用Multisim設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機(jī)發(fā)射系統(tǒng)

/用Multisim設(shè)計調(diào)頻放射機(jī)書目摘要一．設(shè)計要求 2二．設(shè)計的作用、目的 2三.設(shè)計的具體實(shí)現(xiàn) 31.系統(tǒng)概述 32.單元電路設(shè)計、仿真和分析 42.1振蕩級 42.1.1調(diào)頻波的產(chǎn)生 52.1.2振蕩電路的選擇2.1.3參數(shù)的計算2.2緩沖級 62.2.1元器件的選擇及參數(shù)的確定 82.3功率輸出級 102.3.1元器件的選擇和參數(shù)的確定 152.4調(diào)頻放射機(jī)總原理電路圖 15三四.Multisim的相關(guān)介紹五.心得體會及建議 20六．附錄 22七.參考文獻(xiàn) 25調(diào)頻放射機(jī)的設(shè)計報告摘要隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，調(diào)頻放射機(jī)也在快速發(fā)展，并且在生活中得到廣泛應(yīng)用，它可以用于演講、教學(xué)、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。在生活中，人們通過無線電放射機(jī)可以把須要傳播出的信息放射出去，接收者可以通過特制的接收機(jī)接受信息，最一般的模式是：廣播電臺通過無線電放射機(jī)放射出廣播，收聽者通過收音機(jī)即可接收到電臺廣播。本設(shè)計為一簡潔功能的調(diào)頻放射機(jī)，通過該放射機(jī)可以把聲音轉(zhuǎn)換為無線電信號放射出去，該信號頻率可調(diào)，通過一般收音機(jī)接收，只要在頻率適合時即可收到放射器發(fā)送出的無線電信號，并通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換出聲音。通過這次試驗(yàn)我們可以更好地鞏固和加深對小功率調(diào)頻放射機(jī)工作原理和非線性電子線路的進(jìn)一步理解。學(xué)會基本的試驗(yàn)技能，提高運(yùn)用理論學(xué)問解決實(shí)際問題的實(shí)力。一．設(shè)計要求設(shè)計一個調(diào)頻放射機(jī)，通過該放射機(jī)可以把聲音轉(zhuǎn)換為無線電信號放射出去，該信號頻率可調(diào)，通過一般收音機(jī)接收，只要在頻率適合時即可收到放射機(jī)發(fā)送出的無線電信號。（1）.確定電路形式，選擇各級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）.輸入信號能夠通過電路進(jìn)行穩(wěn)定，調(diào)頻等；（3）.輸出為足夠大的高頻功率，使其能夠放射；（4）.依據(jù)上述要求選定設(shè)計方案，畫出該系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，寫出具體的設(shè)計過程并利用Multisim軟件畫出一套完整的設(shè)計電路圖；（5）.列出全部的元件清單并寫出參考書目。二．設(shè)計的作用、目的高頻電子技術(shù)基礎(chǔ)的電路課程設(shè)計是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過課程設(shè)計，要求達(dá)到以下目的：（1）.通過對調(diào)頻放射機(jī)的設(shè)計，鞏固和加深學(xué)生對高頻電子電路基本學(xué)問的理解；（2）.通過電路方案的分析、論證和比較，計算和對元器件的選取，來達(dá)到初步駕馭簡潔好用電路的分析方法和工程設(shè)計方法的目的。（3）.使學(xué)生駕馭Multisim軟件的運(yùn)用方法，以便以后設(shè)計電路或進(jìn)行實(shí)踐時的運(yùn)用。（4）.了解和課題有關(guān)的電子電路及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計和試驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖等。（5）.培育學(xué)生依據(jù)課題須要選學(xué)參考書籍，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)實(shí)力。通過獨(dú)立思索，深化探討有關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。