小功率调频发射机课程设计

河南机电高等专科学校

毕业课程设计

小功率调频发射机

设计报告

姓名：

学号：

专业：通信网络与维护

指导教师：****

2012年3 月30 日

摘要

调频发射机目前处于快速发展之中，在很多领域都有了很广泛的应用。它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。这个实验是关于小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。学会基本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。

本课设结合Proteus软件来对小功率调频发射机电路的设计与调试方法进行研究。Proteus软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Proteus软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。使用Proteus、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。

本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调频发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用Proteus软件仿真设计了一个小功率调频发射机。

目录

一、设计和制作任务..................................................................................... 错误！未定义书签。

二、主要技术指标......................................................................................... 错误！未定义书签。

三、确定电路组成方案................................................................................. 错误！未定义书签。

四、设计方法................................................................................................. 错误！未定义书签。

4.1 振荡级.............................................................................................. 错误！未定义书签。

4.2缓冲级............................................................................................... 错误！未定义书签。

4.3功率输出级....................................................................................... 错误！未定义书签。

4.4总的原理图设计............................................................................... 错误！未定义书签。

五、实验数据分析......................................................................................... 错误！未定义书签。

六、实验总结................................................................................................. 错误！未定义书签。

七、参考文献 (133)

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

二、主要技术指标

f=12

1．中心频率

2．频率稳定度f?≤0.1MHz

f?>10kHz

3．最大频偏

m

P≥30mW5

4．输出功率

o

5．电源电压 Vcc=9V

三、确定电路组成方案

拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、

性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应、干扰和自激。在实际应用中，很多都是采用调频方式，与调幅相比较，调频系统有很多的优点，调频比调幅抗干扰能力强，频带宽，功率利用率大等。

调频可以有两种实现方法，一是直接调频，就是用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。令一种就是间接调频，先对调制信号进行积分，再对载波进行相位调制。两种调频电路性能上的一个重大差别是受到调频特性非线性限制的参数不同，间接调频电路提供的最大频偏较小，而直接调频可以得到比较大的频偏。

所以，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，且其频率受到外加调制信号电压调变；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。

四、设计方法 1、振荡级

振荡电路的选择

振荡电路主要是产生频率稳定且中心频率符合指标要求的正弦波信号，目前应用较为广泛的是三点式振荡电路

输出功率级

缓冲级

调频震荡级

和差分对管振荡电路。三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路，由于是固定的中心频率，因而采用频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。其电路原理图如右图所示。

2、缓冲级

因为本次实验对该级有一定的增益要求，而中心频率是固定的，因此用LC 并联回路作负载的小信号放大器电路。缓冲放大级采用谐振放大，L 2和C 10谐振在振荡载波频率上。若通频带太窄或出现自激则可在L 2两端并联上适当电阻以降低回路Q 值。该极工作于甲类以保证足够的电压放大。

对缓冲级管子的要求是

()r osc f 35f ≥ ()CC BR CEO V 2V ≥

所以可选用普通的小功率高频晶体管，如9018等．另外，

bQ eQ BE

V V +V =, I cQ

I β

=

若取流过偏置电阻R 9,R 10的电流为 I1=10I bQ

则

R 10=V bQ /I1, R 8=(Vcc-V bQ )/I1

所以选R 10,R 8均为10K Ω.为了减小缓冲级对振荡级的影响，射随器与振荡级之间采用松耦合，耦合电容C 9可选为180pf. 对于谐振回路C 10,L 2,由MHz LC

fosc 1221==

π 图2

故本次实验取C 10为100PF ，()

1022

osc 1

L 1.76H C 2f u π=

=

所以，缓冲级设计电路为图2所示

3.功率输出级

为了获得较大的功率增益和较高的集电极

功率，设计中采用共发射极电路，同时使其工作在丙类状态，组成丙类谐振功率放大器．由设计电路图知L 3、C 12 和C 13为匹配网络，与外接负载共同组成并谐回路．为了实现功率输出级在丙类

工作，基极偏置电压V B3应设置在功率管的截止区．同时为了加强交流反馈，在T 3的发射极串接有小电阻R 14．在输出回路中，从结构简单和调节方便考虑，设计采用л型滤波网络，如右图。L 3，C 12，C 13构成π型输出，Q3管工作在丙类状态，调节偏置 电阻可以改变Q3管的导通角。导通角越小，效率越高,同时防止T3管产生高频自激而引成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。

在选择功率管时要求

0cm P P ≥

max cm c I i ≥

()CC BR CEO V 2V ≥

()r

osc f 35f ≥

综上可知，我们选择9018功率管．

由于要使功放级工作在丙类，就要使1212130.7cc B BE V R V V v R R =

<=+ ，解得1312

8.3R

R >，为了

使功放的效率较大，可以减小Q3管的导通角，这里取R 13=11R 12，第二级集电极的输出电流已经扩大了几十倍，为防止第三级的输入电流过大而烧坏三极管，需要相应的增大第三级的输入电阻。取R 13=220K ，R 12=20K ，改变R 14可调整放大倍数，取较小的反馈电阻有利于提高增益，因为选定

1212139*20

0.7520220

cc B V R V v R R =

==++ ，所以发射极电压

V E 为

0.05V ，因此R 14可选为100Ω。

由于L

R L Qe 3

?=ω , 312osc t

f f L C π==

?

