五邑大學(xué)高頻課程設(shè)計報告講述

1、摘要：調(diào)頻發(fā)射機的制作是對高頻電子線路理論知識的一次實踐，同時也結(jié)合了低頻電路知識的運用，能使我們加深對理論知識的理解。本次課程設(shè)計利用兩個三極管9018元件，制作了一個簡易的調(diào)頻發(fā)射機，能實現(xiàn)發(fā)射一定功率并用收音機接收的信號。在本發(fā)射機中，利用話筒或者耳機插座將話音轉(zhuǎn)化為音頻信號，音頻信號經(jīng)過放大后對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻波，通過天線向外發(fā)射調(diào)頻電磁波，用調(diào)頻收音機便可以接收到清楚的話音。關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機 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)射機基本原理的資料； 2)選擇合理的方案，設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機電路； 3)制作PCB電路板(須標(biāo)注學(xué)號)，焊接元器件； 4)

2、用收音機完成作品調(diào)試； 5)工作頻率88108MHz，輻射距離大于3米，電源電壓512V； 6)擴展功能：工作頻率點可調(diào)節(jié)； 7)撰寫作品報告。2.基本原理2.1.電路實現(xiàn)基本原理 首先電容麥或者耳機插座將音頻信號（調(diào)制信號）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發(fā)生變化,再對所產(chǎn)生的高頻信號通過放大電路進行放大,最后信號進入電容三點式振蕩電路激勵起振產(chǎn)生一功率足夠大且固定頻率的穩(wěn)定信號,使信號輸出到天線發(fā)送出去。2.1.1.FM調(diào)制原理 假定調(diào)制信號為，高頻載波電壓為，根據(jù)頻率調(diào)制的定義，調(diào)頻時載波的瞬時頻率應(yīng)隨著線性變化，此時調(diào)頻波的瞬時角頻率為 (1) 令 (2) 則 (3)

3、式中，是未調(diào)制時的載波角頻率，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)表達式為 3.設(shè)計方案分析3.1.實現(xiàn)調(diào)頻的方法產(chǎn)生調(diào)頻信號的方法很多，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，先對調(diào)制信號進行適當(dāng)?shù)奶幚?，再用?jīng)過處理后的調(diào)制信號對高頻載波進行調(diào)相。間接調(diào)頻的優(yōu)點是載波頻率比較穩(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)力求電路簡單、性能穩(wěn)定可靠。且單元電路級數(shù)盡可能少，以減少級間的相互感應(yīng)、干擾和自激。于是我選擇直接調(diào)頻的方式設(shè)計電路。3.1.1.設(shè)計思路整個調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計思路是采用兩個9018設(shè)計兩級電路，第一級為放大電路把調(diào)制信號放大，第二級是電容三點式電路，產(chǎn)生一功率足夠大且固定頻率的穩(wěn)定信號并饋送到天線進行發(fā)射。音頻信號輸入電容三點式振蕩器 調(diào)制信號放大天線發(fā)射 圖1 發(fā)射機的基本框架 4.電路圖設(shè)計4.1.電路結(jié)構(gòu)介紹本調(diào)頻發(fā)射機主要由三個基本模塊組成，第一級是由柱極體話筒構(gòu)成的聲-電轉(zhuǎn)換電路；第二級音頻放大

5、電路；第三級電容三點式振蕩器電路。第一級柱極體話筒拾取周圍環(huán)境聲波信號后即輸出相應(yīng)電信號，經(jīng)C1輸入到晶體管Q1，Q1擔(dān)任音頻放大器，對音頻信號進行放大，經(jīng)C2送至由Q2構(gòu)成的電容三點式振蕩器電路對信號進行振蕩，激勵，從而輸出一固定頻率的穩(wěn)定信號，最終實現(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（耳機插座）接上電后，把聲音信號轉(zhuǎn)

6、換為電信號，經(jīng)電解電容 C1濾波把電信號傳到下部分。 （2）信號放大電路 圖3轉(zhuǎn)換器 如右圖所示，由電阻R2、R3、R4、R5和9018構(gòu)成了 一個放大電路，因為調(diào)制信號由電容C1傳過來是很小的， 所以要想通過天線發(fā)射出去，必須要進行放大。R2、R3是偏置電阻，給三極管提供穩(wěn)定靜態(tài)工作點。C3是旁路電容，作用是濾除混在音頻信號中的雜波，衰減過高的信號幅度，以獲得更純凈的不失真信號。電容C2是把放大信號傳遞到 下一級，同時通交隔直，過濾掉信號中的直流成分。 圖4放大電路 相關(guān)元器件數(shù)值的設(shè)計： 根據(jù)KCL可得，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，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） 電容三點式振蕩器FM調(diào)頻電路的原理是三極管組成共基級高頻振蕩器，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)成電容三點式振蕩器，不僅能產(chǎn)生穩(wěn)定的載波，而且還能實現(xiàn)調(diào)制功能，使信號振蕩到我們諧振器選擇到的頻率。 圖6電容三點式振蕩器 圖7交流通路電感取值： 9018結(jié)電容 設(shè)計發(fā)射信號頻率為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，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產(chǎn)生電場與磁場。發(fā)射天線正是利用輻射場的這種性質(zhì)，使 傳送的信號經(jīng)過發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。 圖8天線天線長度的選取方法，經(jīng)查資料，天線的長度取波長的 比較合適，公式有 （光速3108m/s） 長度d=（ ）（5） 其他元器件的作用R1和電容麥/耳機插座形成分壓，如果無電阻R1，電容麥會燒掉；R4、R5分別為Q1的集電極和發(fā)射機提供合適的電壓；C3和C4是旁路電容，過濾掉交流雜波；R6、R7是偏置電阻，為Q2提供合適的靜態(tài)工作點；C5連接電源與地，把電源中夾帶的交流成分過濾掉

