通信電子線路課程設計說明書

1、通信電子線路課程設計說明書1. 課程設計任務書1.1引言本文設計一個調(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。因此本文設計對中頻放大電路做了比較詳細的介紹。1.2 設計目的通過調(diào)頻發(fā)射機電路的設計，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系及相互影響，從而能正確設計、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、高頻功放電路設計、元器件選擇。發(fā)射機是日常生活中常見的也是應用非常廣泛的電子

2、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 的應用能力和運用書本知識的能力。1.3 任務設計一個簡易調(diào)頻發(fā)射機（話筒） ，載頻為 4MHz，最大頻偏為 75kHz ，天線阻抗為 75 ，輸出功率大于 200mW，中心頻率穩(wěn)定度不低于 10 3 。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： 4MHz2. 最大頻偏： 75kHz ，3. 天線阻抗： 75 ，4. 輸出功率：=200mW，5. 中心頻率穩(wěn)定度：=10 32 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

3、變?nèi)荻O管調(diào)頻，發(fā)射機的主要任務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行放大，最后由天線發(fā)送出去。2.3 設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、中心頻率符合指標要求的正弦波信號，且其頻率受到外加

4、音頻信號電壓調(diào)變；緩沖級主要是對調(diào)頻振蕩信號進行放大，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； ，功放級的任務是確保高效率輸出足夠大的高頻功率，并饋送到天線進行發(fā)射。調(diào)頻震蕩級緩沖級輸出功率級圖為直接調(diào)頻發(fā)射機組成框圖3、系統(tǒng)硬件設計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要求的正弦波信號是振蕩電路，目前應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 應為甲類工

5、作狀態(tài)， 其靜態(tài)工作點不應設的太高，工作點太高振蕩管工作范圍易進入飽和區(qū)， 輸出阻抗的降低將使振蕩波形嚴重失真，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。 當 F=Fs 的時候，晶體振動器產(chǎn)生串聯(lián)振蕩。當阻抗最小時，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)荻O管部分接入振

6、蕩回路的直接調(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Ｒ蚨?，振蕩回路的總電容C 為：CC NC j（3-1 ）振蕩頻率為：f11（3-2 ）2LC2 L(CNC j )加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為：VRVQ 直流反偏調(diào)制電壓O 高頻振蕩，可忽略(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，其關系曲線稱C j R 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

7、 VQ 所對應的結(jié)電容為 C j 。當調(diào)制信號為正半周時，變?nèi)荻O管負極電位升高， 即反偏增加時，變?nèi)荻O管的電容 C j 減??；當調(diào)制信號為負半周時，變?nèi)荻O管負極電位降低，即反偏減小時， C j 增大，其變化具有一定的非線性， 當調(diào)制電壓較小時， 近似為工作在 C j R 曲線的線性段， C j調(diào)制電壓線性變化，當調(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，并設調(diào)制電壓很小，工作在Cj VR 曲線的線性段，暫不考慮高頻電壓對變?nèi)荻O管作用。設圖4.1-3用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容RVQVQ cos t（3-4 ）由圖 4.1-3 可見：變?nèi)荻O

8、管的電容隨 R變化。即：C jC jQCm cost（3-5 ）可得出此時振蕩回路的總電容為CC NC jC NC jQC m cost（3-6 ）由此可得出振蕩回路總電容的變化量為：CCC NC jQC jCm cost（3-7 ）由式可見：它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，式中Cm 的是變?nèi)荻O管結(jié)電容變化的最大幅值。我們知道：當回路電容有微量變化C 時，振蕩頻率也會產(chǎn)生 f 的變化，其關系如下：f1 ?Cf 02C（3-8 ）式中，是 f 0 未調(diào)制時的載波頻率；C0 是調(diào)制信號為零時的回路總電容，顯然CoC NC jQ（3-9 ）由公式（ 4-2 ）可計算出中心頻率f0 ：f01L(CNC

