小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)課程設(shè)計(jì)

河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)課程設(shè)計(jì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：通信網(wǎng)絡(luò)與維護(hù)指導(dǎo)教師：****2023年3月30日摘要調(diào)頻發(fā)射機(jī)目前處于快速開展之中，在很多領(lǐng)域都有了很廣泛的應(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。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是關(guān)于小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)工作原理分析及其安裝調(diào)試，通過這次實(shí)驗(yàn)我們可以更好地穩(wěn)固和加深對(duì)小功率調(diào)頻發(fā)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(huì)根本的實(shí)驗(yàn)技能，提高運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。本課設(shè)結(jié)合Proteus軟件來對(duì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法進(jìn)行研究。Proteus軟件能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證、和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。今天的Proteus軟件已不是單純的設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng)，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設(shè)計(jì)。使用Proteus、等計(jì)算機(jī)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)在很早以前就已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)，這類軟件的問世也極大地提高了設(shè)計(jì)人員在機(jī)械、電子等行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握最根本的小功率調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行詳細(xì)地探討，并利用Proteus軟件仿真設(shè)計(jì)了一個(gè)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)。目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計(jì)和制作任務(wù)-4-二、主要技術(shù)指標(biāo)-4-三、確定電路組成方案-4四、設(shè)計(jì)方法-5-4.1振蕩級(jí)-54.2緩沖級(jí)-64.3功率輸出級(jí)-74.4總的原理圖設(shè)計(jì)-8-五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析-11-六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)-12-七、參考文獻(xiàn)-13一、設(shè)計(jì)和制作任務(wù)確定電路形式，選擇各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，畫出電路圖。計(jì)算各級(jí)電路元件參數(shù)并選取元件。畫出電路裝配圖。組裝焊接電路。調(diào)試并測(cè)量電路性能。寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書實(shí)驗(yàn)儀器：碳墨電阻假設(shè)干個(gè)，電解電容1個(gè)，，瓷介電容假設(shè)干個(gè)，變?nèi)荻O管一個(gè)，電感一個(gè)，中周三個(gè)，線路板一個(gè)，示波器一臺(tái)，萬用表一個(gè)二、主要技術(shù)指標(biāo)1．中心頻率=12MHz2．頻率穩(wěn)定度≤0.1MHz3．最大頻偏>10kHz4．輸出功率≥30mW55．電源電壓Vcc=9V三、確定電路組成方案擬定整機(jī)方框圖的一般原那么是，在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)力求電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠。單元電路級(jí)數(shù)盡可能少，以減小級(jí)間的相互感應(yīng)、干擾和自激。在實(shí)際應(yīng)用中，很多都是采用調(diào)頻方式，與調(diào)幅相比擬，調(diào)頻系統(tǒng)有很多的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)頻比調(diào)幅抗干擾能力強(qiáng)，頻帶寬，功率利用率大等。調(diào)頻可以有兩種實(shí)現(xiàn)方法，一是直接調(diào)頻，就是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線性變化。令一種就是間接調(diào)頻，先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制。兩種調(diào)頻電路性能上的一個(gè)重大差異是受到調(diào)頻特性非線性限制的參數(shù)不同，間接調(diào)頻電路提供的最大頻偏較小，而直接調(diào)頻可以得到比擬大的頻偏。