三.設(shè)計的具體實(shí)現(xiàn)1.系統(tǒng)概述輸出功率級緩沖級調(diào)頻震蕩級輸出功率級緩沖級調(diào)頻震蕩級圖1干脆調(diào)頻放射機(jī)的總體框圖干脆調(diào)頻放射機(jī)的總體框圖如圖1所示。它由調(diào)頻振蕩級，緩沖級，和輸出功率級組成。其中調(diào)頻振蕩級主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號，且其頻率受到外加調(diào)制信號電壓調(diào)變；緩沖級主要是對調(diào)頻振蕩信號進(jìn)行放大，以供應(yīng)末級所需的激勵功率，同時還對前后級起有肯定的隔離作用，為避開級功放的工作狀態(tài)變更而干脆影響振蕩級的頻率穩(wěn)定度；功放級的任務(wù)是確保高效率輸出足夠大的高頻功率，并饋送到天線進(jìn)行放射。2.單元電路設(shè)計和分析2.1調(diào)頻振蕩級調(diào)頻振蕩級主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號，且其頻率受到外加調(diào)制信號電壓調(diào)變。調(diào)頻波的產(chǎn)生由于調(diào)頻放射機(jī)的頻率受到外加調(diào)制信號電壓調(diào)變，因此，回路中的電抗要能夠跟調(diào)制信號的變更而變更，應(yīng)用一可變電抗器件，它的電容量或電感量受調(diào)制信號限制，將它接入振蕩回路中，就能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。而最簡便、最常用的方法就是利用變?nèi)荻O管的特性干脆產(chǎn)生調(diào)頻波，因要求的頻偏不大，故采納變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的干脆調(diào)頻方式。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?。因而，振蕩回路的總電容C為：（4-1）振蕩頻率為：加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為：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)肯定的結(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肯定范圍內(nèi)變更，其關(guān)系曲線稱～曲線，如圖所示。由圖可見：未加調(diào)制電壓時，直流反偏所對應(yīng)的結(jié)電容為。當(dāng)調(diào)制信號為正半周時，變?nèi)荻O管負(fù)極電位上升，即反偏增加時，變?nèi)荻O管的電容減小；當(dāng)調(diào)制信號為負(fù)半周時，變?nèi)荻O管負(fù)極電位降低，即反偏減小時，增大，其變更具有肯定的非線性，當(dāng)調(diào)制電壓較小時，近似為工作在～曲線的線性段，將隨調(diào)制電壓線性變更，當(dāng)調(diào)制電壓較大時，曲線的非線性不行忽視，它將給調(diào)頻帶來肯定的非線性失真。我們再回到圖4.1—2，并設(shè)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(shè)圖4.1-3用調(diào)制信號限制變?nèi)荻O管結(jié)電容（4-3）由圖4.1—3可見：變?nèi)荻O管的電容隨υR變更。即：（4-4）可得出此時振蕩回路的總電容為（4-5）由此可得出振蕩回路總電容的變更量為：（4-6）由式可見：它隨調(diào)制信號的變更規(guī)律而變更，式中的是變?nèi)荻O管結(jié)電容變更的最大幅值。我們知道：當(dāng)回路電容有微量變更時，振蕩頻率也會產(chǎn)生的變更，其關(guān)系如下：（4-7）式中，是未調(diào)制時的載波頻率；是調(diào)制信號為零時的回路總電容，明顯（4-8）由公式（4-2）可計算出中心頻率：（4-9）將（4-8）式代入（4-9）式，可得：（4-10）頻偏：（4-11）振蕩頻率：（4-12）由此可見：振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變更，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。其頻偏和回路的中心頻率f0成正比，和結(jié)電容變更的最大值Cm成正比，和回路的總電容C0成反比。