9、 jQ )2（3-10 ）將（ 4-8 ）式代入（ 4-9 ）式，可得：f (t )1 ( f 0 / C 0 )C m cos tf cos t（3-11 ）2頻偏：f1 ( f 0 / C 0 )C m（3-12 ）2振蕩頻率：ftf of tfof cos t（ 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f 與回路的中心頻率 f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 C 成反比。003.2 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)回路作負載的小信號諧振放大器電路。對該級管子的要求是f(35) f

10、0V (BR )CEO2VCC至于諧振回路的計算，一般先根據(jù)f0 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PcmP0I cmic maxV BR CEO2VCCf r3 : 5 foscT3 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 管的導通角。 L3、 L4、C1

11、5 和 C16 構(gòu)成 型輸出回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進行濾波，即將天線阻抗變換為功放管所要求的負載值，并濾除不必要的高次諧波分量。 常用的輸出回路還有 L 型、T 型以及雙調(diào)諧回路等定。具體電路圖如下圖所示由設計電路圖知 L3、C10 和 C11為匹配網(wǎng)絡，與外接負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 應設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管的導通角。導通角越小，效率越高, 同時防止T3 管產(chǎn)生高頻自激而引成

12、回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進行濾波，即將天線阻抗變換為功放管所要求的負載值，并濾除不必要的高次諧波分量。3.4 總電路原理圖設計根據(jù)上述原理，設計出總電路圖，如下：4、電路性能測試與仿真圖4.1LC振蕩電路仿真波形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 誤差分析由于設計電路時元件存在誤差，并且電路的參數(shù)設置會產(chǎn)生誤差，加上本身電路設計存在問題有待改進和各級電路接在一起時互相干擾。此外本次所設計電路的仿真水平，離設計指標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靜態(tài)工作點 I C 測試首先測量電源電流，檢查、排除可能

13、出現(xiàn)的嚴重短路故障，再進行各級靜態(tài)測量。一方面檢驗數(shù)值是否與你設計的相符，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先斷開的檢測點串入電流表測出，其它各級 I C 可以測量各發(fā)射極電壓算末級I c 如果過大，應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I C 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、較小、I

14、 CEO 太大所引起的偏差，可視具體情況分析解決，使靜態(tài)工作點與所設計的基本相等振蕩電路調(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，三極管UCE將小于原來的靜態(tài)值（如鍺 PNP管約 0.1 0.3V ）， 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

15、、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，要細心分析檢查，對癥下藥予以解決。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。設計總結(jié)這次課程設計，我明顯體會到，對于基礎知識的掌握與發(fā)揮的重要性及動手能力的必

16、要性，只是的積累與運用并不是表面上那么簡單，學習中積累，現(xiàn)實中運用，兩者相結(jié)合，才能達到最佳效果?？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。此次的高頻課程設計，我學到了許多以前在課本上學不到的東西，同時也把以前學到的理論知識運用到了此次的課程設計中，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

17、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。通過這次課程設計，加強了我們的動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，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計中，這樣加強了我們對課本知識的理解和鞏固。我覺得這次設計不僅加強了我們對課本知識的回顧和溫故，而且鍛煉了我們運用軟件的能力。更重要的鍛煉了我們動手能力。書中的理論有點枯燥，運用書中的知識去調(diào)試，那是一種無法比擬的成就感。這樣更能激發(fā)我們對我們專業(yè)的興趣，和對我們專業(yè)知識的理解和掌握，能激發(fā)我們對電子科研技術的鉆研，增加設計興趣。在本次設計作品完成期間我遇到很多困難，盡管很艱苦，一次又一次品嘗到了解

18、決問題的喜悅 , 最終完成了這次課程設計，在高頻課程設計中我們發(fā)現(xiàn)了自己知識的不足，通過老師和同學的幫助，以及去圖書館查找資料，終于把問題都解決了，讓我學到了很多，同時也鞏固了所學的知識。致謝在這次課程設計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把這個簡易調(diào)頻發(fā)射做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計商的難題。同時也感謝湖南工學院為我提供良好的高頻課程設計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，我感謝在這這么多天以來給過我?guī)椭完P注的所有人，更加感謝給過我挫折的所有人。你們用不同的方式給了我成長，