通信電子電路課程設(shè)計(jì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)

1、小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與制作通信電子電路課程設(shè)計(jì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè) 計(jì) 報(bào) 告姓 名： 劉淑鶯 學(xué) 號(hào)： 241299317 專 業(yè)： 12級(jí)通信（1）班 指導(dǎo)教師： 張潔 2014年 10月 08日一、摘要隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，調(diào)頻發(fā)射機(jī)處于快速發(fā)展之中，廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。人們通過無線電發(fā)射機(jī)可以把需要傳播出的信息發(fā)射出去，接收者可以通過特制的接收機(jī)接受信息，最普通的模式是：廣播電臺(tái)通過無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射出廣播，收聽者通過收音機(jī)即可接收到電臺(tái)廣播。它還可以用于防盜監(jiān)控、教學(xué)、玩具、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，通過該發(fā)射器可以把聲音轉(zhuǎn)換為無

2、線電信號(hào)發(fā)射出去，該信號(hào)頻率可調(diào)，通過普通收音機(jī)接收，只要在頻率適合時(shí)即可收到發(fā)射器發(fā)送出的無線電信號(hào)，并通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換出聲音。確定電感線圈所繞的圈數(shù)，調(diào)試電路使其滿足技術(shù)指標(biāo)所要求的設(shè)計(jì)是該設(shè)計(jì)要解決的主要問題。二、設(shè)計(jì)和制作任務(wù)1 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。2 計(jì)算各級(jí)電路元件參數(shù)并選取元件。3 畫出電路裝配圖。4 組裝焊接電路。5 調(diào)試并測(cè)量電路性能。6 寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書三、主要技術(shù)指標(biāo)1中心頻率 =12MHz2頻率穩(wěn)定度 /3最大頻偏 >10kHz 4輸出功率 30Mw5電源電壓 Vcc=9V四、確定電路組成方案擬定整機(jī)方框圖的一般原則是，在滿足技術(shù)指

3、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)幅相比較，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)重大差別是受到調(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)頻可以得到比較大的頻偏。 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)緩沖

4、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。五、設(shè)計(jì)方法1、調(diào)頻振蕩級(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

5、作振蕩級(jí)。其電路原理圖如右圖所示。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，, 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

6、合電容C9可選為180pf.對(duì)于諧振回路C10,L2,由 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，C12，C13構(gòu)成型輸出，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)

7、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)，取較小的反饋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100。由

8、于 , 且 ,一般取 Qe = 810 所以 得：L3=1.06µH 計(jì)算得，C13680PF，C12220PF.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)出如下圖的原理圖。C3為斟極高頻旁路電容，R1、R2、R3、R4、R5為Q1管的偏置電阻。R7、R9為變?nèi)荻O管提供直流偏置。振蕩電壓經(jīng)電容C10耦合加至T2緩沖放大級(jí)。L2和C11應(yīng)諧振在振蕩載波頻率上，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 型輸出回路用來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并進(jìn)行濾波，變?nèi)荻O管是一種特殊二極管。當(dāng)外加順向偏壓時(shí)，有大量電流

9、產(chǎn)生，變?nèi)荻O管屬于反偏壓二極管，改變其PN結(jié)上的反向偏壓，即可改變PN結(jié)電容量。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。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。該級(jí)工作于甲類以保證足夠的電壓

10、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C15構(gòu)成型輸出回路用來實(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。六、調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)試步驟1、調(diào)試步驟及原理 1）第一級(jí)調(diào)試給電路通電，電壓為9V。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)試靜態(tài)工作點(diǎn)正常后開始用示波器測(cè)試波形。 2）第二級(jí)調(diào)試將圖示天線接示波器。將各級(jí)斷開，分級(jí)測(cè)試，一級(jí)一級(jí)檢查排錯(cuò)。先把示波器接在震蕩級(jí)輸出，測(cè)頻率與

