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高频课设-小功率无线调频发射机-.doc

发布时间：2022-06-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.83M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1.绪论
    1.1目的与意义
    1.2设计内容与课程内容的关系
    1.3完成任务的时间进程
    2.电路结构的选择与工作过程
    2.1方框结构与工作原理
    2.2选择电路原理图及阐明选择的主要依据
    2.3叙述各部分电路的基本工作原理
    2.4电路中各元器件的名称
    3.电路参数的计算与元件的选择
    3.1增益分配与功率放大器的设计
    3.2缓冲隔离级电路(射极输出器)设计
    3.3调频振荡器设计
    4.设计总结
    4.1计算机仿真分析与参数验算
    4.2小结(心得体会)
    参考文献
    附录
    附录A电路原理图
    附录B元件明细表
    高频电子线路课程设计 题目：小功率无线调频发射机 专 业： 电子信息工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 时 间： 地 点：
    目录 1.绪论.......................................................................................................... 3 1.1 目的与意义.....................................................................................3 1.2 设计内容与课程内容的关系........................................................ 3 1.3 完成任务的时间进程.....................................................................3 2.电路结构的选择与工作过程..................................................................3 2.1 方框结构与工作原理.....................................................................3 2.2 选择电路原理图及阐明选择的主要依据.................................... 4 2.3 叙述各部分电路的基本工作原理................................................ 5 2.4 电路中各元器件的名称.................................................................5 3.电路参数的计算与元件的选择..............................................................6 3.1 增益分配与功率放大器的设计.................................................... 6 3.2 缓冲隔离级电路(射极输出器)设计............................................11 3.3 调频振荡器设计...........................................................................12 4.设计总结................................................................................................16 4.1 计算机仿真分析与参数验算...................................................... 16 4.2 小结(心得体会)............................................................................ 18 参考文献................................................................................................... 18 附录........................................................................................................... 19 附录 A 电路原理图............................................................................19 附录 B 元件明细表............................................................................ 20 2
    1.绪论 1.1 目的与意义 设计目的：设计一个采用直接调频方式实现的工作电压为 12V、输出功率在 800mW 以上、工作频率为 6.5MHz 的无线调频发射机，可用于语音信号的无线 传输、对讲机中的发射电路等。 主要技术指标有： （1）工作电压：Vcc=+12V； （2）(天线)负载电阻：RL=75 欧； （3）发射功率：Po≥800mW； （4）工作中心频率：f0=6.5MHz； （5）最大频偏： KHz ； 50 f %50A ； （6）总效率：  f / f 0  10  4 小时/ 0 （7）频率稳定度： （8）调制灵敏度 Kf≥30KHZ/V； （9）电路结构采用分立元件构建的 LC 调频振荡器、缓冲隔离、高频宽放 ； 和高频功放电路实现。 1.2 设计内容与课程内容的关系 该课程设计的任务是设计无线调频发射机，通过运用课程中《高频电子线路》 的相关知识 ，通过了解高频单元电路的线路组成、基本工作原理、分析方法、 技术要求及一些典型集成电路的实际应用，来完成该次课程设计。 1.3 完成任务的时间进程 12．24 至 12.27 日，上网查阅相关资料，理解基本原理； 12．27 至 12.29 日，设计电路并进行仿真调试，最终做出无线调频话筒； 12.29 日上午进行答辩。 2.电路结构的选择与工作过程 2.1 方框结构与工作原理 2.1.1 总设计方框图 3
    调制信号 变容二极管直接调频电路 调频信号 载波信号 图 2-1 变容二极管直接调频电路组成方框图 与调幅电路相比,调频系统由于高频振荡输出振幅不变, 因而具有较强的抗 干扰能力与效率.所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。 2.1.2 实用发射电路方框图 调制 信号 LC 调频 振荡器 2.5 mW 1 倍 缓冲 隔离 0dB 2.5 mW 20 倍 功率 激励 13dB 40 mW 20 倍 末级 功放 13dB 800 mW 图 2-2 实用调频发射机组成方框图 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，以减少级间的相互感应、干扰和 自激。 2.2 选择电路原理图及阐明选择的主要依据 2.2.1 实际的无线调频话筒电路 实际的无线调频话筒电路如图 2-3 所示。 图 2-3 无线调频话筒电路 4
