基于S9018的调频发射机设计

..<<高频电子线路>>课程设计报告题目：基于S9018的调频发射机设计专业：__电子信息工程________年级：_______________学号：_________学生__________________：____________指导________________完成日期：2011年12月27日基于S9018的调频发射机设计摘要本文介绍了基于S9018调频发射机的制作方法及其工作原理。利用S9018三极管,电阻电容组成的LC振荡电路等制作一个高性能调频发射机,它的原理在于话筒将话音转为音频信号,然后音频信号对载波进行调制,产生调频波,通过天线向外发射调频电磁波。此设计可实现发射距离大于50米,发射频率的基本性能。经测试,系统达到此次课程设计的基本要求,具有电路简单,抗干扰强,发射声音清晰的优点。关键词：调频发射机；S9018；调频波ABSTRACTKeyWords:ThispaperintroducesmakingmethodofFMtransmitteranditsworkingprinciple.UsingS9018triodeandLCoscillatingcircuitwhichconsistsofresistanceandcapacitancemakeahigh-performanceFMtransmitter,itsprincipleisturningaudiosignaltovoicesignal,andaudiosignalmodulatesforcarrier,producesFMwave,launchesFMelectromagneticwavesthroughtheantennatooutside.Thisdesigncanrealizelaunchingmorethan30metersandtransmitfrequencyinthebasicperformance.Aftertesting,thesystemcanachievethebasicrequirementsofthecoursedesign,withthesimplecircuit,anti-interferencestrongadvantages.KeyWords:FMtransmitter;S9018;FMradiowave目录摘要IIABSTRACTIII1设计要求及方案选择11.1设计要求11.2方案选择12理论分析与设计22.1设计原理23电路设计33.1各模块电路的设计33.1.1振荡电路的设计33.1.2缓冲级电路的设计43.1.3功率输出级电路43.2总原理图53.3软件仿真54电路焊接与调试64.1电路焊接64.2调试所用的基本仪器清单64.3调试结果64.4测试结果分析75总结8参考文献9附录101设计要求及方案选择1.1设计要求发射频率：87.7Mhz-107.9Mhz；工作电压：DC3V-9V；工作电流：＜100mA；发射距离：大于30米；失真度：0.1%；调制度：15%；调制方式：调频〔FM；最大频偏：土75KHz；输出阻抗：50欧。1.2方案选择〔1采用MC2833集成调频发射机该方案是采用美国MOTORONLA公司生产的专用发射集成芯片——MC2833来实现的。电路中低频信号从5脚输入,经内部放大后从四脚输出。于此同时由LC构成的振荡器开始工作并输出调频信号。此信号通过电容耦合输入到器件内部的晶体管,最后有11脚输出,经进一步倍频放大的信号与音频信号一起进入到第三脚进行调制,产生调频信号最后由天线发射出去。各引脚图如图1-1所示。图1-1MC2833内部结构〔2采用S9018晶体三极管制作调频发射机晶体三极管〔简称三极管是内部含有2个PN结,并且具有放大能力的特殊器件,所以用于电路中主要是起到放大作用。而S9018是很常用的一种三极管具有射频/高频放大、宽频带放大等特点。用S9018来制作发射机电路简单,只需少量基本元件即可。图1-2S9018管脚图虽然方案一采用集成芯片,具有调试简单,输出功率较大,收音不易失真等优点,但是根据我们的实际情况,采用S9018晶体三极管制作调频发射机的基本元件在基地都能购买到,很方便,且该方案也能满足本设计的要求本设计。