簡易調(diào)頻發(fā)射機話筒設(shè)計的課程設(shè)計說明書

1 簡易調(diào)頻發(fā)射機話筒設(shè)計的課程設(shè)計說明書 1 課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計課題任務(wù) 學(xué)生通過理論設(shè)計和實物制作解決相應(yīng)的實際問題，鞏固和運用在通信電子線路中所學(xué)的理論知識和實驗技能，掌握通信電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，提高設(shè)計能力和實踐動手能力，為以后從事電子電路設(shè)計、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。 功能要求說明 設(shè)計一個簡易調(diào)頻發(fā)射機（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)試并測量主振級電路的性能，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)計課題總體方案介紹 通常小功率發(fā)射機采用直接調(diào)頻方式，其組成框圖如圖 圖 調(diào)頻發(fā)射機組成框圖 其中，高頻振蕩級主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標要求的正弦波信號，本課題中選用 蕩電路中的克拉潑電路，且其頻率受到外 加音頻信號電壓調(diào)變，用變?nèi)荻O管實現(xiàn)；緩沖級主要起隔離作用；功率輸出級包括功率激勵級和 末級功放兩部分電； 功率激勵級為末級功放提供激勵功率，如果發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出能夠滿足末級功放的輸入要求，功率激勵級可以省去； 末級功放將前級送來的信號進行功率放大，因而使負載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)射功率。 工作原理說明 蕩電路原理 振蕩器是一種能自動將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號能量的轉(zhuǎn)換電路，無需外加激勵信號，就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定振幅的交流信號。在本課題中振蕩器作 為載波信號源使用。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。克拉潑電路是電容三點式振蕩器的改進型電路，它的實際電路和相應(yīng)的交流通路如圖 示。 由圖可知，克拉潑電路比電容三點式在回路中多一個與 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)定電容對振蕩頻率的影響，且 小，這種影響越小，回路的標準性越高，實際情調(diào)頻震蕩級 緩沖 級 功率輸出級 3 況下，克拉潑電路比電容三點式的頻穩(wěn)度高一個量 級，達 4510 10 圖 克拉潑實際電路和相應(yīng)的交流通路 調(diào)頻原理 調(diào)頻信號產(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 將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。因為功放級輸出信號較大，當(dāng)其工作狀態(tài)發(fā)生變化時（如諧振阻抗變化），會 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。整機設(shè)計時，為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級電路常采用射極跟隨器電路。 功率激勵電路原理 功率激勵級 放大器 為末級功放提供激勵功率， 給輸出級提供較大的功率信號以推動功率輸出級放大輸出 ，因而使末級功放最終的輸出功率達到設(shè)計要求。 由于對該級有一定增益要求，考慮到中心頻率固定，因此可采用以 末級功放電路原理 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)，輸出回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進行濾，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 外接負載， r 為匹配網(wǎng)絡(luò)，它們與外接負載共同組成并聯(lián)諧振回路，調(diào) 回路諧振在輸入信號上，為實現(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，同時還可以將含有電抗分量的外接負載變換為諧振電阻 且調(diào)節(jié) r，還能保持回路諧振時使 于放大管所需的 集電極負載，實現(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)計課題的仿真分析 設(shè)計課題的參數(shù)選擇 整機電路的實際計算順序一般是從末級單元電路開始，向前逐級進行。 功率輸出電路參數(shù) 發(fā)射機的輸出應(yīng)具有一定的功率才能將信號發(fā)射出去，但是功率增益又不可能集中在末級功放，否則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機的各組成部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠淼胤峙涔β试鲆妗Ｈ绻{(diào)頻振蕩器的輸出比較穩(wěn)定，又具有一定的功率，則功率激勵級和 末級功放的功率增益可適當(dāng)小些。本課題功率激勵級采用 小信號諧振放大器 ，末級功放采用丙類諧振功率放大器。 （ 1） 末級功放電路 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， 型輸出回路用來實現(xiàn)阻抗匹配并進行濾波，即將天線阻抗變換為功放管所要求的負載值，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為 2 丙類功率放大器的基極偏置電壓 利用發(fā)射機電流的分量 射極電阻 稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號 正弦波時，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） 功率激勵電路 本課題中采用以 聯(lián)回路作負載的小信號諧振放大器電路。參考電路如圖 圖 小信號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 級可工作于甲類以保證足夠的電壓放大。 7 對該級管子的要求是： (3 5)() 2B R C E 于諧振回路的計算，一般先根據(jù) 后選擇合適的 C，再求出 L。 0000本課題中選用型號為 2 綜上所述最后確定功率輸出級實際電路如圖 圖 功率輸出級實際電路 緩沖級電路參數(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取出信號，并加入隔離、緩沖級如射極輸出器，以減弱外接負載對振蕩器幅度、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)定工作點特點的偏置電路。參考電路如圖 極加 8 G 1 0 0+ 12 5射級輸出器參考電路 已知條件： 12V 晶體管為 2=60 。晶體管的靜態(tài)工作點應(yīng)位于交流負載線的 中點，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前一級電路的影響， 值不能過大，這里取00 綜上所述緩沖實際電路如圖 圖 緩沖實際電路 9 主振級電路參數(shù) （ 1） 蕩器 主要技術(shù)指標，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。選用改進型電容三點式振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。 靜態(tài)工作點由 體管選擇 2參數(shù)見表 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，但波形失真嚴重，頻率穩(wěn)定性降低。 小對應(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)工作點取 , ,測得三極管的 =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。實驗中可適當(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 的耦合支路電容 2應(yīng)對 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)計的主振級實際電路如圖 11o 212/18/1/ 32 0 圖 主振級實際電路 設(shè)計課題的仿真結(jié)果 電路的組裝和調(diào)試順序一般是從前級單元電路開始向后級逐級進行。 振級電路仿真結(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 高頻功率放大級輸出頻率 12 圖 高頻功率放大級輸出波形 計課題誤差分析 由 真波形可看到，波形并非是完美的正弦波，還是有點失真的，還有就是中心頻率也并非是 4的時候不穩(wěn)定時還是存在一點誤差的， 但是 本次所設(shè)計的電路基本達到了任務(wù)書的要求，所設(shè)計電路的仿真水平，離設(shè)計指標所要求的還一段距離。出現(xiàn)這些原因主要有以下四點： (1)設(shè)計電路時選擇元件不同會產(chǎn)生誤差； (2)電路的參數(shù)設(shè)置會產(chǎn)生誤差； (3)本身電路設(shè)計存在問題有待改進； (4)各級電路接在一起時互相干擾 4 心得體會 通過兩周的高頻電子課程設(shè)計，我對高頻知識有了更為深刻的認識與了解。 此次設(shè)計課題為簡易調(diào)頻發(fā)射機話筒的設(shè)計，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到設(shè)計要求中的輸出功率要求。 本課題才用 件仿真進行， 件能實現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的 所有分析、驗證、和設(shè)計數(shù)據(jù)管理。在仿真 13 的過程中學(xué)到了很多，明白了各個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)試及更改電路的實踐后才得出比較好的電路。 這次課程設(shè)計是對我們學(xué)習(xí)高頻技術(shù)課程理論知識的一次實踐，它不僅是對我們所學(xué)知識的考核，也是對我們做事能力及對事態(tài)度的一種考核。 在整個設(shè)計過程中，翻閱相關(guān)書籍并到網(wǎng)上查閱資料，請教老師及同學(xué)，最終才有了這個自己比較滿意的結(jié)果。最后的這十幾頁說明書，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)計也讓我知道了高頻在實際生活中的廣泛應(yīng)用，同 時也認識到高頻知識在本專業(yè)中的重要地位，掌握基礎(chǔ)知識是必要的。從設(shè)計中我也了解到了自己的不足之處，以后要多在實踐中培養(yǎng)興趣，鞏固知識，這樣才能真正掌握課堂知識，達到專業(yè)需求。 參考文獻 曹才開，姚屏，曾屹，周細鳳 . 高頻電子線路原理與實踐長沙：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 驗測試 (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 機 會 ，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際，是這次機