    2.2.2 选择依据 考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调 频电路。电路的工作原理是：利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡 器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变 化，即实现调频。调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。 2.3 叙述各部分电路的基本工作原理 由于本题要求的发射功率 Po 不大，工作中心频率 f0 也不高，因此晶体管的 参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，设组 成框图如图 2-2 所示，各组成部分的作用是： (1)LC 调频振荡器：产生频率 f0=6.5MHz 的高频振荡信号，变容二极管线性 调频，最大频偏 fm  50 kHz ，整个发射机的频率稳定度由该级决定。 (2)缓冲隔离级：将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。 因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影 响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时， 为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极 跟随器电路。 (3)功率激励级：为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大，且振荡级的 输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。 (4)末级功放 ： 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 A ≤50%而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但 是本题要求 %50A ，故选用丙类功率放大器较好。 发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可 能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机的各 组成部分的作用，适当地合理地分配功率增益。如果调频振荡器的输出比较稳定， 又具有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。功率激励 级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。缓冲级可以 不分配功率。 2.4 电路中各元器件的名称 元器件清单见附录 B。 5
    各元器件作用： C1=0.01uf 为基极旁路电容； C7 为滤波电容； C8=0.01uf 为输出耦合电容； R5=150kΩ为隔离电阻； C10=0.02uf，C12=0.01uf 为高频旁路电容； C9=0.02uf 为输入耦合电容； 3.电路参数的计算与元件的选择 整机电路的实际计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。而电 路的组装和调试顺序一般是从前级单元电路开始向后级逐级进行。 3.1 增益分配与功率放大器的设计 功率激励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大 器。缓冲级可以不分配功率。功率增益如图 2-2 所示。 仅从输出功率 Po≥800mW 一项指标来看，可以采用宽带功放或乙类、丙类 功放。由于还要求总效率大于 50%，故采用一级宽带放大器加一级丙类功放实现， 其电路形式如图 3-1 所示。 3-1 功率激励与末级功放电路 6
    3.1.1 丙类功率放大器(末级功放)设计： 1、基本关系式 如图 3-1 所示，丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE 是利用发射机电流的分 量 Ie0 在射极电阻 R14 上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的 输入信号 Vi 为正弦波时，集电极的输出电流 iC 为余弦脉冲波。利用谐振回路 LC 的选频作用可输出基波谐振电压 uc、电流 iC1。 (1)集电极基波电压的振幅 Ucm= Icm1R，Icm1 为集电极基波电流的振幅；RP 为集电极负载阻抗。 Po= Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP) Pv= Vcc.Ic0 (2)输出功率 Po (3)直流功率 Pv (4)集电极耗散功率 PT (5)集电极的效率η (6)集电极电流分解系数α(θ) (7)导通角θ PT= Pv- Po η= Po/ Pv αn(θ)= Icmn/icmmax cos BB V U  on U bm （θ一般取 o o 60  ） 80 2、确定丙类放大器的工作状态 为了获得较高的效率η和最大的输出功率 Po，选丙类放大器的工作状态为临 界状态，θ=700，功放管为 2N3501。 (1) 最佳匹配负载 Rp  90.68  R p  (Vcc-Vces) 2 2P 0  2 (12-1.5) 2*0.8  68.91  (2)由 Po=0.8 Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP)可得：集电极最大输出电压 Ucm=10.5V (3)集电极基波电流振幅：Icm1=10.5/68.91=152.37mA (4)集电极电流最大值 Icm= Icm1/α1(700)=152.37/0.44=346.30mA (5)集电极电流直流分量 Ic0= Icm*α0(700)=346.30*0.25=86.57mA (6)电源供给的直流功率 Pv= Vcc* Ic0=86.57*12=1038.89mW (7)集电极的耗散功率 PT=Pv-Po=1038.89-800=238.89mW (8)总效率η=Po/Pv=800/1038.89=77.00% 7
    (9)输入功率 若设本级功率增益 Ap=13dB(20 倍)，则输入功率 Pi=Po/Ap=40mW (10)基极余弦脉冲电流的最大值 Ibm(设晶体管 2N 的β=10) Ibm= Icm/β=34.63mA (11)基极基波电流的振幅 Ibm1= Ibmα1(700)=34.63*0.44=15.24mA (12)基极电流直流分量 Ib0= Ibmα0(700)=34.63*0.25=8.66mA (13)基极输入电压的振幅 Ubm=2Pi/ Ibm1=5.25V (14)丙类功放的输入阻抗 r cos 1( 3、计算谐振回路及耦合回路的参数 (1) 输出变压器线圈匝数比 N5/N3(解决最佳匹配负载问题) 25 44.0*)70 0 bb )(  1  86 cos 1( Z    i ' )  N N 5 3  L 0 2P R U cm  L R R p  75 68  1.043 取 N5=24，N3=23。 (2) 谐振回路电容 C11=100pF (3) 谐振回路电感 L 1 ) Cf  11 o 2( L   2 1 *)10*5.6*14.3*2( 26  6 H  100 10* 12  (4)输出变压器初级线圈总匝数比 N=N3+N4 N N 5  LW 0 R L  e 则 N  LW O R L * NOe * 5  6*5.6*28.6 75 24*2*  87 ， e 取值 2~10，上述公式取 2。 需要指出的是，变压器的匝数 N3、N4、N5 的计算值只能作为参考值，由于 分布参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，通常采用磁芯位置可调 节的高频变压器。 4、基极偏置电路 (1)发射极电阻 R14 由公式 cos BB U  V on U bm 8
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