且1213

1213

t C C C C C ?=

+ ,一般取 Qe = 8～10

所以 ()32121312131

L C C 2f C +C π=

??

? ?

??

解得：L3=1.06μH 图3 计算得，C 13＝680PF ，C 12＝220PF.功放级的电路设计如右图所示。

4、总的原理图设计

根据前面的分析，还要考虑各级之间的隔离，以及滤波电路，可以设计出如下图的

原理图。

其中，C

14,C

16

为滤波电容，选C

14

为0.1μF，C

16

为100μF。C

1

为基极高频旁路电容，

R 1,R

2

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，且振荡建立后有

利于振荡幅度的稳定。调节C

7/C

8

可使调频线性良好。R

7

,R

8

为变容二极管提供直流偏置。

调制音频信号经C

17,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C

9

耦合

加至Q2缓冲放大级。Q2缓冲放大级采用谐振放大，L2和C10谐振在振荡载波频率上。若通频带太窄或出现自激则可在L2两端并联上适当电阻以降低回路Q值。该级工作于甲类以保证足够的电压放大。

Q3管工作在丙类状态，有较高的效率同时防止Q3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Q3管的导通角。L

3, C

12

和C

13

构成π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。

电路的调试

电路的调试顺序先分级调单元电路的静态工作点，测量其性能参数；然后在逐级进行联调，直到整机调试；最后进行整机技术指标测试。

（1）、第一级调试

为了检查电路是否正确，应该对三极管Q1和变容二极管的静态工作点进行测量，然后调节中周L1，使振荡频率为12MHz，测量结果如表5.2-1所示

表5.2-1

E（v）B（v）C（v）C j负（v）f（MHz）Vpp（V）Q1 2.40 3.06 3.94 3.50 12.04 3.7 （2）、第二级调试

对三极管的各个静态工作点测量，然后调节中周L2，使该级的LC谐振回路谐振在12MHz上，而且为了使第三级有更大的功率放大，该级的Vpp尽量调到靠近4V。测量结果如表5.2-2所示

表5.2-2

E（v）B（v）C（v）f（MHz）Vpp（V）Q2 3.30 4.01 8.62 12.05 5.30

（3）、第三级调试

同样先对三极管的各个静态工作点测量，由于各级之间存在一定的影响，所以在调

节中周L3时，会对前面两级的频偏产生影响，结果如表5.2-3所示

表5.2-3

E（v）B（v）C（v）f（MHz）Vpp（V）Q3 0.1 0.76 8.96 12.02 5.4

（4）、整机调试

把1KHz，0.2V的调制信号加到调制信号输入端，把输出端的已调信号送到频偏仪进行解调，再把结果送到示波器，观察频偏大小和波形是否有失真，结果如表5.2-4所示

表5.2-4

解调后的f 频偏fm 有无失真

1.003KHz 249KHZ 无失真

五实验数据分析

理论值实际值

电感(H) 调试前调试后

L1 3.3H 3.6H 3.2H

L2 1.7H 2.3H 1.8H

L3 1.1H 1.6H 1.2H

频率f0（MHz）12MHZ 12.02MHZ

最大频偏△f m+10KHz +5KHz

幅度V 4~6v 5.4v

由于功放运用的折线分析方法，其理论计算为近似值。在计算电感L1值时，由于并不清楚Cj的具体值，把它忽略了，此外单元电路的设计计算没有考虑实际电路中分

布参数的影响，级间的相互影响，所以电路的实际工作状态与理论状态相差较大，因而元件参数在整机调整过程中，修改比较大，这是在高频电路整机调试中需要特别注意的。

六、实验总结

通过这次的小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试实践学习，让我学到了很多实实在在的东西，通过亲自动手，使我进一步地巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解，尤其是更深层次的掌握了谐振功率放大器的工作原理，以及滤波匹配网络参数的计算。为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。比如说以前一直搞不清楚品质因数Q值到底是什么，通过本次实验有了一定的理解。

当然在本次课设中也发现了自己的错误，我觉得以后在关于像本次课设的项目时调试过程中应该注意以下几点：

1.不能直接就绕11圈或是12圈，而是要留出一小断漆包线，防止电感值过高或

过低，可以直接用多出的漆包线直接减一圈或是加一圈，这样可以避免要把电

感拆下来重新绕。

2.要会测三个三极管的静态工作电压是否满足该设计的要求。

3.如果输出处观察波形的峰峰值不在标准以上的话，则应该在缓冲级和输出级的

发射极的电阻上各并联一个电容。

七、参考文献

1、《高频电子线路实验与课程设计》杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社

2、《高频电路设计与制作》何中庸译，科学出版社

3、《模拟电子线路》Ⅱ主编：谢沅清出版社：成都电子科大

4、《高频电子线路》第四版主编：张肃文出版社：高教出版社

5、《高频电子线路辅导》主编：曾兴雯陈健刘乃安出版社：西安电子科大