高频课设实验报告.docx

1、高频课设实验报告 通信电路课程设计小功率调频发射机的设计与制作姓 名： 同 组： 专业班级： 信息工程类（4）班指导老师： 时 间： 2014 年 9 月 18 日小功率发射机的设计与制作一、设计和制作任务 1、确定电路形式，选择各级电路的静态工作点，画出电路图； 2、计算各级电路元件参数并选取元件； 3、画出电路装配图； 4、组装焊接电路； 5、调试并测量电路性能； 6、写出课程设计报告书，内容包括： 1任务及性能指标要求； 2电路和方案选择的依据，元件的理论值计算和选择； 3调试方法和步骤，调试中的问题的分析及解决； 4测试仪器，实验结果分析； 5改进设想，实验心得。二、主要技术指标1.中

2、心频率 2.频率稳定度 -4 3.最大频偏 4输出功率 5.天线形式 拉杆天线（75欧姆）6.电源电压 三、原理框图和整体电路图1、原理框图通常小功率发射机采用直接调频方式，并组成框图如下所示：图3-1 调频发射机组成框图其中，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

3、形式和各级元器件参数的计算。2、整体电路图电路中的Vin为调制信号输入端，RL处为天线（本例用75欧负载替代），Vcc为9V电源。C13为去耦电容，C16为滤波电容，减小电源纹波对电路的影响，R6、R12、C7、C8、C17、C18使得调频震荡级、缓冲级、功率输出级的供电分离，消除三级之间因电源引起的干扰。四、原理分析1、调频振荡级-克拉泼振荡电路由于是固定的中心频率，考虑采用平率稳定度较高的克拉波振荡电路。其电路图如图4-1：图4-1 克拉珀电路图 图4-2 调频振荡级电路图当要求电容三点式振荡电路的振荡频率更高时，则应使电容C1、C2的值较小。由于C1并接在三极管的c、e极之间，C3并接在

4、三极管的b、e极之间，当管子的极间电容随温度等因素的变化而变化时，将对振荡频率产生显著影响，造成振荡频率的不稳定。为了减小极间电容的影响，提高电路频率的稳定性，对电容三点式振荡电路进行适当改进就形成了改进型电容三点式振荡电路。该电路称为串联型电容三点式振荡电路，又称克拉泼振荡电路。考虑到变容二极管偏置电路简单起见，采用共基电路。因要求的频偏不大（），故采用变容二极管部份接入振荡回路的直接调频方式。C3为高频旁路电容，R1、R2、R3、R4、R5为Q1管的偏置电阻。采用分压式偏置电路既有利于工作点稳定，且振荡建立后自给负偏置效应有振荡幅度的稳定。一般选Ic为3mA左右，太小不易起振，太大输出振荡

5、波形将产生失真。调节C10可使高频线性良好。R7、R9为变容二极管提供直流偏置。调制音频信号C0、LC加到变容二极管改变振荡频率实现调频。振荡电压经电容C10耦合加至 Q2缓冲放大级。R6 、C7 、C8 为电源滤波电路。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，为了使第三级能够达到额定功率必须加大激励即Vbm，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。图4-3并联谐振回路电路图如图，Rs RL 分别为输入信号源内阻和输出负载电阻，Rp为L中心损耗电阻，回路中总导纳为 Y（jw）=1/Re+j(wc-1/wL) 式中，Re=Rp/Rs/RL.因而电流源Is（jw）在回

6、路上产生的电压为： 令回路总导纳为0，求得谐振角频率为，这个频率上，回路电压达到最大，且与同相 其中， Qe为有载品质因数，定义为：Qo：为回路固有品质因素，可见要增大Qe 除提高Qo外，还应采用Rs 大的电流源激励，且尽可能增大RL值并联谐振回路的幅频和相频特性曲线如下图： 图4-4 幅频特性 图4-5相频特性对该级管子的要求是： 至于谐振回路的计算，一般先根据f0算出LC的乘积值，然后选择合适的C，求出L。C根据本课题的频率可取100pf200pf。经以上分析，可设计缓冲级增益电路如图4-6：缓冲级采用谐振放大，R8、 R10、R11 作为分压偏置，电路中的C11为调频震荡级与缓冲级的耦合

