高頻課程設計--小功率調頻發(fā)射機

1、<p>　　通信電子線路課程設計</p><p><b>　　小功率調頻發(fā)射機</b></p><p><b>　　設 計 報 告</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p&

2、gt;<p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2011年11月02日</p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　本次的通信電路課程設計是“小功率條屏發(fā)射機的設計與制作”，

3、這是通信電路的一個最小系統(tǒng)模塊。我們知道各種電子線路歸結起來都是有源器件與無源網絡的結合，因此，對電子線路的研究就要從有源器件的特性和無源網絡的傳輸特性兩個方面入手。這也告訴我們想要讀好通信這門課程不僅僅是需要書本上理論的東西更是需要實際上的分析，所以本次的課設是必要而且有意義的。</p><p>　　通過本次課設能讓我們更加了解通信電路這門課程，也是對我們學習完課程的一個總結，使我們能鞏固知識點。</p&

4、gt;<p>　　課設的主要技術指標：中心頻率 </p><p><b>　　頻率穩(wěn)定度 </b></p><p><b>　　最大頻偏 </b></p><p>　　輸出功率 </p><p><b>　　電源電壓 </b><

5、/p><p>　　可以從課設的主要技術指標中看出，要完成這些指標必須要解決一些問題。首先，對于調頻振蕩器要求中心頻率為12MHz，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。可通過公式計算出所需的頻率與電容。其次，對于緩沖級，由于對該級有一定增益要求，考慮到中心頻率固定，因此可采用以LC并聯回路作負載的小信號諧振放大器電路。最后，對于功放輸出級,為了獲得較大的功率增益和較高的集電極效率，該級可采用

6、共射級電路，且工作在丙類狀態(tài)。</p><p>　　二、調頻發(fā)射機 </p><p><b>　　1、設計和制作任務</b></p><p>　　1．確定電路形式，選擇各級電路的靜態(tài)工作點。畫出電路圖</p><p>　　2．計算各級電路元件參數并選取元件</p><p><

7、b>　　3．畫出電路裝配圖</b></p><p><b>　　4．組裝焊接電路</b></p><p>　　5．調試并測量電路性能</p><p>　　6．寫出課程設計報告書</p><p>　　2、設計框圖及各級分析：</p><p>　　通常小功率發(fā)射機采用直接調頻方式，并

8、組成框圖如下所示：</p><p>　　其中，其中高頻振蕩級主要是產生頻率穩(wěn)定、中心頻率符合指標要求的正弦波信號，且其頻率受到外加音頻信號電壓調變；緩沖級主要是對調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。</p><p>&l

9、t;b>　　1.頻振蕩級：</b></p><p>　　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。關于該電路的設計參閱《高頻電子線路實驗講義》中實驗六內容。</p><p>　　克拉潑（clapp）電路是電容三點式振蕩器的改進型電路，下圖為它的實際電路和相應的交流通路：</p><p>　　實用電路

10、 交流通路</p><p>　　如圖可知，克拉潑電路比電容三點式在回路中多一個與C1 C2相串接的電容C3，通常C3取值較小，滿足C3《C1 ，C3《C2，回路總電容取決于C3，而三極管的極間電容直接并接在C1 C2上，不影響C3的值，結果減小了這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，且C3較小，這種影響越小，回路的標準性越高，實際情況下，克拉潑電路比電容三點式的頻穩(wěn)度高一個量級，達。<

11、/p><p>　　可是，接入C3后，雖然反饋系數不變，但接在AB兩端的電阻RL’=RL//Reo 折算到振蕩管集基間的數值（設為RL’’）減小，其值變?yōu)?lt;/p><p>　　式中，C1，2是C1 C2 和 各極間電容的總電容。因而，放大器的增益亦即環(huán)路增益將相應減小，C3越小，環(huán)路增益越小。減小C3來提高回路標準是以犧牲環(huán)路增益為代價的，如果C3取值過小，振蕩器就會因不滿足振幅起振條件而停振

12、。</p><p><b>　　2.緩沖級：</b></p><p>　　由于對該級有一定增益要求，考慮到中心頻率固定，因此可采用以LC并聯回路作負載</p><p>　　并聯諧振回路如圖所示</p><p>　　如圖，Rs RL 分別為輸入信號源內阻和輸出負載電阻，Rp為L中心損耗電阻，回路中總導納為 Y（jw）=1/

13、Re+j(wc-1/wL) 式中，Re=Rp//Rs//RL.因而電流源Is（jw）在回路上產生的電壓為：</p><p>　　令回路總導納為0，求得諧振角頻率為，這個頻率上，回路電壓達到最大，，且與同相</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　Qe為有載品質因數，定義為：</p><p>　　Q

