五邑大學(xué)高頻課程設(shè)計(jì)報(bào)告講述

1、摘要：調(diào)頻發(fā)射機(jī)的制作是對(duì)高頻電子線路理論知識(shí)的一次實(shí)踐，同時(shí)也結(jié)合了低頻電路知識(shí)的運(yùn)用，能使我們加深對(duì)理論知識(shí)的理解。本次課程設(shè)計(jì)利用兩個(gè)三極管9018元件，制作了一個(gè)簡(jiǎn)易的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，能實(shí)現(xiàn)發(fā)射一定功率并用收音機(jī)接收的信號(hào)。在本發(fā)射機(jī)中，利用話筒或者耳機(jī)插座將話音轉(zhuǎn)化為音頻信號(hào)，音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻波，通過(guò)天線向外發(fā)射調(diào)頻電磁波，用調(diào)頻收音機(jī)便可以接收到清楚的話音。關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機(jī) 高頻電子線路 低頻電路 三極管90181. 題目要求 1)查閱調(diào)頻發(fā)射機(jī)基本原理的資料； 2)選擇合理的方案，設(shè)計(jì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路； 3)制作PCB電路板(須標(biāo)注學(xué)號(hào))，焊接元器件； 4)

2、用收音機(jī)完成作品調(diào)試； 5)工作頻率88108MHz，輻射距離大于3米，電源電壓512V； 6)擴(kuò)展功能：工作頻率點(diǎn)可調(diào)節(jié)； 7)撰寫(xiě)作品報(bào)告。2.基本原理2.1.電路實(shí)現(xiàn)基本原理 首先電容麥或者耳機(jī)插座將音頻信號(hào)（調(diào)制信號(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)通過(guò)放大電路進(jìn)行放大,最后信號(hào)進(jìn)入電容三點(diǎn)式振蕩電路激勵(lì)起振產(chǎn)生一功率足夠大且固定頻率的穩(wěn)定信號(hào),使信號(hào)輸出到天線發(fā)送出去。2.1.1.FM調(diào)制原理 假定調(diào)制信號(hào)為，高頻載波電壓為，根據(jù)頻率調(diào)制的定義，調(diào)頻時(shí)載波的瞬時(shí)頻率應(yīng)隨著線性變化，此時(shí)調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率為 (1) 令 (2) 則 (3)

3、式中，是未調(diào)制時(shí)的載波角頻率，稱為調(diào)頻波的中心角頻率；是調(diào)頻波瞬時(shí)角頻率偏離中心頻率的最大值，稱為調(diào)頻波的最大角頻偏；是比例常數(shù)，單位是rad/s，稱為調(diào)制靈敏度，其數(shù)值取決于調(diào)頻電路的參數(shù)。 (4) 由式(3)(4)可求出 (5) (6)則 ，調(diào)頻波電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 3.設(shè)計(jì)方案分析3.1.實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法很多，大致可以分為兩類，直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是將調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的自激振蕩頻率。間接調(diào)頻是利用角頻率與相角之間的微分和積分的關(guān)系，先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚儆媒?jīng)過(guò)處理后的調(diào)制信號(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)相。間接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)是載波頻率比較穩(wěn)定，但較于直接調(diào)頻，電路較

