用Multisim設(shè)計(jì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)發(fā)射系統(tǒng)

1、用Multisim設(shè)計(jì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)目錄摘要一設(shè)計(jì)要求2二設(shè)計(jì)的作用、目的2三.設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)31.系統(tǒng)概述32.單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析42.1振蕩級42.1.1調(diào)頻波的產(chǎn)生52.1.2振蕩電路的選擇2.1.3 參數(shù)的計(jì)算2.2緩沖級62.2.1 元器件的選擇及參數(shù)的確定82.3 功率輸出級102.3.1 元器件的選擇和參數(shù)的確定152.4調(diào)頻發(fā)射機(jī)總原理電路圖15三四.Multisim的相關(guān)介紹五.心得體會及建議20六附錄22七.參考文獻(xiàn)25調(diào)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)報(bào)告摘 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)也在快速發(fā)展，并且在生活中得到廣泛應(yīng)用，它可以用于演講、教學(xué)、玩具、防盜監(jiān)控等諸多

2、領(lǐng)域。在生活中，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)即可接收到電臺廣播。本設(shè)計(jì)為一簡單功能的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，通過該發(fā)射機(jī)可以把聲音轉(zhuǎn)換為無線電信號發(fā)射出去，該信號頻率可調(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，并通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換出聲音。通過這次實(shí)驗(yàn)我們可以更好地鞏固和加深對小功率調(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)會基本的實(shí)驗(yàn)技能，提高運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。一設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個調(diào)頻發(fā)射機(jī)，通過該發(fā)射機(jī)可以把聲音轉(zhuǎn)換為無線電信號發(fā)

3、射出去，該信號頻率可調(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)射機(jī)發(fā)送出的無線電信號。 （1）.確定電路形式，選擇各級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)； （2）.輸入信號能夠通過電路進(jìn)行穩(wěn)定，調(diào)頻等； （3）.輸出為足夠大的高頻功率，使其能夠發(fā)射； （4）.根據(jù)上述要求選定設(shè)計(jì)方案，畫出該系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程并利用Multisim軟件畫出一套完整的設(shè)計(jì)電路圖； （5）.列出所有的元件清單并寫出參考書目。二設(shè)計(jì)的作用、目的 高頻電子技術(shù)基礎(chǔ)的電路課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)，要求達(dá)到以下目的：（1）.通過對調(diào)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)，鞏固和加深學(xué)生對高頻電子電路基

4、本知識的理解； （2）. 通過電路方案的分析、論證和比較，計(jì)算和對元器件的選取，來達(dá)到初步掌握簡單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法的目的。 （3）.使學(xué)生掌握Multisim軟件的使用方法，以便以后設(shè)計(jì)電路或進(jìn)行實(shí)踐時(shí)的使用。 （4）.了解與課題有關(guān)的電子電路及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫設(shè)計(jì)說明書，正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖等。 （5）. 培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入研究有關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。三.設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1.系統(tǒng)概述輸出功率級緩沖級調(diào)頻震蕩級圖1 直接調(diào)頻發(fā)

5、射機(jī)的總體框圖直接調(diào)頻發(fā)射機(jī)的總體框圖如圖1所示。它由調(diào)頻振蕩級，緩沖級，和輸出功率級組成。其中調(diào)頻振蕩級主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號，且其頻率受到外加調(diào)制信號電壓調(diào)變；緩沖級主要是對調(diào)頻振蕩信號進(jìn)行放大，以提供末級所需的激勵功率，同時(shí)還對前后級起有一定的隔離作用，為避免級功放的工作狀態(tài)變化而直接影響振蕩級的頻率穩(wěn)定度；功放級的任務(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。2.單元電路設(shè)計(jì)與分析2.1調(diào)頻振蕩級調(diào)頻振蕩級主要是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標(biāo)要求的正弦波信號，且其頻率受到外加調(diào)制信號電壓調(diào)變。調(diào)頻波的產(chǎn)生由于調(diào)頻發(fā)射機(jī)的頻率受到外加調(diào)制信號電

6、壓調(diào)變，因此，回路中的電抗要能夠跟調(diào)制信號的改變而改變，應(yīng)用一可變電抗器件，它的電容量或電感量受調(diào)制信號控制，將它接入振蕩回路中，就能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。而最簡便、最常用的方法就是利用變?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)?二極管部分接入振蕩回路的直接調(diào)頻方式。 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?因而，振蕩回路的總電容C為： （4-1） 振蕩頻率為： 加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為：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（勢壘電容），而且這個結(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)系曲線稱曲線，如圖所