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。由于是所產(chǎn)生的是固定的中心頻率，因而采納頻率穩(wěn)定度較高的克拉撥振蕩電路來作振蕩級。其電路原理圖如圖所示?？死瓭婋娐返念l率穩(wěn)定度比電容三點(diǎn)式要好，使得不穩(wěn)定電容的變更對回路總電容的影響減小。參數(shù)的計算依據(jù)前面的介紹，可以設(shè)計出如圖的振蕩電路，其中R4用來供應(yīng)直流溝通負(fù)反饋。設(shè)計中D1為變?nèi)荻O管，我們選用910AT型變?nèi)荻O管，其容量變更可以從幾十PF到100~200PF．因此C7數(shù)值接近于Cj的高端值，若假設(shè)C7足夠大，接近短路，而C8也漸漸增大，從幾個PF增加到十幾個PF，此時CΣ增大，則振蕩頻率減小，同時靜態(tài)調(diào)制特性會發(fā)生變更，所以綜合以上因素，C7,C8的選擇對靜態(tài)調(diào)制特性影響比較顯著，所以我們選擇C7為220PF的電容，C8選擇47PF的電容．又因?yàn)槿龢O管T1應(yīng)為甲類工作狀態(tài)，其靜態(tài)工作點(diǎn)不應(yīng)設(shè)的太高，工作點(diǎn)太高振蕩管工作范圍易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗的降低將使振蕩波形嚴(yán)峻失真，但工作點(diǎn)太低將不易起振。由，以及Cj的性質(zhì)，我們選擇C2為100PF,C3為220PF,C6為220PF.利用R7,R8對D1變?nèi)莨芗臃雌妷海琑7,R8可選用為27KΩ。R1,R2為三極管基極偏置電阻，均選用10KΩ．R4,R5為負(fù)反饋電阻，選擇較小的電阻即可，我們選用R4為12Ω,R5為１KΩ.設(shè)載波中心頻率f=12MHz,由AND()設(shè)C0為C2，C3和C6串聯(lián)值,，由于910變?nèi)荻O管在偏置電壓6的狀況下Cj較小，也許為十幾pf，先不考慮Cj的值，所以并接在L1上的回路總電容為所以電感L1為2.2緩沖級為了使第三級能夠達(dá)到額定功率必需加大激勵即Vbm，因此要求緩沖級有肯定的增益，而中心頻率是固定的，因此用LC并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號放大器電路。緩沖放大級采納諧振放大，L2和C10諧振在振蕩載波頻率上。若通頻帶太窄或出現(xiàn)自激則可在L2兩端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路Q值。該極工作于甲類以保證足夠的電壓放大。元器件的選擇及參數(shù)的確定因?yàn)閷彌_級管子的要求是所以可選用一般的小功率高頻晶體管，如2N3904等．另外，,若取流過偏置電阻R9,R10的電流為

I1=10IbQ則R10=VbQ/I1,R8=(Vcc-VbQ)/I1所以選R10,R8均為10KΩ.為了減小緩沖級對振蕩級的影響，射隨器和振蕩級之間采納松耦合，耦合電容C9可選為180pf.對于諧振回路C10,L2,由故本次試驗(yàn)取C10為100PF，所以，緩沖級設(shè)計電路為圖所示2.3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)計中采納共放射極電路，同時使其工作在丙類狀態(tài)，組成丙類諧振功率放大器．由設(shè)計電路圖知L3、C12和C13為匹配網(wǎng)絡(luò)，和外接負(fù)載共同組成并諧回路．為了實(shí)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(qiáng)溝通反饋，在T3的放射極串接有小電阻R14．在輸出回路中，從結(jié)構(gòu)簡潔和調(diào)整便利考慮，設(shè)計采納л型濾波網(wǎng)絡(luò)，如圖L3，C12，C13構(gòu)成π型輸出，Q3管工作在丙類狀態(tài)，調(diào)整偏置3管的導(dǎo)通角。導(dǎo)通角越小，效率越高,同時防止T3管產(chǎn)生高頻自激而引成回路用來實(shí)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重量。元器件的選擇和參數(shù)的確定在選擇功率管時要求綜上可知，我們選擇9018功率管．由于要使功放級工作在丙類，就要使，解得，為了使功放的效率較大，可以減小Q3管的導(dǎo)通角，這里取R13=11R12，其次級集電極的輸出電流已經(jīng)擴(kuò)大了幾十倍，為防止第三級的輸入電流過大而燒壞三極管，須要相應(yīng)的增大第三級的輸入電阻。