高頻課程設計--調頻發(fā)射機設計

1、<p><b>　　高頻課程設計</b></p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　班級：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　學號：</b><

2、;/p><p><b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　時間：年 月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、引言.............................................2</p>

3、<p>　　二、摘要............................................ 2</p><p>　　三、實踐目的.................................. 3</p><p>　　四、設計要求.................................. 3</p><p>　　五、相關原

4、理知識............................. 3</p><p>　　5.1 RF不同頻段的應用................................. 3</p><p>　　5.2 FM調制........................................... 4</p><p>　　5.3 系統(tǒng)框圖......

5、.................................... 5 </p><p>　　六、電路方案選擇.............................. 6</p><p>　　6.1 調頻方式選擇.................................. 6</p><p>　　七、電路各單元模塊.................

6、.......... 6</p><p>　　7.1 麥克風模塊電路............................... 6</p><p>　　7.2第一級模塊電路................................ 7</p><p>　　7.3第二級模塊電路................................ 7</p&

7、gt;<p>　　7.4第三級模塊電路................................ 9</p><p>　　7.5電路指示燈模塊電路............................. 10</p><p>　　八、系統(tǒng)安裝與調試............................10</p><p>　　8.1 PCB圖

8、的設計..................................10</p><p>　　8.2 系統(tǒng)的調試...................................11</p><p>　　九、課程設計心得體會......................... 11</p><p>　　十、參考文獻......................

9、............ 12</p><p>　　十一、附件.................................... 13</p><p>　　附錄1：電路總原理圖.............................. 13</p><p>　　附錄2：電路PCB圖............................... 13</

10、p><p>　　附錄3：元器件清單................................ 14</p><p><b>　　調頻發(fā)射機設計</b></p><p><b>　　一、引言:</b></p><p>　　無線電發(fā)射與接收設備是高頻電子線路的綜合應用，是現代化通信系統(tǒng)、廣播與電視系統(tǒng)

11、、無線安全防范系統(tǒng)、無線遙控和遙測系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、無線電制導系統(tǒng)等，必不可少的設備。發(fā)射機就是可以將信號按一定頻率發(fā)射出去的裝置。廣泛應用與電視，廣播，雷達等各種民用，軍用設備。主要可分為調頻發(fā)射機、調幅發(fā)射機、光發(fā)射機、哈里斯發(fā)射機等多種類型。</p><p>　　調頻發(fā)射機，首先將音頻信號和高頻載波調制為調頻波,使高頻載波的頻率隨音頻信號發(fā)生變化,再對所產生的高頻信號進行放大、激勵、功放和一系列

12、的阻抗匹配,使信號輸出到天線,并將信號發(fā)送出去的裝置.高頻信號的產生現在有頻率合成、PLL等方式.現在我國商業(yè)調頻廣播的頻率范圍為88-108MHZ,校園為76-87MHZ,西方國家為70-90MHZ。</p><p><b>　　二、摘要:</b></p><p>　　本次課程設計圍繞人們熟悉的調頻發(fā)射機進行展開，隨著經濟的飛速發(fā)展，調頻發(fā)射機也進行著高速的更新與換

13、代，性能明顯提升，性價比也有所下降，同時在人們的生活中扮演著越來越重要的角色。</p><p>　　這次我們主要來設計一個小功率調頻發(fā)射機，它主要是由西勒振蕩器和兩級功率放大器組成(一級甲類功率放大器和一級丙類功率放大器)，各單元電路共同作用，最終將音頻信號通過天線輻射到空間。</p><p>　　在電路設計時首先根據設計的要求構建設計的總框圖，充分考慮各個單元電路之間的信號傳輸和阻抗匹配

14、。理解各個要求的參數的意義，針對各參數再分別在各具體電路中加以實現，并且保證電路的正常運行。</p><p>　　關鍵詞： 調頻 振蕩器 功率放大器</p><p><b>　　三、實踐目的：</b></p><p>　　本次設計要達到以下目的：</p><p>　　進一步認識射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)；</p>

15、;<p>　　掌握調頻無線電發(fā)射機的設計；</p><p>　　學習無線電通信系統(tǒng)的設計與調試。</p><p><b>　　四、設計要求：</b></p><p>　　發(fā)射機采用FM、AM或者其它的調制方式；</p><p>　　若采用FM調制方式，要求發(fā)射頻率覆蓋范圍在８８－１０８ＭＨｚ，傳輸距離>

