高頻課程設(shè)計34983

1、通信電子線路課程設(shè)計說明書小功率調(diào)頻發(fā)射機院、部：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：陽路指導(dǎo)教師：張松華職稱 講師專業(yè)： 通信工程班級：通信1001班完成時間： 2012年12月摘要在無線電通訊和廣播中，需要傳送由語言、音樂、文字、圖像等轉(zhuǎn)換成的電信號。調(diào)頻發(fā)射機在電臺廣播中有很大的應(yīng)用，它起到向接受者發(fā)出信號的作用。本次小功率調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計，它主要有調(diào)頻振蕩、緩沖隔離、功率激勵和末級功放各部分電路組成。通過該發(fā)射機可以將調(diào)制信號經(jīng)過調(diào)制后發(fā)射出去，調(diào)制之后的頻率接近于振蕩級輸出的頻率，調(diào)制信號若為聲音信號，接收者可用一臺接收機調(diào)到一定的頻率范圍內(nèi)，即可接收到聲音信號。本次設(shè)計振蕩級輸出穩(wěn)定，頻率

2、為10Mhz,我們采用的是通過變?nèi)荻O管來起到直接調(diào)頻的作用，然后使用了一緩沖級，來避免振蕩級與功放級之間的相互影響，最后一級使用的是功率放大，用來放大信號輸出的功率，擴大發(fā)射范圍。在功放級的集電極我們使用了諧振回路，起到濾波和阻抗變幻的作用，使得輸出最大功率。關(guān)鍵詞：調(diào)頻；調(diào)制；變?nèi)荻O管；功率放大ABSTRACTIn the wireless communication and broadcast, needs to transmit by the language, music, writing, image the electrical signal that transformed.

3、 The frequency modulated transmitter has very big application in the radio station, it plays to the receiver sends out the function of signal. The design of this low power frequency modulated transmitter, it mainly has the frequency modulation vibration, the cushion isolation, the power drive and va

4、rious some last stage power amplifier electric circuit compositions. Through this transmitter can modulation signal after the modulation launches, the frequency after modulation approaches in the frequency of vibration level output, if the modulation signal is the sound signal, recipient available r

5、eceiver adjusts in certain frequency range, then receives the sound signal. This design vibration level output is stable, the frequency is 10Mhz, what we use is plays the role of direct-frequency modulation through the varactor, then has used a buffer, avoids the vibration level and power amplifier

6、levels mutual influence, what finally first-level uses is the power amplification, is used to enlarge the power of signal output, the expanded launch scope. We have used the resonant tank in the collecting electrode of power amplifier level, plays function that the filter and impedance fluctuate, ca

7、uses to output the maximum power.Keywords:frequencymodulation;modulation;capacitancediode; capacityenlarge目 錄第1章 設(shè)計要求及總體介紹11.1 設(shè)計課題任務(wù)、功能要求11.1.1設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo)11.1.2 設(shè)計要求11.2 小功率調(diào)頻發(fā)射機總體介紹11.2.1 調(diào)頻發(fā)射機組成框圖11.2.2 調(diào)頻發(fā)射機的主要技術(shù)指標(biāo)1第2章 方案選擇22.1 調(diào)頻實現(xiàn)方法22.2.1 中心頻率及其穩(wěn)定度32.2.2 最大頻偏4第3章 設(shè)計方法53.1 振蕩級53.1.1 振蕩電路的選擇53.2 緩沖

8、級83.3 功率輸出級93.3.1 丙類功放設(shè)計103.3.2 基極偏置電路參數(shù)計算11第4章 仿真結(jié)果124.1 振蕩級124.2 功放前124.3 功放輸出結(jié)果13結(jié)束語14參考文獻(xiàn)15致 謝16附 錄17第1章 設(shè)計要求及總體介紹1.1 設(shè)計課題任務(wù)、功能要求1.1.1設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo) 主技術(shù)指標(biāo)：輸出功率，工作頻率，總效率，負(fù)載電阻，最大頻偏。設(shè)計要求課程設(shè)計要求：要求有課程設(shè)計說明書，并對總個所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真1.2 小功率調(diào)頻發(fā)射機總體介紹1.2.1 調(diào)頻發(fā)射機組成框圖與調(diào)幅系統(tǒng)相比,，調(diào)頻系統(tǒng)由于高頻振蕩器輸出的振幅不變，因而具有較強的抗干擾能力與較高的效率，在無線通信、廣播電視

