基于S9018的調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計

..<<高頻電子線路>>課程設(shè)計報告題目：基于S9018的調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計專業(yè)：__電子信息工程________年級：_______________學(xué)號：_________學(xué)生__________________：____________指導(dǎo)________________完成日期：2011年12月27日基于S9018的調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計摘要本文介紹了基于S9018調(diào)頻發(fā)射機的制作方法及其工作原理。利用S9018三極管,電阻電容組成的LC振蕩電路等制作一個高性能調(diào)頻發(fā)射機,它的原理在于話筒將話音轉(zhuǎn)為音頻信號,然后音頻信號對載波進行調(diào)制,產(chǎn)生調(diào)頻波,通過天線向外發(fā)射調(diào)頻電磁波。此設(shè)計可實現(xiàn)發(fā)射距離大于50米,發(fā)射頻率的基本性能。經(jīng)測試,系統(tǒng)達(dá)到此次課程設(shè)計的基本要求,具有電路簡單,抗干擾強,發(fā)射聲音清晰的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機；S9018；調(diào)頻波ABSTRACTKeyWords:ThispaperintroducesmakingmethodofFMtransmitteranditsworkingprinciple.UsingS9018triodeandLCoscillatingcircuitwhichconsistsofresistanceandcapacitancemakeahigh-performanceFMtransmitter,itsprincipleisturningaudiosignaltovoicesignal,andaudiosignalmodulatesforcarrier,producesFMwave,launchesFMelectromagneticwavesthroughtheantennatooutside.Thisdesigncanrealizelaunchingmorethan30metersandtransmitfrequencyinthebasicperformance.Aftertesting,thesystemcanachievethebasicrequirementsofthecoursedesign,withthesimplecircuit,anti-interferencestrongadvantages.KeyWords:FMtransmitter;S9018;FMradiowave目錄摘要IIABSTRACTIII1設(shè)計要求及方案選擇11.1設(shè)計要求11.2方案選擇12理論分析與設(shè)計22.1設(shè)計原理23電路設(shè)計33.1各模塊電路的設(shè)計33.1.1振蕩電路的設(shè)計33.1.2緩沖級電路的設(shè)計43.1.3功率輸出級電路43.2總原理圖53.3軟件仿真54電路焊接與調(diào)試64.1電路焊接64.2調(diào)試所用的基本儀器清單64.3調(diào)試結(jié)果64.4測試結(jié)果分析75總結(jié)8參考文獻9附錄101設(shè)計要求及方案選擇1.1設(shè)計要求發(fā)射頻率：87.7Mhz-107.9Mhz；工作電壓：DC3V-9V；工作電流：＜100mA；發(fā)射距離：大于30米；失真度：0.1%；調(diào)制度：15%；調(diào)制方式：調(diào)頻〔FM；最大頻偏：土75KHz；輸出阻抗：50歐。1.2方案選擇〔1采用MC2833集成調(diào)頻發(fā)射機該方案是采用美國MOTORONLA公司生產(chǎn)的專用發(fā)射集成芯片——MC2833來實現(xiàn)的。電路中低頻信號從5腳輸入,經(jīng)內(nèi)部放大后從四腳輸出。于此同時由LC構(gòu)成的振蕩器開始工作并輸出調(diào)頻信號。此信號通過電容耦合輸入到器件內(nèi)部的晶體管,最后有11腳輸出,經(jīng)進一步倍頻放大的信號與音頻信號一起進入到第三腳進行調(diào)制,產(chǎn)生調(diào)頻信號最后由天線發(fā)射出去。各引腳圖如圖1-1所示。圖1-1MC2833內(nèi)部結(jié)構(gòu)〔2采用S9018晶體三極管制作調(diào)頻發(fā)射機晶體三極管〔簡稱三極管是內(nèi)部含有2個PN結(jié),并且具有放大能力的特殊器件,所以用于電路中主要是起到放大作用。而S9018是很常用的一種三極管具有射頻/高頻放大、寬頻帶放大等特點。用S9018來制作發(fā)射機電路簡單,只需少量基本元件即可。