小功率调频发射机设计报告(共29页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 课 程 设 计课程名称 高频电子线路课程设计 课题名称 小功率调频发射机设计 专 业 电子科学与技术 班 级 0802班 学 号 9 姓 名 刘石海 指导教师 刘正青老师 2011年6月11日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 通信电子线路课程设计 题 目 小功率调频发射机设计 专业班级 电子科学与技术 学生姓名 刘石海 学 号 9 指导老师 刘正青 审 批 任务书下达日期： 2011 年 5月 23日 星期一设计完成日期： 2011 年 6月 11日 星期五 设计内容与设计要求 一、设计内容：设计一小功率调频发射机主要技术指标要求:发射功率PA80mW

2、，负载电阻（天线）RL=75，工作中心频率f0=10MHz，最大频偏，20khz总效率。二、设计要求：1、 拟定发射机的组成方框图；2、 完成增益分配与单元电路设计，通过具体计算，选择器件给出设计电路；3、 完成发射机的系统调试（调频震荡器、中间推动级、功率放大器各级的测量）4、 给出最终实现电路5、 写出设计报告； 主要设计条件提供计算机和必要的实验仪器 说明书格式1 课程设计报告书封面；2 任务书；3 说明书目录；4 电路具体设计计算；5 最终电路的确定；6 实验系统调试结果及结论；7 设计体会；8 参考文献。目录一、资料整理1、发射机的主要技术指标l 发射功率 一般是指发射机输送到天线上

3、的功率。 l 工作频率或波段 发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关 部门所规定的范围内选取。 l 总效率 发射机发射的总功率 与其消耗的总功率 PC 之比，称为发射机的总效率 。l 非线性失真 要求调频发射机的非线性失真系数g 应小于1 %。l 杂音电平 杂音电平应小于 65 dB。l 输出功率 高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即l 效率 常将集电极的效率视为高频功放的效率，用表示，当集电极回 路谐振时，的值由下式计算：l 功率增益 功放的输出功率Po与输入功率Pi 之比称为功率增益，用 AP(单位：dB)表示AP=Po/Pi2、变

4、容二极管主要特性l 主振频率 LC振荡器的输出频率fo称为主振频率或载波频率。用数字频率计测量回路的谐振频率fo，高频电压表测量谐振电压Vo，示波器监测振荡波形。l 频率稳定度 主振频率fo的相对稳定性用频率稳定度表示。 l 最大频偏 指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值。将 称为相对频偏。 l 变容二极管特性曲线 特性曲线Cj-v 如图1-1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。 图1-1 变容二极管的Cj-v特性曲线变容二极管的Cj-v特性曲线如图1-1所示。设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q处，曲线的斜率为图1-1是变容二极管2

5、CC1C的Cj-v 曲线。由图可得 VQ =4V时 CQ = 75pF， l 调制灵敏度 单位调制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 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在频偏较小时， 与 的关系可采用下面近似公式，即 p- f ， - f 。 调制灵敏度 式中 为回路总电容的变化量；调制灵敏度 可以由变容二极管Cj-v 特性曲线上VQ处的斜率kc及上式计算。 越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。3、宽带功率放大器l 宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，将前级输入的信号进行功率放大，它不需要调谐

6、回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大。l 为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点。（如图1-2） 图1-2甲类功放的负载特性4、丙类功率放大器 为达到效率大于50%的要求，本级需要使用丙类功放。图1-3（左）输入电压与集电极电流脉冲的波形关系。（右）丙类功放负载特性二、总体方案设计1. 系统框图：根据任务要求，本发射机功率PA不大，工作中心频率f0也不高，为了调试和设计方便，可将系统设计得简单一些。这样的系统在实验室环境下还是非常稳定的。以下给出系统框图（2-1）：13db13db0.2mw0.2mw80mw4mwLC克拉泼调频震荡缓冲级功率激励级丙类功放级调制信号

7、图（2-1）发射机系统框图2、单元电路设计1) 功放级电路设计和分析：根据高频小功率发射机的特点，和参数要求，整机设计应该从末级开始往前设计，所以首先设计的是功放级:将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如，而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是设计要求总效率，故选用丙类功率放大器较好。丙类功放的电流导通角1。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C1C2，C1C3，则回路的谐振频率f0主要由C1决定。调频电路由变容二极管Cj及耦合电容Cc组成，R1与R

8、2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压VQ，即VQ=R2/(R1+R2)Vcc。电阻R3称为隔离电阻，常取R3R2，R3R1，以减小调制信号V对VQ的影响。C5与高频扼流圈L2给V提供通路，C6起高频滤波作用。变容二极管Cj通过Cc部分接入振荡回路，有利于提高主振频率f0的稳定性，减小调制失真。l 参数计算：为减少波形失真，我们取ICQ=1mA，VCEQ=6V，已知晶体管=60。因 RE+RC= =6 k为提高电路的稳定性，RE的值可适当增大，取RE=2k，则RC=4k因 VEQ=ICQ*RE=2V若取流过RB2的电流IB2=10IBQ=10ICQ/=0.17mA则 RB2=VBQ/IB2