7、示。由圖可見：未加調(diào)制電壓時(shí)，直流反偏所對應(yīng)的結(jié)電容為。當(dāng)調(diào)制信號為正半周時(shí)，變?nèi)荻O管負(fù)極電位升高，即反偏增加時(shí)，變?nèi)荻O管的電容減??；當(dāng)調(diào)制信號為負(fù)半周時(shí)，變?nèi)荻O管負(fù)極電位降低，即反偏減小時(shí)，增大，其變化具有一定的非線性，當(dāng)調(diào)制電壓較小時(shí)，近似為工作在曲線的線性段，將隨調(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。 我們再回到圖4.12，并設(shè)調(diào)制電壓很小，工作在CjVR曲線的線性段，暫不考慮高頻電壓對變?nèi)荻O管作用。設(shè) 圖4.1-3 用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容 （4-3）由圖4.13可見：變?nèi)荻O管的電容隨R變化。即： （4-4）可得出此時(shí)

8、振蕩回路的總電容為 （4-5）由此可得出振蕩回路總電容的變化量為： （4-6）由式可見：它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，式中的是變?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時(shí)，振蕩頻率也會產(chǎn)生的變化，其關(guān)系如下： （4-7）式中，是未調(diào)制時(shí)的載波頻率；是調(diào)制信號為零時(shí)的回路總電容，顯然 （4-8）由公式（4-2）可計(jì)算出中心頻率： （4-9）將（4-8）式代入（4-9）式，可得： （4-10）頻偏： （4-11）振蕩頻率： （4-12）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。其頻偏與回路的中心頻率f0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C0成反比

9、。 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。由于是所產(chǎn)生的是固定的中心頻率，因而采用頻率穩(wěn)定度較高的克拉撥振蕩電路來作振蕩級。其電路原理圖如圖所示?？死瓭婋娐返念l率穩(wěn)定度比電容三點(diǎn)式要好，使得不穩(wěn)定電容的變化對回路總電容的影響減小。參數(shù)的計(jì)算根據(jù)前面的介紹，可以設(shè)計(jì)出如圖的振蕩電路，其中R4用來提供直流交流負(fù)反饋。設(shè)計(jì)中D1為變?nèi)荻O管，我們選用910AT型變?nèi)荻O管，其容量變化可以從幾十PF到100 200PF因此C7數(shù)值接近于Cj的高端值，若假設(shè)C7足夠大，接近短路，而C8也逐漸增大，從幾個PF增加到十幾個PF，此時(shí)C增大，則振蕩頻率減小，同時(shí)靜態(tài)調(diào)制特

10、性會發(fā)生變化，所以綜合以上因素，C7,C8的選擇對靜態(tài)調(diào)制特性影響比較顯著，所以我們選擇C7為220PF的電容，C8選擇47PF的電容又因?yàn)槿龢O管T1應(yīng)為甲類工作狀態(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。 由，以及Cj的性質(zhì)，我們選擇C2為100PF, C3為220PF,C6為220PF.利用R7,R8對D1變?nèi)莨芗臃雌妷海?R7,R8可選用為27K。R1,R2為三極管基極偏置電阻，均選用10KR4 ,R5為負(fù)反饋電阻，選擇較小的電阻即可，我們選用R4為12,R5為K. 設(shè)載波中心頻率f=12MHz,由

11、設(shè)C0為C2，C3與C6串聯(lián)值, ，由于910變?nèi)荻O管在偏置電壓6的情況下Cj較小，大概為十幾pf，先不考慮Cj的值，所以并接在L1上的回路總電容為 所以電感L1為2.2緩沖級為了使第三級能夠達(dá)到額定功率必須加大激勵即Vbm，因此要求緩沖級有一定的增益，而中心頻率是固定的，因此用LC并聯(lián)回路作負(fù)載的小信號放大器電路。緩沖放大級采用諧振放大，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。 元器件的選擇及參數(shù)的確定因?yàn)閷彌_級管子的要求是 所以可選用普通的小功率高頻晶體管，如2N3904等另外，, 若取流過