9、、遙控遙測等方面獲得廣泛應(yīng)用。其中，圖1所示的為直接調(diào)頻發(fā)射機的組成框圖，是本課程設(shè)計的主要內(nèi)容。圖1 組成框圖1.2.2 調(diào)頻發(fā)射機的主要技術(shù)指標(biāo)l發(fā)射功率 一般是指發(fā)射機輸送到天線上的功率。工作頻率或波段 發(fā)射機的工作頻率應(yīng)根據(jù)調(diào)制方式，在國家或有關(guān)部 門 所規(guī)定的范圍內(nèi)選取。 總效率 發(fā)射機發(fā)射的總功率與電源供給的直流功率c之比，稱為發(fā)射機的總效率。非線性失真 要求調(diào)頻發(fā)射機的非線性失真系數(shù)應(yīng)小 于 1 %。l雜音電平 雜音電平應(yīng)小于 65 dB。第2章 方案選擇2.1 調(diào)頻實現(xiàn)方法實現(xiàn)頻率調(diào)制就是使載波頻率與調(diào)制信號呈現(xiàn)線性規(guī)律變化，實現(xiàn)這個功能的方法很多，通?？梢苑譃橹苯诱{(diào)頻和間接調(diào)

10、頻兩大類。2.1.1 直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻接調(diào)頻用調(diào)制信號直接控制振蕩器頻率，使其與調(diào)制信號成正比。 有源電路L振蕩電路調(diào)制輸出可控電抗元件C調(diào)制電壓圖2 直接調(diào)頻模塊在LC正弦振蕩器中，由于振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，因此通常是在振蕩回路中接入可控電抗元件，如圖1-1所示，用調(diào)制信號去控制可變電抗元件的電抗值，從而使振蕩器的振蕩頻率隨調(diào)制信號變化，適當(dāng)選擇電路參數(shù)，就可使載波頻率與調(diào)制信號呈線性規(guī)律變化。優(yōu)點頻率頻偏大缺點中心頻率不穩(wěn)定表12.1.2 間接調(diào)頻先對調(diào)制信號進(jìn)行積分，然后用它對載波進(jìn)行調(diào)相，從而獲得調(diào)頻信號，其組成框圖如圖3所示，圖中晶體振蕩器載波電壓UmcoswctuW(

11、t)積分器調(diào)相器 圖 3 間接調(diào)頻電路組成框圖（ 1 ）式中，。式（1）與調(diào)頻信號表示式完全相同，說明通過積分，調(diào)相電路可間接獲得調(diào)頻信號。優(yōu)點中心頻率較穩(wěn)定缺點不易獲得大頻偏表 2 總結(jié)：本次課程設(shè)計頻偏為20KHz，中心頻率為10MHz左右，故選用直接調(diào)頻方式。2.2 調(diào)頻電路主要性能指標(biāo) 調(diào)頻電路主要性能指標(biāo)有中心頻率及其穩(wěn)定度，最大頻偏，非線性失真及調(diào)制靈敏度等。2.2.1 中心頻率及其穩(wěn)定度 調(diào)制信號的中心頻率就是未調(diào)制時的載波頻率fc，調(diào)制信號的頻率則在fc的基礎(chǔ)上按照與調(diào)制信號成正比的規(guī)律變化，只有保持中心頻率的高穩(wěn)定度，才能保證接收機正常的接收信號，否則就可能使調(diào)頻信號的頻譜落

12、到接收機的通帶范圍之外，以致不能正常通信。2.2.2 最大頻偏最大頻偏是指在調(diào)制電壓作用下所能達(dá)到的最大頻率偏移，它是根據(jù)對調(diào)頻指數(shù)的要求來確定的。當(dāng)調(diào)制電壓幅值一定時，要求在調(diào)制信號頻率范圍里保持不變。調(diào)頻信號的頻率偏移（=f-fc）隨調(diào)制電壓變化的規(guī)律稱為調(diào)頻特性，它是調(diào)頻電路的基本特性，如圖 4所示。 只有當(dāng)調(diào)頻特性為直線時，頻率偏 f = f - fc O 圖 4調(diào)頻特性u移才能隨調(diào)制信號線性變化。第3章 設(shè)計方法3.1 振蕩級3.1.1 振蕩電路的選擇振蕩電路主要是產(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，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

13、分為電感和電容三點式振蕩電路，由于是固定的中心頻率，因而采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉撥振蕩電路來作振蕩級。其電路原理圖如圖 5所示。圖 5 振蕩級原理圖克拉撥振蕩電路與電容三點式電路的差別，僅在回路中多加一個與C2、C3相串接的電容C6，回路的頻率，克拉撥振蕩電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點式電路高一個量級。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

14、直接調(diào)頻方式。其原理電路如圖6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： （2）圖 6 變?nèi)荻O管原理電路振蕩頻率為： （3）加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為： （4）頻偏：（是調(diào)制信號為零時的回路總電容）振蕩頻率：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。 參數(shù)計算根據(jù)前面的介紹，可以設(shè)計出如圖7的振蕩電路。設(shè)計中D1為變?nèi)荻O管，我們選用910AT型變?nèi)荻O管，其容量變化可以從幾十P