7、电容，使得调频震荡级与缓冲级的静态工作点相互独立，但是电容的取值很有讲究，如果该值取得大一些，则两级的耦合效果好，但是这增加了两级之间的相互影响；如果该值取得小一些，则两级之间的相互影响小，但是电容的容抗变大，耦合效果变差，经过试验该值在180pF-220pF之间均可。C11与L2并联谐振回路作为该级的负载，可通过调谐使其谐振在12M频率上，并实现阻抗匹配。L2和C11应谐振在振荡载波频率上。如果发现通过频带太窄或出现自激可在L2两端并联上适当电阻以降低回路Q值。该级应该工作在甲类状态以保证足够的电压放大。 图4-6：缓冲放大电路 3、功率输出级为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，本级采

8、用的是共发射级的丙类谐振功率放大器，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。关于丙类放大器的的一些基本特点如下：工作状态 半导通角 理想效率 负载 应用 甲类 c=1800 50 电阻 低频 乙类 c=900 78.5 推挽，回路 低频、高频 甲乙类 900c1800 5078.5% 推挽 低频 丙类 c78.5% 选频回路 高频 输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤，如下图4-7为谐振功率放大器的原理电路图：图4-7：谐振功率放大器其中Zl为外接负载，Lr Cr 为匹配网络，它们与外接负载共同组成并联谐振回路，调Cr使回路谐振在输入信号上，为实现丙类功放，基极偏置电压Vbb应该没在

9、功率管的截至区内由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而它对ic中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称为谐振电阻，在高Q回路中，其值近似为：，式中=为回路总电容，为回路谐振角频率，Qe= /RL为回路有载品质因素，而谐振回路上对中的其他分量呈现的阻抗均很小，这样可以近似认为回路上仅有由基波分量产生的电压，Vc，而平均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略，因而可在负载上得到不失真信号功率利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的余弦电压，同时还可以将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻Re，而且调节，还能保持回路谐振时使Re等于放大管所需的集电极负载，实现阻抗匹配，

10、因此在谐波功率放大器中，谐振回路起了选频和匹配的双重作用丙类工作时集电极效率随管子导通时间的减小而增大，但随着导通时间的减少，中基波分量幅度将相应减小，从而导致放大器的输出功率减小，为了在增大输入激励电压幅度Vbm外，还必须同将基极偏执电压Vbb向负值方向增大。这样，加到基极上的最大反向电压（Vbb-Vbm）就将迅速增大，从而可能发生功率管发射结被反向击穿从结构简单，调节方便期间，本课题采用型网络，计算元件参数时通常取Qe在10以内，型网络及计算如下：图4-8：型网络电路图实现条件：ReRl元件表达式： 经以上分析，适当减小C14也可进一步提高增益，将R15适当减小，从而较小直流反馈，电路如图

11、4-9所示：图4-9：功率输出级电路5、制板与调试过程1、PCB板制作画PCB时。应该注意元件的布局，最好按照信号的走向放置元件，这样可以有效的减小自激震荡的可能性；在走线时，信号线不要出现垂直走线，电源线适当加粗，尽量采用45走线；滤波电容的放置要科学，滤波电容要尽可能地靠近相应的负载，地线宜采用大面积铺铜，有效地保证地线的电位相等。画PCB时，需预留相应的测试端口，以便调试。焊接之前，先检查各个元件是否有损坏，用万用表测量各个电阻、电容值是否正确，电感用漆包线在中周上绕12圈左右，用万用表测试接触是否良好。检查完元件然后根据参考电路图焊接各个元件。焊接前先根据电路图进行布线的布局分布，布线

12、、元件排列应该尽量整齐，接线要合理，导线不能跨界，应该使连线尽量短而直，否则可能产生自激。要保证焊接质量，避免出现虚焊等情况。本次实验，由于降低了频率的要求，对地线是否裸接没有太大要求，所以可以用元件的管脚来连接电路，可以使电路美观。焊接好后仔细检查，看电路是否焊接无误，接线是否正确。可用万用表测试各个连接位置，看是否有因为虚焊或漏焊而出现断路的情况。中州绕制：将漆包线在中周上绕12-16砸，在绕制电感之后，需要将漆包线上的绝缘漆除去，然后焊在中周的引脚上。中周绕好之后，需用万用表测试引脚是否接触良好。调试时切忌重压，螺丝刀应悬空使用，避免破坏中周的同时也提高了调试的准确度。PCB电路板实物图

