小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)綜述

1、東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)(報(bào)告) 電路基本原理 通常小功率發(fā)射機(jī)采用直接調(diào)頻方式，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)，且其頻率受到外加音頻信號(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)所需的激勵(lì)功率，同時(shí)還對(duì)前后級(jí) 起有一定的隔離作用，為避免級(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。 上述框所示小功率發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是選擇各級(jí)電路形式和各級(jí)元器件參數(shù) 的計(jì)算。 1、頻振蕩級(jí) 由于是固定的中心頻率，可考慮采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉潑振蕩電路。關(guān)于該電 路的設(shè)計(jì)參閱

2、高頻電子線路實(shí)驗(yàn)講義中實(shí)驗(yàn)六內(nèi)容。 2、緩沖級(jí) 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LC并聯(lián)回 路作負(fù)載的小信號(hào)諧振放大器電路。對(duì)該級(jí)管子的要求是 : f r (3-5)f 0 V(BR)CEO2VCC 至于諧振回路的計(jì)算，一般先根據(jù) f0 計(jì)算出 LC的乘積值，然后選擇合適的 C 再求出 L。C根據(jù)本課題的頻率可取 100pF200pF。 1、功放輸出級(jí) 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(lèi)狀態(tài)，輸出回路用來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾波，從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便 起見(jiàn)，本課題可采用 型網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算元件參數(shù)時(shí)通常取 Qe 在 10以內(nèi)，計(jì)算

3、公式 請(qǐng)參閱教材第二章。功放管要滿足以下條件： f r (3-5)f 0 PCNP0I CNi cmaxV(BR)CEO2VCC 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 二、設(shè)計(jì)方案 1. 電路原理圖 鑒于上述設(shè)計(jì)考慮采用圖 4-1 所示電路。在條件許可時(shí)，亦可采用 MC2833單 片集成電路滅設(shè)計(jì)，該集成電路工作原理請(qǐng)參見(jiàn)其規(guī)格書(shū)，應(yīng)結(jié)合本課題要求對(duì)電 路外圍元件參數(shù)作相應(yīng)計(jì)算修改。 考慮到變?nèi)荻O管偏置電路簡(jiǎn)單起見(jiàn)，采用共基電路。因要求的頻偏不大，故 采用變?nèi)荻O管部份接入振蕩回路的直接調(diào)頻方式。 C3 為斟極高頻旁路電容， R1、 R2、R3、R4、R5為 T1 管的偏置電阻。采用分壓式偏置

4、電路既有利于工作點(diǎn)穩(wěn)定， 且振蕩建立后自給負(fù)偏置效應(yīng)有籃球振蕩幅度的穩(wěn)定。 一般選 IC 為 3mA左右，太小 不易起振，太大輸出振蕩波形將產(chǎn)生失真。調(diào)節(jié) C9、 CP 可使高頻線性良好。 R7、 R9為變?nèi)荻O管提供直流偏置。調(diào)制音頻信號(hào) C4、 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 C10耦合加至 T2 緩沖放大級(jí)。 T2緩沖放大級(jí)采用諧振放大， L2 和C11應(yīng)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 L2 兩端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路 Q 值。該級(jí)可工 作于甲類(lèi)以保證足夠的電壓放大。 T3 管工作在丙類(lèi)狀態(tài)，既有較高的效率，同時(shí)可以防止 T3管產(chǎn)

5、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 T3管的導(dǎo)通角。 L3、L4、C15和 C16構(gòu) 成 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。常用的輸出回路還有L 型、T 型以及雙 調(diào)諧回路等。 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 圖 1 小型調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路 采用間接調(diào)頻的方式， 其組成系統(tǒng)框圖如圖 -2 所示。其正弦波振蕩器一般采用 高頻穩(wěn)度的晶體振蕩器，產(chǎn)生的載波通過(guò)調(diào)相器后引入一個(gè)可控的附加相移，從而 達(dá)到間接調(diào)頻的目的。考慮到電路的復(fù)雜度故采用直接調(diào)頻的方案。 圖-2 系統(tǒng)框圖 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）

6、 2. 元件參數(shù) （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(lái)作振蕩級(jí)。其電路原理圖如右圖所示。 圖 -4 振蕩器 本設(shè)計(jì)采用較為穩(wěn)定的克拉潑電路如圖 4-5 所示三極管 T1 應(yīng)為甲類(lèi)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)重失真，但工作點(diǎn)太低將不易起振。 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 在克拉潑電路中 C

7、1，C2受三極管級(jí)間電容 Cce，Cbe，Ccb 的影響。因此在電容的 取值上應(yīng)滿足 C4 C1,C4 C2. Qf 1/ (2 LC) 1111 C C1 C2 C4 L 3.5uH （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。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(lèi)以保證足夠的電壓放大。 對(duì)緩沖級(jí)管子的要求是 fr3 5 fosc (1) V BR CEO 2VCC (2) 所以可選用普通的小功率高頻晶

