調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)

1、蘭州理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一、前言1二、 設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求22.1設(shè)計(jì)題目22.2設(shè)計(jì)任務(wù)22.3內(nèi)容和要求22.4設(shè)計(jì)指標(biāo)2三、系統(tǒng)綜述33.1 基本原理33.2整體原理框圖及說(shuō)明5四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真64.1變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)與仿真64.2鎖相環(huán)調(diào)頻電路與仿真74.3上混頻電路電路與仿真84.4三極管倍頻器電路與仿真94.5丙類(lèi)諧振功率放大電路與仿真10五、整機(jī)設(shè)計(jì)電路圖11六、高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)12七、設(shè)計(jì)總結(jié)14八、參考文獻(xiàn)14一、前言發(fā)射機(jī)就是可以將信號(hào)按一定頻率發(fā)射出去的裝置。廣泛應(yīng)用與電視，廣播，雷達(dá)等各種民用，軍用設(shè)備。主要可分為調(diào)頻發(fā)射機(jī)，調(diào)幅發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)，哈

2、里斯發(fā)射機(jī)等多種類(lèi)型。 調(diào)頻發(fā)射機(jī)作為一種簡(jiǎn)單的通信工具，它首先將音頻信號(hào)和高頻載波調(diào)制為調(diào)頻波,使高頻載波的頻率隨音頻信號(hào)發(fā)生變化,再對(duì)所產(chǎn)生的高頻信號(hào)進(jìn)行放大,激勵(lì),功放和一系列的阻抗匹配,使信號(hào)輸出到天線(xiàn),發(fā)送出去的裝置。本文主要討論了調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)的原理實(shí)現(xiàn)方式并設(shè)計(jì)電路圖，將調(diào)頻發(fā)射機(jī)的電路分為了它由調(diào)制器、前置功放、末級(jí)功放和直流穩(wěn)壓電源等部分組成，分別討論它們的原理及其特性。 通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，需要我們加強(qiáng)對(duì)通信電子線(xiàn)路的理解，掌握文獻(xiàn)資料檢索，設(shè)計(jì)方案論證比較，以及設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算等能力環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高解決通信電子線(xiàn)路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知

3、識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與Multisim仿真，加深對(duì)基本原理的理解，增強(qiáng)我們的實(shí)踐能力。二、 設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求2.1設(shè)計(jì)題目 調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)2.2設(shè)計(jì)任務(wù)1.單元電路的的設(shè)計(jì)與仿真 設(shè)計(jì)變?nèi)荻O管直接和間接調(diào)頻電路 設(shè)計(jì)壓控振蕩器調(diào)頻電路 設(shè)計(jì)鎖相環(huán)調(diào)頻電路 設(shè)計(jì)上混頻電路 設(shè)計(jì)三級(jí)管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻電路 設(shè)計(jì)丙類(lèi)諧振功率放大器2.調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)3.高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)2.3內(nèi)容和要求 要求完成各單元設(shè)計(jì)及仿真，利用Multisim開(kāi)發(fā)軟件完成整機(jī)電路設(shè)計(jì)； 通過(guò)實(shí)際電路方案的比較分析，參數(shù)計(jì)算，元件選取，仿真測(cè)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和

4、工程設(shè)計(jì)方法； 了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的技術(shù)要求，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖；掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法。2.4設(shè)計(jì)指標(biāo) 中心頻率12MHZ頻率穩(wěn)定度0.1MHZ 最大頻偏10KHZ 輸出功率30MW電源電壓Vcc=12V三、系統(tǒng)綜述3.1 基本原理使載波頻率按照調(diào)制信號(hào)改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號(hào)的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號(hào)的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個(gè)被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。1. 調(diào)頻波（FM）載波

5、，調(diào)制信號(hào)；通過(guò)FM調(diào)制，使得頻率變化量與調(diào)制信號(hào)的大小成正比。即已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率： 已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位為：2. FM性能指標(biāo)因?yàn)轭l率調(diào)制不是頻譜線(xiàn)性搬移過(guò)程，它的電路就不能采用乘法器和線(xiàn)性濾波器來(lái)構(gòu)成，而必須根據(jù)調(diào)頻波的特點(diǎn)，提出具體實(shí)現(xiàn)的方法。對(duì)于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求：線(xiàn)性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時(shí)頻率變化與調(diào)制信號(hào)成線(xiàn)性關(guān)系。 具有較高的調(diào)制靈敏度。即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。 最大頻率偏移與調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)。未調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。 無(wú)寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類(lèi)3.