13、如图5-1:图5-1：PCB电路板实物图2、调试过程1. 给电路板通电，电压为9V，不加音频信号，注意接地，测试三极管的静态工作点，看是否符合理论要求2. 分别调节L1 L2 L3使输出中心频率达12MHz。并出现不失真的波形（正弦波），调节L1主要改变中心频率，调节L2主要调节峰峰值的大小，波形失真则可以调节L3，但由于这三级电路互为谐振回路，三者之间会相互影响，一次调节其中一个会对其余两个造成影响。因此这三者应统调。如调解L1使中心频率达到12MHz后，调节L2使满足峰峰值要求时，随着Vpp的上升，中心频率也会有所上升，这时应回头再微调L1，确保中心频率的值3. 加上1kHz的音频信号，用

14、频偏移测出角频在调试过程中，出现了许多问题，由于虚焊，导致电路板运行不稳定，输出频率与电压值经常发生跳变，为了解决虚焊问题，电路板不加音频信号，加上9V电压并接地，同时在输出级用示波器观察，接触各个焊点，如果示波器的波形发生跳变，则表示这点很可能发生虚焊，逐一修改 实验过程中：输出并非如意想之中的结果，多次调整也无法达到实验要求，最终采取分级测量的方法。首先，在确保电路无误后调解电感L1，是第一次输出频率稳定在12MHz左右，调试过程不断改变中周的圈书最终采用13圈，输出可稳定在12MHz,幅度为200mV的正弦波。 在第一级起振后，用高频函发在第二级输入一个和第一级振荡等幅的标准12MHz正

15、弦波，示波器和探头同时打到*1档，在二三级之间的耦合电容C12处第二级输出，并粗调节电感L2，使输出尽量大。然后仍用*1档在负载RL上测，粗调电感L3，使其输出电压尽量大且接近余弦波。然后重新改变电感L3的线圈分布。例如原来的电感分布为4槽12匝，每槽3匝。而经调试大略估计谐振点在第4到5匝之间，则将电感各槽的分布改为4匝，1匝，1匝，6匝，从而进一步精调。反复调试找谐振点，总之要让谐振点出的线圈只绕一匝。这样可以提高调谐的精度。然后将探头和示波器都打到*10档，将函发的Vpp增大一点，使第二级输出大于2V。在第三节的Re上测量。并反复改变L3的匝数分布和微调，直到第三级Re上测到对称双峰。此

16、时第三级谐振。 用同样的方法调整第三极，不断改变中周L3是波形输出最大不失真。 整合三级一起调试，输出频率可达到12MHz整，电压4.88V，在仔细研究电路后，决定将缓冲级Q2的发射级电阻改为精密电位器，并适当减小组织，实验发现输出增大，失真度也在可承受范围内。最终，输出6.04V，12.003MHz正弦波，完成实验。六、实验结果与分析1、实验结果：项目理论值（由设计图计算）实际值（由最后测量结果计算）中心频率f0（MHz）1212.003电压（输出）Vpp6.04V最大频偏10kHz65kHz2、结果分析：本小组制作的小功率调频发射机基本上达到了任务中的主要性能指标：但是没有做到百分之一百精

17、确，说明在制作与调试过程中仍然存在一定的偏差差，但是此偏差的存在是必然的。除了在制作工艺上存在一定的不足之外，元器件的参数误差也是一个不可忽略的问题。只有经过反复的检查和不断的调试，才能向预期的结果逼近。调试过程比较繁琐，需要反复调节三个电感的电感值，要三个一起配合起来调，以同时满足中心频率和输出功率的要求。调节电感时，要缓慢转动中周的磁芯，同时观察示波器上的波形是否失真，峰峰值是否达到要求，如果不能，则要继续调节，直到符合要求，如果还不行，可以将C14更换为小一直到最大频偏大于10K，且频偏仪上波形不能失真。（最大频偏越大越好）本例对频偏的要求相对较低，没用严格使用频偏仪测量，只是在加入1K

18、，2V的正弦调制信号看到疏密波，并用示波器粗略估计。对于克拉波振荡，其频偏相对于三点式振荡较低，但比晶体振荡大得多，此处测得30K基本符合晶体振荡器的特点。 为了满足实验要求并达到最好的效果，研究电路后决定对电路做部分修改。将R11改为精密电位器有利于提高Q2的集电极电位，调整电位器是输出最大不失真。同时，R6和R12改为导线，减小电阻对各级的影响，保证电源滤波的同时也提高输出电压。七、实验心得体会1、实验心得体会： 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这