8、體管，如 9018等 另外， VbQVeQ +VBE , I cQ I (3) 若取流過(guò)偏置電阻 R9,R10的電流為 I1=10 I bQ R10=VbQ/I1, R 8=(Vcc-V bQ)/I1 (4) 5 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 所以選 R10,R8均為 10K. 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. 1 對(duì)于諧振回路 C10,L 2, 由 fosc12MHz 2 LC 故本次實(shí)驗(yàn)取 C10為 100PF， L21 2 1.76uH C10 2 fosc 所以，緩沖級(jí)設(shè)計(jì)電路如圖所示。 為了使第三級(jí)能夠達(dá)到額定功

9、率必須加大激勵(lì)即 Vbm，因此要求緩沖級(jí)有一定的 增益，可采用 LC 并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號(hào)諧振放大器。由 f 1 （2 LC） 可得 L 1.7uH 圖 -6 緩沖級(jí) （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(lèi)狀態(tài)，組成丙類(lèi)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(lèi)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)交流反饋，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 型濾 波網(wǎng)絡(luò)，如右圖。 L3，C1

10、2，C13構(gòu)成型輸出， Q3管工作在丙類(lèi)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(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。 在選擇功率管時(shí)要求 PcmP0 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） Icm icmax V BR CEO2VCC 3 5 fosc 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(lèi)，就要使 VB Vcc R12 VBE 0.7v ，解得 R13 8.3， R12 R13 BER12 為了使功放的效率較大，可以減小 Q3管的導(dǎo)通角，這

11、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(guò)大而燒壞三極管， 相應(yīng)的增大第三級(jí)的輸入電阻。取 R13=220K， 較小的反饋電阻有利于提高增益，因?yàn)檫x定 R12=20K，改變 R14 可調(diào)整放大倍數(shù)，取 VB Vcc R129*20 0.75v ，所以發(fā) B R12 R13 20 220 射極電壓 VE為 0.05V，因此 R14 可選為 100 由于 且 C C12 C13 C12 C13 QeL3 eRL 1 ffosc 2L 般取 Qe = 8 10 ，所以 L3 2 2f2 1 C12C13 C12 +C13 解得： L3=1.06 H

12、計(jì)算得， C13 680PF，C12220PF.功放級(jí)的電路設(shè)計(jì)如右圖所示。 圖 7 功率輸出級(jí) 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)(報(bào)告) 圖 8 功率輸出級(jí) 3、主要技術(shù)指標(biāo) 1) 中心頻率： f 0=12MHz 2) 頻率穩(wěn)定度 : f/f 0 10-4 3) 最大頻偏 ：f m10KHz 4) 輸出功率 ： p030mv 5) 天線形式 ：拉桿天線( 75歐姆) 6) 電源電壓： VCC=12V 三、電路調(diào)試與仿真分析 1. 電路調(diào)試 制作前應(yīng)先集齊所有元件，并對(duì)其質(zhì)量及參數(shù)進(jìn)行細(xì)心的檢測(cè)，再根據(jù)所需的 體積設(shè)計(jì)一款合適的線路板?？偠灾?，良好的元件質(zhì)量、合適的印板布局是有效 提高自制成功率的

13、保證，主要調(diào)試步驟如下： 1) 排版電路板，然后將所有元件連同天線一并按設(shè)計(jì)好的電路焊在萬(wàn)能板 上，對(duì)安裝焊接工藝要求是：盡量縮短高頻部分元件引線；電阻、電容盡可能 臥式安裝，并無(wú)虛焊、脫焊現(xiàn)象。 2) 給發(fā)射機(jī)通電，電壓為 12V。天線接示波器與頻率計(jì)， 反復(fù)調(diào)節(jié) L1、L2、 L3匝間距離以使場(chǎng)強(qiáng)計(jì)示數(shù)增至最大，必要時(shí)對(duì)各級(jí)的諧振電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，使 輸出頻率達(dá)到要求，并出現(xiàn)不失真的正弦波。 3) 不起振或振蕩弱；若輸出功率小，若能保證元件的質(zhì)量，以下步驟可助 你排除故障： 1，在 CC兩端并聯(lián)一個(gè) 7pF電容( 注意：該電容不可過(guò)大，否則你 會(huì)發(fā)現(xiàn)調(diào)制失效 ) ；2，調(diào)振蕩級(jí)偏置電阻； 3，