14、o：為回路固有品質因素，可見要增大Qe 除提高Qo外，還應采用Rs 大的電流源激勵，且盡可能增大RL值</p><p>　　并聯諧振回路的幅頻和相頻特性曲線如下圖：</p><p>　　幅頻特性 相頻特性</p><p>　　對該級管子的要求是： </p><p>　

15、　至于諧振回路的計算，一般先根據f0算出LC的乘積值，然后選擇合適的C，再求出L。C根據本課題的頻率可取100pf~200pf</p><p><b>　　3.功放輸出級：</b></p><p>　　為了獲得較大的功率增益和較高的集電極效率，該級可采用共發(fā)射極電路，且工作在丙類狀態(tài)，輸出回路用來實現阻抗匹配并進行濾，如下圖為諧振功率放大器的原理電路圖：</p&

16、gt;<p>　　其中Zl為外接負載，Lr Cr 為匹配網絡，它們與外接負載共同組成并聯諧振回路，調Cr使回路諧振在輸入信號上，為實現丙類功放，基極偏置電壓Vbb應該沒在功率管的截至區(qū)內</p><p>　　若忽略基區(qū)寬度調制效應及管子結電容的影響，則輸入信號電壓Vb（t）=（coswt）*Vbm，根據，集電極電流波形是一串周期重復的脈沖序列，脈沖寬度小于半個周期，用傅里葉級數展開可得</p&

17、gt;<p><b>　　……</b></p><p>　　由于集電極諧振回路調諧在輸入信號頻率上，因而它對ic中的基波分量呈現的阻抗最大，且為純電阻，稱為諧振電阻，在高Q回路中，其值近似為：，式中= 為回路總電容，為回路諧振角頻率，Qe= /RL為回路有載品質因素，而諧振回路上對中的其他分量呈現的阻抗均很小，這樣可以近似認為回路上僅有由基波分量產生的電壓，Vc，而平均分量和

18、各次諧波分量產生的電壓均可忽略，因而可在負載上得到不失真信號功率</p><p>　　丙類工作時集電極效率隨管子導通時間的減小而增大，但隨著導通時間的減少，中基波分量幅度將相應減小，從而導致放大器的輸出功率減小，為了在增大輸入激勵電壓幅度Vbm外，還必須同將基極偏執(zhí)電壓Vbb向負值方向增大。這樣，加到基極上的最大反向電壓（Vbb-Vbm）就將迅速增大，從而可能發(fā)生功率管發(fā)射結被反向擊穿</p>&l

19、t;p>　　從結構簡單，調節(jié)方便期間，本課題采用型網絡，計算元件參數時通常取Qe在10以內，型網絡及計算如下：</p><p>　　實現條件：Re<Rl</p><p>　　元件表達式： </p><p>　　功率管應滿足以下條件： </p><p><b>　　3、參考電路</b>&l

20、t;/p><p>　　鑒于上述設計考慮圖3—1所示的電路。在條件許可時，亦可采用MC2833單片集成電路滅設計，該集成電路工作原理請參見其規(guī)格書，應結合本課題要求對電路外圍元件參數作相應計算修改。</p><p>　　考慮到變容二極管偏置電路簡單起見，采用共基電路。因要求的頻偏不大，故采用變容二極管部份接入振蕩回路的直接調頻方式。C3為斟極高頻旁路電容，R1、R2、R3、R4、R5為T1管的偏

21、置電阻。采用分壓式偏置電路既有利于工作點穩(wěn)定，且振蕩建立后自給負偏置效應有籃球振蕩幅度的穩(wěn)定。一般選為3mA左右，太小不易起振，太大輸出振蕩波形將產生失真。調節(jié)C9、CP可使高頻線性良好。R7、R9為變容二極管提供直流偏置。調制音頻信號C4、加到變容二極管改變振蕩頻率實現調頻。振蕩電壓經電容C10耦合加至T2緩沖放大級。</p><p>　　T2緩沖放大級采用諧振放大，L2和C11應諧振在振蕩載波頻率上。如果發(fā)現

22、通過頻帶太窄或出現自激可在L2兩端并聯上適當電阻以降低回路Q值。該級可工作于甲類以保證足夠的電壓放大。</p><p>　　T3管工作在丙類狀態(tài)，既有較高的效率，同時可以防止T3管產生高頻自激而引起的二次擊穿損壞。調節(jié)偏置電阻可改變T3管的導通角。L3、L4、C15和C16構成型輸出回路用來實現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

