调频发射机要点.docx

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调频发射机要点

简易调频发射机

摘要

本次的课程设计是简易调频发射机（话筒）,它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。

在这个实验中我们将学习如何将高频单元电路组合实现满足工程实际要求的整机电路等，根据技术指示要求我们进行了本次设计，主要以振荡，调频，缓冲，放大为单元电路组成。

振荡电路是由简单常用的克拉泊电路构成的压控振荡器,通过改变变容二极管两端的电压来改变结电容,从而改变振荡频率来实现调.缓冲电路则是一个射级跟随器.功放采用的是效率较高丙类功放.

本课题的设计利用Multisim软件仿真设计了一个小功率调频发射机，力求使学生通过动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在《高频电子线路原理与实践》中所学的理论知识和实验技能相结合，基本掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和动手能力，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。

关键词：

克拉泊振荡；射级跟随器；丙类功放输出级;变容二极管

目录

第一章．课程设计任务书………………………………………………1

1.1设计课题任务…………………………………………………1

1.2功能要求说明…………………………………………………1

第二章．设计方案及原理………………………………………………2

2.1总体方案介绍…………………………………………………2

2.2工作原理说明…………………………………………………3

第三章.电路设计及参数的计算………………………………………4

3.1振荡级电路……………………………………………………4

3.2缓冲极电路……………………………………………………7

3.3功率放大级……………………………………………………8

第四章．Multism的仿真………………………………………………10

4.1仿真结果………………………………………………………10

4.2误差分析………………………………………………………12

第五章.设计体会………………………………………………………14

参考文献…………………………………………………………………15

致谢………………………………………………………………………16

附录………………………………………………………………………17

第一章.课程设计任务书

1.1设计课题任务

简易调频发射机（话筒）的设计

1.2功能要求说明

主要技术指标：

1．中心频率:

4MHz

2．频率稳定度:

不低于

3.最大频偏:

75KHz

4．输出功率:

大于200mW

5.天线形式：

拉杆天线（75欧姆）

要求调试并测量主振级电路的性能，包括中心频率及其频率稳定度等。

第二章设计方案及原理

2.1总体方案介绍

通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如下所示。

其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；，功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射

上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件参数的计算。

2.2工作原理说明

1．高频振荡级

由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。

关于该电路的设计参阅《高频电子线路实验讲义》中实验六内容。

2．缓冲级

由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联回路作负载的小信号谐振放大器电路。

对该级管子的要求是

至于谐振回路的计算，一般先根据

计算出LC的乘积值，然后选择合适的C再求出L。

C根据本课题的频率可取100pF—200pF。

3．功放输出级

为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，从结构简单、调节方便起见，本课题可采用п型网络，计算元件参数时通常取

在10以内，计算公式请参阅教材第二章。

功放管要满足以下条件：

第三章电路设计和参数的确定

3.1振荡器电路：

3.1.1图

变容二极管部分接入振荡回路的等效电路如下：

3.1.2图

一．电路说明：

1.比值C2/C3=F，决定反馈电压的大小，反馈系数F一般取1/8~1/2。

2.为减小晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。

如果选C1<

3.ICQ一般为（1~4）mA。

ICQ偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。

4.L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端的电压构成振荡器的反馈电压，以满足相位平衡条件Sj=2np。

其中，晶体管T、L1、C1、C2、C3组成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路，接成共基组态，CB为基极耦合电容，其静态工作点由RB1、RB2、RE及RC所决定。