4、復(fù)雜，頻移小，且寄生調(diào)幅較大，通常需多次倍頻使頻移增加。但我們應(yīng)該在滿足要求的前提下，應(yīng)力求電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠。且單元電路級(jí)數(shù)盡可能少，以減少級(jí)間的相互感應(yīng)、干擾和自激。于是我選擇直接調(diào)頻的方式設(shè)計(jì)電路。3.1.1.設(shè)計(jì)思路整個(gè)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)思路是采用兩個(gè)9018設(shè)計(jì)兩級(jí)電路，第一級(jí)為放大電路把調(diào)制信號(hào)放大，第二級(jí)是電容三點(diǎn)式電路，產(chǎn)生一功率足夠大且固定頻率的穩(wěn)定信號(hào)并饋送到天線進(jìn)行發(fā)射。音頻信號(hào)輸入電容三點(diǎn)式振蕩器 調(diào)制信號(hào)放大天線發(fā)射 圖1 發(fā)射機(jī)的基本框架 4.電路圖設(shè)計(jì)4.1.電路結(jié)構(gòu)介紹本調(diào)頻發(fā)射機(jī)主要由三個(gè)基本模塊組成，第一級(jí)是由柱極體話筒構(gòu)成的聲-電轉(zhuǎn)換電路；第二級(jí)音頻放大

5、電路；第三級(jí)電容三點(diǎn)式振蕩器電路。第一級(jí)柱極體話筒拾取周圍環(huán)境聲波信號(hào)后即輸出相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)C1輸入到晶體管Q1，Q1擔(dān)任音頻放大器，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)C2送至由Q2構(gòu)成的電容三點(diǎn)式振蕩器電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行振蕩，激勵(lì)，從而輸出一固定頻率的穩(wěn)定信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)制。4.1.1.電路元器件電阻12K1電阻33K1電阻10K2電阻4.7K1電阻1K1電阻15K1電阻2001電容100u1電容4.7u1電容2.2u1電容12p1電容30p1電容100u1電容22u1電容50p1線圈4T2柱極體話筒1耳機(jī)插座14.1.1.1.電路圖分析 圖2原理圖（1）轉(zhuǎn)換器 話筒（耳機(jī)插座）接上電后，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)

6、換為電信號(hào)，經(jīng)電解電容 C1濾波把電信號(hào)傳到下部分。 （2）信號(hào)放大電路 圖3轉(zhuǎn)換器 如右圖所示，由電阻R2、R3、R4、R5和9018構(gòu)成了 一個(gè)放大電路，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)由電容C1傳過(guò)來(lái)是很小的， 所以要想通過(guò)天線發(fā)射出去，必須要進(jìn)行放大。R2、R3是偏置電阻，給三極管提供穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。C3是旁路電容，作用是濾除混在音頻信號(hào)中的雜波，衰減過(guò)高的信號(hào)幅度，以獲得更純凈的不失真信號(hào)。電容C2是把放大信號(hào)傳遞到 下一級(jí)，同時(shí)通交隔直，過(guò)濾掉信號(hào)中的直流成分。 圖4放大電路 相關(guān)元器件數(shù)值的設(shè)計(jì)： 根據(jù)KCL可得，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，需要選擇合適的 (1) (2) 集電極電流： (3) 圖5直流通路

7、集電極電壓： (4) 元器件數(shù)據(jù)有： ,。 聯(lián)立（1）（2）（3）（4）式代入數(shù)據(jù)求得： , ,從結(jié)果可以看出元器件的取值符合要求。（3） 電容三點(diǎn)式振蕩器FM調(diào)頻電路的原理是三極管組成共基級(jí)高頻振蕩器，基極和發(fā)射極結(jié)電容，隨著輸入電壓的變化而變化，從而改變高頻振蕩器的頻率。本模塊主要由C6、Q2結(jié)電容、C7和L1、L2并聯(lián)構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩器，不僅能產(chǎn)生穩(wěn)定的載波，而且還能實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能，使信號(hào)振蕩到我們諧振器選擇到的頻率。 圖6電容三點(diǎn)式振蕩器 圖7交流通路電感取值： 9018結(jié)電容 設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)頻率為90MHZ，則有： 總電容： 由 得 （4）天線 天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行

