通信電子線路課程設(shè)計(jì)說明書

1、通信電子線路課程設(shè)計(jì)說明書1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1引言本文設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，調(diào)頻發(fā)射機(jī)由前級(jí) LC振蕩電路，變?nèi)荻O管調(diào)頻，射級(jí)跟隨器，甲放，和高頻放大電路構(gòu)成。高頻放大電路是調(diào)頻發(fā)射基末級(jí)電路，其性能的優(yōu)劣直接影響到發(fā)射機(jī)的好壞，穩(wěn)定性和放大特性等指標(biāo)。因此本文設(shè)計(jì)對(duì)中頻放大電路做了比較詳細(xì)的介紹。1.2 設(shè)計(jì)目的通過調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路的設(shè)計(jì)，使得建立無線電發(fā)射收機(jī)的整機(jī)概念，了解發(fā)射機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算發(fā)射的各個(gè)單元電路：包括 LC振蕩電路、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路、射級(jí)跟隨器電路、高頻功放電路設(shè)計(jì)、元器件選擇。發(fā)射機(jī)是日常生活中常見的也是應(yīng)用非常廣泛的電子

2、器件，研究本課題既可以了解小信號(hào)發(fā)射機(jī)電路， 又可以提高對(duì)于 Multisim 和 Protues 的應(yīng)用能力和運(yùn)用書本知識(shí)的能力。1.3 任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射機(jī)（話筒） ，載頻為 4MHz，最大頻偏為 75kHz ，天線阻抗為 75 ，輸出功率大于 200mW，中心頻率穩(wěn)定度不低于 10 3 。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。1.4 基本要求1. 載頻： 4MHz2. 最大頻偏： 75kHz ，3. 天線阻抗： 75 ，4. 輸出功率：=200mW，5. 中心頻率穩(wěn)定度：=10 32 總體方案2.1方案選擇直接調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)頻就是由高頻振蕩器產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)先由

3、變?nèi)荻O管調(diào)頻，發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成有用的低頻信號(hào)對(duì)高頻載波的調(diào)制，高頻部分包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動(dòng)級(jí)與末級(jí)功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級(jí)采用石英晶體振蕩器，并在它后面加上緩沖級(jí)，以削弱后級(jí)對(duì)主振器的影響。2.2工作原理調(diào)頻發(fā)射機(jī)是由 LC振蕩電路、緩沖級(jí)和高頻功率放大電路構(gòu)成。由 LC振蕩電路產(chǎn)生載波信號(hào)，送往緩沖級(jí)，然后由高頻功率放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最后由天線發(fā)送出去。2.3 設(shè)計(jì)框圖通常小功率發(fā)射機(jī)采用直接調(diào)頻方式，它的組成框圖如下所示。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

4、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。調(diào)頻震蕩級(jí)緩沖級(jí)輸出功率級(jí)圖為直接調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成框圖3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 LC 振蕩電路的選擇產(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)是振蕩電路，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，本實(shí)驗(yàn)采用較為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振型晶體振動(dòng)器，如圖 5 所示三極管 T1 應(yīng)為甲類工

5、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。其電路原理圖如圖作圖所示所示。晶體串聯(lián)諧振型晶體管振動(dòng)器， R與晶體構(gòu)成正反饋網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng) F=Fs 的時(shí)候，晶體振動(dòng)器產(chǎn)生串聯(lián)振蕩。當(dāng)阻抗最小時(shí)，反饋量最大，能滿足起振的條件。由于是調(diào)頻發(fā)射機(jī)，其頻率受到外加調(diào)制信號(hào)電壓調(diào)變，因此，回路中的電抗要能夠跟調(diào)制信號(hào)的改變而改變，應(yīng)用一可變電抗器件，它的電容量或電感量受調(diào)制信號(hào)控制，將它接入振蕩回路中，就能實(shí)現(xiàn)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管部分接入振

6、蕩回路的直接調(diào)頻方式。其原理電路如右所示，它具有工作頻率高、固定損耗小和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。變?nèi)荻O管 Cj 通過耦合電容 C1 并接在 LCN回路的兩端，形成振蕩回路總?cè)莸囊徊糠帧Ｒ蚨?，振蕩回路的總電容C 為：CC NC j（3-1 ）振蕩頻率為：f11（3-2 ）2LC2 L(CNC j )加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為：VRVQ 直流反偏調(diào)制電壓O 高頻振蕩，可忽略(3-3)變?nèi)荻O管利用 PN結(jié)的結(jié)電容制成，在反偏電壓作用下呈現(xiàn)一定的結(jié)電容 （勢(shì)壘電容），而且這個(gè)結(jié)電容能靈敏地隨著反偏電壓在一定范圍內(nèi)變化，其關(guān)系曲線稱C j R 曲線，如圖4.1-3 所示。由圖可見：未加調(diào)制電壓時(shí)，直流反偏