所以，通常小功率發(fā)射機(jī)采用直接調(diào)頻方式，它的組成框圖如下所示。輸出功率級(jí)輸出功率級(jí)緩沖級(jí)調(diào)頻震蕩級(jí)其中高頻振蕩級(jí)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(hào)，且其頻率受到外加調(diào)制信號(hào)電壓調(diào)變；緩沖級(jí)主要是對(duì)調(diào)頻振蕩信號(hào)進(jìn)行放大，以提供末級(jí)所需的鼓勵(lì)功率，同時(shí)還對(duì)前后級(jí)起有一定的隔離作用，為防止級(jí)功放的工作狀態(tài)變化而直接影響振蕩級(jí)的頻率穩(wěn)定度；功放級(jí)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)行發(fā)射。四、設(shè)計(jì)方法〔原理〕1、振蕩級(jí)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(hào)，目前應(yīng)用較為廣泛的是三點(diǎn)式振蕩電路和差分對(duì)管振蕩電路。三點(diǎn)式振蕩電路又可分為電感和電容三點(diǎn)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(jí)。其電路原理圖如右圖所示。克拉撥電路與電容三點(diǎn)式電路的區(qū)別，僅在回路中多加一個(gè)與c2、c3相串聯(lián)的c6，克拉伯振蕩電路的頻率穩(wěn)度大體上比三點(diǎn)式電路高一個(gè)量級(jí)。由于頻率發(fā)射機(jī)其頻率受到外加調(diào)制信號(hào)電壓調(diào)變，因此，回路中的電阻要能夠跟調(diào)制信號(hào)的改變而改變，應(yīng)用一可變電阻器件，它的電容量或電感調(diào)頻，最簡(jiǎn)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管局部介入震蕩回路的直接調(diào)頻方法。2、緩沖級(jí)因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)對(duì)該級(jí)有一定的增益要求，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(hào)放大器電路。緩沖放大級(jí)采用諧振放大，L2和C10諧振在振蕩載波頻率上。假設(shè)通頻帶太窄或出現(xiàn)自激那么可在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。對(duì)緩沖級(jí)管子的要求是所以可選用普通的小功率高頻晶體管，如9018等．另外，,假設(shè)取流過偏置電阻R9,R10的電流為I1=10IbQ那么R10=VbQ/I1,R8=(Vcc-VbQ)/I1所以選R10,R8均為10KΩ.為了減小緩沖級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響，射隨器與振蕩級(jí)之間采用松耦合，耦合電容C9可選為180pf.對(duì)于諧振回路C10,L2,由圖2故本次實(shí)驗(yàn)取C10為100PF，所以，緩沖級(jí)設(shè)計(jì)電路為圖2所示 3.功率輸出級(jí)為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率，設(shè)計(jì)中采用共發(fā)射極電路，同時(shí)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(jì)電路圖知L3、C12和C13為匹配網(wǎng)絡(luò)，與外接負(fù)載共同組成并諧回路．為了實(shí)現(xiàn)功率輸出級(jí)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(shí)為了加強(qiáng)交流反應(yīng)，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(jiǎn)單和調(diào)節(jié)方便考慮，設(shè)計(jì)采用л型濾波網(wǎng)絡(luò)，如右圖。L3，C12，C13構(gòu)成π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(shí)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分量。在選擇功率管時(shí)要求綜上可知，我們選擇9018功率管．由于要使功放級(jí)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，第二級(jí)集電極的輸出電流已經(jīng)擴(kuò)大了幾十倍，為防止第三級(jí)的輸入電流過大而燒壞三極管，需要相應(yīng)的增大第三級(jí)的輸入電阻。取R13=220K，R12=20K，改變R14可調(diào)整放大倍數(shù)，取較小的反應(yīng)電阻有利于提高增益，因?yàn)檫x定，所以發(fā)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圖3計(jì)算得，C13＝680PF，C12＝220PF.功放級(jí)的電路設(shè)計(jì)如右圖所示。 4、總的原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)前面的分析，還要考慮各級(jí)之間的隔離，以及濾波電路，可以設(shè)計(jì)出如下列圖的原理圖。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。采用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)節(jié)C7/C8可使調(diào)頻線性良好。R7,R8為變?nèi)荻O管提供直流偏置。