16、;20m;</p><p>　　若采用AM調制方式，發(fā)射頻率為中波波段或30MHz左右，傳輸距離>20m；</p><p>　　為了加深對調制系統(tǒng)的認識，發(fā)射機建議采用分立元件設計；（采用集成電路的設計方法建議作為備選方案；）</p><p>　　已調信號通過AM/FM多波段收音機進行接收測試。</p><p><b>　　五

17、、相關原理知識：</b></p><p>　　5.1 RF不同頻段的應用</p><p>　　中波調幅（AM）收音機—從535kHz 到 1.7MHz </p><p>　　短波調幅（AM）收音機—從5.9MHz 到 26.1 MHz</p><p>　　民用波段（CB）收音機—從26.96 MHz 到 27.41 MHz<

18、/p><p>　　電視臺波段—2 頻道到6 頻道頻率范圍是54MHz 到88MHz</p><p>　　調頻（FM）收音機—從88MHz 到108MHz</p><p>　　電視臺波段—7 頻道到13 頻道頻率范圍是174MHz 到220MHz</p><p>　　車庫門禁、無線報警系統(tǒng)等，頻率大概在40MHz</p><p&

19、gt;　　注：頻率范圍的規(guī)定隨著不同的地區(qū)而變化。</p><p>　　5.2 FM調制原理</p><p>　　載波，調制信號；通過FM調制，使得頻率變化量與調制信號的大小成正比。即已調信號的瞬時角頻率</p><p>　　已調信號的瞬時相位為</p><p>　　實現調頻的方法分為直接調頻和間接調頻兩大類。</p><

20、p>　　5.2.1 直接調頻</p><p>　　直接調頻的基本原理是利用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調制信號變化規(guī)律。要用調制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠實現直接調頻。直接調頻可用如下方法實現：</p><p>　?、?改變振蕩回路的元件參數

21、實現調頻</p><p>　　在LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振蕩回路的電感L和電容C。在RC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據調頻的特點，用調制信號去控制電感、電容或電阻的數值就能實現調頻。</p><p>　　調頻電路中常用的可控電容元件有變容二極管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場效應管

22、。</p><p>　?、?控制振蕩器的工作狀態(tài)實現調頻</p><p>　　在微波發(fā)射機中，常用速調管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上的反射極電壓。因此，只需將調制信號加至反射極即可實現調頻。</p><p>　　若載波是由多諧振蕩器產生的方波，則可用調制信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。</p><p&g

23、t;　　5.2.2 間接調頻</p><p>　　如圖1所示，不直接針對載波，而是通過后一級的可控的移相網絡。 將先進行積分，而后以此積分值進行調相，即得間接調頻。</p><p>　　圖1 間接調頻實現</p><p>　　可控移相網絡的實現方法如下圖2所示。將變容二極管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構成變容二極管調相電路。電路中，由于調制信號的作用使回路諧振

24、頻率改變，當載波通過這個回路時由于失諧而產生相移，從而獲得調相。</p><p>　　圖2 單級回路變容管調相電路</p><p><b>　　5.3 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　采用FM調制的調頻發(fā)射機其原理框圖如下圖所示：</p><p><b>　　六、電路方案選擇：</b><

25、;/p><p>　　6.1 調頻方式選擇</p><p>　　實現調頻的方法很多，大致可分為兩類，一類是直接調頻，另一類是間接調頻。直接調頻是用調制信號電壓直接去控制自激振蕩器的振蕩頻率（實質上是改變振蕩器的定頻元件），變容二極管調頻便屬于此類。間接調頻則是利用頻率和相位之間的關系，將調制信號進行適當處理（如積分）后，再對高頻振蕩進行調相，以達到調頻的目的。兩種調頻法各有優(yōu)缺點。直接調頻的穩(wěn)定

26、性較差，但得到的頻偏大，線路簡單，故應用較廣；間接調頻穩(wěn)定性較高，但不易獲得較大的頻偏。考慮到電路的復雜度故采用直接調頻的方案。</p><p>　　直接調頻最常見有變容二極管調頻，使用VCO實現變容二極管直接調頻。許多中小功率的調頻發(fā)射機都采用變容二極管直接調頻技術，即在工作于發(fā)射載頻的LC振蕩回路上直接調頻，采用晶體振蕩器和鎖相環(huán)路來穩(wěn)定中心頻率。較之中頻調制和倍頻方法，這種方法的電路簡單、性能良好、副波少、