9、；C8通交隔直，是天線發(fā)射出來的信號減少直流信號帶來的嗡嗡雜音。 圖9 PCB圖 圖10 面包板調(diào)試圖 圖11實物圖（反面） 圖12 實物圖（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、播放器、萬用表。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，搭好后在實驗室調(diào)試，但這次調(diào) 試并不順利，因為用示波器檢測，發(fā)現(xiàn)并沒有起振，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)過一番比對后發(fā)現(xiàn)電路連接沒問題，于是我檢查元器件是否連接好，最后發(fā)現(xiàn)是是第二個

10、9018連接錯了，于是重新插好，這次終于好了，頻率能達到幾十MHz，但是仍然沒有達到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問題，接下來可以按照這個電路圖做板了。第二次調(diào)試記錄：這次調(diào)試是我做好板后進行的，下面是我遇到的一些問題以及解決辦法：（1） 遇到了和面包板調(diào)試時同樣的問題，電路不能起振，于是我認真檢查元器件有沒有漏焊或者沒焊好，最后發(fā)現(xiàn)沒有問題，但沒起振很有可能是電路連接不好，于是我那萬用表檢查各個元器件連接是否連接好，最后發(fā)現(xiàn)電感兩端沒有導(dǎo)通，原來是我用漆包線繞的電感表面沒有磨掉一層絕緣膜，所以沒有與電路連接，導(dǎo)致不起振。于是我把電感拆開打磨再重

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，是我的電感太大了，于是我把電感拉長了一些，把電感弄小一點，通過觀察示波器，最后確定了一個比較穩(wěn)定的頻率，89.9MHz。于是我開始拿收音機收音，把頻率調(diào)到示波器顯示的頻率附近，一邊不停敲電路板，一般逐個頻率檢查，最后終于在89.8MHz聽到了比較清脆的敲擊聲。（3） 用耳機聽聲音的時候發(fā)現(xiàn)有很大的“嗡嗡”聲音，我跟同學(xué)討論后，確認發(fā)射的信號里面夾帶了比較大的直流信號，所以導(dǎo)致了這個聲音，于是我在天線的一端加了一個50pf的電容過濾點直流信號，最后發(fā)現(xiàn)聲音效果好了很多。5.1.1.結(jié)論 做這個課程設(shè)計我用

12、了挺長時間的，因為在調(diào)試過程中出了比較多的問題，不能起振，頻率過低，聲音不清晰等等，經(jīng)過上網(wǎng)查資料和請教同學(xué)，和自己一次又一次的調(diào)試，最后終于按照課程設(shè)計要求成功做出了自己的調(diào)頻發(fā)射機，頻率為89.8MHZ，接收范圍遠大于3米，在整個實驗室都可以清晰收到信號。6.課程設(shè)計體會 這次課程設(shè)計我所遇到的困難很多，同時收獲也很多。這次課程設(shè)計不單單是我們測試上學(xué)期所學(xué)高頻知識的運用，也極大鍛煉了我們的動手能力和思考解決問題的能力，這方面我體會很深的。 坦白說，上學(xué)期學(xué)的知識比較少用，我忘了挺多的。所以課程設(shè)計任務(wù)下來后我有重新看了高頻書的相關(guān)內(nèi)容，同時在網(wǎng)上找資料。經(jīng)過一系列的準(zhǔn)備，我畫出了電路圖，

13、接著我用面包板調(diào)試，這個過程真的很不順利，由于很少用面包板，所以開始用面包板搭電路感覺很陌生，花了挺長時間才弄好，就在實驗室調(diào)試，但是很不幸，不能起振，最后經(jīng)過檢查電路連接解決了這個問題。其實畫原理圖和PCB圖對于我來說也是挺麻煩的，因為很少用，所以做起來很吃力，花了比較多時間才弄好。打印好PCB后我就開始做板了，這個過程還是挺順利的，沒多久我就做好了板，于是又開始了調(diào)試工作，這次又是不起振，我檢查了很久都沒發(fā)現(xiàn)問題，最后是在同學(xué)的提醒下才知道原來是我做的電感用的銅線沒有打磨掉外面的那層絕緣層，所以整個電路沒導(dǎo)通，經(jīng)過處理最終能起振了。但是問題還是有很多，頻率不穩(wěn)定，聲音很多雜音，經(jīng)過自己分析和同學(xué)們的建議，應(yīng)該是我電路設(shè)計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)了以上問題，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)沒其他問題后，我決定重新做一塊板，這次我充分考慮遇到的問題以及同學(xué)們的建議，重新做了一塊板，經(jīng)過測試發(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，并聽到了比較清晰的聲音。經(jīng)過反復(fù)聽，我發(fā)現(xiàn)還有個問題就是，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)過網(wǎng)上查找資料，我分析應(yīng)該是發(fā)射信號里面帶有直流成分，我可以加一個電容過濾掉，最后也獲得了比較好的效果?？偟膩碚f，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，心里很開心。這