圖1-2S9018管腳圖雖然方案一采用集成芯片,具有調(diào)試簡單,輸出功率較大,收音不易失真等優(yōu)點,但是根據(jù)我們的實際情況,采用S9018晶體三極管制作調(diào)頻發(fā)射機的基本元件在基地都能購買到,很方便,且該方案也能滿足本設(shè)計的要求本設(shè)計。綜合考慮,最終選擇采用方案二。2理論分析與設(shè)計2.1設(shè)計原理一般實現(xiàn)調(diào)頻發(fā)射機的方法很多,大致可分為兩類,一類是直接調(diào)頻,另一類是間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號電壓直接去控制自激電路的振蕩頻〔實質(zhì)上是改變振蕩器的定頻元件,使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性變化。本設(shè)計采用的是直接調(diào)頻方式,其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。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(biāo)要求的正弦波信號,且其頻率受到外加音頻信號電壓調(diào)變；緩沖級主要是對調(diào)頻振蕩信號進行放大,以提供末級所需的激勵功率,同時還對前后級起一定的隔離作用,為避免功放級的工作狀態(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,并饋送到天線進行發(fā)射。調(diào)頻振蕩器調(diào)頻振蕩器音頻輸入緩沖級輸出功率級圖2-1系統(tǒng)框圖3電路設(shè)計3.1各模塊電路的設(shè)計3.1.1振蕩電路的設(shè)計振蕩電路主要是產(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,目前應(yīng)用較為廣泛的是三點式振蕩電路和差分對管振蕩電路。三點式振蕩電路又可分為電感和電容三點式振蕩電路,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作振蕩級。其電路原理圖如圖3-1所示。圖3-1振蕩電路克拉撥振蕩電路與電容三點式電路的差別,僅在回路中多加一個與C5、C6相串接的電容C,回路的振蕩頻率為,克拉撥振蕩電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點式電路高一個量級。3.1.2緩沖級電路的設(shè)計因為本次設(shè)計對該級有一定的增益要求,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。對緩沖級管子的要求是,。所以可選用普通的小功率高頻晶體管〔S9018。另外,,,若取流過偏置電阻R4的電流為I1=10OIbQ,則R4=VbQ/I1,所以選R4為56KΩ。對于諧振回路C1,L2,由。故本次實驗取C1為25PF,L2為4T。所以,緩沖級設(shè)計電路為圖3-2所示。圖3-2緩沖級電路3.1.3功率輸出級電路為了獲得較大的功率增益和較高的集電極功率,設(shè)計中采用共發(fā)射極電路,同時使其工作在丙類狀態(tài),組成丙類諧振功率放大器。為了實現(xiàn)功率輸出級在丙類工作,基極偏置電壓V應(yīng)設(shè)置在功率管的截止區(qū)．同時為了加強交流反饋,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,同時防止T3管產(chǎn)生高頻自激而引成回路用來實現(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(fù)載值,并濾除不必要的高次諧波分量。在選擇功率管時要求,,,。綜上可知,我們選擇9018功率管,其原理圖如圖3-3所示。圖3-3功率輸出級電路3.2總原理圖基于上述各模塊電路的分析,綜合得總原理圖如圖3-4所示。圖3-4總原理圖3.3軟件仿真根據(jù)設(shè)計總原理圖以及分析的參數(shù),本次課程設(shè)計通過使用ISIS7Professional軟件來仿真,仿真圖3-4所示。圖3-4軟件仿真圖4電路焊接與調(diào)試4.1電路焊接根據(jù)PCB圖將正確的電子元件插到正確的位置用焊錫和電烙鐵將其焊接上。在焊接電路板時,應(yīng)先將電烙鐵加熱至適當(dāng)溫度,再把電烙鐵觸在焊孔將焊接點上,期間要注意掌握好焊錫的用量。在焊接的時候,由于電路板表面的銅容易被氧化,從而使得焊接的時候電路板不易粘錫,在這種情況下可以先用砂紙將焊盤的阻焊層擦一擦。這樣既有利于焊接,從而防止焊接點的虛焊和脫焊,同時也使得焊接點更牢固更美觀,。焊接的時候為了防止在焊接點密集的地方焊接點的相互短路,可以在邊焊接邊用萬用表檢查焊接點是否焊接的正確。由于在焊接的時候電烙鐵的溫度較高,要小心燙傷手和燙壞實驗設(shè)備。4.2調(diào)試所用的基本儀器清單〔1數(shù)字式或指針萬用表；〔2V穩(wěn)壓電源；〔3GP天線〔阻抗為50歐姆；〔4具有FM收音機功能的收音機；〔5立體聲音源〔計算機聲卡,MP3,音源純正,無雜音。4.3調(diào)試結(jié)果整體電路可以分為三部分,即振蕩電路,緩沖電路,功率輸出電路。首先對每個部分進行測試,確定輸出的功率和波形無誤后,再整體調(diào)試。