27、維修方便，是一種較先進的頻率調制方案。</p><p>　　另外一種更為簡單的直接調頻方法是用三極管直接調頻。原理是三極管組成共基極超高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基極輸入的音頻信號變化而變化，從而改變高頻振蕩的頻率，最終實現頻率的調制。</p><p>　　由于采用變容二級管調頻，對高頻軛流圈的參數要求比較苛刻。這樣會使設計電路變得困難。因此采用三極管直接調制的方法，這樣不僅能夠實現F

28、M調頻，而且使電路變得非常簡潔。</p><p><b>　　七、電路各單元模塊</b></p><p>　　7.1 麥克風模塊電路:</p><p>　　由于要接入麥克風，所以要給麥克風提供驅動電壓但又不能太大，通過22k的電阻R1實現，C2的作用是濾波減小干擾，C1為耦合電容防止過大的電流將晶體三極管燒壞。</p><p

29、><b>　　圖4</b></p><p>　　7.2 第一級模塊電路：</p><p>　　LC調頻振蕩器：產生頻率f0=76MHz左右的高頻振蕩信號，最大頻偏Δfm=75kHz，整個發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。在調頻振蕩級可選用電感三點式，電容三點式和晶體振蕩器產生正弦波電壓。</p><p>　　本方案采用通過C3 、C4、 C5

30、、 C6、L1組成改進型電容三點式(西勒振蕩器)，以為C3與L1并聯，所以又稱為并聯型電容三點式振蕩 圖5</p><p>　　器。電路中通過調節(jié)電感值就可以得到所需要的頻率。這里C7是與下一級放大電路的耦合電容，作用是隔直流，保護電路的作用。</p><p>　　7.3第二級模塊電路：</p><p>　　音頻放大電路由共射放大電路構成。

31、由調制級轉換過來的音頻信號非常弱，因此必須再加上一級共射放大的電路。然而要使共射放大電路工作在放大區(qū)，必須有合適的靜態(tài)工作點Q。 </p><p>　　a、靜態(tài)工作點的測量</p><p>　　測量放大器的靜態(tài)工作點，應在輸入信號的情況下進行，選用量程合適的直流電壓表，測量發(fā)射極電壓Ue。然后算出發(fā)射極電流Ie，再根據Ic=Ie=Ue/Re, 求的集電極電流Ic。</p>&

32、lt;p>　　b、靜態(tài)工作點的調試</p><p>　　放大器靜態(tài)工作點的調試是指對管子集電極電流Ic（或Uce）的調試。靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影 圖6靜態(tài)工作點對U0波形失真的影響</p><p>　　響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產生飽合失真，此時Uo的負半周將被削底，如上圖6(a)所示；如工作點偏低則易產生截止失真，即Uo的

33、正半周被削頂（一般截止失真不如飽合失真明顯），如圖6(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態(tài)調試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓Ui，檢查輸出電壓Uo的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應調節(jié)靜態(tài)工作點的位置。圖7中由于通過調制電路的信號很小所以要用甲類放大器，以防止失真或無法達到放大作用，這里負載采用L2、C9并聯諧振回路達到選頻和匹配作用。R5的作用是給基極提供偏置電壓，設置三極管的靜

34、態(tài)工作點和放大倍數。C10濾波減小干擾。 </p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　7.4 第三級模塊電路：</p><p><b>　　基本關系式</b></p><p>

35、;　　功率放大器的基極偏置電壓Vbe是利用發(fā)射極電流的直流分量Ieo（≈Ico）在射極電阻上產生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號Ui為正弦波時，集電極的輸出電流Ic為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓Uc1,電流Ic1。丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關系為：</p><p><b>　　。 </b></p>&

36、lt;p>　　式中，為集電極輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；為集電極回路的諧振阻抗。</p><p>　　。 </p><p>　　式中，PC為集電極輸出功率</p><p><b>　　。</b></p><p>　　式中，PD為電源VCC供給的直流功率；Ico為集電極電流