6、調(diào)頻方法 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律。要用調(diào)制信號(hào)去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號(hào)去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線(xiàn)性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。 變?nèi)荻O管是一種電壓控制的可變電抗元件，它的PN節(jié)呈現(xiàn)的勢(shì)壘電容值會(huì)隨著反偏電壓的變化而變化。變?nèi)荻O管直接調(diào)頻正是利用這一特性實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。其原理電路如下圖1所示：圖1 變?nèi)荻?jí)管直接調(diào)頻電路原理 變?nèi)荻?jí)管間接調(diào)頻間接調(diào)頻的基本原理就是不直接針對(duì)載波，而是通過(guò)后一級(jí)的可控的移相網(wǎng)絡(luò)。 將先進(jìn)行積分，而后以此

7、積分值進(jìn)行調(diào)相，即得間接調(diào)頻。這樣的調(diào)頻方式采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩器(例如石英晶體振蕩器)作為載波振蕩器，然后在它的后級(jí)進(jìn)行調(diào)相，得到的調(diào)頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。變?nèi)荻?jí)管間接調(diào)頻電路原理圖如下圖2所示：圖2 變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路原理3.2整體原理框圖及說(shuō)明1. 整體原理框圖：信源本振調(diào)頻電路混頻器倍頻器功率放大器功率放大器倍頻器 圖3 整體原理框圖2.說(shuō)明：功率放大器接收、放大、處理音頻信號(hào)，它的作用是對(duì)輸入它的各種音頻信號(hào)源進(jìn)行選擇、放大并調(diào)整輸入信號(hào)的頻響和幅度等；混頻電路是將信號(hào)頻率由一個(gè)量值變化為另一個(gè)量值的過(guò)程，當(dāng)輸入一個(gè)本地振蕩信號(hào)，使所用的系統(tǒng)的最佳頻段在本地振蕩的頻率附

8、近，混頻可以把信號(hào)攜帶的信息轉(zhuǎn)移到期望的頻段上；倍頻就是使輸出信號(hào)頻率等于輸入信號(hào)頻率整數(shù)倍的電路。倍頻器用途廣泛，而發(fā)射機(jī)采用倍頻電路后可使主振器振蕩在較低頻率，以提高頻率穩(wěn)定度；功率放大器用于放大信號(hào)，由于功放級(jí)往往工作于效率高的丙類(lèi)工作狀態(tài)，其輸出波形不可避免產(chǎn)生了失真，為濾除諧波，輸出網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有濾波性能。四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真4.1變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)與仿真V1為變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路直流電源；V2為調(diào)制信號(hào)；V4為變?nèi)荻O管的直流偏置電源。Dl為變?nèi)荻O管。由圖可見(jiàn), 該頻率調(diào)制實(shí)驗(yàn)電路是在上部的電容反饋LC 振蕩器電路的基礎(chǔ)上插入下部的變?nèi)莨芗捌淦秒娐方M成的。變?nèi)荻O管D1

9、作為回路總電容全部接入振蕩回路; R3 為隔離電阻, 用以減小偏置電路及外界測(cè)量?jī)x器的內(nèi)阻對(duì)變?nèi)荻O管振蕩諧振回路構(gòu)成的頻幅變換網(wǎng)絡(luò)將調(diào)頻信號(hào)變換為FM 調(diào)制信號(hào)。圖4 變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)與仿真4.2鎖相環(huán)調(diào)頻電路與仿真 設(shè)置壓控振蕩器V2在控制電壓為0時(shí), 輸出頻率0; 控制電壓為5V 時(shí), 輸出頻率為50kHz。這樣, 實(shí)際上就選定了壓控振蕩器的中心頻率為25kHz, 為此設(shè)定直流電壓V3 為2. 5V。調(diào)制電壓V1通過(guò)電阻R5 接到VCO 的輸入端, R5 實(shí)際上是作為調(diào)制信2號(hào)源V1的內(nèi)阻, 這樣可以保證加到VCO 輸入端的電壓是低通濾波器的輸出電壓和調(diào)制電壓之和, 從而滿(mǎn)足了

