五邑大学高频课程设计报告.doc

摘要：调频发射机的制作是对高频电子线路理论知识的一次实践，同时也结合了低频电路知识的运用，能使我们加深对理论知识的理解。本次课程设计利用两个三极管9018元件，制作了一个简易的调频发射机，能实现发射一定功率并用收音机接收的信号。在本发射机中，利用话筒或者耳机插座将话音转化为音频信号，音频信号经过放大后对载波进行调制，产生调频波，通过天线向外发射调频电磁波，用调频收音机便可以接收到清楚的话音。关键词：调频发射机 高频电子线路 低频电路 三极管90181. 题目要求 1)查阅调频发射机基本原理的资料； 2)选择合理的方案，设计调频发射机电路； 3)制作PCB电路板(须标注学号)，焊接元器件； 4)用收音机完成作品调试； 5)工作频率88108MHz，辐射距离大于3米，电源电压512V； 6)扩展功能：工作频率点可调节； 7)撰写作品报告。2.基本原理2.1.电路实现基本原理 首先电容麦或者耳机插座将音频信号（调制信号）和高频载波调制为调频波,使高频载波的频率随音频信号发生变化,再对所产生的高频信号通过放大电路进行放大,最后信号进入电容三点式振荡电路激励起振产生一功率足够大且固定频率的稳定信号,使信号输出到天线发送出去。2.1.1.FM调制原理 假定调制信号为，高频载波电压为，根据频率调制的定义，调频时载波的瞬时频率应随着线性变化，此时调频波的瞬时角频率为 (1) 令 (2) 则 (3)式中，是未调制时的载波角频率，称为调频波的中心角频率；是调频波瞬时角频率偏离中心频率的最大值，称为调频波的最大角频偏；是比例常数，单位是rad/s，称为调制灵敏度，其数值取决于调频电路的参数。 (4)由式(3)(4)可求出 (5) (6)则 ，调频波电压的数学表达式为3.设计方案分析3.1.实现调频的方法产生调频信号的方法很多，大致可以分为两类，直接调频和间接调频。直接调频是将调制信号直接控制振荡器的自激振荡频率。间接调频是利用角频率与相角之间的微分和积分的关系，先对调制信号进行适当的处理，再用经过处理后的调制信号对高频载波进行调相。间接调频的优点是载波频率比较稳定，但较于直接调频，电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。但我们应该在满足要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。且单元电路级数尽可能少，以减少级间的相互感应、干扰和自激。于是我选择直接调频的方式设计电路。3.1.1.设计思路整个调频发射机的设计思路是采用两个9018设计两级电路，第一级为放大电路把调制信号放大，第二级是电容三点式电路，产生一功率足够大且固定频率的稳定信号并馈送到天线进行发射。音频信号输入电容三点式振荡器 调制信号放大天线发射 图1 发射机的基本框架 4.电路图设计4.1.电路结构介绍本调频发射机主要由三个基本模块组成，第一级是由柱极体话筒构成的声-电转换电路；第二级音频放大电路；第三级电容三点式振荡器电路。第一级柱极体话筒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送至由Q2构成的电容三点式振荡器电路对信号进行振荡，激励，从而输出一固定频率的稳定信号，最终实现频率的调制。4.1.1.电路元器件电阻12K×1电阻33K×1电阻10K×2电阻4.7K×1电阻1K×1电阻15K×1电阻200×1电容100u×1电容4.7u×1电容2.2u×1电容12p×1电容30p×1电容100u×1电容22u×1电容50p×1线圈4T×2柱极体话筒×1耳机插座×14.1.1.1.电路图分析 图2原理图（1）转换器 话筒（耳机插座）接上电后，把声音信号转换为电信号，经电解电容 C1滤波把电信号传到下部分。 （2）信号放大电路 图3转换器 如右图所示，由电阻R2、R3、R4、R5和9018构成了 一个放大电路，因为调制信号由电容C1传过来是很小的， 所以要想通过天线发射出去，必须要进行放大。R2、R3是偏置电阻，给三极管提供稳定静态工作点。C3是旁路电容，作用是滤除混在音频信号中的杂波，衰减过高的信号幅度，以获得更纯净的不失真信号。电容C2是把放大信号传递到 下一级，同时通交隔直，过滤掉信号中的直流成分。 图4放大电路 相关元器件数值的设计： 根据KCL可得，为了稳定静态工作点，需要选择合适的 (1) (2) 集电极电流： (3) 图5直流通路集电极电压： (4)元器件数据有： ,。 联立（1）（2）（3）（4）式代入数据求得：从结果可以看出元器件的取值符合要求。（3） 电容三点式振荡器FM调频电路的原理是三极管组成共基级高频振荡器，基极和发射极结电容，随着输入电压的变化而变化，从而改变高频振荡器的频率。本模块主要由C6、Q2结电容、C7和L1、L2并联构成电容三点式振荡器，不仅能产生稳定的载波，而且还能实现调制功能，使信号振荡到我们谐振器选择到的频率。 图6电容三点式振荡器 图7交流通路电感取值： 9018结电容 设计发射信号频率为90MHZ，则有： 总电容： 由 得（4）天线 天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。发射天线正是利用辐射场的这种性质，使 传送的信号经过发射天线后能够充分地向空间辐射。 