设计调频发射机文档格式.docx

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2.掌握调频（或调幅）无线电发射机的设计；

3.学习无线电通信系统的设计与调试。

3.设计要求：

1.发射机采用FM、AM或者其它的调制方式；

2.若采用FM调制方式，要求发射频率覆盖范围在８８－１０８ＭＨｚ，传输距离>

20m;

3.若采用AM调制方式，发射频率为中波波段或30MHz左右，传输距离>

20m；

4.为了加深对调制系统的认识，发射机建议采用分立元件设计；

（采用集成电路的设计方法建议作为备选方案；

）

5.已调信号通过AM/FM多波段收音机进行接收测试。

4.基本原理：

（一）系统方案选择

1、调频方式选择

实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。

直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。

间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。

两种调频法各有优缺点。

直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；

间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。

考虑到电路的复杂度故采用直接调频的方案。

2、直接调频方案选择

直接调频最常见有变容二极管调频，使用VCO实现变容二极管直接调频。

许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。

较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。

另外一种更为简单的直接调频方法是用三极管直接调频。

原理是三极管组成共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率，最终实现频率的调制。

由于采用变容二级管调频，对高频轭流圈的参数要求比较苛刻。

这样会使设计电路变得困难。

因此采用三极管直接调制的方法，这样不仅能够实现FM调频，而且使电路变得非常简洁。

方案一：

以调幅方式形式做成的三级发射机

其性能是比较好的，在实际中做成原品后其频率的稳定对不够高，在一般的情况下只能在68M—96M见跳动，而且还是调幅的不能变成调频，故而不能选用。

方案二：

以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路

虽然是以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路，很能达到我们的要求，但是还有没有比这更优更简单的电路呢？

通过搜查我们又有新思路，见方案三。

方案三：

本调频发射机主要由四个基本模块组成，第一级是由驻极体话筒构成的声-电转换电路；

第二级音频放大电路；

第三级超高频振荡调制器；

第四级高频功率放大器；

总体电路如下图，该电路由声--电转换、音频放大器、超高频振荡调制器和高频功率放大器等部分组成。

声--电转换器由驻极体话筒B担任，它拾取周围环境声波信号后即输出相应电信号，经C1输入到晶体管Q1，Q1担任音频放大器，对音频信号进行放大，经C2送至Q2的基极进行频率调制。

Q2组成共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基级输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率，最终实现频率的调制。

（二）整体系统描述

本调频发射机主要由四个基本模块组成，第一级是由驻极体话筒构成的声-电转换电路；

总体电路如下图所示，该电路由声--电转换、音频放大器、超高频振荡调制器和高频功率放大器等部分组成。

（三）、单元电路设计

1、LC调频振荡器：

产生频率f0=85MHz左右的高频振荡信号，最大频偏Δfm=20kHz，整个发射机的频率稳定度由该级决定。

在调频振荡级可选用电感三点式，电容三点式和晶体振荡器产生正弦波电压。

具体电路如下

2、音频放大电路设计

音频放大电路由共射放大电路构成。

由驻极体话筒转换过来的音频信号非常弱，因此必须再加上一级共射放大的电路。

然而要使共射放大电路工作在放大区，必须有合适的静态工作点Q。

a、静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流Ic以及各电极对地的电位UB、Uc、UE。

一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或Uc，然后算出Ic的方法，例如，只要测出UE，即可用：

算出Ic（也可根据

，由Uc确定Ic）同时也能算出UBE=UB-UE，UcE=Uc-UE。

图1直流等效电路实物图

b、静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic（或UcE）的调整与测试。

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。

如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱合失真，此时Uo的负半周将被削底，如图2-2（a）所示；

如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo的正半周被削顶（一般截止失真不如饱合失真明显），如图2所示。

这些情况都不符合不失真放大的要求。

所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压Ui，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。

如不满足，则应调节静态工作点的位置。

3、FM调制电路设计

FM调频电路原理是三极管组成共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率。

本模块由三极管等元件构成电容三点式振荡器，不仅能够产生稳定的载波，而且还能够实现调制功能。

本方案采用较为稳定的克拉泼电路如图5所示三极管T2应为甲类工作状态，其静态工作点不应设的太高，工作点太高振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将使振荡波形严重失真，但工作点太低将不易起振。

在克拉泼电路中C1，C2受三极管级间电容Cce，Cbe，Ccb的影响。

因此在电容的取值上应满足C4

C1,C4

C2.（C1=220pC2=220pC4=100p）

3.5uH

实物图等效图

4、高频功率放大电路设计

（1）基本关系式

功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO（≈ICO）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。

当放大器的输入信号

为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。

利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1,电流ic1。

图1-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。

分析可得下列基本关系式：

式中，

为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；

为集电极基波电流振幅；

为集电极回路的谐振阻抗。

式中，PC为集电极输出功率

式中，PD为电源VCC供给的直流功率；

ICO为集电极电流脉冲iC的直流分量。

放大器的效率

为

附：

一开始采用的一级电路：

说明：

1）高频三极管V1和电容C5、C6以及C4与L组成一个电容三点式的振荡器

2）C4、L组成一个谐振器：

谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元件的参数发射频率可以在88～108MHZ之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。