10、原理圖的要求。 圖5 鎖相環(huán)調(diào)頻電路與仿真4.3上混頻電路電路與仿真 上混頻電路是將中頻信號(hào)和本地振蕩信號(hào)相混合得到射頻信號(hào)的輸出，本設(shè)計(jì)用三級(jí)管做混頻電路將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)。圖6 上混頻電路電路與仿真4.4三極管倍頻器電路與仿真 已 已知丙類(lèi)放大器集電極電流ic是調(diào)諧于n次諧波上（n為正整數(shù)），那么輸出回路對(duì)基波和其他諧波的阻抗很小，近對(duì)n次諧波的阻抗達(dá)到最大值，且呈電阻性。于是輸出諧振回路僅有ic的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其他頻率分量產(chǎn)生的電壓均可忽略。因而，在諧振阻抗Rp上可得到頻率為輸入信號(hào)頻率n 倍的輸出信號(hào)功率。圖7 三極管倍頻器電路與仿真4.5丙類(lèi)諧振功率放大電路與仿

11、真丙類(lèi)諧振功率放大器用來(lái)對(duì)載波信號(hào)或高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，其負(fù)載是LC振蕩回路，用以提高選擇性，改善輸出波形。圖8 丙類(lèi)諧振功率放大電路與仿真五、整機(jī)設(shè)計(jì)電路圖圖9 整機(jī)設(shè)計(jì)電路圖六、高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)整機(jī)聯(lián)調(diào)效果圖第一部分： 圖10 調(diào)幅系統(tǒng)源信號(hào) 圖11 中頻放大信號(hào) 圖12解調(diào)信號(hào) 圖13調(diào)頻信號(hào)斜率鑒頻整機(jī)聯(lián)調(diào)效果圖第二部分： 圖14調(diào)頻信號(hào)相位鑒頻 圖15脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻 圖16鎖相環(huán)調(diào)頻 圖17鎖相環(huán)倍頻七、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)兩周左右的時(shí)間，我們組終于完成這次FM發(fā)射的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。我們首先查閱了大量的書(shū)本資料，接著又上網(wǎng)搜集了許多有用信息，有時(shí)候?yàn)榱苏业揭粋€(gè)合適的電路而苦惱，有時(shí)

12、候又為取得一點(diǎn)成功而由衷的高興。當(dāng)最終的電路方案設(shè)計(jì)出來(lái)以后，我們請(qǐng)教了我們的指導(dǎo)老師及學(xué)的比較好的同學(xué)，他們的一個(gè)小小指點(diǎn)就給我們很大啟示和靈感，對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)圖提出了很多有價(jià)值的建議，在此對(duì)熱心幫助我們的老師和同學(xué)表示衷心感謝。在此次課程設(shè)計(jì)中，我充分體會(huì)到了熟練運(yùn)用相關(guān)軟件的重要性，不像之前的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，并沒(méi)有多少工作在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就僅僅畫(huà)出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。本次課設(shè)都高度依賴(lài)計(jì)算機(jī)，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調(diào)節(jié)，可以說(shuō)每一步都很艱難，每一步都是我們一步一個(gè)腳印結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)踩下去的。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我們?cè)鰪?qiáng)了對(duì)通信電子線(xiàn)路知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)查尋資料比較方案，學(xué)會(huì)通信電路的設(shè)計(jì)計(jì)算；進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決通信電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與仿真加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。 在這次課程設(shè)計(jì)中我也發(fā)現(xiàn)了很多自身的問(wèn)題，其中最大的問(wèn)題就是在仿真調(diào)試過(guò)程中的不仔細(xì)認(rèn)真從而難以仿真成功。在此設(shè)計(jì)之后，我