7、 VQ 所對(duì)應(yīng)的結(jié)電容為 C j 。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為正半周時(shí)，變?nèi)荻O管負(fù)極電位升高， 即反偏增加時(shí)，變?nèi)荻O管的電容 C j 減?。划?dāng)調(diào)制信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，變?nèi)荻O管負(fù)極電位降低，即反偏減小時(shí)， C j 增大，其變化具有一定的非線性， 當(dāng)調(diào)制電壓較小時(shí)， 近似為工作在 C j R 曲線的線性段， C j調(diào)制電壓線性變化，當(dāng)調(diào)制電壓較大時(shí)，曲線的非線性不可忽略，它將給調(diào)頻帶來一定的非線性失真。我們?cè)倩氐缴蠄D，并設(shè)調(diào)制電壓很小，工作在Cj VR 曲線的線性段，暫不考慮高頻電壓對(duì)變?nèi)荻O管作用。設(shè)圖4.1-3用調(diào)制信號(hào)控制變?nèi)荻O管結(jié)電容RVQVQ cos t（3-4 ）由圖 4.1-3 可見：變?nèi)荻O

8、管的電容隨 R變化。即：C jC jQCm cost（3-5 ）可得出此時(shí)振蕩回路的總電容為CC NC jC NC jQC m cost（3-6 ）由此可得出振蕩回路總電容的變化量為：CCC NC jQC jCm cost（3-7 ）由式可見：它隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化，式中Cm 的是變?nèi)荻O管結(jié)電容變化的最大幅值。我們知道：當(dāng)回路電容有微量變化C 時(shí)，振蕩頻率也會(huì)產(chǎn)生 f 的變化，其關(guān)系如下：f1 ?Cf 02C（3-8 ）式中，是 f 0 未調(diào)制時(shí)的載波頻率；C0 是調(diào)制信號(hào)為零時(shí)的回路總電容，顯然CoC NC jQ（3-9 ）由公式（ 4-2 ）可計(jì)算出中心頻率f0 ：f01L(CNC

9、 jQ )2（3-10 ）將（ 4-8 ）式代入（ 4-9 ）式，可得：f (t )1 ( f 0 / C 0 )C m cos tf cos t（3-11 ）2頻偏：f1 ( f 0 / C 0 )C m（3-12 ）2振蕩頻率：ftf of tfof cos t（ 3-13 ）由此可見：振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。其頻偏f 與回路的中心頻率 f成正比，與結(jié)電容變化的最大值 Cm成正比，與回路的總電容 C 成反比。003.2 諧振放大級(jí)的選擇由于對(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(35) f

10、0V (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。諧振放大級(jí)電路部分如圖下所示圖為 諧振放大級(jí)電路3.3 功放輸出級(jí)設(shè)計(jì)中采用共發(fā)射極電路，為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率，同時(shí)使其工作在丙類狀態(tài)，組成丙類諧振功率放大器。在選擇功率管時(shí)要求PcmP0I cmic maxV BR CEO2VCCf r3 : 5 foscT3 管工作在丙類狀態(tài)， 既有較高的效率， 同時(shí)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)偏置電阻可改變 T3 管的導(dǎo)通角。 L3、 L4、C1

11、5 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，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)諧回路等定。具體電路圖如下圖所示由設(shè)計(jì)電路圖知 L3、C10 和 C11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L3，C10，C11 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)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

12、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。3.4 總電路原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)上述原理，設(shè)計(jì)出總電路圖，如下：4、電路性能測(cè)試與仿真圖4.1LC振蕩電路仿真波形4.2 緩沖放大級(jí)輸出4.3 高頻功率放大電路輸出仿真5、誤差分析及單元電路的測(cè)試5.1 誤差分析由于設(shè)計(jì)電路時(shí)元件存在誤差，并且電路的參數(shù)設(shè)置會(huì)產(chǎn)生誤差，加上本身電路設(shè)計(jì)存在問題有待改進(jìn)和各級(jí)電路接在一起時(shí)互相干擾。此外本次所設(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。尤其是高頻功率放大失相對(duì)比較大。5.2部分單元電路的測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn) I C 測(cè)試首先測(cè)量電源電流，檢查、排除可能

13、出現(xiàn)的嚴(yán)重短路故障，再進(jìn)行各級(jí)靜態(tài)測(cè)量。一方面檢驗(yàn)數(shù)值是否與你設(shè)計(jì)的相符，另一方面檢查電路板是否存在人為的問題。末級(jí)高頻晶體管集電極電流可以在預(yù)先斷開的檢測(cè)點(diǎn)串入電流表測(cè)出，其它各級(jí) I C 可以測(cè)量各發(fā)射極電壓算末級(jí)I c 如果過大，應(yīng)首先檢查三極管管腳是否焊錯(cuò)，輸入變壓器次級(jí)是否開斷，偏置電阻是否有誤，有否虛焊。在一定大的I C 下，快速測(cè)量其中點(diǎn)電位，可幫助分析判斷，提高排除故障的速度。其它各級(jí)工作點(diǎn)若偏大，著眼點(diǎn)應(yīng)放在查尋故障上，尤其是不合理的數(shù)據(jù)。在元件密集處，應(yīng)著重查找短路或斷路。中周變壓器繞組與外殼短路故障也偶有發(fā)生。難于判斷時(shí)，可逐次斷開各級(jí)，縮小故障范圍。因偏置不當(dāng)、較小、I