調(diào)制音頻信號(hào)經(jīng)C17,LC加到變?nèi)荻O管改變振蕩頻率實(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(jí)。Q2緩沖放大級(jí)采用諧振放大，L2和C10諧振在振蕩載波頻率上。假設(shè)通頻帶太窄或出現(xiàn)自激那么可在L2兩端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路Q值。該級(jí)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(shí)防止Q3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Q3管的導(dǎo)通角。L3,C12和C13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分量。電路的調(diào)試電路的調(diào)試順序先分級(jí)調(diào)單元電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，測(cè)量其性能參數(shù)；然后在逐級(jí)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直到整機(jī)調(diào)試；最后進(jìn)行整機(jī)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試?！?〕、第一級(jí)調(diào)試為了檢查電路是否正確，應(yīng)該對(duì)三極管Q1和變?nèi)荻O管的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后調(diào)節(jié)中周L1，使振蕩頻率為12MHz，測(cè)量結(jié)果如表5.2-1所示表5.2-1E〔v〕B〔v〕C〔v〕Cj負(fù)〔v〕f〔MHz〕Vpp〔V〕Q12.403.063.943.5012.043.7〔2〕、第二級(jí)調(diào)試對(duì)三極管的各個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量，然后調(diào)節(jié)中周L2，使該級(jí)的LC諧振回路諧振在12MHz上，而且為了使第三級(jí)有更大的功率放大，該級(jí)的Vpp盡量調(diào)到靠近4V。測(cè)量結(jié)果如表5.2-2所示表5.2-2E〔v〕B〔v〕C〔v〕f〔MHz〕Vpp〔V〕Q23.304.018.6212.055.30〔3〕、第三級(jí)調(diào)試同樣先對(duì)三極管的各個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量，由于各級(jí)之間存在一定的影響，所以在調(diào)節(jié)中周L3時(shí)，會(huì)對(duì)前面兩級(jí)的頻偏產(chǎn)生影響，結(jié)果如表5.2-3所示表5.2-3E〔v〕B〔v〕C〔v〕f〔MHz〕Vpp〔V〕Q30.10.768.9612.025.4〔4〕、整機(jī)調(diào)試把1KHz，0.2V的調(diào)制信號(hào)加到調(diào)制信號(hào)輸入端，把輸出端的已調(diào)信號(hào)送到頻偏儀進(jìn)行解調(diào)，再把結(jié)果送到示波器，觀察頻偏大小和波形是否有失真，結(jié)果如表5.2-4所示表5.2-4解調(diào)后的f頻偏fm有無失真1.003KHz249KHZ無失真 五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析理論值實(shí)際值電感(H)調(diào)試前調(diào)試后L13.3H3.6H3.2HL21.7H2.3H1.8HL31.1H1.6H1.2H頻率0〔MHz〕12MHZ12.02MHZ最大頻偏△m+10KHz+5KHz幅度V4~6v5.4v由于功放運(yùn)用的折線分析方法，其理論計(jì)算為近似值。在計(jì)算電感L1值時(shí)，由于并不清楚Cj的具體值，把它忽略了，此外單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算沒有考慮實(shí)際電路中分布參數(shù)的影響，級(jí)間的相互影響，所以電路的實(shí)際工作狀態(tài)與理論狀態(tài)相差較大，因而元件參數(shù)在整機(jī)調(diào)整過程中，修改比擬大，這是在高頻電路整機(jī)調(diào)試中需要特別注意的。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過這次的小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)工作原理分析及其安裝調(diào)試實(shí)踐學(xué)習(xí)，讓我學(xué)到了很多實(shí)實(shí)在在的東西，通過親自動(dòng)手，使我進(jìn)一步地穩(wěn)固和加深對(duì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)工作原理和非線性電子線路的進(jìn)一步理解，尤其是更深層次的掌握了諧振功率放大器的工作原理，以及濾波匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的計(jì)算。為我今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了良好的實(shí)驗(yàn)根底。比方說以前一直搞不清楚品質(zhì)因數(shù)Q值到底是什么，通過本次實(shí)驗(yàn)有了一定的理解。當(dāng)然在本次課設(shè)中也發(fā)現(xiàn)了自己的錯(cuò)誤，我覺得以后在關(guān)于像本次課設(shè)的工程時(shí)調(diào)試過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：不能直接就繞11圈或是12圈，而是要留出一小斷漆包線，防止電感值過高或過低，可以直接用多出的漆包線直接減一圈或是加一圈，這樣可以防止要把電感拆下來重新繞。要會(huì)測(cè)三個(gè)三極管