12、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.為了減小緩沖級對振蕩級的影響，射隨器與振蕩級之間采用松耦合，耦合電容C9可選為180pf.對于諧振回路C10,L2,由 故本次實(shí)驗(yàn)取C10為100PF， 所以，緩沖級設(shè)計(jì)電路為圖所示2.3 功率輸出級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)功率輸出級在丙類工作，基極偏置電壓VB3應(yīng)設(shè)置在功率管的截止

13、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)簡單和調(diào)節(jié)方便考慮，設(shè)計(jì)采用型濾波網(wǎng)絡(luò)，如圖 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3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。 元器件的選擇和參數(shù)的確定在選擇功率管時(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，第二級集電極的輸出電流已經(jīng)擴(kuò)大了幾十倍，為防止第三級的輸入

14、電流過大而燒壞三極管，需要相應(yīng)的增大第三級的輸入電阻。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。由于 , 且 ,一般取 Qe = 810 所以 解得：L3=1.06µH 計(jì)算得，C13680PF，C12220PF.功放級的電路設(shè)計(jì)如圖所示。2.4調(diào)頻發(fā)射機(jī)總原理電路圖其中，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，R1,R2為Q1管的偏置電阻。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

15、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。Q2緩沖放大級采用諧振放大，L3和C13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L3兩端并聯(lián)上適當(dāng)電阻以降低回路Q值。該級工作于甲類以保證足夠的電壓放大。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。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，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。

16、鑒別一臺調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)是否是數(shù)字化的最有效辦法是看其電路原理，目前市場上調(diào)頻發(fā)射機(jī)存在如下三種電路原理的調(diào)頻發(fā)射機(jī)： 1、 模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)：只能接收模擬音頻信號，音頻信號放大、限幅及立體聲編碼都是模擬的；特別是采用VCO（壓控震蕩器）+PLL（鎖相環(huán)）產(chǎn)生調(diào)頻載頻信號，調(diào)制的過程當(dāng)然也是采用模擬復(fù)合音頻信號對VCO的變?nèi)荻O管進(jìn)行直接調(diào)制。這種電路就是典型的模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)，但可能有LED或LCD數(shù)字顯示發(fā)射機(jī)的工作頻率，但其全過程都是模擬的。 這種模式簡稱“VCO+PLL”。 2、 半數(shù)字化調(diào)頻發(fā)射機(jī)：可以接收數(shù)字音頻信號（AES/EBU）或模擬音頻信號、音頻信號處理、立體聲編碼由DSP（數(shù)字

17、信號處理器）來完成，立體聲復(fù)合信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬立體聲復(fù)合信號、該信號對VCO進(jìn)行調(diào)頻調(diào)制。由此可見，在產(chǎn)生立體聲復(fù)合信號之前是數(shù)字化的，之后與模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)無異。簡稱“DSP+PLL”。 3、 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)：從音頻到射頻全過程的數(shù)字化的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，它運(yùn)用了軟件無線電技術(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)。它接收數(shù)字音頻信號（AES/EBU）或模擬音頻信號（送入A/D）、音頻信號處理、立體聲編碼均由DSP（數(shù)字信號處理器）來完成，而調(diào)頻調(diào)制過程 DSP控制DDS（直接數(shù)字頻率合成器）來完成，實(shí)現(xiàn)了調(diào)制過程的數(shù)字化。離散的數(shù)字調(diào)頻波經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生產(chǎn)常規(guī)調(diào)頻波供射頻放大器放大到指定功率。簡稱“

18、DSP+DDS”。 數(shù)字調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)有哪些技術(shù)優(yōu)勢？ 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)與模擬調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)相比具有如下突出的優(yōu)勢： 1、 改善了音質(zhì)：由于采用全過程的數(shù)字化處理，調(diào)頻廣播的音質(zhì)可達(dá)到接近CD的水平； 2、 提高了發(fā)射機(jī)可靠性：由于采用大規(guī)模集成電路作為主要元件（原件數(shù)量少，集成電路自身的可靠性極高），取代了模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)的大量分立元件和小規(guī)模集成電路，是整機(jī)可靠性極大地提高； 3、 發(fā)射機(jī)的功能柔性大：由于采用了軟件無線電技術(shù)，所以在保持發(fā)射機(jī)硬件不變得情況下、只要裝入不同的軟件就可以生產(chǎn)出不同功能的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，這特別有利于廠家生產(chǎn)組織、也有利于發(fā)射機(jī)的升級改造； 4、 可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程監(jiān)控和