14、改變 C6容量一試，如果上述方 法不能解決，也有可能是元件布局不合理引起，可重新對(duì)電路板進(jìn)行布線。 4) 連接頻偏儀測(cè)出角頻偏 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 2. 仿真分析 （1）收音機(jī)存在嚴(yán)重的嘯叫聲或失真 近距離使用時(shí)，特別采集到強(qiáng)度較高的信號(hào)時(shí)，收音機(jī)存在嚴(yán)重的嘯叫聲 或失真。這是由于音頻放大級(jí)增益較高，同時(shí)配用的話筒又具有較高的拾音靈 敏度所引起。這是可適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻 R3， R3 的阻值越大，話筒采集聲音的靈敏 度越弱，電阻越小話筒的靈敏度越高。 （2）用 CK接口輸入音源信號(hào)時(shí)，收音機(jī)輸出聲音小且伴有交流聲。 改善方法： 1、盡量縮短音頻輸入引線； 2、在發(fā)射機(jī)與音源二條連線中

15、各串聯(lián)一個(gè) 10uH高頻電感； 3、對(duì)音源進(jìn)行屏蔽隔離； 4、最直接而有效的方法應(yīng)是減小輸出功率或縮短發(fā)射天線，在近距離傳輸 且需要保真度較高的 場(chǎng)合下可考慮使用此法。 （3）不起振或振蕩弱 此故障表現(xiàn)在用收音機(jī)在整個(gè)波段內(nèi)接收不到靜噪聲，輸出功率小，若能 保證元件的質(zhì)量，可能是元件布局不合理引起，可重新對(duì)電路板進(jìn)行布線。 1. 在 C3 兩端并聯(lián)一個(gè)電容； 2，調(diào)振蕩級(jí)偏置電阻 R3；3，如果以上不行，只有 重新對(duì)電路板進(jìn)行布線。 （4）發(fā)射距離近： 這類(lèi)問(wèn)題主要是因?yàn)樘炀€放置不當(dāng)、接收收靈敏度低、使用環(huán)境有高大建 筑物等原因，另外也可能因?yàn)檎袷幦跛穑嗜杂斜匾獏⒖忌鲜龅牟僮髟黾?晶體振

16、蕩器輸出強(qiáng)度。 還有可能是倍頻器工作頻率并非調(diào)在收音機(jī)接收范圍內(nèi)， 實(shí)際上收音機(jī)接收到的只是微弱的諧波信號(hào)，其表現(xiàn)在雖然場(chǎng)強(qiáng)較大但有效發(fā) 射距離很小，不到 10 米（ 正常條件下，配合良好的收音機(jī)，開(kāi)闊地有效距離約 為 50-100 米 ） 。 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)(報(bào)告) 四、總結(jié)及體會(huì) 這個(gè)電子制作是關(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(guò)這次 制作我可以更好地鞏固和加深對(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)基本的電子制作技能，提高運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 在制作過(guò)程中，通過(guò)選取元件、確定電路形式、以及計(jì)算等等，提高了動(dòng)手能力， 同時(shí)通過(guò)調(diào)

17、試來(lái)發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤并分析及排除這些故障，使我對(duì)小功率放大器的知 識(shí)得到了加深！在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： (1) 用電壓表測(cè)一下三個(gè)三極管的管腳電壓是否滿足該設(shè)計(jì)的要求。 (2) 用頻率計(jì)測(cè)出 T1、T2、T3 的發(fā)射極所發(fā)射的頻率是否在 12M HZ，如果不是， 試著調(diào)節(jié) L1、L2、 L3。 (3) 如果在天線處觀察波形的峰峰值不在 4V的話，則應(yīng)該在 T2和 T3 的發(fā)射極 的電阻上各并聯(lián)一個(gè)電容，以使其提高。 現(xiàn)在來(lái)說(shuō)說(shuō)電路中一些元件的作用，其中 C3 為基極高頻旁路電容， R1、 R2、R3、 R4、R5為 T1管的偏置電阻， R7、R9為變?nèi)荻O管提供直流偏置。 T3 管工作在丙類(lèi) 狀態(tài)，媽有較高的效率，賜教可以防止 T3 管產(chǎn)生高頻自激而引起的二次擊穿損壞。 調(diào)節(jié)偏軒電阻可改變 T3管的導(dǎo)通角。 L3、L4、C15和 C16構(gòu)成兀型輸出回路用來(lái)實(shí) 現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾波，并濾除不必要的高次諧波分量。 五、元器件 瓷片電容 104,102,20,10,22,51,103,5/25 發(fā)光二極管 LED 三極管 9018 線圈 6T 麥克風(fēng) MTC 開(kāi)關(guān) 觸發(fā)式開(kāi)關(guān) 電感線圈 L1，L2 5T ，L3 5T 電阻 10k，100k，47k，1k，10,270 二極管 IN4148 10 東北石油