19、方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。从PCB的设计到制板再到调试，短短的三天，从认知到思考，通过咨询老师，深刻体会到PCB布线和覆铜的重要性，避免信号线交叉、加大电源线宽度等细节，巩固了PCB基础的同时，也在抗干扰方面受益良多。都说万事开头难，有了良好的PCB基础，焊接、调试自然就水到渠成。在调试过程中，对中周的选取极为重要，为了是中周安插接触良好，绘制PCB时改为八脚芯片槽安插。对于中周，选取1216匝的中周，调试过程中慢慢减小，这不仅极大缩短了调试时间，也对电路板匹配合适的中周有了一个合适的范围。为了精确了解电路的特性，在对三极管静态工作

20、点正确测量后，采取分级测量的方法，对每一级电路进行最优化，为输出打下良好的基础，同时，为了达到最大输出不失真，在改变R6、R12的基础上，调小电容C14，输出任然不够可观，仔细研究电路结构后，打算对缓冲级发射级电阻进行调整，改为小阻值得精密可调电位器，在增大输出而不失真的情况下调整输出至6.04V，并保持输出频率为12.003MHz。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实

21、践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从

22、而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。2、实验心得体会： 本次课程设计历时三天半，其中PCB电路板的制作用了两天，提前去实验室调试和改进电路用了一天，最后上课时给老师检测用了半天时间。课程设计难度并不是很大，遇到最麻烦的应该是三个中周的调试，我花费了很多时间在中周的调试和重绕。为了能达到老师优秀的指标，在最后一级的滤波匹配网络的改造也绞尽脑汁，功夫不负有心人

23、，最后调出了6.04V的输出vpp，想想还有点小激动，总的来说，这次课程设计收获颇多！正如老师所说的高频电路不同于低频电路，PCB板制作时布线的好坏以及焊接的好坏，极大程度的影响着整个实验的成败。通过这次课设，我还总结出一些在布线时要注意的几点：地线应略宽，若地线线条很细，则接地点的电位会随电流的变化使接地点的电平不稳，抗噪声性能变差；设计和制作高频电路板时，除了尽量加粗地线外，还应把板上未被占用的所有面积都作为地线，使元器件能更好地就近接地，降低寄生电感、减少噪声辐射；信号导线布线时拐角尽量设计成圆形、圆弧形，切忌画成直角或锐角等。应该说PCB板制作好了，焊接电路就比较容易，但是还是要注意一

24、些技巧的处理，比如中周一般容易遇到要重新绕线的问题，为了方便中周的装卸，这次我们没有直接把中周焊在电路板上，而是用8脚的芯片底座当成中周的座焊在电路板上，极大的方便了中周的拔插；还有，焊接的时候经常遇到把电路板倒过来，元件会掉下去的情况，要么就是又要重新放置，要么就是焊完之后发现元件高高的远离电路板，没有紧贴着电路板，既不美观也非常不方便，于是我们在把原件都正确插上后把管脚压弯再一次性焊接，这样省时省力并且不会被原件导热而烫伤，屡试不爽，我认为每一次实验只要认真，旧知识也能有新发现！在调试过程中，接好电源后，首先检测各个三级管管脚电压正常，但是在输出端（天线处）没有出现预想的波形用示波器检查第

25、一级输出端，也没有波形，电路根本没有起振。于是检查第一级三极管周围元件与布线都没问题后，换了个三极管。改正错误后，在第一级输出端能检测到波形。在第二级再次检测，也出现了波形，电路无误。接着，调解三个中周，以使中心频率达到12MHz0.02MHz和第三级输出峰峰值大于4.4V。这一步是这次实验最难达到的一个要求，大家在实验室里所花费的大部分时间都是在调节三个电感，我们组也不例外，要同时达到频率和功率的要求可不容易。反复调节电感，不是中心频率没有达到要求就是第三级天线处输出端峰峰值达不到4.4V。调了许久还是不行，我们组的解决办法是将C15换成一个小一点点的电容，R6和R12短接，R11换成100

26、欧的电阻，又调了很久，终于满足了中心频率和输出功率的要求（f=12.003MHz，输出端Vpp=6.04V）。总算输出了自己需要的指标，完成了调试试验。不过，也从调试中明白了，调试也是一个实验中非常重要的一环，而不是简单的对一个电路的一些数据测量，检查电路能否能用，因为制作一块电路，很少可能一次就能成功的，除非你是流水线式的生产，所以，调试部分必不可少，而且，调试也是对自己对这个电路是否真正的了解一个很好的检测。 总而言之，通过本次高频电路课程设计实验，我对小功率调频发射机的原理和功能有了一定的了解。增强了自己的动手能力，进一步掌握了如何焊接电路、安排器件和布置电路的走线，增强理论联系实际的能力，完成了电路的安装与调试，加深了对课本内容的理解与掌握。