5.C5与高频扼流圈L2给vΩ提供通路，C6起高频滤波作用。

变容二极管DC通过Cc部分接入振荡回路，有利于提高主振频率fo的稳定性，减小调制失真。

二．VCO实现变容二极管直接调频

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

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。

1．变容二极管特性曲线特性曲线Cj-v如图4.2.3示。

性能参数VQ、Cj0及Q点处的斜率kc等可以通过Cj-v特性曲线估算

3.1.3图

3.1.3是变容二极管2CC1C的Cj-v曲线。

由图可得

VQ=–4V时CQ=75pF

2．电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以表示，单位为kHz/V，即

3．为调制信号的幅度；为变容管的结电容变化时引起的最大频偏。

回路总电容的变化量为

二．确定电路形式，设置静态工作点

振荡器的静态工作点取，，测得三极管的

，计算出各电阻值

由（1-3）可得R3+R4=3kΩ，为了提高电路的稳定性，R4的值可适当增大，取R4=1kΩ，则R3=2kΩ。

为了提高电路的稳定性，取流过电阻R2上的电流

取标称值R2=8.2kΩ

根据公式

R1=28.2KΩ

C1为基极旁路电容，可取C1=0.01uF。

C8=0.01uF,输出耦合电容。

三．计算主振回路元件值

由式得，若取C1=150pF，则L1≈10H

实验中可适当调整L1的圈数或C1的值。

电容C2、C3由反馈系数F及电路条件C1<

定，若取C2=510pF，由，则取C3=3000pF，取耦合电容Cb=0.01F

四．计算调频电路元件值

变容管的静态反向偏压VQ由电阻R1与R2分压决定，

已知VQ=4V，若取R2=10k，隔离电阻R3=150kΩ

为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，应取小，但过小又会使频偏达不到指标要求。

当VQ=-4V时，对应CQ=75pF，则CC18.8pf.取标称值20pF

五．计算调制信号的幅度

为达到最大频偏的要求，调制信号的幅度VΩm，可由下列关系式求出

由Cj-v曲线得变容管2CC1C在VQ=–4V处的斜率

得调制信号的幅度

VΩm=ΔCj/kc=0.92V

得调制灵敏度Sf为75KH

3.2缓冲隔离级电路（射极输出器）设计

从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。

一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。

射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。

1、电路形式

由于待传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入抗高，传输系数大且工作稳定。

选择电路的固定分压偏置与自给偏压相结合，具有稳定工作点特点的偏置电路。

如图4-2所示。

射极加RW2可改变输入阻抗。

图3.3.1射极输出器电路

2、估算偏置电路元件

（1）已知条件：

Vcc=+12V，晶体管为3DG100（3DG6）。

3DG100的参数如表4-3所示。

表3.3.13DG100参数表

PCM

ICM

VCES

hfe

fT

AP

100mW

30mA

30~200

≥150MHz

β0=60。

晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取UCEQ=0.5Vcc，ICQ=（3~10）mA。

因为在仿真软件中，没有找到3DG100，在这里选与其参数值相近的2N3019

根据已知条件选取ICQ=4mA,，VCEQ=0.5Vcc=6V，则

（2）R10、Rw2：

取R10=1kΩ，Rw2为1kΩ的电位器。

（3）R8、R9

VEQ=6.0V

VBQ=VEQ+0.7=6.7V

IBQ=ICQ/β0=66.67uA

取标称值R9=10kΩ。

取标称值R8=8.0kΩ。

（4）输入电阻Ri

若忽略晶体管基区体电阻的影响，有

（RL=325Ω）

（5）输入电压Uim

（6）耦合电容C8、C9

为了减小射极跟随器对前一级电路的影响，C8的值不能过大，一般为数十pF，这里取C8=20pF，C9=0.02uF。

3.3功率放大级

1.实现功放的要求

为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤，如下图为谐振功率放大器的原理电路

图3.3.2

晶体管工作在丙类状态，既有较高的效率，同时可以防止T3管产生高频自激而引起的二次击穿损坏。

调节偏置电阻可改变T3管的导通角。

L3、L4、C15和C16构成

型输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，即将天线阻抗变换为功放管所要求的负载值，并滤除不必要的高次谐波分量。