图8天线天线长度的选取方法，经查资料，天线的长度取波长的 比较合适，公式有 （光速3×108m/s） 长度d=（ ）（5） 其他元器件的作用R1和电容麦/耳机插座形成分压，如果无电阻R1，电容麦会烧掉；R4、R5分别为Q1的集电极和发射机提供合适的电压；C3和C4是旁路电容，过滤掉交流杂波；R6、R7是偏置电阻，为Q2提供合适的静态工作点；C5连接电源与地，把电源中夹带的交流成分过滤掉；C8通交隔直，是天线发射出来的信号减少直流信号带来的嗡嗡杂音。 图9 PCB图 图10 面包板调试图 图11实物图（反面） 图12 实物图（正面） 图13 接收到的频率5.系统调试记录及结论 5.1.系统调试记录调试工具：收音机、播放器、万用表。课程要求：频率88108MHz、发射距离>=3米、电源电压512V。第一次调试记录：我首先用面包板搭电路，搭好后在实验室调试，但这次调 试并不顺利，因为用示波器检测，发现并没有起振，只显示几百KHZ的频率，这很明显是不行的，于是我重新检查面包板电路连接是否和原理图的一样，经过一番比对后发现电路连接没问题，于是我检查元器件是否连接好，最后发现是是第二个9018连接错了，于是重新插好，这次终于好了，频率能达到几十MHz，但是仍然没有达到88MHz，而且不稳定，我想应该是在面板板受干扰较大的缘故，至少这样证明电路没问题，接下来可以按照这个电路图做板了。第二次调试记录：这次调试是我做好板后进行的，下面是我遇到的一些问题以及解决办法：（1） 遇到了和面包板调试时同样的问题，电路不能起振，于是我认真检查元器件有没有漏焊或者没焊好，最后发现没有问题，但没起振很有可能是电路连接不好，于是我那万用表检查各个元器件连接是否连接好，最后发现电感两端没有导通，原来是我用漆包线绕的电感表面没有磨掉一层绝缘膜，所以没有与电路连接，导致不起振。于是我把电感拆开打磨再重新装上，顺利起振了。（2） 虽然起振了，但频率小于88MHz,且频率很不稳定，根据理论知识，是我的电感太大了，于是我把电感拉长了一些，把电感弄小一点，通过观察示波器，最后确定了一个比较稳定的频率，89.9MHz。于是我开始拿收音机收音，把频率调到示波器显示的频率附近，一边不停敲电路板，一般逐个频率检查，最后终于在89.8MHz听到了比较清脆的敲击声。（3） 用耳机听声音的时候发现有很大的“嗡嗡”声音，我跟同学讨论后，确认发射的信号里面夹带了比较大的直流信号，所以导致了这个声音，于是我在天线的一端加了一个50pf的电容过滤点直流信号，最后发现声音效果好了很多。5.1.1.结论 做这个课程设计我用了挺长时间的，因为在调试过程中出了比较多的问题，不能起振，频率过低，声音不清晰等等，经过上网查资料和请教同学，和自己一次又一次的调试，最后终于按照课程设计要求成功做出了自己的调频发射机，频率为89.8MHZ，接收范围远大于3米，在整个实验室都可以清晰收到信号。6.课程设计体会 这次课程设计我所遇到的困难很多，同时收获也很多。这次课程设计不单单是我们测试上学期所学高频知识的运用，也极大锻炼了我们的动手能力和思考解决问题的能力，这方面我体会很深的。 坦白说，上学期学的知识比较少用，我忘了挺多的。所以课程设计任务下来后我有重新看了高频书的相关内容，同时在网上找资料。经过一系列的准备，我画出了电路图，接着我用面包板调试，这个过程真的很不顺利，由于很少用面包板，所以开始用面包板搭电路感觉很陌生，花了挺长时间才弄好，就在实验室调试，但是很不幸，不能起振，最后经过检查电路连接解决了这个问题。其实画原理图和PCB图对于我来说也是挺麻烦的，因为很少用，所以做起来很吃力，花了比较多时间才弄好。打印好PCB后我就开始做板了，这个过程还是挺顺利的，没多久我就做好了板，于是又开始了调试工作，这次又是不起振，我检查了很久都没发现问题，最后是在同学的提醒下才知道原来是我做的电感用的铜线没有打磨掉外面的那层绝缘层，所以整个电路没导通，经过处理最终能起振了。但是问题还是有很多，频率不稳定，声音很多杂音，经过自己分析和同学们的建议，应该是我电路设计师元器件的分布不是很合理和焊接不是很好，导致了干扰比较大，所以出现了以上问题，经过分析发现没其他问题后，我决定重新做一块板，这次我充分考虑遇到的问题以及同学们的建议，重新做了一块板，经过测试发现这块板的效果比第一块好很多，我很快找到了中心频率，并听到了比较清晰的声音。经过反复听，我发现还有个问题就是，虽然我的声音是挺清晰了，但好像还夹带有比较大的电流声，经过网上查找资料，我分析应该是发射信号里面带有直流成分，我可以加一个电容过滤掉，最后也获得了比较好的效果。总的来说，虽然遇到的困难很多，但我都一一克服并做出了我自己的发射机，心里很开心。这次课程设计使我重新学习了高频的一些知识，并得到了运用。让我感受到了我们所学的知识并不是死的，而是可以切实运用到生活中为人们服务的，但这需要我们自己不停的锻炼和思考。参考文献1廖惜春.高频电子线路第3版.电子工业出版社.2014-032廖惜春.模拟电子技术基础.科学出版社.2011-11-013杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社.2005-014谢处方、饶克谨.电磁场与电磁波第4版.高等教育出版社.2006-01