加入音頻信號后,剛開始無功率輸出,經(jīng)過調(diào)節(jié)L1,L2,L3,電感的扎數(shù)和線圈間的距離,有功率輸出。進一步調(diào)試,最后輸出頻率為87.7MHZ,傳輸距離大概70米。4.4測試結(jié)果分析天線匹配,天線的頻段和機器頻段不一致,天線阻抗不匹配,都會嚴(yán)重影響通話距離。對于使用者來說,在換用天線時要注意將天線擰緊,另外不能隨便使用非廠家提供的天線,也不能使用不符合機器頻點的天線。天線其實就是個負(fù)載,發(fā)射機要把功率加載到天線上發(fā)射出去,當(dāng)天線沒有接入回路時,發(fā)射機功率無法釋放,導(dǎo)致內(nèi)部電路電流過大過載,這時保護電路啟動,發(fā)出警報,建議盡量避免發(fā)射機空載,不然會把機器燒掉的。在我們焊接好電路板后出現(xiàn)了大致一下的問題,我們也通過一定的方法,解決了在焊接電路板時出現(xiàn)的諸多問題?？偟恼f來大致可也敘述為一下的問題和對應(yīng)的解決方法?！?為了屏蔽干擾,在對PCB板布線是加了覆銅,覆銅與地線相連,所以在焊接的時候如果焊錫放得多一點,就很容易與電線相連,導(dǎo)致短路。所以在電路板焊完后,一定要先用萬用表檢查了一下電路板焊接的是否正確?！?在電路連接沒有什么問題的情況下,我們接上電源查看是否成功,我們的電路板出現(xiàn)了,電路板上的電源指示燈LED不亮。關(guān)掉電源后,我們分析了可能出現(xiàn)的錯誤有：一是LED燈被短路；二是電源的正負(fù)接得不正確。我們通過用萬用表檢查,發(fā)現(xiàn)使電源的正負(fù)極接反了的,最后我們改變了電源的正負(fù)極的連接方向,LED能點亮了?！?在改變電源連接方向后,還不能接收到發(fā)射機發(fā)出的信號。通過我們的分析可能出現(xiàn)的錯誤有：一是電路中的振蕩器沒能正常工作；二是發(fā)射電路不能正常工作。于是先用數(shù)值示波器檢查了電路中的振蕩器電路部分的三極管〔Q1的發(fā)射極,出現(xiàn)了87MHZ左右的波形,說明振蕩器能正常的工作。之后又檢查了小信號發(fā)射電路部分也就是Q3的集電極,有和Q1發(fā)射極頻率基本相同但大小不同的的波形,這說明了發(fā)射機的信號發(fā)射部分也正確。但還是不能接受到信號,于是我們將發(fā)射機的電源開關(guān)關(guān)掉后將MP3放出的信號接到發(fā)射機的信號輸入端,在用模擬示波器觀察在Q1的基集是否有音頻信號加載上去。結(jié)果是沒能發(fā)現(xiàn)有信號,通過我們的分析這可能出現(xiàn)的情況有：一是音頻信號的輸入端與地短路；二是音頻信號的輸入端與Q1基集之間是斷路情況。我們先用萬用表的檢查了電路,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Q1和音頻信號的輸入端之間的電容出現(xiàn)了虛焊的情況。導(dǎo)致了音頻信號不能輸入到Q1的基集。因此音頻信號不能被調(diào)制到由三極管〔Q1、電容〔C4、和電感〔L1組成的高頻小信號振蕩器中,所以不能被發(fā)射出去。將其焊接好后,在Q1基集能檢查到信號了。再將電源打開,加上音頻信號后,用數(shù)字示波器在Q3的集電極測到有一定的帶寬調(diào)頻波信號?！?將音頻信號加上,發(fā)射機接上電源,收音機還是不能接收到信號。最后我們分析得出可能的錯誤原因：是收音機能接收到的頻率和發(fā)射機的發(fā)射頻率不在同樣頻率段。于是我們調(diào)整了電路板上的空心電感L1,也就是調(diào)節(jié)了電路板的中心了,最后我們發(fā)現(xiàn)將發(fā)射機的發(fā)射頻率調(diào)整到了88MHz左右時能接收到較好的信號了,但是信號太弱了,于是我們將電路板中的空心電感L2、L3、L4都做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。最后能接收到較好的聲音信號了。能在收音機里較清晰的聽見在MP3中放出的聲音信號。5總結(jié)這是我們教學(xué)安排的第三個課程設(shè)計。這次課程設(shè)計總計時間近35天,從最開始的確定選題到著手查資料、計算、畫原理圖、仿真、刻電路板、調(diào)試、總結(jié),收益很大?！?查資料,原來我們潛意識都是去書本上查東西,這次課程設(shè)計我從課本上獲得了大量信息,但更大的部分是上網(wǎng)查閱和向基地其他成員請教的,以后我們要學(xué)會請教別人和更好的利用互聯(lián)網(wǎng)上的資源?！?通過計算,我對高頻的知識有了一個復(fù)習(xí)回憶的過程,晶體三極管、LC振蕩電路、發(fā)射機基本框架電路等知識得到了相應(yīng)的復(fù)習(xí)。課程學(xué)習(xí)來不得半點馬虎,課程設(shè)計就是考察平常是否真正學(xué)習(xí)的最好方式?！?仿真是用ISIS軟件進行的,電路仿真成功后,便用protel99SE軟件畫電路圖、導(dǎo)PCB板。發(fā)現(xiàn)自己原來學(xué)得太淺,真正要做一個實物時,進展很慢?？旖萱I等方面的應(yīng)用很缺乏。這一次加深印象的同時,更使我認(rèn)識到學(xué)以致用才是硬道