《调频发射机设计》word文档

实习报告

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课题：调频发射机设计

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2011年1月18日

前言

一、设计内容 (3)

1.1进程安排 (3)

1.2设计目的 (3)

1.3设计要求 (4)

二、发射机原理 (4)

2.1 设计整体思路 (4)

2.2 基本原理 (4)

2.3 调频发射机的原理图 (8)

2.4、各个元器件说明 (8)

三、模块说明 (9)

3.1 输入信号模块 (9)

3.2 振荡模块 (9)

3.3 放大和发射模块 (9)

3.4 调频发射机的主要技术指标 (10)

四、PCB板的制作 (10)

五、电路的调试及调试结果结果 (11)

5.1 电路的调试 (11)

5.2 调试结果 (11)

六、实验总结及心得体会 (12)

元器件清单

附页

前言

调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二极管完成语音信号对载波信号的频率调制，并通过LC并联谐振网络选出三倍频信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过拉杆天线发射出去。通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调

放大器。

一、设计内容

1.1、进程安排

本次设计时间为1.5周，共7天。具体时间安排如下：

1.2 设计目的

无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。本次设计要达到一下目的：

1、进一步认识射频发射与接收系统；

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。

1.3 设计要求

1、发射机采用FM 或AM 的调制方式，二者选一；

2、若采用FM 调制方式，要求发射频率覆盖范围为８８－１０８ＭＨｚ，传输距离为10m;

3、

若采用AM 调制方式，发射频率中波波段或30MHz 左右，传输距离>10m ； 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用方案；）

5、已调信号采用通用的AM/FM 多波段收音机进行接收测试。 1.4 报告任务要求

1、给出设计课题题目、实践目的、设计原理、设计内容和要求；

2、查阅相关资料，对系统的发展背景、应用场合在序言中进行阐述。

3、给出系统设计方案、电路原理图、各个电子元器件的型号、参数；

4、画出发射电路中，一些关键节点的信号波形；

5、系统调试方法，设计过程遇到的问题、思考及解决方法；

6、系统的功能扩展实现情况；

7、心得体会；

二、发射机原理

2.1 设计整体思路：

输入信号→电路振荡→功率放大

2.2 基本原理

本设计图采用FM 调制。

载波()t w U t u c cm c cos )(=，调制信号()t u Ω；通过FM 调制，使得)(t u c 频率变化量与调制信号()t u Ω的大小成正比。即已调信号的瞬时角频率

()()

t u k w t w f c Ω?+=

已调信号的瞬时相位为

()()t d t u k t w t d t w t t f c t ''+=''=??Ω)(00?

实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类，本设计图采用直接调频：直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。直接调频可用如下方法实现：

1.改变振荡回路的元件参数实现调频

在LC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC 振荡回路的电感L 和电容C 。在RC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。

调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。

2.控制振荡器的工作状态实现调频

在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。

若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。

（1）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。

克拉泼（clapp ）电路是电容三点式振荡器的改进型电路，下图为它的实际电路和相应的交流通路：

实用电路交流通路

如图可知，克拉泼电路比电容三点式在回路中多一个与C1 、C2相串接的电容C3，通常C3取值较小，满足C3<

可是，接入C3后，虽然反馈系数不变，但接在AB 两端的电阻RL ’=RL//Reo 折算到振荡管集基间的数值（设为RL ’’）减小，其值变为

''2'223()31,2

L L L L C R n R R C C ≈=+ 式中，C1，2是C1 C2 和各极间电容的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小，C3越小，环路增益越小。减小C3来提高回路标准是以牺牲环路增益为代价的，如果C3取值过小，振荡器就会因不满足振幅起振条件而停振。

（2）功率放大极：

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：

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 应该没在功率管的截至区内。

若忽略基区宽度调制效应及管子结电容的影响，则输入信号电压Vb （t ）=（coswt ）*Vbm ，根据cos BE BB b BB bm s v V v V V t ω=+=+，集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期，用傅里叶级数展开可得：

1212cos cos 2C co c c CO c m s c m s i I i i I t I t ωω=++++……=I ?………

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：

22o r r e L t L L L R R C R ω==，式中t C = r L r L C C C C +为回路总电容，1/o s r t L C ωω==振角频率，Qe= o ω r L /RL 为回路有载品质因素，而谐振回路上对c 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r L

r C ，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，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，c i 中基波分量幅度1c m I 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。