小功率调频发射机课程设计

河南机电高等专科学校毕业课程设计小功率调频发射机设计报告姓名：学号：专业：通信网络与维护指导教师：****2023年3月30日摘要调频发射机目前处于快速开展之中，在很多领域都有了很广泛的应用。它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。这个实验是关于小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过这次实验我们可以更好地稳固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。学会根本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。本课设结合Proteus软件来对小功率调频发射机电路的设计与调试方法进行研究。Proteus软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Proteus软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。使用Proteus、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。本课题的设计目的是要求掌握最根本的小功率调频发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用Proteus软件仿真设计了一个小功率调频发射机。目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、设计和制作任务-4-二、主要技术指标-4-三、确定电路组成方案-4四、设计方法-5-4.1振荡级-54.2缓冲级-64.3功率输出级-74.4总的原理图设计-8-五、实验数据分析-11-六、实验总结-12-七、参考文献-13一、设计和制作任务确定电路形式，选择各级电路的静态工作点，画出电路图。计算各级电路元件参数并选取元件。画出电路装配图。组装焊接电路。调试并测量电路性能。写出课程设计报告书实验仪器：碳墨电阻假设干个，电解电容1个，，瓷介电容假设干个，变容二极管一个，电感一个，中周三个，线路板一个，示波器一台，万用表一个二、主要技术指标1．中心频率=12MHz2．频率稳定度≤0.1MHz3．最大频偏>10kHz4．输出功率≥30mW55．电源电压Vcc=9V三、确定电路组成方案拟定整机方框图的一般原那么是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应、干扰和自激。在实际应用中，很多都是采用调频方式，与调幅相比拟，调频系统有很多的优点，调频比调幅抗干扰能力强，频带宽，功率利用率大等。调频可以有两种实现方法，一是直接调频，就是用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。令一种就是间接调频，先对调制信号进行积分，再对载波进行相位调制。两种调频电路性能上的一个重大差异是受到调频特性非线性限制的参数不同，间接调频电路提供的最大频偏较小，而直接调频可以得到比拟大的频偏。所以，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。输出功率级输出功率级缓冲级调频震荡级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，以提供末级所需的鼓励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为防止级功放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。四、设计方法〔原理〕1、振荡级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，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。其电路原理图如右图所示。克拉拨电路与电容三点式电路的区别，仅在回路中多加一个与c2、c3相串联的c6，克拉伯振荡电路的频率稳度大体上比三点式电路高一个量级。由于频率发射机其频率受到外加调制信号电压调变，因此，回路中的电阻要能够跟调制信号的改变而改变，应用一可变电阻器件，它的电容量或电感调频，最简便最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，因要求的频偏不大，故采用变容二极管局部介入震荡回路的直接调频方法。2、缓冲级因为本次实验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。假设通频带太窄或出现自激那么可在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，如9018等．另外，,假设取流过偏置电阻R9,R10的电流为I1=10IbQ那么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，射随器与振荡级之间采用松耦合，耦合电容C9可选为180pf.对于谐振回路C10,L2,由图2故本次实验取C10为100PF，所以，缓冲级设计电路为图2所示 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．由设计电路图知L3、C12和C13为匹配网络，与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．同时为了加强交流反应，在T3的发射极串接有小电阻R14．在输出回路中，从结构简单和调节方便考虑，设计采用л型滤波网络，如右图。L3，C12，C13构成π型输出，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．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，第二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，需要相应的增大第三级的输入电阻。取R13=220K，R12=20K，改变R14可调整放大倍数，取较小的反应电阻有利于提高增益，因为选定，所以发射极电压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图3计算得，C13＝680PF，C12＝220PF.功放级的电路设计如右图所示。 4、总的原理图设计根据前面的分析，还要考虑各级之间的隔离，以及滤波电路，可以设计出如下列图的原理图。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。采用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。调节C7/C8可使调频线性良好。R7,R8为变容二极管提供直流偏置。调制音频信号经C17,LC加到变容二极管改变振荡频率实现调频。振荡电压经电容C9耦合加至Q2缓冲放大级。Q2缓冲放大级采用谐振放大，L2和C10谐振在振荡载波频率上。假设通频带太窄或出现自激那么可在L2两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。调节偏置电阻可改变Q3管的导通角。L3,C12和C13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分量。电路的调试电路的调试顺序先分级调单元电路的静态工作点，测量其性能参数；然后在逐级进行联调，直到整机调试；最后进行整机技术指标测试。〔1〕、第一级调试为了检查电路是否正确，应该对三极管Q1和变容二极管的静态工作点进行测量，然后调节中周L1，使振荡频率为12MHz，测量结果如表5.2-1所示表5.2-1E〔v〕B〔v〕C〔v〕Cj负〔v〕f〔MHz〕Vpp〔V〕Q12.403.063.943.5012.043.7〔2〕、第二级调试对三极管的各个静态工作点测量，然后调节中周L2，使该级的LC谐振回路谐振在12MHz上，而且为了使第三级有更大的功率放大，该级的Vpp尽量调到靠近4V。测量结果如表5.2-2所示表5.2-2E〔v〕B〔v〕C〔v〕f〔MHz〕Vpp〔V〕Q23.304.018.6212.055.30〔3〕、第三级调试同样先对三极管的各个静态工作点测量，由于各级之间存在一定的影响，所以在调节中周L3时，会对前面两级的频偏产生影响，结果如表5.2-3所示表5.2-3E〔v〕B〔v〕C〔v〕f〔MHz〕Vpp〔V〕Q30.10.768.9612.025.4〔4〕、整机调试把1KHz，0.2V的调制信号加到调制信号输入端，把输出端的已调信号送到频偏仪进行解调，再把结果送到示波器，观察频偏大小和波形是否有失真，结果如表5.2-4所示表5.2-4解调后的f频偏fm有无失真1.003KHz249KHZ无失真 五实验数据分析理论值实际值电感(H)调试前调试后L13.3H3.6H3.2HL21.7H2.3H1.8HL31.1H1.6H1.2H频率0〔MHz〕12MHZ12.02MHZ最大频偏△m+10KHz+5KHz幅度V4~6v5.4v由于功放运用的折线分析方法，其理论计算为近似值。在计算电感L1值时，由于并不清楚Cj的具体值，把它忽略了，此外单元电路的设计计算没有考虑实际电路中分布参数的影响，级间的相互影响，所以电路的实际工作状态与理论状态相差较大，因而元件参数在整机调整过程中，修改比拟大，这是在高频电路整机调试中需要特别注意的。六、实验总结通过这次的小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试实践学习，让我学到了很多实实在在的东西，通过亲自动手，使我进一步地稳固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解，尤其是更深层次的掌握了谐振功率放大器的工作原理，以及滤波匹配网络参数的计算。为我今后的学习和工作奠定了良好的实验根底。比方说以前一直搞不清楚品质因数Q值到底是什么，通过本次实验有了一定的理解。当然在本次课设中也发现了自己的错误，我觉得以后在关于像本次课设的工程时调试过程中应该注意以下几点：不能直接就绕11圈或是12圈，而是要留出一小断漆包线，防止电感值过高或过低，可以直接用多出的漆包线直接减一圈或是加一圈，这样可以防止要把电感拆下来重新绕。要会测三个三极管