19、故障診斷：由于所有原來由硬件實(shí)現(xiàn)的功能都已軟件化，所以不僅在發(fā)射機(jī)的LCD顯示屏上可以觀察到許多模擬發(fā)射機(jī)不可能觀察的內(nèi)部狀態(tài)，而且可將這些狀態(tài)通過通訊接口（RS232/RS485/CAN/TCPIP）在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷。 5、 可實(shí)現(xiàn)雙路音頻輸入自動切換功能：在某些對系統(tǒng)可靠性要求較高的場合，可將數(shù)字音頻和模擬音頻同時(shí)輸入到數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)，在其內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)以數(shù)字音頻輸入為主的自動音頻切換功能，可省去外部的音頻應(yīng)急切換器。 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)在國內(nèi)是一項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。 四.心得體會及建議 經(jīng)過三周的高頻電子課程設(shè)計(jì)，我不僅學(xué)到了很多在課本上學(xué)不到的知識，也體會到了實(shí)踐的重要性。此

20、次課設(shè)中，再次用到了Multisim這個軟件，由于較少使用，使用起來還不熟練，于是我特地在圖書館借閱了有關(guān)于介紹Multisim的軟件的書，加深自己對其的了解和掌握。通過此次的課程設(shè)計(jì)，也讓我進(jìn)一步鞏固和掌握所學(xué)的基礎(chǔ)知識，加深了對高頻電路的理解和對元器件的使用。本次實(shí)踐我從理解它的相關(guān)原理，到動手實(shí)踐畫其電路圖并在Multisim上仿真出來，再到最后的數(shù)據(jù)處理及實(shí)踐報(bào)告的撰寫，都是我學(xué)到了很多。它讓我能夠在實(shí)踐中運(yùn)用自己學(xué)過的知識，并努力探索，解決在實(shí)踐中遇到的問題。在此次的課題研究中提高我的動手能力、創(chuàng)新意識及鍛煉思維活動。課程設(shè)計(jì)使我們可以將抽象的理論知識與實(shí)際電路設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，掌握初

21、步的電路設(shè)計(jì)方法。在掌握了模擬電路設(shè)計(jì)方法的同時(shí)也加深了對課程知識的理解和綜合的運(yùn)用，培養(yǎng)了綜合運(yùn)用理論知識以及專業(yè)技能上的提升。 但是，理論知識的不足在這次學(xué)習(xí)中很明顯的體現(xiàn)出來。這樣也好，可以有助于我今后的學(xué)習(xí)，端正自己的態(tài)度，知道了要以書本上的知識為主，實(shí)踐動手能力為輔，并且把實(shí)踐與理論結(jié)合起來?？傊舜蔚纳鐣?shí)踐讓我知道做事要有耐心，要持之以恒，只有這樣，才能把一件事做好，當(dāng)然，最重要的，是要有一顆熱愛學(xué)習(xí)的心五附錄QuantityDescriptionRefDesPackage1ZENER, RD5.1D1IPC-2221A/2222D O-341OPAMP, LM7131ACMU

22、1IPC-7351SON-8(N08E)2OPAMP, LM324ADU3, U4IPC-7351CASE751A2BJT_NPN, 2N1711Q1, Q2GenericTO-392ZENER, 1N4738AD2, D5IPC-2221A/2222D O-412DIODE, 1N1202CD6, D3GenericDO-203AA2LED_redLED1, LED2UltiboardLED9R2_5V2RELAY, EDR2H1A12K2, K4REEDEDRSeriesSMT2DIODE, 1N4148D4, D7IPC-2221A/2222DO-351FWB, 1B4B42D8IPC-

23、2221A/222212-7A2A1TRANSFORMER, TS_AUDIO_100_TO_1T1GenericXFMR_5PIN1VOLTAGE_REGULATOR, LM7912CTU10GenericTO-2201VOLTAGE_REGULATOR, LM7812CTU11GenericTO-2201RESISTOR, 2.4kOhmR11RESISTOR, 7.5kOhmR210RESISTOR, 10kOhmR3, R4, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R23, R241RESISTOR, 6.8kOhmR54RESISTOR, 100kOhmR6, R7, R8, R93POTENTIOMETER, 10kOhmR10, R25, R261POWER_SOURCES, GROUND0Generic1POTENTIOMETER, 5k