簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)話筒設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1 簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)話筒設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)課題任務(wù) 學(xué)生通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在通信電子線路中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握通信電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。 功能要求說(shuō)明 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)（話筒），載頻為 4大頻偏為 ，天線阻抗為 75 ，輸出功率大于 200心頻率穩(wěn)定度不低于 310 。要求調(diào)試并測(cè)量主振級(jí)電路的性能，包括中心頻率及其頻率穩(wěn)定度等。 2 2 工作原理及方案選擇 設(shè)計(jì)課題總體方案介紹 通常小功率發(fā)射機(jī)采用直接調(diào)頻方式，其組成框圖如圖 圖 調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成框圖 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)，本課題中選用 蕩電路中的克拉潑電路，且其頻率受到外 加音頻信號(hào)電壓調(diào)變，用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)；緩沖級(jí)主要起隔離作用；功率輸出級(jí)包括功率激勵(lì)級(jí)和 末級(jí)功放兩部分電； 功率激勵(lì)級(jí)為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率，如果發(fā)射功率不大，且振蕩級(jí)的輸出能夠滿足末級(jí)功放的輸入要求，功率激勵(lì)級(jí)可以省去； 末級(jí)功放將前級(jí)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，因而使負(fù)載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。 工作原理說(shuō)明 蕩電路原理 振蕩器是一種能自動(dòng)將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào)，就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定振幅的交流信號(hào)。在本課題中振蕩器作 為載波信號(hào)源使用。由于要求穩(wěn)定的中心頻率， 可考慮采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉潑振蕩電路?？死瓭婋娐肥请娙萑c(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路，它的實(shí)際電路和相應(yīng)的交流通路如圖 示。 由圖可知，克拉潑電路比電容三點(diǎn)式在回路中多一個(gè)與 2相串接的電容常 值較小，滿足 路總電容取決于 三極管的極間電容直接并接在 2 上，不影響 值，結(jié)果減小了這些不穩(wěn)定電容對(duì)振蕩頻率的影響，且 小，這種影響越小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性越高，實(shí)際情調(diào)頻震蕩級(jí) 緩沖 級(jí) 功率輸出級(jí) 3 況下，克拉潑電路比電容三點(diǎn)式的頻穩(wěn)度高一個(gè)量 級(jí)，達(dá) 4510 10 圖 克拉潑實(shí)際電路和相應(yīng)的交流通路 調(diào)頻原理 調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生有兩種方法，一種是直接調(diào)頻，一種是間接調(diào)頻。為了獲得較大的頻偏，選擇直接調(diào)頻法。這種方法一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率，常采用壓控元件為變?nèi)荻O管的壓控振蕩器。在直接調(diào)頻法中，振蕩器與調(diào)制器合二為一。 緩沖隔離電路原理 將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離，以減小功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的影響。因?yàn)楣Ψ偶?jí)輸出信號(hào)較大，當(dāng)其工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)（如諧振阻抗變化），會(huì) 影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度，使波形產(chǎn)生失真或減小振蕩器的輸出電壓。整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，為減小級(jí)間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級(jí)。緩沖隔離級(jí)電路常采用射極跟隨器電路。 