11、幅度，并看波形是否明顯失真。調(diào)節(jié)電感L1使頻率穩(wěn)定在12M±0.2MHz之內(nèi)。波形沒有明顯失真。再接在第二級(jí)輸出級(jí)測(cè)試波形。調(diào)節(jié)L2使波形不失真，而且幅度最大，頻率還是在12M±0.1MHz之內(nèi)。 3）第三級(jí)調(diào)試調(diào)節(jié)最后的輸出級(jí)，使功率滿足要求，電壓的峰峰值達(dá)到5V以上，要注意若頻率偏移12MHZ太多，則應(yīng)該再次調(diào)節(jié)L1，使輸出中心頻率再次穩(wěn)定在12M±0.1MHz之內(nèi)，幅度還是在要求的指標(biāo)之內(nèi)。4）整機(jī)調(diào)試反復(fù)調(diào)節(jié)L1、L2、L3，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)無較大失真的正弦波。不起振或振蕩弱；若輸出功率小，若能保證元件的質(zhì)量，則按

12、以下步驟排除故障：調(diào)振蕩級(jí)偏置電阻；改變C2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。2、調(diào)試過程 1）電路板接上9V電源后，振蕩的頻率高于12MHz,調(diào)節(jié)第一個(gè)中周，發(fā)現(xiàn)頻率無法達(dá)到所需的正確頻率，再重新多繞一匝后重新調(diào)節(jié)得到正確的頻率。 2）三級(jí)連接后發(fā)現(xiàn)無論如何調(diào)節(jié)L1、L2、L3都無法使輸出電壓達(dá)到要求，通過研究電路以及向老師請(qǐng)教后發(fā)現(xiàn)，在電阻R11上并聯(lián)了一個(gè)104的電容可以增大輸出的電壓，但是經(jīng)過調(diào)整輸出電壓過大，于是將104的電容換成102的電容之后實(shí)驗(yàn)的得以成功，得到5.12V的輸出電壓。 3）最后各方面都達(dá)到了比較的理想狀態(tài)。七、實(shí)

13、驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1、測(cè)試數(shù)據(jù) 頻率幅度11.9936MHz5.12V2、誤差分析造成結(jié)果的不精確有很多原因，比如人為誤差、機(jī)器的誤差，都可能導(dǎo)致最后測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，電路中主要是電感圈數(shù)不對(duì)，確定合適自己電路的圈數(shù)有一定的難度，電路頻率跳變，電壓不穩(wěn)定，要并聯(lián)的電容選取不適合，電路焊接不夠好，焊點(diǎn)虛焊，電路的排版不夠完美，跳線的應(yīng)用頻繁。八、波形及電路板1、輸出波形為：2、頻偏輸出波形為：3、電路板線路連接圖為：4、焊接圖為：九、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過對(duì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)工作原理分析及其安裝調(diào)試，我們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理解。通過電路的焊接，是自己的焊接能力得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。而對(duì)于電路調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題、分析及解決這些故障，使得我們對(duì)小功率放大器的知識(shí)得到了更深入的理解。在實(shí)驗(yàn)過程中，不僅學(xué)會(huì)了基本的實(shí)驗(yàn)技能，而且還提高了運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過多次的焊接以及糾錯(cuò)，我明白了在實(shí)驗(yàn)過程中首先要先對(duì)電路進(jìn)行排版，盡量使電路看起來美觀，然后遵循先焊電阻這樣的小器件，然后再焊大的器件這樣的準(zhǔn)則認(rèn)真完成焊接工作，焊接時(shí)要盡量避免虛焊、焊錯(cuò)等現(xiàn)象。電感一般容易遇到要重新繞線的問題，所以為了方便電感的裝卸，不要直接把電感焊在電路板上，而是用來4個(gè)數(shù)碼管管腳當(dāng)成電感的座焊在電路板上，極大的方便了中周的拔插。通過這次的小功