9、15.9 k因=即RB1 = RB2 ( 1)=54.8 kRB1最好用20k电阻与47k电位器的串联组合，以便调整静态工作点。工作中心频率f0=10MHz，取C1=100p，得L1=2.5uh，电容C2、C3由反馈系数F及电路条件C1C2，C1C3决定，若取C2=800pF，由F=C2/C3=1/21/8，则取C3=4000pF，取耦合电容CB=0.01uF。R1，R2，R3为变容二极管提供静态偏压VQ，其中R3做隔离用，取200K。R1,R2可以与一个可调电阻组合，使调节方便。因接入系数 n= ，一般接入系数，为减小振荡回路输出的高频电压对变容晶体管的影响，n值应取小，但n值过小又会使频偏

10、达不到指标要求。可以先取n=0.3，然后再调试。由变容二极管Cj-V特性曲线得到VQ=-4V时，对应Cj=75pF， 则Cc= 32.1pF，取标称值32pF。耦合电容C5取4.7uf，扼流圈L2取47uh，旁路电容C6取8000pf。l 调制信号：频偏与输入电压的关系 再由变容二极管Cj-v曲线得到斜率所以三、整机电路四、电路装配测试和总结整机测试的顺序应该与设计相反，从前向后级调试。3.1、调制信号。图3-1调制信号图3-2震荡信号图3-1 10MHz正弦波3.2、首先调试的是震荡级，用万用表一边测量变容二极管阴极电压，一边调节可变电阻使其电压稳定在-4V，然后在信号输出端用示波器观察震荡

11、频率和电压，并调节微调电容和电阻，得震荡频率10MHz，500mV的正弦波。如图3-2。3.3、将以上信号输入到缓冲级，输出的波形和图3-2一样。3.4、将信号输入到甲类输入端，在输出端可以看到放大的波形，频率为10MHz，峰峰值为5.7V，图3-3。图3-3甲类输出的正弦波3.5、将调制信号输入到调频电路中，在丙类放大输出端可以看到已调的调频波，图3-4和图3-5。图3-4输出调制波图3-4输出调制波再用万用表测量测量丙类功放集电极电流为Ic=10mA，Vce=3.8V。所以损耗功率为Pc=38mW。由Ve=0.3V。Re=30。电源提供功率P=Vcc*Io=Ve/Re*Vcc=116mW。

12、效率 符合设计要求。五、总结与体会为期两个星期的高频课程设计已经接近结束，但这两个星期的设计调试让我对高频电路有了心得认识。刚开始我们连发射机的基本构成都不清楚，但是通过去图书馆和上网查询了大量的资料，也参考了许多成功的设计，在第一周的星期三终于把发射机的基本模块学会了，接下来确定单元电路，为了减少难度，我们直接使用发射机最长用的基本模块，但是最难的就是参数的确定，高频电路的参数很多而且很难计算，为此我们使用业界很流行的计算软件MATLAB辅助计算。这是个漫长的过程，整整花去了我们四天时间，每天还要加班到晚上12点，有时一个参数与多个因素有关，特别是震荡级得原件选取，如果选的不好可能震荡电路根

13、本不能起震。就这样我们一边参考别人的设计一边设计自己的电路。其中虽然很辛苦，但最终看到自己设计出来的电路，还是感到很高兴。其实在设计电路时我们已经开始测试电路和参数，一开始我们根本无从下手，特别是丙类放大，因为静态工作点很特殊，调试起来就很难，必须在输入端加入足够大的信号才能测量它的参数。但是后来对发射机的基本原理了解后，调试就越来越顺利了，因为我们直接使用学校的试验箱调试，所以很少遇到波形被干扰而严重是真的情况。设计和调试的过程是辛苦的，特别在毫无思路的时候，也会感到有点绝望，但一想到办法总是比问题多时。我们继续思考和分析，最终在我们努力下问题还是一个个被解决了。附录元器件清单元件序号型号或

14、参数数量元件序号型号或参数数量RB154.8K1C4100pF1RB215.9K1C533pF1RC14K1C632pF1RC22K1C74.7uF1R1180K1C88000pF1R224K1C90.047uF1R312K1C100.01uF1RB310.6K1C11330pF1RB413.4K1C120.022uF1RE30.8K1C0.01uF4RE48.2K1T13DG61R123K1T23DG61R1311T33DA11R143601T43DG121R1530 1L12.5uH1RP11.2K1L247uH1RL751L47uH2C10.01uF1Cj2CC1C1C2800pF1TR

15、14T：2T1C34000pF1TR22T(3T)：1T1 进 度 安 排第一周：星期一 ： 安排任务、讲课； 星期二 星期五： 查资料、设计； 第二周：星期一星期二：实验系统调试； 星期三星期四：写总结报告 星期五：答辩 参 考 文 献1现代电子线路和技术实验简明教程 孙肖子 高等教育出版社2电子电路实验及仿真 路勇 清华大学出版社3电子线路实验指导 周鸣籁 苏州大学出版社4精选实用电子线路260例 孙余凯 电子工业出版社5电子线路 谢自美 电子工业出版社6 高频电子线路 高吉祥 电子工业出版社课程设计评分表项 目评 价设计方案的合理性与创造性开发板焊接及其调试完成情况硬件设计或软件编程完成情况硬件测试及软件调试结果*设计说明书质量设计图纸质量答辩汇报的条理性和独特见解答辩中对所提问题的回答情况完成任务情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_ 专心-专注-专业