14、 CEO 太大所引起的偏差，可視具體情況分析解決，使靜態(tài)工作點(diǎn)與所設(shè)計(jì)的基本相等振蕩電路調(diào)試LC回路值要高是晶體管子要工作在放大區(qū)滿足電容三點(diǎn)式條件由于高頻振蕩電壓在發(fā)射結(jié)上產(chǎn)生自給偏壓作用，所以起振時(shí)，三極管UCE將小于原來的靜態(tài)值（如鍺 PNP管約 0.1 0.3V ）， UBE越小，振蕩越強(qiáng)，用萬用表可方便地判斷是否起振。然而，振蕩頻率（ 4MHz）的調(diào)節(jié)范圍及波形的好壞需用示波器測(cè)量，或頻率計(jì)測(cè)出頻率變化范圍。調(diào)整 4MHz頻率時(shí)，應(yīng)把可變電容器旋轉(zhuǎn)到容量最大處，調(diào)節(jié)振蕩線圈磁芯。若振幅太小了，可考慮 是否太小、工作點(diǎn)是否太低、負(fù)載是否太大，若發(fā)現(xiàn)寄生振蕩，要檢查 是否過大及安裝、布線

15、、去耦電路等存在的問題。諸如不起振、只有一端起振或間歇振蕩等，要細(xì)心分析檢查，對(duì)癥下藥予以解決。高頻放大電路調(diào)試調(diào)頻發(fā)射機(jī)的功率大小完全有此放大電路決定，在調(diào)試過程中一定不僅要注意單元模塊的問題，而且更加耐心調(diào)試整機(jī)的性能。首先要保證載波的中心頻率要穩(wěn)定輸出，變?nèi)荻O管要有好的頻偏，其次射級(jí)跟隨器要保證前后電路匹配，最后高頻放大電路的工作點(diǎn)一定要穩(wěn)定。在放大電路調(diào)試過程中，甲放仿真的輸出波形沒有丙放的輸出波形好，這是能夠理解并能接受， 因?yàn)楸诺膶?dǎo)通角度小于加放，而且工作效率到76.7%，而加放只有 30%左右。設(shè)計(jì)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)，我明顯體會(huì)到，對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握與發(fā)揮的重要性及動(dòng)手能力的必

16、要性，只是的積累與運(yùn)用并不是表面上那么簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)中積累，現(xiàn)實(shí)中運(yùn)用，兩者相結(jié)合，才能達(dá)到最佳效果?？偟膩碚f , 這里面的酸甜苦辣都是我人生難得的一大筆財(cái)富。此次的高頻課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多以前在課本上學(xué)不到的東西，同時(shí)也把以前學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到了此次的課程設(shè)計(jì)中，很好地加強(qiáng)了我在高頻電子線路方面的知識(shí)，特別是在調(diào)頻部分。整個(gè)調(diào)試程序的過程讓我對(duì) multisim 軟件有了更深一步的了解。重要的是, 我的電路調(diào)試有了很大的提高 , 懂得了電路的布線規(guī)則 , 知道如何去減小或者避免不必要的麻煩。在整個(gè)電路課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在之前對(duì)仿真軟件的不熟悉，在仿真

17、時(shí)多次出不了波形等等，我們從來沒有想過放棄，一起堅(jiān)持不斷的調(diào)試。通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們的動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們把老師以前所講的芯片的原理、作用及性能都運(yùn)用到了這次設(shè)計(jì)中，這樣加強(qiáng)了我們對(duì)課本知識(shí)的理解和鞏固。我覺得這次設(shè)計(jì)不僅加強(qiáng)了我們對(duì)課本知識(shí)的回顧和溫故，而且鍛煉了我們運(yùn)用軟件的能力。更重要的鍛煉了我們動(dòng)手能力。書中的理論有點(diǎn)枯燥，運(yùn)用書中的知識(shí)去調(diào)試，那是一種無法比擬的成就感。這樣更能激發(fā)我們對(duì)我們專業(yè)的興趣，和對(duì)我們專業(yè)知識(shí)的理解和掌握，能激發(fā)我們對(duì)電子科研技術(shù)的鉆研，增加設(shè)計(jì)興趣。在本次設(shè)計(jì)作品完成期間我遇到很多困難，盡管很艱苦，一次又一次品嘗到了解

18、決問題的喜悅 , 最終完成了這次課程設(shè)計(jì)，在高頻課程設(shè)計(jì)中我們發(fā)現(xiàn)了自己知識(shí)的不足，通過老師和同學(xué)的幫助，以及去圖書館查找資料，終于把問題都解決了，讓我學(xué)到了很多，同時(shí)也鞏固了所學(xué)的知識(shí)。致謝在這次課程設(shè)計(jì)的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把這個(gè)簡(jiǎn)易調(diào)頻發(fā)射做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計(jì)商的難題。同時(shí)也感謝湖南工學(xué)院為我提供良好的高頻課程設(shè)計(jì)的環(huán)境。最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，我感謝在這這么多天以來給過我?guī)椭完P(guān)注的所有人，更加感謝給過我挫折的所有人。你們用不同的方式給了我成長(zhǎng)，