8、波，變換成在無(wú)界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時(shí)，在其周圍空間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)與磁場(chǎng)。發(fā)射天線正是利用輻射場(chǎng)的這種性質(zhì)，使 傳送的信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。 圖8天線天線長(zhǎng)度的選取方法，經(jīng)查資料，天線的長(zhǎng)度取波長(zhǎng)的 比較合適，公式有 （光速3108m/s） 長(zhǎng)度d=（ ）（5） 其他元器件的作用R1和電容麥/耳機(jī)插座形成分壓，如果無(wú)電阻R1，電容麥會(huì)燒掉；R4、R5分別為Q1的集電極和發(fā)射機(jī)提供合適的電壓；C3和C4是旁路電容，過(guò)濾掉交流雜波；R6、R7是偏置電阻，為Q2提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；C5連接電源與地，把電源中夾帶的交流成分過(guò)濾掉

9、；C8通交隔直，是天線發(fā)射出來(lái)的信號(hào)減少直流信號(hào)帶來(lái)的嗡嗡雜音。 圖9 PCB圖 圖10 面包板調(diào)試圖 圖11實(shí)物圖（反面） 圖12 實(shí)物圖（正面） 圖13 接收到的頻率 5.系統(tǒng)調(diào)試記錄及結(jié)論 5.1.系統(tǒng)調(diào)試記錄調(diào)試工具：收音機(jī)、播放器、萬(wàn)用表。課程要求：頻率88108MHz、發(fā)射距離=3米、電源電壓512V。第一次調(diào)試記錄：我首先用面包板搭電路，搭好后在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，但這次調(diào) 試并不順利，因?yàn)橛檬静ㄆ鳈z測(cè)，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有起振，只顯示幾百KHZ的頻率，這很明顯是不行的，于是我重新檢查面包板電路連接是否和原理圖的一樣，經(jīng)過(guò)一番比對(duì)后發(fā)現(xiàn)電路連接沒(méi)問(wèn)題，于是我檢查元器件是否連接好，最后發(fā)現(xiàn)是是第二個(gè)

10、9018連接錯(cuò)了，于是重新插好，這次終于好了，頻率能達(dá)到幾十MHz，但是仍然沒(méi)有達(dá)到88MHz，而且不穩(wěn)定，我想應(yīng)該是在面板板受干擾較大的緣故，至少這樣證明電路沒(méi)問(wèn)題，接下來(lái)可以按照這個(gè)電路圖做板了。第二次調(diào)試記錄：這次調(diào)試是我做好板后進(jìn)行的，下面是我遇到的一些問(wèn)題以及解決辦法：（1） 遇到了和面包板調(diào)試時(shí)同樣的問(wèn)題，電路不能起振，于是我認(rèn)真檢查元器件有沒(méi)有漏焊或者沒(méi)焊好，最后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題，但沒(méi)起振很有可能是電路連接不好，于是我那萬(wàn)用表檢查各個(gè)元器件連接是否連接好，最后發(fā)現(xiàn)電感兩端沒(méi)有導(dǎo)通，原來(lái)是我用漆包線繞的電感表面沒(méi)有磨掉一層絕緣膜，所以沒(méi)有與電路連接，導(dǎo)致不起振。于是我把電感拆開(kāi)打磨再重

11、新裝上，順利起振了。（2） 雖然起振了，但頻率小于88MHz,且頻率很不穩(wěn)定，根據(jù)理論知識(shí)，是我的電感太大了，于是我把電感拉長(zhǎng)了一些，把電感弄小一點(diǎn)，通過(guò)觀察示波器，最后確定了一個(gè)比較穩(wěn)定的頻率，89.9MHz。于是我開(kāi)始拿收音機(jī)收音，把頻率調(diào)到示波器顯示的頻率附近，一邊不停敲電路板，一般逐個(gè)頻率檢查，最后終于在89.8MHz聽(tīng)到了比較清脆的敲擊聲。（3） 用耳機(jī)聽(tīng)聲音的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有很大的“嗡嗡”聲音，我跟同學(xué)討論后，確認(rèn)發(fā)射的信號(hào)里面夾帶了比較大的直流信號(hào)，所以導(dǎo)致了這個(gè)聲音，于是我在天線的一端加了一個(gè)50pf的電容過(guò)濾點(diǎn)直流信號(hào)，最后發(fā)現(xiàn)聲音效果好了很多。5.1.1.結(jié)論 做這個(gè)課程設(shè)計(jì)我用

