通信電子線路課程設(shè)計說明書簡易調(diào)頻發(fā)射機（話筒）

1、 通信電子線路課程設(shè)計說明書 簡易調(diào)頻發(fā)射機（話筒） 系 、 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) 班 級： 電信0902 完成時間： 2011年6月5日 摘 要調(diào)頻發(fā)射機作為一種簡單的通信工具，由于它不需要中轉(zhuǎn)站和地面交換機站支持，就可以進(jìn)行有效的移動通信，因此深受人們的歡迎。目前它廣泛的用于生產(chǎn)、保安、野外工程等領(lǐng)域的小范圍移動通信工程中。本課題重點在于設(shè)計能給發(fā)射機電路提供穩(wěn)定頻率的振蕩調(diào)制電路。課題首先用兩級電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，適當(dāng)放大語音信號，以配合調(diào)制級工作；然后用石英晶體構(gòu)成振蕩電路為發(fā)射機提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率載波，接著通過變?nèi)?/p>

2、二極管完成語音信號對載波信號的頻率調(diào)制，并通過lc并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)選出三倍頻信號；最終利用兩級功率放大，使已調(diào)制信號功率大大提高，經(jīng)過串聯(lián)濾波網(wǎng)絡(luò)濾除高次諧波，最后通過拉桿天線發(fā)射出去。通過后續(xù)的電路仿真和部分電路的調(diào)試，可以證明本課題的電路基本成熟，基本能完成語音信號的電壓放大、頻率調(diào)制和功率放大，達(dá)到發(fā)射距離的要求。本課程設(shè)計結(jié)合multisim軟件來對簡易調(diào)頻發(fā)射機電路的設(shè)計與調(diào)試方法進(jìn)行研究。multisim軟件能實現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證、和設(shè)計數(shù)據(jù)管理。今天的multisim軟件已不是單純的設(shè)計工具，而是一個系統(tǒng) ，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設(shè)

3、計。使用multisim、等計算機軟件對產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計在很早以前就已經(jīng)成為了一種趨勢，這類軟件的問世也極大地提高了設(shè)計人員在機械、電子等行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量與效率。本課題的設(shè)計目的是要求掌握最基本的簡易調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計與安裝及對各級電路進(jìn)行詳細(xì)地探討，并利用multisim軟件仿真設(shè)計一個簡易調(diào)頻發(fā)射機。關(guān)鍵字：lc調(diào)頻；射級跟隨器；高頻功率放大abstractfm transmitter, as a kind of simple communication tools, because it does not require station and ground switch stand s

4、upport, can effectively mobile communications, so deeply the welcome of people. at present it widely used for production, security, field in the construction of small areas of the mobile communication engineering. this subject focuses design can give transmitter circuits provide stable frequency osc

5、illation modulation circuit. topic firstly with two levels of voltage parallel negative feedback amplifying circuit appropriate amplification speech signal, to match the modulation level; then use quartz crystal constitute oscillating circuit for transmitter provide stable benchmark frequency carrie

6、r, and then through the transfiguration diode speech signal to complete the carrier signal frequency modulation, and through the lc parallel resonant frequency signal network elected three times, finally using two levels of power amplifier, make already modulation signal power greatly improved, afte

7、r series of the filtering network filter hhg, finally through bars antenna emitted. through subsequent circuit simulation and part of the circuit, commissioning, can prove this topic circuit basic mature, basic can finish the speech signal voltage amplifier, frequency modulation and power amplifier,

8、 to launch the distance of the request. this course design with multisim software to simple fm transmitter circuit design and debug method study. multisim software can realize from the electrical concept design to the output physical production data, and that between all analysis, verify, and design

9、 data management. todays multisim software has not simple design tools, but a system by simulation, it covers all the physical design as the core. use multisim, computer software for products such as assistant design long before has become a trend, this kind of software release also greatly improve

