通频带太窄或出现自激则可在L3两端并联上适当电阻以降低回路Q值。该级工作于甲类以保证足够的电压放大。Q3管工作在丙类状态，有较高的效率同时防止Q3管产生高频自激而引起的二次击穿损坏。调整偏置电阻可变更Q3管的导通角。L4,C15和C16构成π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重量。鉴别一台调频广播放射机是否是数字化的最有效方法是看其电路原理，目前市场上调频放射机存在如下三种电路原理的调频放射机：1、模拟调频放射机：只能接收模拟音频信号，音频信号放大、限幅及立体声编码都是模拟的；特殊是采纳VCO（压控震荡器）+PLL（锁相环）产生调频载频信号，调制的过程当然也是采纳模拟复合音频信号对VCO的变容二极管进行干脆调制。这种电路就是典型的模拟调频放射机，但可能有LED或LCD数字显示放射机的工作频率，但其全过程都是模拟的。这种模式简称“VCO+PLL”。2、半数字化调频放射机：可以接收数字音频信号（AES/EBU）或模拟音频信号、音频信号处理、立体声编码由DSP（数字信号处理器）来完成，立体声复合信号经D/A转换器转换为模拟立体声复合信号、该信号对VCO进行调频调制。由此可见，在产生立体声复合信号之前是数字化的，之后和模拟调频放射机无异。简称“DSP+PLL”。3、数字调频放射机：从音频到射频全过程的数字化的调频广播放射机，它运用了软件无线电技术来实现调频广播放射机。它接收数字音频信号（AES/EBU）或模拟音频信号（送入A/D）、音频信号处理、立体声编码均由DSP（数字信号处理器）来完成，而调频调制过程DSP限制DDS（干脆数字频率合成器）来完成，实现了调制过程的数字化。离散的数字调频波经D/A转换后生产常规调频波供射频放大器放大到指定功率。简称“DSP+DDS”。数字调频广播放射机有哪些技术优势？数字调频放射机和模拟调频广播放射机相比具有如下突出的优势：1、改善了音质：由于采纳全过程的数字化处理，调频广播的音质可达到接近CD的水平；2、提高了放射机牢靠性：由于采纳大规模集成电路作为主要元件（原件数量少，集成电路自身的牢靠性极高），取代了模拟调频放射机的大量分立元件和小规模集成电路，是整机牢靠性极大地提高；3、放射机的功能柔性大：由于采纳了软件无线电技术，所以在保持放射机硬件不变得状况下、只要装入不同的软件就可以生产出不同功能的调频放射机，这特殊有利于厂家生产组织、也有利于放射机的升级改造；4、可实现精确的远程监控和故障诊断：由于全部原来由硬件实现的功能都已软件化，所以不仅在放射机的LCD显示屏上可以视察到很多模拟放射机不行能视察的内部状态，而且可将这些状态通过通讯接口（RS232/RS485/CAN/TCPIP）在远程进行监控和故障诊断。5、可实现双路音频输入自动切换功能：在某些对系统牢靠性要求较高的场合，可将数字音频和模拟音频同时输入到数字调频放射机，在其内部可实现以数字音频输入为主的自动音频切换功能，可省去外部的音频应急迫换器。数字调频放射机在国内是一项具有自主学问产权的专利技术。四.心得体会及建议经过三周的高频电子课程设计，我不仅学到了很多在课本上学不到的学问，也体会到了实践的重要性。此次课设中，再次用到了Multisim这个软件，由于较少运用，运用起来还不娴熟，于是我特地在图书馆借阅了有关于介绍Multisim的软件的书，加深自己对其的了解和驾驭。通过此次的课程设计，也让我进一步巩固和驾驭所学的基础学问，加深了对高频电路的理解和对元器件的运用。本次实践我从理解它的相关原理，到动手实践画其电路图并在Multisim上仿真出来，再到最终的数据处理及实践报告的撰写，都是我学到了很多。它让我能够在实践中运用自己学过的学问，并努力探究，解决在实践中遇到的问题。在此次的课题探讨中提高我的动手实力、创新意识及熬炼思维活动。课程设计使我们可以将抽象的理论学问和实际电路设计联系在一起，驾驭初步的电路设计方法。在驾驭了模拟电路设计方法的同时也加深了对课程学问的理解和综合的运用，培育了综合运用理论学问以及专业技能上的提升。但是，理论学问的不足在这次学习中很明显的体现出来。这样也好，可以有助于我今后的学习，端正自己的看法，知道了要以书本上的学问为主，实践动手实力为辅，并且把实践和理论结合起来。总之，此次的社会实践让我知道做事要有耐性，要持之以恒，只有这样，才能把一件事做好，当然，最重要的，是要有一颗酷爱学习的心五．附录QuantityDescriptionRefDesPackage1ZENER,RD5.1D1IPC-2221A/2222\DO-341OPAMP,LM7131ACMU1IPC-7351\SON-8(N08E)2OPAMP,LM324ADU3,U4IPC-7351\CASE751A2BJT_NPN,2N1711Q1,Q2Generic\TO-392ZENER,1N4738AD2,D5IPC-2221A/2222\DO-412DIODE,1N1202CD6,D3Generic\DO-203AA2LED_redLED1,LED2Ultiboard\LED9R2_5V2RELAY,EDR2H1A12K2,K4REED\EDRSeriesSMT2DIODE,1N4148D4,D7IPC-2221A/2222\DO-351FWB,1B4B42D8IPC-2221A/2222\12-7A1TRANSFORMER,TS_AUDIO_100_TO_1T1Generic