37、脈沖Ic的直流分量。</p><p><b>　　放大器的效率為。</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　圖8是為丙類放大，以提高發(fā)射功率使已調信號可以發(fā)射更遠，集電極同樣采用L3、C12并聯諧振電路選頻匹配。后面通過旁路電容C12=220uF的極性電容濾除無用的小信號，減小干擾。再通過C1

38、4將調制信號耦合到天線上去。</p><p>　　7.5 電路指示燈模塊電路： </p><p><b>　　圖9 </b></p><p>　　圖9是電路的指示燈電路，用于檢驗電路是否處于正常供電，當電路處于正常供電時，發(fā)光二級管點亮，否則二極管不亮。</p><p><b>　　八、系統(tǒng)安裝與調試&

39、lt;/b></p><p>　　8.1 PCB圖的設計</p><p>　　通過使用Altium Designer軟件將原理圖轉化為PCB圖并合理布線，經轉印機轉印至銅板上，并用環(huán)保腐蝕劑進行腐蝕。再打孔焊接元器件。其PCB圖如圖5.1.1。實物圖如圖5.1.2（a）（b）。</p><p>　　圖5.1.1PCB圖</p><p>

40、　　圖5.1.2（a） 圖5.1.2（b）</p><p><b>　　8.2 系統(tǒng)的調試</b></p><p>　　將本系統(tǒng)接入5V電源，指示燈亮，電源顯示電流為0.03A，系統(tǒng)工作正常。用示波器測發(fā)射天線端的輸出波形，通過不斷地對電感進行調節(jié)，使發(fā)射頻率處于88-108MHz之間的某一個相對穩(wěn)定值，用普

41、通調頻收音機選頻，并在話筒旁邊播放音樂。通過調節(jié)音頻放大電路的偏置電阻及末級功放來改變發(fā)射距離和接收音質。天線發(fā)射端的輸出波形如圖5.2.1所示</p><p><b>　　圖5.2.1 </b></p><p>　　九、課程設計心得體會</p><p>　　通過課程設計，使我們加強對高頻電子技術電路的理解，學會查詢資料，方案比較，以及設計計算

42、等環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動手動腦、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決高頻電子電路問題的實際本領，真正實現由課本知識向實際能力的轉化，通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強我們的實踐能力。</p><p>　　通過一個星期的高頻課程設計，我們設計的是調頻發(fā)射。在課程設計之前，我們通過各個渠道查找資料后分析驗證，經過多次的修改和整理，設計出了如上發(fā)射機。并且按照要求完成任務

43、。對這個課題的理解一開始，我們看到課題叫調頻（或調幅）發(fā)射機，一直沒弄明白這個課程設計要做的是什么。高頻的知識不是很容易懂，通過老師給的資料以及上網查找相關文檔，結合所學課本知識，很快就設計出了較好的原理圖。問題比較大的還是在調試環(huán)節(jié)，存在著諸多的因素，儀器的匱乏導致效率的底下，總是會出現爭執(zhí)使用儀器的局面，由于時間比較緊迫，大家也比較心急。但是我比較早調試，這種情況還是沒遇到的。</p><p>　　不過總的來

44、說在這次的課程設計中，我們通過動手實踐操作，進一步學習和掌握了有關高頻原理的有關知識，特別是動手操作方面，加深了對調頻發(fā)射機調試技術的認識，進一步鞏固了對高頻知識的理解，也對模塊的基本工作原理和調試儀器有了一定的了解。在設計時我們根據課題要求，復習了相關的知識，還查閱了相當多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識。這次的高頻課程設計重點是通過實踐操作和理論相結合，提高動手實踐能力，提高科學的思維能力，更在短短的時間了

45、解了更多的有關調頻的課程精髓。</p><p>　　在實驗室有限的條件和自己有限的知識里，非常感謝指導老師誨人不倦的精神。</p><p><b>　　十、參考文獻</b></p><p>　　《高頻電子線路》 高吉祥 主編 電子工業(yè)出版社</p><p>　　《模擬電子線路》 謝沅清 主編 成都電子科大出版

46、社. </p><p>　　《高頻電子線路輔導》 曾興雯 陳健 劉乃安主編 西安電子科大出 </p><p><b>　　版社.</b></p><p>　　《通信電子線路》 劉泉主編 武漢理工大學出版社 </p><p><b>　　十一、附件</b></p>