10、the design personnel in mechanical and electronic industries of product design quality and efficiency. this topic are designed requiring the most basic simple fm transmitter design and installation and for all levels and circuit detail discussion, and using multisim software simulating a simple fm t

11、ransmitter. key word: lc fm, shoot level follow manometers; rf power amplifier 目 錄1.課程設(shè)計任務(wù)4 1.1 引言 4 1.2 設(shè)計目的.4 1.3 設(shè)計任務(wù).4 1.4 基本要求4 2.總體方案.5 2. 1方案選擇.5 2. 2工作原理.5 2. 3設(shè)計框圖.53系統(tǒng)硬件設(shè)計6 3.1 lc振蕩電路的選擇6 3.2 諧振放大級選擇8 3.3 功放輸出級9 3.4 總電路原理圖設(shè)計11 4、電路性能測試與仿真圖12 5.1lc振蕩電路仿真波形12 5.2緩沖放大級仿真波形12 5.3高頻功率放大電路仿真13 5

12、誤差分析及單元電路的測試156.1 誤差分析156.2 單元電路測試16設(shè)計總結(jié)17致謝18參考資料191. 課程設(shè)計任務(wù)書1.1 引言本文設(shè)計一個調(diào)頻發(fā)射機，調(diào)頻發(fā)射機由前級lc振蕩電路，變?nèi)荻O管調(diào)頻，射級跟隨器，甲放，和高頻放大電路構(gòu)成。高頻放大電路是調(diào)頻發(fā)射基末級電路，其性能的優(yōu)劣直接影響到發(fā)射機的好壞，穩(wěn)定性和放大特性等指標(biāo)。因此本文設(shè)計對中頻放大電路做了比較詳細(xì)的介紹。1.2設(shè)計目的通過調(diào)頻發(fā)射機電路的設(shè)計，使得建立無線電發(fā)射收機的整機概念，了解發(fā)射機整機各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算發(fā)射的各個單元電路：包括lc振蕩電路、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路、射級跟隨器電路、高

13、頻功放電路設(shè)計、元器件選擇。發(fā)射機是日常生活中常見的也是應(yīng)用非常廣泛的電子器件，研究本課題既可以了解小信號發(fā)射機電路，又可以提高對于multisim和protues的應(yīng)用能力和運用書本知識的能力。1.3任務(wù)設(shè)計一個簡易調(diào)頻發(fā)射機（話筒），載頻為4mhz，最大頻偏為，天線阻抗為75，輸出功率大于200mw，中心頻率穩(wěn)定度不低于。要求調(diào)試并測量主振級電路的性能，包括中心頻率及其頻率穩(wěn)定度等。1.4基本要求 1.載頻：4mhz 2.最大頻偏：， 3.天線阻抗：75， 4.輸出功率：=200mw， 5.中心頻率穩(wěn)定度：=2總體方案2.1 方案選擇直接調(diào)頻發(fā)射機調(diào)頻就是由高頻振蕩器產(chǎn)生的調(diào)頻信號先由變?nèi)?/p>

14、二極管調(diào)頻，發(fā)射機的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號對高頻載波的調(diào)制，高頻部分包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動級與末級功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級，以削弱后級對主振器的影響。 2.2 工作原理調(diào)頻發(fā)射機是由lc振蕩電路、緩沖級和高頻功率放大電路構(gòu)成。由lc振蕩電路產(chǎn)生載波信號，送往緩沖級，然后由高頻功率放大電路對信號進(jìn)行放大，最后由天線發(fā)送出去。 2.3設(shè)計框圖 通常小功率發(fā)射機采用直接調(diào)頻方式，它的組成框圖如下所示。其中高頻振蕩級主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號，且其頻率受到外加音