综合考虑,最终选择采用方案二。2理论分析与设计2.1设计原理一般实现调频发射机的方法很多,大致可分为两类,一类是直接调频,另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激电路的振荡频〔实质上是改变振荡器的定频元件,使其按调制信号的规律线性变化。本设计采用的是直接调频方式,其系统框图如图2-1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,同时还对前后级起一定的隔离作用,为避免功放级的工作状态变化而直接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,并馈送到天线进行发射。调频振荡器调频振荡器音频输入缓冲级输出功率级图2-1系统框图3电路设计3.1各模块电路的设计3.1.1振荡电路的设计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,目前应用较为广泛的是三点式振荡电路和差分对管振荡电路。三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路,由于是固定的中心频率,因而采用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3-1所示。图3-1振荡电路克拉拨振荡电路与电容三点式电路的差别,仅在回路中多加一个与C5、C6相串接的电容C,回路的振荡频率为,克拉拨振荡电路的频稳度大体上比电容三点式电路高一个量级。3.1.2缓冲级电路的设计因为本次设计对该级有一定的增益要求,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。缓冲放大级采用谐振放大,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。对缓冲级管子的要求是,。所以可选用普通的小功率高频晶体管〔S9018。另外,,,若取流过偏置电阻R4的电流为I1=10OIbQ,则R4=VbQ/I1,所以选R4为56KΩ。对于谐振回路C1,L2,由。故本次实验取C1为25PF,L2为4T。所以,缓冲级设计电路为图3-2所示。图3-2缓冲级电路3.1.3功率输出级电路为了获得较大的功率增益和较高的集电极功率,设计中采用共发射极电路,同时使其工作在丙类状态,组成丙类谐振功率放大器。为了实现功率输出级在丙类工作,基极偏置电压V应设置在功率管的截止区．同时为了加强交流反馈,Q3管工作在丙类状态,调节偏置电阻可以改变Q3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分量。在选择功率管时要求,,,。综上可知,我们选择9018功率管,其原理图如图3-3所示。图3-3功率输出级电路3.2总原理图基于上述各模块电路的分析,综合得总原理图如图3-4所示。图3-4总原理图3.3软件仿真根据设计总原理图以及分析的参数,本次课程设计通过使用ISIS7Professional软件来仿真,仿真图3-4所示。图3-4软件仿真图4电路焊接与调试4.1电路焊接根据PCB图将正确的电子元件插到正确的位置用焊锡和电烙铁将其焊接上。在焊接电路板时,应先将电烙铁加热至适当温度,再把电烙铁触在焊孔将焊接点上,期间要注意掌握好焊锡的用量。在焊接的时候,由于电路板表面的铜容易被氧化,从而使得焊接的时候电路板不易粘锡,在这种情况下可以先用砂纸将焊盘的阻焊层擦一擦。这样既有利于焊接,从而防止焊接点的虚焊和脱焊,同时也使得焊接点更牢固更美观,。焊接的时候为了防止在焊接点密集的地方焊接点的相互短路,可以在边焊接边用万用表检查焊接点是否焊接的正确。由于在焊接的时候电烙铁的温度较高,要小心烫伤手和烫坏实验设备。4.2调试所用的基本仪器清单〔1数字式或指针万用表；〔2V稳压电源；〔3GP天线〔阻抗为50欧姆；〔4具有FM收音机功能的收音机；〔5立体声音源〔计算机声卡,MP3,音源纯正,无杂音。4.3调试结果整体电路可以分为三部分,即振荡电路,缓冲电路,功率输出电路。