常用的输出回路还有L型、T型以及双调谐回路等。

集电极输出功率

直流电源VCC供给的直流功率

式中，IC0为集电极电流脉冲iC的直流分量。

电流脉冲iC经傅立叶级数分解，可得峰值与分解系数n（θ）的关系式

分解系数n（θ）与θ的关系如图所示：

α2（θ）的值，

在θ=60o时最大，即二次谐波的电流脉冲Icm2为最大值，而且效率η也比较高。

图3.3.2

图3.3.3为功放管输入电压VBE与集电极电流脉冲iC的波形关系。

由图可得

图3.3.3

当输入电压VBE大于导通电压时，晶体管导通，并工作在放大状态，则基极电流脉冲与集电极电流脉冲成线性关系，即满足

2．功放的功率增益

丙类功放的输出回路采用变压器耦合方式。

其作用一是实现阻抗匹配，将集电极的输出功率送至负载；二是与谐振回路配合，滤除谐波分量。

集电极谐振回路为部分接入，谐振频率

当功放处于临界工作状态A点时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCES，集电极电流脉冲接近最大值ICm。

此时集电极输出的功率PC和效率都较高，对应的等效负载电阻

图3.3.4

判断功放是否为临界工作状态的条件是：

Vcc-Vcm=Vces

第四章Multism的仿真

4.1仿真结果

1LC振荡电路仿真波形

2射级跟随器仿真波形

3．功率放大级仿真波形

4.2误差分析

1.由LC仿真波形可看到，波形并非是完美的正弦波，还是有点失真的，还有就是中心频率也并非是4MHz,还是存在一点误差的，但是本次所设计的电路基本达到了任务书的要求，所设计电路的仿真水平，离设计指标所要求的还一段距离。

出现这些原因主要有以下四点：

（1）设计电路时选择元件不同会产生误差；

（2）电路的参数设置会产生误差；

（3）本身电路设计存在问题有待改进；

（4）各级电路接在一起时互相干扰。

第五章设计体会

通过这次小功率调频发射机的设计，我最大的收获就是认识到了自己的不足，自己知识的贫瘠。

其实一开始并不觉得我高频电子线路觉得是那么的不尽人意，真正意义上懂得的东西寥寥无几，很多基本公式和一些专业常识都不知道，比如我一开始竟然连设置静态工作点都不会，后来通过翻看模拟电子技术基础和上网查资料，终于做好了。

它加强了我对理论知识的理解，和对以前知识的温故。

当然还有就是我从一开始对multism一无所知到现在了解到它的功能之强大，里面的元器件库的丰富，运用它做电路图，给我们带来了很多方便，有什么错误就不需要再经过做实物才知道你的错误，而且还加强我们自学的能力。

不过我实在不知道怎么回事,调频的效果还是没有出来,这实在令我困惑.

总之，通过这次课程设计，学海无涯这四个字更是深刻地留在了我的脑海里面。

课程设计期间，我还向老师请教了问题，老师给我提出了很好的建议，在此谢谢你知识的传播，在我们的身上有了成效。

参考文献

［1］曹才开，姚屏，曾屹，周细凤.高频电子线路原理与实践［Ｍ］长沙：

中南大学出版社，2010年.141~143

［2］康华光.电子技术基础模拟部分［Ｍ］第五版武汉：

华中科技大学，2005年.67~115

[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试［Ｍ］第三版武汉：

华中科技大学出版社，2006年.126~185

致谢

首先要谢谢学校给我们这个机会，如果不是学校有这样的安排我们也就不能较早的接触到实际，是这次机会让我们不再只停留在理论上，使理论与实践的结合。

在这里我还要感谢我的指导老师贾雅琼，她很耐心地向我们讲述出现的问题，并解决它，让我更理解课程设计的原理，还有教我们理论知识的曹才开，尽管我学得不怎么理想。

当然还有我的同学，他们给我带来了很大的帮助。

在此对他们再说声谢谢。

我们能够顺利的完成此次课程设计离不开学校的安排，老师的帮助及同组成员的共同努力，在此我要衷心的感谢她们。

附录

总电路图设计如下：

总电路原理图：