15、頻信號電壓調(diào)變；緩沖級主要是對調(diào)頻振蕩信號進(jìn)行放大，以提供末級所需的激勵功率，同時還對前后級起有一定的隔離作用，為避免級功放的工作狀態(tài)變化而直接影響振蕩級的頻率穩(wěn)定度；，功放級的任務(wù)是確保高效率輸出足夠大的高頻功率，并饋送到天線進(jìn)行發(fā)射。輸出功率級緩沖級調(diào)頻震蕩級 圖為 直接調(diào)頻發(fā)射機組成框圖3、 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 lc振蕩電路的選擇 產(chǎn)生頻率穩(wěn)定且中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號是振蕩電路，目前應(yīng)用較為廣泛的是三點式振蕩電路和差分對管振蕩電路。三點式振蕩電路又可分為電感和電容三點式振蕩電路，由于是固定的中心頻率，本實驗采用較為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振型晶體振動器，如圖5所示三極管t1應(yīng)為甲類工作狀態(tài)

16、，其靜態(tài)工作點不應(yīng)設(shè)的太高，工作點太高振蕩管工作范圍易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗的降低將使振蕩波形嚴(yán)重失真，但工作點太低將不易起振。 其電路原理圖如圖作圖所示所示。 晶體串聯(lián)諧振型晶體管振動器，r與晶體構(gòu)成正反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)f=fs的時候，晶體振動器產(chǎn)生串聯(lián)振蕩。當(dāng)阻抗最小時，反饋量最大，能滿足起振的條件。 由于是調(diào)頻發(fā)射機，其頻率受到外加調(diào)制信號電壓調(diào)變，因此，回路中的電抗要能夠跟調(diào)制信號的改變而改變，應(yīng)用一可變電抗器件，它的電容量或電感量受調(diào)制信號控制，將它接入振蕩回路中，就能實現(xiàn)調(diào)頻。最簡便、最常用的方法是利用變?nèi)荻O管的特性直接產(chǎn)生調(diào)頻波，因要求的頻偏不大，故采用變?nèi)?二極管部分接入振蕩回路的直

17、接調(diào)頻方式。其原理電路如右所示，它具有工作頻率高、固定損耗小和使用方便等優(yōu)點。變?nèi)荻O管cj通過耦合電容c1并接在lcn回路的兩端，形成振蕩回路總?cè)莸囊徊糠帧?因而，振蕩回路的總電容c為： （3-1） 振蕩頻率為： （3-2）加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為： (3-3) 變?nèi)荻O管利用pn結(jié)的結(jié)電容制成，在反偏電壓作用下呈現(xiàn)一定的結(jié)電容（勢壘電容），而且這個結(jié)電容能靈敏地隨著反偏電壓在一定范圍內(nèi)變化，其關(guān)系曲線稱曲線，如圖4.1-3所示。 由圖可見：未加調(diào)制電壓時，直流反偏所對應(yīng)的結(jié)電容為。當(dāng)調(diào)制信號為正半周時，變?nèi)荻O管負(fù)極電位升高，即反偏增加時，變?nèi)荻O管的電容減??；當(dāng)調(diào)制信號為負(fù)半周時，變

18、容二極管負(fù)極電位降低，即反偏減小時，增大，其變化具有一定的非線性，當(dāng)調(diào)制電壓較小時，近似為工作在曲線的線性段，調(diào) 制電壓線性變化，當(dāng)調(diào)制電壓較大時，曲線的非線性不可忽略，它將給調(diào)頻帶來一定的非線性失真。 我們再回到上圖，并設(shè)調(diào)制電壓很小，工作在cjvr曲線的線性段，暫不考慮高頻電壓對變?nèi)荻O管作用。設(shè)圖4.1-3 用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容 （3-4）由圖4.1-3可見：變?nèi)荻O管的電容隨r變化。即： （3-5）可得出此時振蕩回路的總電容為 （3-6）由此可得出振蕩回路總電容的變化量為： （3-7）由式可見：它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，式中的是變?nèi)荻O管結(jié)電容變化的最大幅值。我們知道：當(dāng)