发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。

3）R4是V1的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使V1工作在放大区。

4）R5是直流反馈电阻，起到稳定三极管工作点的作用。

5）话筒MIC采集外界的声音信号。

6）电阻R3为MIC提供一定的直流偏压，R3的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱，电阻越小话筒的灵敏度越高。

7）话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极。

8）电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V，如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。

9）CK是外部信号输出插座，可以将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源通过专用的连接线引入调频发射机，外部声音信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。

10）电路中发光二极管D3用来指示工作状态，当调频话筒得电工作时就会点亮，R6是发光二极管的限流电阻。

C8、C9是电源滤波电容，因为大电容一般采用卷绕工艺制作的，所以等效电感比较大，并联一个小电容C8可以使电源的高频内阻。

11）电路中K1和K2是一个开关，它有三个不同的位置，拨到最左边时断开电源，最右边是K1、K2接通做调频话筒使用，中间位置是K1接通,K2断开，做无线转发器使用，因为做无线转发器使用是话筒不起作用，但是话筒会消耗一定的静态电流，所以断开K2可以降低耗电、延长电池的寿命。

5.系统调试

调试过程及结果：

将高频发射机接入5V的电源，然后在发射机的麦克风接入手机音频信号，接着用调频收音机接收发射机发射出的信号。

由于手头调频收音机的调频范围为70MHZ--------110MHZ，一开始的时候，在这个范围内反复调频，结果就是调不出来。

于是就怀疑是电路出现问题，于是就拔掉5V电源，用万用表的电阻档进行检测，看是否出现短路，结果未发现短路现象。

同时又怀疑是否电路出现焊接错误，于是进行检查，也未发现错误。

既然既没有焊接元件的错误，又没有短路现象，那到底出现了什么问题。

于是又接入5V电源，用万用表的电压档，对各部分电压进行测量，发现各部分的电压都符合要求，未发现不正常现象。

通过了几次排障，都为发现真正故障所在，有些无奈，突然发现还未用信号发生器进行检测波形，于是将发射器的发射端接入数字信号发生器，通过数字信号发生器对波形进行观测。

从信号发生器的波形可以看到发射器发射端波形波动的很厉害，而且频偏的很严重，信号的频率也小于调频收音机的调频范围。

于是通过不断地调整调频发射机中的电感，可以看出波形变得稳定，同时频偏达到误差允许的范围内。

最终确定数字信号发生器的频率在75MHZ左右，说明调试成功。

于是，就将调频发射机接入5V电源，同时在麦克风端接入手机音频信号，将调频收音机的频率设置在75MHZ左右，很快收音机便接收到了手机音频信号，然后延长收音机的接受距离，最终确定收音机收到音频信号的范围大约在22米左右。

6.心得体会

通过几天的课程设计，使我对调频发射机的工作原理有了进一步的了解，同时也使我对高频这门课程产生更为浓厚的兴趣。

在调试的过程中，遇到了一些麻烦。

使我意识到整个设计过程没有什么简易之分，每一个环节都至关重要，不能忽视任何一个环节。

比如在电路图分析设计，pcb制作过程，以及焊接，任何一个环节的忽视或者疏忽大意，都可能给后续过程造成麻烦。

所以，在整个设计过程中，必须时刻保持着认真的态度，不可太随意。

当调试遇到麻烦时，应保持冷静，既然出现问题，一定是有原因的，只有保持冷静，仔细去思考，才能尽快找出问题所在，然后加以克服解决。

急躁是不能解决问题的。

通过此次课程设计，使我发现其实我们所学的知识只要加以利用或者结合一些常识性东西，将会发挥巨大的威力。

比如这次我们所设计的调频发射机正是广播电台的基础。

本次试验使我深刻认识到一些课程设计之外的东西：

懂就是懂，不懂就是不懂，做人要实事求是。

投机取巧是不行的，想把一件事情做好，就得花时间去认真做。

通过此次课程设计报告的重写，使我意识到自己的许多缺点，产生必须铲除恶习的决心。

比如说面对大学学习的态度，上课常常没认真听讲，课后作业也经常抄袭。

想想自己中学时可不是这样，为何现在如此，虽然其中不乏受到旁边一些环境的影响，当真正的原因在于自己，在于自己平时对生活的漫不经心，对生活的无所谓。

通过这次课程设计，真的使我好好反思了自己的生活态度，大学这美好的时光，真的应该好好去珍惜，不能以一种“混”的态度去面对（尽管很多人如此），努力乘着这段时间去多学点知识，少荒废时光，多做点对自己将来有意义的事。

7.参考文献

[1]高吉祥，高频电子线路，电子工业出版社，2005.1

[2]

附录

1.调频发射机PCB图如下：

2.元器件清单：

2.实物图：