15、F到100 200PF因此C1數(shù)值接近于Cj的高端值，若假設(shè)C1足夠大，接近短路，而C8也逐漸增大，從幾個PF增加到十幾個PF，此時C增大，則振蕩頻率減小，同時靜態(tài)調(diào)制特性會發(fā)生變化，綜合以上因素，C1,C17的選擇對靜態(tài)調(diào)制特性影響比較顯著，所以選擇C1為220PF的電容，C17選擇4.7PF。圖7 振蕩級電路選擇C2為3.5nF,C3為510PF,C4為100PF.利用R5,R6對D1變?nèi)莨芗臃雌妷海ぷ麟妷簽?2V，R5,R6可選用為20K,則反偏電壓為6V。R1,R2為三極管基極偏置電阻，可選用30K和10K根據(jù)靜態(tài)工作點時，計算得R4約為K。耦合電容C5為10nf.因為fosc=1

16、0MHz,由 （5）設(shè)C0為C2，C3與C5串聯(lián)值，由于910變?nèi)荻O管在偏置電壓4.5v的情況下Cj較小，大概為十幾pf，先不考慮Cj的值，所以并接在L1上的回路總電容通過計算可得：C0=83pf所以電感L1為L1=2.7uH3.2緩沖級因為功放級輸出信號較大，工作狀態(tài)的變化（如諧振阻抗變化）會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度，或波形失真或輸出電壓減小。為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級常采用射極跟隨器電路。原理電路如圖8。調(diào)節(jié)射極電阻，可以改變射極跟隨器輸入阻抗。如果忽略晶體管基極體電阻的影響，則射極輸出器的輸入電阻圖 8 緩沖級原理圖輸出電阻式中，ro很小，所以可將射極輸出器

17、的輸出電路等效為一個恒壓源。圖 9緩沖級仿真圖電壓放大倍數(shù)一般取，則取。為減小射極跟隨器對前級振蕩器的影響,耦合電容C1不能太大,一般為數(shù)十皮法;C3為0.022uF左右.3.3 功率輸出級為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率，設(shè)計中采用共發(fā)射極電路，同時使其工作在丙類狀態(tài)，組成丙類諧振功率放大器為了實現(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T2發(fā)射極串接有小電阻在輸出回路中，從結(jié)構(gòu)簡單和調(diào)節(jié)方便考慮，設(shè)計采用型濾波網(wǎng)絡(luò)。L3，C12，C13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T

18、3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。 在選擇功率管時要求綜上可知，我們選擇Q3804功率管功率放大級采用兩級放大：集電極均采用諧振回路網(wǎng)絡(luò)，可見圖10。圖10功率輸出級3.3.1 丙類功放設(shè)計 確定放大器的工作狀態(tài)為獲得較高的效率及最大輸出功率將丙類功放的工作狀態(tài)選為臨界狀態(tài)取導(dǎo)通角為70度。可得此時集電極的等效負(fù)載電阻可得集電極基波電流振幅可得集電極電流脈沖的最大值 及其直流分量 分別為可得電源供給的直流功率可得集電極的耗散功率可得集電極的效率若設(shè)本級功率增益 倍 則輸入功率可得基極余弦脈沖電流的最大值可得

19、基極基波電流的振幅可得輸入電壓的振幅3.3.2 基極偏置電路參數(shù)計算可得基極直流偏置電壓可得射極電阻第一級功率放大：負(fù)載取1.5k左右。取高頻旁路電容取C9為120PF，計算得L2=1uH第二級功率放大： 集電極采用諧振回路網(wǎng)絡(luò)，但是與第一級不同的是用一可變電容并聯(lián)一個固定電容。取C14為120pf,可變電容C13為300pf，計算得L5為0.4uH.負(fù)載可取100，功率從51輸出。第4章 仿真結(jié)果4.1 振蕩級4.2 功放前4.3 功放輸出結(jié)果由上兩圖可得放大倍數(shù)約為4倍。結(jié)束語此次實驗具有很強的綜合性，它是由4個模塊組成，在設(shè)計電路中我是進(jìn)行每個模塊的仿真實驗，在都達(dá)到了比較理想的水平后再進(jìn)行組合，但是組合到一起并不一定就能成功，還需要一邊仿真一邊修改參數(shù)，來使得模塊間能過相互嵌合。它考查了我們的很強的理論知識，對每個模塊的熟悉程度，以及綜合各模塊的能力。通過這次設(shè)計使我對本課程理論更加熟悉了，在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作