功率激勵(lì)電路原理 功率激勵(lì)級(jí) 放大器 為末級(jí)功放提供激勵(lì)功率， 給輸出級(jí)提供較大的功率信號(hào)以推動(dòng)功率輸出級(jí)放大輸出 ，因而使末級(jí)功放最終的輸出功率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 由于對(duì)該級(jí)有一定增益要求，考慮到中心頻率固定，因此可采用以 末級(jí)功放電路原理 為 了獲得較大的功率增益和較高的集電極效率，該級(jí)可采用共 發(fā)射極電路，且工作在丙類狀態(tài)，輸出回路用來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾，圖 放大器的原理電路圖。 圖 諧振功率放大器的原理電路圖 其中 外接負(fù)載， r 為匹配網(wǎng)絡(luò)，它們與外接負(fù)載共同組成并聯(lián)諧振回路，調(diào) 回路諧振在輸入信號(hào)上，為實(shí)現(xiàn)丙類功放，基極偏置電壓 外利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極電流脈沖變換為不失真的余弦電壓，同時(shí)還可以將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為諧振電阻 且調(diào)節(jié) r，還能保持回路諧振時(shí)使 于放大管所需的 集電極負(fù)載，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，因此在諧波功率放大器中，諧振回路起了選頻和匹配的雙重作用。 5 3 設(shè)計(jì)課題的仿真分析 設(shè)計(jì)課題的參數(shù)選擇 整機(jī)電路的實(shí)際計(jì)算順序一般是從末級(jí)單元電路開(kāi)始，向前逐級(jí)進(jìn)行。 功率輸出電路參數(shù) 發(fā)射機(jī)的輸出應(yīng)具有一定的功率才能將信號(hào)發(fā)射出去，但是功率增益又不可能集中在末級(jí)功放，否則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機(jī)的各組成部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠淼胤峙涔β试鲆?。如果調(diào)頻振蕩器的輸出比較穩(wěn)定，又具有一定的功率，則功率激勵(lì)級(jí)和 末級(jí)功放的功率增益可適當(dāng)小些。本課題功率激勵(lì)級(jí)采用 小信號(hào)諧振放大器 ，末級(jí)功放采用丙類諧振功率放大器。 （ 1） 末級(jí)功放電路 從輸出功率 200采用丙類功放。參考電路如圖 圖 丙類功放參考電路 由圖可知， 型輸出回路用來(lái)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。 功率管應(yīng)滿足以下：CM ) 2B R C E 3 5)在本課題中選用型號(hào)為 2 丙類功率放大器的基極偏置電壓 利用發(fā)射機(jī)電流的分量 射極電阻 稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號(hào) 正弦波時(shí)，集電極的輸出電流 用諧振回路 流 基本關(guān)系式： 極基波電壓的振幅 中， o 2 v T o = () n()= I 2） 功率激勵(lì)電路 本課題中采用以 聯(lián)回路作負(fù)載的小信號(hào)諧振放大器電路。參考電路如圖 圖 小信號(hào)諧振放大器參考電路 由圖可知， 諧振在振蕩載波頻率上。如果發(fā)現(xiàn)通過(guò)頻帶太窄或出現(xiàn)自激可在 端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路 Q 值。該 級(jí)可工作于甲類以保證足夠的電壓放大。 7 對(duì)該級(jí)管子的要求是： (3 5)() 2B R C E 于諧振回路的計(jì)算，一般先根據(jù) 后選擇合適的 C，再求出 L。 0000本課題中選用型號(hào)為 2 綜上所述最后確定功率輸出級(jí)實(shí)際電路如圖 圖 功率輸出級(jí)實(shí)際電路 緩沖級(jí)電路參數(shù) 從振蕩器的什么地方取輸出電壓也是十分重 要的。一般盡可能從低阻抗點(diǎn)取出信號(hào)，并加入隔離、緩沖級(jí)如射極輸出器，以減弱外接負(fù)載對(duì)振蕩器幅度、波形以及頻率穩(wěn)定度的影響。 射極輸出器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低，放大倍數(shù)接近于 1。 由于待傳輸信號(hào)是高頻調(diào)頻波，主要考慮的是輸入抗高，傳輸系數(shù)大且工作穩(wěn)定。選擇電路的固定分壓偏置與自給偏壓相結(jié)合，具有穩(wěn)定工作點(diǎn)特點(diǎn)的偏置電路。參考電路如圖 極加 8 G 1 0 0+ 12 5射級(jí)輸出器參考電路 已知條件： 12V 晶體管為 2=60 。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載線的 中點(diǎn)，一般取 310) 根據(jù)已知條件選取 V。 取 電位器。 0 = 0 耦合電容 了減小射極跟隨器對(duì)前一級(jí)電路的影響， 值不能過(guò)大，這里取00 綜上所述緩沖實(shí)際電路如圖 圖 緩沖實(shí)際電路 9 主振級(jí)電路參數(shù) （ 1） 蕩器 主要技術(shù)指標(biāo)，工作中心頻率 大頻偏 ；頻率穩(wěn)定度不低于 310 。 確定電路形式，設(shè)置 靜態(tài)工作點(diǎn)。選用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。 靜態(tài)工作點(diǎn)由 體管選擇 2參數(shù)見(jiàn)表 表 晶體管 2數(shù)表 小功率振蕩器的集電極靜態(tài)工作電流 14)蕩幅度增加，但波形失真嚴(yán)重，頻率穩(wěn)定性降低。 