首先对每个部分进行测试,确定输出的功率和波形无误后,再整体调试。加入音频信号后,刚开始无功率输出,经过调节L1,L2,L3,电感的扎数和线圈间的距离,有功率输出。进一步调试,最后输出频率为87.7MHZ,传输距离大概70米。4.4测试结果分析天线匹配,天线的频段和机器频段不一致,天线阻抗不匹配,都会严重影响通话距离。对于使用者来说,在换用天线时要注意将天线拧紧,另外不能随便使用非厂家提供的天线,也不能使用不符合机器频点的天线。天线其实就是个负载,发射机要把功率加载到天线上发射出去,当天线没有接入回路时,发射机功率无法释放,导致内部电路电流过大过载,这时保护电路启动,发出警报,建议尽量避免发射机空载,不然会把机器烧掉的。在我们焊接好电路板后出现了大致一下的问题,我们也通过一定的方法,解决了在焊接电路板时出现的诸多问题。总的说来大致可也叙述为一下的问题和对应的解决方法。〔1为了屏蔽干扰,在对PCB板布线是加了覆铜,覆铜与地线相连,所以在焊接的时候如果焊锡放得多一点,就很容易与电线相连,导致短路。所以在电路板焊完后,一定要先用万用表检查了一下电路板焊接的是否正确。〔2在电路连接没有什么问题的情况下,我们接上电源查看是否成功,我们的电路板出现了,电路板上的电源指示灯LED不亮。关掉电源后,我们分析了可能出现的错误有：一是LED灯被短路；二是电源的正负接得不正确。我们通过用万用表检查,发现使电源的正负极接反了的,最后我们改变了电源的正负极的连接方向,LED能点亮了。〔3在改变电源连接方向后,还不能接收到发射机发出的信号。通过我们的分析可能出现的错误有：一是电路中的振荡器没能正常工作；二是发射电路不能正常工作。于是先用数值示波器检查了电路中的振荡器电路部分的三极管〔Q1的发射极,出现了87MHZ左右的波形,说明振荡器能正常的工作。之后又检查了小信号发射电路部分也就是Q3的集电极,有和Q1发射极频率基本相同但大小不同的的波形,这说明了发射机的信号发射部分也正确。但还是不能接受到信号,于是我们将发射机的电源开关关掉后将MP3放出的信号接到发射机的信号输入端,在用模拟示波器观察在Q1的基集是否有音频信号加载上去。结果是没能发现有信号,通过我们的分析这可能出现的情况有：一是音频信号的输入端与地短路；二是音频信号的输入端与Q1基集之间是断路情况。我们先用万用表的检查了电路,结果发现在Q1和音频信号的输入端之间的电容出现了虚焊的情况。导致了音频信号不能输入到Q1的基集。因此音频信号不能被调制到由三极管〔Q1、电容〔C4、和电感〔L1组成的高频小信号振荡器中,所以不能被发射出去。将其焊接好后,在Q1基集能检查到信号了。再将电源打开,加上音频信号后,用数字示波器在Q3的集电极测到有一定的带宽调频波信号。〔4将音频信号加上,发射机接上电源,收音机还是不能接收到信号。最后我们分析得出可能的错误原因：是收音机能接收到的频率和发射机的发射频率不在同样频率段。于是我们调整了电路板上的空心电感L1,也就是调节了电路板的中心了,最后我们发现将发射机的发射频率调整到了88MHz左右时能接收到较好的信号了,但是信号太弱了,于是我们将电路板中的空心电感L2、L3、L4都做了适当的调整。最后能接收到较好的声音信号了。能在收音机里较清晰的听见在MP3中放出的声音信号。5总结这是我们教学安排的第三个课程设计。这次课程设计总计时间近35天,从最开始的确定选题到着手查资料、计算、画原理图、仿真、刻电路板、调试、总结,收益很大。〔1查资料,原来我们潜意识都是去书本上查东西,这次课程设计我从课本上获得了大量信息,但更大的部分是上网查阅和向基地其他成员请教的,以后我们要学会请教别人和更好的利用互联网上的资源。〔2通过计算,我对高频的知识有了一个复习回忆的过程,晶体三极管、LC振荡电路、发射机基本框架电路等知识得到了相应的复习。课程学习来不得半点马虎,课程设计就是考察平常是否真正学习的最好方式。〔3仿真是用ISIS软件进行的,电路仿真成功后,便用protel99SE软件画电路图、导PCB板。发现自己原来学得太浅,真正要做一个实物时,进展很慢。快捷键等方面的应用很缺乏。这一次加深印象的同时,更使我认识到学以致用才是硬道