取R13=220K，R12=20K，變更R14可調(diào)整放大倍數(shù)，取較小的反饋電阻有利于提高增益，因?yàn)檫x定，所以放射極電壓VE為0.05V，因此R14可選為100Ω。由于,且,一般取Qe=8～10所以解得：L3=1.06μH計算得，C13＝680PF，C12＝220PF.功放級的電路設(shè)計如圖所示。2.4調(diào)頻放射機(jī)總原理電路圖其中，C14,C16為濾波電容，選C14為0.1μF，C16為100μF。C1為基極高頻旁路電容，R1,R2為Q1管的偏置電阻。采納分壓式偏置電路既有利于工作點(diǎn)穩(wěn)定，且振蕩建立后有利于振蕩幅度的穩(wěn)定。調(diào)整C7/C8可使調(diào)頻線性良好。R7,R8為變?nèi)荻O管供應(yīng)直流偏置。調(diào)制音頻信號經(jīng)C17,LC加到變?nèi)荻O管變更振蕩頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。振蕩電壓經(jīng)電容C9耦合加至Q2緩沖放大級。Q2緩沖放大級采納諧振放大，L3和C13諧振在振蕩載波頻率上。若通頻帶太窄或出現(xiàn)自激則可在L3兩端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路Q值。該級工作于甲類以保證足夠的電壓放大。Q3管工作在丙類狀態(tài)，有較高的效率同時防止Q3管產(chǎn)生高頻自激而引起的二次擊穿損壞。調(diào)整偏置電阻可變更Q3管的導(dǎo)通角。L4,C15和C16構(gòu)成π型輸出回路用來實(shí)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重量。鑒別一臺調(diào)頻廣播放射機(jī)是否是數(shù)字化的最有效方法是看其電路原理，目前市場上調(diào)頻放射機(jī)存在如下三種電路原理的調(diào)頻放射機(jī)：1、模擬調(diào)頻放射機(jī)：只能接收模擬音頻信號，音頻信號放大、限幅及立體聲編碼都是模擬的；特殊是采納VCO（壓控震蕩器）+PLL（鎖相環(huán)）產(chǎn)生調(diào)頻載頻信號，調(diào)制的過程當(dāng)然也是采納模擬復(fù)合音頻信號對VCO的變?nèi)荻O管進(jìn)行干脆調(diào)制。這種電路就是典型的模擬調(diào)頻放射機(jī)，但可能有LED或LCD數(shù)字顯示放射機(jī)的工作頻率，但其全過程都是模擬的。這種模式簡稱“VCO+PLL”。2、半數(shù)字化調(diào)頻放射機(jī)：可以接收數(shù)字音頻信號（AES/EBU）或模擬音頻信號、音頻信號處理、立體聲編碼由DSP（數(shù)字信號處理器）來完成，立體聲復(fù)合信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬立體聲復(fù)合信號、該信號對VCO進(jìn)行調(diào)頻調(diào)制。由此可見，在產(chǎn)生立體聲復(fù)合信號之前是數(shù)字化的，之后和模擬調(diào)頻放射機(jī)無異。簡稱“DSP+PLL”。3、數(shù)字調(diào)頻放射機(jī)：從音頻到射頻全過程的數(shù)字化的調(diào)頻廣播放射機(jī)，它運(yùn)用了軟件無線電技術(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻廣播放射機(jī)。它接收數(shù)字音頻信號（AES/EBU）或模擬音頻信號（送入A/D）、音頻信號處理、立體聲編碼均由DSP（數(shù)字信號處理器）來完成，而調(diào)頻調(diào)制過程DSP限制DDS（干脆數(shù)字頻率合成器）來完成，實(shí)現(xiàn)了調(diào)制過程的數(shù)字化。離散的數(shù)字調(diào)頻波經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生產(chǎn)常規(guī)調(diào)頻波供射頻放大器放大到指定功率。簡稱“DSP+DDS”。數(shù)字調(diào)頻廣播放射機(jī)有哪些技術(shù)優(yōu)勢？