小對(duì)應(yīng)放大倍數(shù)減小，起振困難。為了使電路工作穩(wěn)定，振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取 , ,測(cè)得三極管的 =45。 V c E 612 4343 由上式知 4=3提高電路的穩(wěn)定性， 2=28K。 由式得 ，若取 00 16H。實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整1的值。 電容 F 及電路條件 決定，若取 10 ，則取 000 耦合電容 。 （ 2）調(diào)頻電路 變?nèi)莨艿撵o態(tài)反向偏壓 電阻 壓決定，已知 V，若取 0k ， 0 k，隔離電 阻 50。 低頻調(diào)制信號(hào) 的耦合支路電容 2應(yīng)對(duì) 提供通路，一般 的頻率為幾十赫茲至幾千赫茲，故取 ,7H(固定電感 )。高頻旁路電容 現(xiàn)高阻，取 100 綜上所述，所設(shè)計(jì)的主振級(jí)實(shí)際電路如圖 11o 212/18/1/ 32 0 圖 主振級(jí)實(shí)際電路 設(shè)計(jì)課題的仿真結(jié)果 電路的組裝和調(diào)試順序一般是從前級(jí)單元電路開(kāi)始向后級(jí)逐級(jí)進(jìn)行。 振級(jí)電路仿真結(jié)果 圖 調(diào)頻振蕩電路輸出振蕩頻率 圖 調(diào)頻振蕩電路輸出波形 沖級(jí)電路仿 真結(jié)果 11 圖 緩沖隔離電路輸出波形 功率輸出電路仿真 圖 高頻功率放大級(jí)輸出頻率 12 圖 高頻功率放大級(jí)輸出波形 計(jì)課題誤差分析 由 真波形可看到，波形并非是完美的正弦波，還是有點(diǎn)失真的，還有就是中心頻率也并非是 4的時(shí)候不穩(wěn)定時(shí)還是存在一點(diǎn)誤差的， 但是 本次所設(shè)計(jì)的電路基本達(dá)到了任務(wù)書(shū)的要求，所設(shè)計(jì)電路的仿真水平，離設(shè)計(jì)指標(biāo)所要求的還一段距離。出現(xiàn)這些原因主要有以下四點(diǎn)： (1)設(shè)計(jì)電路時(shí)選擇元件不同會(huì)產(chǎn)生誤差； (2)電路的參數(shù)設(shè)置會(huì)產(chǎn)生誤差； (3)本身電路設(shè)計(jì)存在問(wèn)題有待改進(jìn)； (4)各級(jí)電路接在一起時(shí)互相干擾 4 心得體會(huì) 通過(guò)兩周的高頻電子課程設(shè)計(jì)，我對(duì)高頻知識(shí)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)與了解。 此次設(shè)計(jì)課題為簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)話筒的設(shè)計(jì)，其主電路為 蕩器電路及變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。因此我對(duì)這兩方面的內(nèi)容有了更加深刻的領(lǐng)悟。比如振蕩電路中心頻率的確定及穩(wěn)定度的考慮等。除主電路外，還有緩沖及功率放大電路以達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的輸出功率要求。 本課題才用 件仿真進(jìn)行， 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。在仿真 13 的過(guò)程中學(xué)到了很多，明白了各個(gè)元器件在電路中的不同功能以及參數(shù)設(shè)置的重要性，在不斷的調(diào)試及更改電路的實(shí)踐后才得出比較好的電路。 這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們學(xué)習(xí)高頻技術(shù)課程理論知識(shí)的一次實(shí)踐，它不僅是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的考核，也是對(duì)我們做事能力及對(duì)事態(tài)度的一種考核。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，翻閱相關(guān)書(shū)籍并到網(wǎng)上查閱資料，請(qǐng)教老師及同學(xué)，最終才有了這個(gè)自己比較滿意的結(jié)果。最后的這十幾頁(yè)說(shuō)明書(shū)，其中的含金量我自己心里清楚，是努力了很久的證明。此次設(shè)計(jì)也讓我知道了高頻在實(shí)際生活中的廣泛應(yīng)用，同 時(shí)也認(rèn)識(shí)到高頻知識(shí)在本專業(yè)中的重要地位，掌握基礎(chǔ)知識(shí)是必要的。從設(shè)計(jì)中我也了解到了自己的不足之處，以后要多在實(shí)踐中培養(yǎng)興趣，鞏固知識(shí)，這樣才能真正掌握課堂知識(shí)，達(dá)到專業(yè)需求。 參考文獻(xiàn) 曹才開(kāi)，姚屏，曾屹，周細(xì)鳳 . 高頻電子線路原理與實(shí)踐長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社， 2010 年 3月 2康華光 . 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分第五版 武漢：華中科技大學(xué)， 2005年 7月 3 彭介華 北京 :高教出版社， 2006 4 謝自美 驗(yàn)測(cè)試 (第三版 ). 武漢：華中科技 2006 14 致 謝 首先要謝謝 學(xué) 校 給我們這個(gè) 機(jī) 會(huì) ，如果不是學(xué)校有這樣的安排我們也就不能較早的接觸到實(shí)際，是這次機(jī)