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

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)，哈里斯發(fā)射機(jī)等多種類型。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,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。通過本次的課程設(shè)計(jì)，需要我們加強(qiáng)對(duì)通信電子線路的理解，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)際問題的能力，提高解決通信電子線路問題的實(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<1>設(shè)計(jì)變?nèi)荻O管直接和間接調(diào)頻電路<2>設(shè)計(jì)壓控振蕩器調(diào)頻電路<3>設(shè)計(jì)鎖相環(huán)調(diào)頻電路<4>設(shè)計(jì)上混頻電路<5>設(shè)計(jì)三級(jí)管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻電路<6>設(shè)計(jì)丙類諧振功率放大器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<1>要求完成各單元設(shè)計(jì)及仿真，利用Multisim開發(fā)軟件完成整機(jī)電路設(shè)計(jì)；<2>通過實(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工程設(shè)計(jì)方法；<3>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)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖；<4>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)<1>中心頻率12MHZ<2>頻率穩(wěn)定度≦0.1MHZ<3>最大頻偏>10KHZ<4>輸出功率≧30MW<5>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，調(diào)制信號(hào)；通過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)制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構(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：<1>線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時(shí)頻率變化與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。<2>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。<3>最大頻率偏移與調(diào)制信號(hào)頻率無關(guān)。<4>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。<5>無寄生調(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3.調(diào)頻方法<1>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<2>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整體原理框圖及說明1.整體原理框圖：信源信源本振本振調(diào)頻電路混頻器倍頻器功率放大器調(diào)頻電路混頻器倍頻器功率放大器功率放大器倍頻器功率放大器倍頻器圖3整體原理框圖2.說明：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,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,從而滿足了原理圖的要求。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丙類諧振功率放大電路與仿真丙類諧振功率放大器用來對(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)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)，并沒有多少工作在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就僅僅畫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。通過課程設(shè)計(jì)，我們?cè)鰪?qiáng)了對(duì)通信電子線路知識(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)際問題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手﹑獨(dú)立開展電路實(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