12、了挺長(zhǎng)時(shí)間的，因?yàn)樵谡{(diào)試過(guò)程中出了比較多的問(wèn)題，不能起振，頻率過(guò)低，聲音不清晰等等，經(jīng)過(guò)上網(wǎng)查資料和請(qǐng)教同學(xué)，和自己一次又一次的調(diào)試，最后終于按照課程設(shè)計(jì)要求成功做出了自己的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，頻率為89.8MHZ，接收范圍遠(yuǎn)大于3米，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)室都可以清晰收到信號(hào)。6.課程設(shè)計(jì)體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)我所遇到的困難很多，同時(shí)收獲也很多。這次課程設(shè)計(jì)不單單是我們測(cè)試上學(xué)期所學(xué)高頻知識(shí)的運(yùn)用，也極大鍛煉了我們的動(dòng)手能力和思考解決問(wèn)題的能力，這方面我體會(huì)很深的。 坦白說(shuō)，上學(xué)期學(xué)的知識(shí)比較少用，我忘了挺多的。所以課程設(shè)計(jì)任務(wù)下來(lái)后我有重新看了高頻書(shū)的相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)在網(wǎng)上找資料。經(jīng)過(guò)一系列的準(zhǔn)備，我畫(huà)出了電路圖，

13、接著我用面包板調(diào)試，這個(gè)過(guò)程真的很不順利，由于很少用面包板，所以開(kāi)始用面包板搭電路感覺(jué)很陌生，花了挺長(zhǎng)時(shí)間才弄好，就在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，但是很不幸，不能起振，最后經(jīng)過(guò)檢查電路連接解決了這個(gè)問(wèn)題。其實(shí)畫(huà)原理圖和PCB圖對(duì)于我來(lái)說(shuō)也是挺麻煩的，因?yàn)楹苌儆?，所以做起?lái)很吃力，花了比較多時(shí)間才弄好。打印好PCB后我就開(kāi)始做板了，這個(gè)過(guò)程還是挺順利的，沒(méi)多久我就做好了板，于是又開(kāi)始了調(diào)試工作，這次又是不起振，我檢查了很久都沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最后是在同學(xué)的提醒下才知道原來(lái)是我做的電感用的銅線沒(méi)有打磨掉外面的那層絕緣層，所以整個(gè)電路沒(méi)導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)處理最終能起振了。但是問(wèn)題還是有很多，頻率不穩(wěn)定，聲音很多雜音，經(jīng)過(guò)自己分析和同學(xué)們的建議，應(yīng)該是我電路設(shè)計(jì)師元器件的分布不是很合理和焊接不是很好，導(dǎo)致了干擾比較大，所以出現(xiàn)了以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)沒(méi)其他問(wèn)題后，我決定重新做一塊板，這次我充分考慮遇到的問(wèn)題以及同學(xué)們的建議，重新做了一塊板，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)這塊板的效果比第一塊好很多，我很快找到了中心頻率，并聽(tīng)到了比較清晰的聲音。經(jīng)過(guò)反復(fù)聽(tīng)，我發(fā)現(xiàn)還有個(gè)問(wèn)題就是，雖然我的聲音是挺清晰了，但好像還夾帶有比較大的電流聲，經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查找資料，我分析應(yīng)該是發(fā)射信號(hào)里面帶有直流成分，我可以加一個(gè)電容過(guò)濾掉，最后也獲得了比較好的效果?？偟膩?lái)說(shuō)，雖然遇到的困難很多，但我都一一克服并做出了我自己的發(fā)射機(jī)，心里很開(kāi)心。這