23、雙調諧回路等。</p><p>　　圖3—1 小型調頻發(fā)射機參考電路</p><p><b>　　4、制作與調試</b></p><p>　　測量儀器：萬用表、示波器、函數發(fā)生器</p><p>　　主要制作調試步驟如下：</p><p>　　1. 焊接制作電路板：</p><

24、;p>　　焊接電路板有許多需要注意的地方，電路板焊接的好壞直接關系著實驗的成敗。</p><p>　　1) 要先檢查所有的元件是否可用，如C9018應分清基極，集電極，發(fā)射極，變容二極管、CJ要使用萬用表區(qū)分好正負極，是為了避免接線時出現錯誤。還有將電電阻通過讀色環(huán)讀出電阻值，這樣在焊接的時候就不會亂了。</p><p>　　2) 排版時要注意橫平豎直，盡量不是用跳線，要預先將測試點

25、預留方便調試和測量的時候用，最好將三個三極管平行放置，這樣易于測試。</p><p>　　3) 焊接時要注意防止虛焊，電容電感盡量臥式安裝，焊接完成后盡量縮短高頻部分的元件引線，但不用剪太短，否則不容易更改。</p><p>　　4) 繞中周時應有規(guī)律的繞，均勻的繞，從下到上或者從上到下，切不可上面繞幾圈下面繞幾圈，這樣在調節(jié)的時候會出錯，焊接漆包線時一定要將焊接處的漆刮干凈，最好用火燒，

26、繞完后要用萬用表測試其是否導通。</p><p>　　5) 電源線和地線排放的位置不能靠太近，否則用鱷魚夾加電時易發(fā)生短路碰電。</p><p>　　2. 給電路板通電，電壓為9V。將各級斷開，分級測試，分別測試各個三極管的各管腳電壓，根據理論分析值判斷是否正確。然后測第一級輸出，調節(jié)L1使其達到頻率12MHz，電壓峰峰值500毫伏左右，測第二級時在T2基極處用函數發(fā)生器輸入一頻率12M，

27、電壓峰峰值2伏的信號，調節(jié)L2使其輸出達最大值約12伏左右。</p><p>　　3. 將斷開處從新連接好，天線接示波器，反復調節(jié)L1、L2、L3，必要時對各級的諧振電容進行調節(jié)，使輸出頻率達到要求，并出現無較大失真的正弦波。</p><p>　　4. 不起振或振蕩弱；若輸出功率小，若能保證元件的質量，則按以下步驟排除故障：1，調振蕩級偏置電阻；2，改變C2容量一試，如果上述方法不能解決，

28、也有可能是元件布局不合理引起，可重新對電路板進行布線。</p><p>　　5. 連接頻偏儀測出角頻偏。</p><p><b>　　5、測試結果</b></p><p><b>　　三、心得體會</b></p><p>　　當發(fā)到通信電路課程設計講義的時候，由瀏覽過一遍，見背后有電路圖，以為會很容

29、易通過，覺得沒什么就將它放在一旁。當到老師講理論知識的時候，才有難度的感覺，就乖乖的在圖紙上畫好設計圖紙再來焊接以防自己焊接錯誤?？墒谴箦e沒有小錯一堆，覺得那么多的零件也就分類電阻，電容沒什么的，都標好了不可能有錯誤的，恰恰是在電阻和二極管的錯誤焊接上吃了小虧，今后還是要細心點，不能因為偷懶而吃大虧。還有理論的東西，雖然焊接前對自己說要用學的知識來檢測和焊接，最好在還沒開始之前就能將準備工作做到完善，可一開始動手時就失去了該有的理智了，

30、沒么都拋在腦后，將電路圖零件與芯片的排列安排后就急于動手，沒有實際再看看設計的電路是否正確，導致電路焊接好后出現電阻排錯，二極管正負反接地現象，沒有將理論知識合理的應運到實際上。還有在遇到一些問題的時候沒有及時解決，以為自己可以，結果不知還是不知。不過我也收獲了很多經驗，這將是我未來的一份寶貴的財富，在做電路前自己能有一個正確的思想，懂得要在復雜的電路圖中抓出主要的和次要的，按主要的還連接推廣到次要的最終將復雜的電路條例清晰化后再動手，

31、能在自己的頭腦里面有一條主線這是好的習慣應該保</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　【1】高如云，陸曼茹等.通信電子線路.西安電子科技大學出版社.2007</p><p>　　【2】閻石.《數字電子技術基礎》.高等教育出版社 .1998年11月第四版</p><p>　　【3】