19、回路電容有微量變化時，振蕩頻率也會產(chǎn)生的變化，其關(guān)系如下： （3-8）式中，是未調(diào)制時的載波頻率；是調(diào)制信號為零時的回路總電容，顯然 （3-9）由公式（4-2）可計算出中心頻率： （3-10）將（4-8）式代入（4-9）式，可得： （3-11）頻偏： （3-12）振蕩頻率： （3-13）由此可見：振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化，從而實現(xiàn)了調(diào)頻。其頻偏與回路的中心頻率f0成正比，與結(jié)電容變化的最大值cm成正比，與回路的總電容c0成反比。 3.2諧振放大級的選擇由于對該級有一定增益要求，考慮到中心頻率固定，因此可采用以lc并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號諧振放大器電路。對該級管子的要求是至于諧振回路的計算，一般

20、先根據(jù)計算出lc的乘積值，然后選擇合適的c再求出l。c根據(jù)本課題的頻率可取100pf200pf。諧振放大級電路部分如圖下所示 圖為 諧振放大級電路3.3功放輸出級設(shè)計中采用共發(fā)射極電路，為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率，同時使其工作在丙類狀態(tài)，組成丙類諧振功率放大器。在選擇功率管時要求 t3管工作在丙類狀態(tài)，既有較高的效率，同時可以防止t3管產(chǎn)生高頻自激而引起的二次擊穿損壞。調(diào)節(jié)偏置電阻可改變t3管的導(dǎo)通角。l3、l4、c15和c16構(gòu)成型輸出回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾波，即將天線阻抗變換為功放管所要求的負(fù)載值，并濾除不必要的高次諧波分量。常用的輸出回路還有l(wèi)型、t型以及雙調(diào)諧回路等

21、定。具體電路圖如下圖所示 由設(shè)計電路圖知l3、c10 和c11為匹配網(wǎng)絡(luò)，與外接負(fù)載共同組成并諧回路為了實現(xiàn)功率輸出級在丙類工作，基極偏置電壓vb3應(yīng)設(shè)置在功率管的截止區(qū)同時為了加強交流反饋，在t3的發(fā)射極串接有小電阻r14在輸出回路中，從結(jié)構(gòu)簡單和調(diào)節(jié)方 l3，c10，c11構(gòu)成型輸出，q3管工作在丙類狀態(tài)，調(diào)節(jié)偏置電阻可以改變q3管的導(dǎo)通角。導(dǎo)通角越小，效率越高,同時防止t3管產(chǎn)生高頻自激而引成回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾波，即將天線阻抗變換為功放管所要求的負(fù)載值，并濾除不必要的高次諧波分量。 3.4總電路原理圖設(shè)計根據(jù)上述原理，設(shè)計出總電路圖，如下：4、電路性能測試與仿真圖 4.1lc振

22、蕩電路仿真波形 4.2緩沖放大級輸出 4.3高頻功率放大電路輸出仿真 5、 誤差分析及單元電路的測試5.1誤差分析 由于設(shè)計電路時元件存在誤差，并且電路的參數(shù)設(shè)置會產(chǎn)生誤差，加上本身電路設(shè)計存在問題有待改進(jìn)和各級電路接在一起時互相干擾。此外本次所設(shè)計電路的仿真水平，離設(shè)計指標(biāo)所要求的還一段距離。尤其是高頻功率放大失相對比較大。5.2 部分單元電路的測試5.2.1靜態(tài)工作點測試首先測量電源電流，檢查、排除可能出現(xiàn)的嚴(yán)重短路故障，再進(jìn)行各級靜態(tài)測量。一方面檢驗數(shù)值是否與你設(shè)計的相符，另一方面檢查電路板是否存在人為的問題。末級高頻晶體管集電極電流可以在預(yù)先斷開的檢測點串入電流表測出，其它各級可以測量