數(shù)字調(diào)頻放射機(jī)和模擬調(diào)頻廣播放射機(jī)相比具有如下突出的優(yōu)勢：1、改善了音質(zhì)：由于采納全過程的數(shù)字化處理，調(diào)頻廣播的音質(zhì)可達(dá)到接近CD的水平；2、提高了放射機(jī)牢靠性：由于采納大規(guī)模集成電路作為主要元件（原件數(shù)量少，集成電路自身的牢靠性極高），取代了模擬調(diào)頻放射機(jī)的大量分立元件和小規(guī)模集成電路，是整機(jī)牢靠性極大地提高；3、放射機(jī)的功能柔性大：由于采納了軟件無線電技術(shù)，所以在保持放射機(jī)硬件不變得狀況下、只要裝入不同的軟件就可以生產(chǎn)出不同功能的調(diào)頻放射機(jī)，這特殊有利于廠家生產(chǎn)組織、也有利于放射機(jī)的升級改造；4、可實(shí)現(xiàn)精確的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷：由于全部原來由硬件實(shí)現(xiàn)的功能都已軟件化，所以不僅在放射機(jī)的LCD顯示屏上可以視察到很多模擬放射機(jī)不行能視察的內(nèi)部狀態(tài)，而且可將這些狀態(tài)通過通訊接口（RS232/RS485/CAN/TCPIP）在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷。5、可實(shí)現(xiàn)雙路音頻輸入自動切換功能：在某些對系統(tǒng)牢靠性要求較高的場合，可將數(shù)字音頻和模擬音頻同時輸入到數(shù)字調(diào)頻放射機(jī)，在其內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)以數(shù)字音頻輸入為主的自動音頻切換功能，可省去外部的音頻應(yīng)急迫換器。數(shù)字調(diào)頻放射機(jī)在國內(nèi)是一項(xiàng)具有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。四.心得體會及建議經(jīng)過三周的高頻電子課程設(shè)計，我不僅學(xué)到了很多在課本上學(xué)不到的學(xué)問，也體會到了實(shí)踐的重要性。此次課設(shè)中，再次用到了Multisim這個軟件，由于較少運(yùn)用，運(yùn)用起來還不嫻熟，于是我特地在圖書館借閱了有關(guān)于介紹Multisim的軟件的書，加深自己對其的了解和駕馭。通過此次的課程設(shè)計，也讓我進(jìn)一步鞏固和駕馭所學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)問，加深了對高頻電路的理解和對元器件的運(yùn)用。本次實(shí)踐我從理解它的相關(guān)原理，到動手實(shí)踐畫其電路圖并在Multisim上仿真出來，再到最終的數(shù)據(jù)處理及實(shí)踐報告的撰寫，都是我學(xué)到了很多。它讓我能夠在實(shí)踐中運(yùn)用自己學(xué)過的學(xué)問，并努力探究，解決在實(shí)踐中遇到的問題。在此次的課題探討中提高我的動手實(shí)力、創(chuàng)新意識及熬煉思維活動。課程設(shè)計使我們可以將抽象的理論學(xué)問和實(shí)際電路設(shè)計聯(lián)系在一起，駕馭初步的電路設(shè)計方法。在駕馭了模擬電路設(shè)計方法的同時也加深了對課程學(xué)問的理解和綜合的運(yùn)用，培育了綜合運(yùn)用理論學(xué)問以及專業(yè)技能上的提升。但是，理論學(xué)問的不足在這次學(xué)習(xí)中很明顯的體現(xiàn)出來。這樣也好，可以有助于我今后的學(xué)習(xí)，端正自己的看法，知道了要以書本上的學(xué)問為主，實(shí)踐動手實(shí)力為輔，并且把實(shí)踐和理論結(jié)合起來。總之，此次的社會實(shí)踐讓我知道做事要有耐性，要持之以恒，只有這樣，才能把一件事做好，當(dāng)然，最重要的，是要有一顆酷愛學(xué)習(xí)的心五．附錄QuantityDescriptionRefDesPackage1ZENER,RD5.1D1IPC-2221A/2222\DO-341OPAMP,LM7131ACMU1IPC-7351\SON-8(N08E)2OPAMP,LM324ADU3,U4IPC-7351\CASE751A2BJT_NPN,2N1711Q1,Q2Generic\TO-392ZENER,1N4738AD2,D5IPC-2221A/2222\DO-412DIODE,1N1202CD6,D3Generic\DO-203AA2LED_redLED1,LED2Ultiboard\LED9R2_5V2RELAY,EDR2H1A12K2,K4REED\EDRSeriesSMT2DIODE,1N4148D4,D7IPC-2221A/2222\DO-351FWB,1B4B42D8IPC-2221A/2222\12-7A1TRANSFORMER,TS_AUDIO_100_TO_1T1Generic