23、各發(fā)射極電壓算末級ic如果過大，應(yīng)首先檢查三極管管腳是否焊錯，輸入變壓器次級是否開斷，偏置電阻是否有誤，有否虛焊。在一定大的下，快速測量其中點電位，可幫助分析判斷，提高排除故障的速度。其它各級工作點若偏大，著眼點應(yīng)放在查尋故障上，尤其是不合理的數(shù)據(jù)。在元件密集處，應(yīng)著重查找短路或斷路。中周變壓器繞組與外殼短路故障也偶有發(fā)生。難于判斷時，可逐次斷開各級，縮小故障范圍。因偏置不當(dāng)、較小、太大所引起的偏差，可視具體情況分析解決，使靜態(tài)工作點與所設(shè)計的基本相等5.2.2 lc振蕩電路調(diào)試lc回路值要高是晶體管子要工作在放大區(qū)滿足電容三點式條件由于高頻振蕩電壓在發(fā)射結(jié)上產(chǎn)生自給偏壓作用，所以起振時，三極

24、管uce將小于原來的靜態(tài)值（如鍺pnp管約0.10.3v），ube越小，振蕩越強，用萬用表可方便地判斷是否起振。然而，振蕩頻率（4mhz）的調(diào)節(jié)范圍及波形的好壞需用示波器測量，或頻率計測出頻率變化范圍。調(diào)整4mhz頻率時，應(yīng)把可變電容器旋轉(zhuǎn)到容量最大處，調(diào)節(jié)振蕩線圈磁芯。若振幅太小了，可考慮是否太小、工作點是否太低、負(fù)載是否太大，若發(fā)現(xiàn)寄生振蕩，要檢查是否過大及安裝、布線、去耦電路等存在的問題。諸如不起振、只有一端起振或間歇振蕩等，要細(xì)心分析檢查，對癥下藥予以解決。5.2.3高頻放大電路調(diào)試調(diào)頻發(fā)射機的功率大小完全有此放大電路決定，在調(diào)試過程中一定不僅要注意單元模塊的問題，而且更加耐心調(diào)試整機

25、的性能。首先要保證載波的中心頻率要穩(wěn)定輸出，變?nèi)荻O管要有好的頻偏，其次射級跟隨器要保證前后電路匹配，最后高頻放大電路的工作點一定要穩(wěn)定。在放大電路調(diào)試過程中，甲放仿真的輸出波形沒有丙放的輸出波形好，這是能夠理解并能接受，因為丙放的導(dǎo)通角度小于加放，而且工作效率到76.7%，而加放只有30%左右。設(shè)計總結(jié)這次課程設(shè)計，我明顯體會到，對于基礎(chǔ)知識的掌握與發(fā)揮的重要性及動手能力的必要性，只是的積累與運用并不是表面上那么簡單，學(xué)習(xí)中積累，現(xiàn)實中運用，兩者相結(jié)合，才能達(dá)到最佳效果?？偟膩碚f,這里面的酸甜苦辣都是我人生難得的一大筆財富。此次的高頻課程設(shè)計，我學(xué)到了許多以前在課本上學(xué)不到的東西，同時也把以前學(xué)到的理論知識運用到了此次的課程設(shè)計中，很好地加強了我在高頻電子線路方面的知識，特別是在調(diào)頻部分。整個調(diào)試程序的過程讓我對multisim軟件有了更深一步的了解。重要的是,我的電路調(diào)試有了很大的提高,懂得了電路的布線規(guī)則,知道如何去減小或者避免不必要的麻煩。在整個電路課程設(shè)計過程中，我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在之前對仿真軟件的不熟悉，在仿真時多次出不了波形等等，我們從來沒有想過放棄，一起堅持不斷的調(diào)試。通過這次課程設(shè)計，加強了我們的動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們把老師以前所講的芯片的原理、作用及性能都運用到了這次設(shè)計中，這樣加強