高頻課程設計--小功率調(diào)頻發(fā)射機設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題 目：小功率調(diào)頻發(fā)射機設計</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設計能力及基本調(diào)試能力；能夠正確

2、使用課程設計儀器進行電路的調(diào)試與檢測。</p><p>　　要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p>　　1.采用晶體管或集成電路完成一個小功率調(diào)頻發(fā)射機的設計。</p><p>　　2.發(fā)射機頻率，最大頻偏。</p><p>　　3. 負載電阻時，輸出功率,效率%。</p>

3、<p>　　4. 完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調(diào)試及設計總結(jié)）.</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　二十二周一周，其中四天硬件設計與制作，三天軟、硬件調(diào)試及答辯。</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p>

4、<p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　1. 調(diào)頻發(fā)射機設計的總體方案2</p><p>　　1.1調(diào)頻發(fā)射機簡介2</p>

5、<p>　　1.2小功率調(diào)頻發(fā)射機設計方案3</p><p>　　1.3電路設計原理3</p><p>　　2. 電路的模塊設計4</p><p>　　2.1高頻振蕩級電路設計4</p><p>　　2.2中間緩沖級電路6</p><p>　　2.3輸出功放級設計7</p>&l

6、t;p>　　3. 總體電路設計9</p><p>　　3.1小功率調(diào)頻發(fā)射機總體電路圖9</p><p>　　3.2元件清單10</p><p><b>　　4.實物制作11</b></p><p>　　5. 集成芯片BH1417F設計調(diào)頻發(fā)射機13</p><p><b&g

7、t;　　6.心得體會14</b></p><p><b>　　參考文獻15</b></p><p>　　本科生課程設計成績評定表16</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　小功率調(diào)頻發(fā)射機是將音頻信號和高頻調(diào)制載波，使高頻載波的頻率隨音頻信號發(fā)生變化,再對所

8、產(chǎn)生的信號進行放大﹑激勵﹑緩沖級和功放級，最后通過天線將信號發(fā)送出去。調(diào)頻發(fā)射機的傳輸距離與該設計的調(diào)頻發(fā)射機的最大的輸出功率有關，輸出的功率越大，則發(fā)射機傳輸信號的距離越遠。一般發(fā)射機都是由調(diào)頻振蕩級﹑緩沖級，以及最后輸出功放級等幾部分組成，最終實現(xiàn)將一個高頻信號成功地發(fā)射出去。</p><p>　　關鍵詞：高頻調(diào)制，振蕩，輸出功放</p><p>　　調(diào)頻發(fā)射機設計的總體方案</

9、p><p>　　1.1調(diào)頻發(fā)射機簡介</p><p><b>　　調(diào)頻發(fā)射機概述</b></p><p>　　發(fā)射機主要分為三類，分別是調(diào)幅發(fā)射機﹑調(diào)頻發(fā)射機﹑調(diào)相發(fā)射機，最為常用的是調(diào)幅發(fā)射機和調(diào)頻發(fā)射機，其主要區(qū)別在于已調(diào)波的變化是隨調(diào)制信號的幅度﹑頻率，還是相位的變化規(guī)律來分別構(gòu)成調(diào)幅﹑調(diào)頻，以及調(diào)幅的發(fā)射機，調(diào)頻發(fā)射機的高頻已調(diào)波信號隨著調(diào)

10、制信號的頻率發(fā)生變化，也即發(fā)射出去的信號的頻率與調(diào)制信號變化規(guī)律一致。說明了調(diào)頻波攜帶著信息量為頻率，而調(diào)頻發(fā)射機正是將音頻信號與高頻載波信號進行頻率調(diào)制，再通過后級緩沖以及輸出功放來發(fā)送出去，達到將信號發(fā)送出去的目的。</p><p><b>　　調(diào)頻發(fā)射機的特點</b></p><p>　　調(diào)頻發(fā)射機與調(diào)幅發(fā)射機相比較，它的抗干擾能力強，通信質(zhì)量高，但是其信號的帶

11、寬大，而且還具有門限效應的特點。另外由于調(diào)頻系統(tǒng)由于高頻振蕩器的輸出的振幅不變，不僅使得其抗干擾能力提升，而且可以達到具有較高的工作效率，相對于調(diào)幅發(fā)射機，其應用范圍更大。</p><p>　　(3)調(diào)頻發(fā)射機組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　對于一個調(diào)頻發(fā)射機一般由高頻振蕩級，緩沖級，以及發(fā)射輸出功放級等來組成，具體框圖如下所示：</p><p><b>　

12、　.</b></p><p>　　圖1-1調(diào)頻發(fā)射機組成框圖</p><p>　　1.2小功率調(diào)頻發(fā)射機設計方案</p><p>　　方案一：由于小功率調(diào)頻發(fā)射機主要有高頻振蕩級，中間緩沖級，輸出功放級等組成，則可以一級級設計相應的電路，然后將設計好的各級電路進行級聯(lián)起來，聯(lián)合起來進行調(diào)試，最終完成調(diào)頻發(fā)射機的設計。</p><p&g

13、t;　　方案二：選用調(diào)頻發(fā)射機集成芯片，如BA1410和BH1417F，由于內(nèi)部將電路振蕩和倍頻級等在芯片內(nèi)部集成了，所以使得外圍電路較為簡單，調(diào)試容易成功，并且輸出頻率頻偏小，穩(wěn)定度很高。</p><p>　　方案比較論證：方案一和方案二從原理上來講，都是可行的。方案外圍電路較為簡單，調(diào)試容易成功，但是作為完成課程設計，方案二不易培養(yǎng)自己的動手能力，而方案一是由分立元件構(gòu)成的，對電路動手和調(diào)試能力有很好鍛煉作用

14、，所以首要考慮方案一。</p><p><b>　　1.3電路設計原理</b></p><p>　　由于選用方案一進行設計，用分立元件來構(gòu)成各級的模塊電路，然后聯(lián)合進行調(diào)試。設計的總體電路分為三級，包括高頻振蕩級，中間緩沖級，以及輸出功放級。高頻振蕩級作用是產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的載波頻率，并且進行頻率調(diào)制，使輸出的高頻已調(diào)波的頻率與外加音頻信號電壓變化規(guī)律一致。高頻振蕩電

15、路可以選用LC三點式振蕩和晶體振蕩電路，由于題目要求的頻率穩(wěn)定度很高，所以可以考慮用晶體振蕩電路，然后再進過倍頻電路即可以實現(xiàn)達到到72M的振蕩頻率輸出，然后再在回路兩端中并聯(lián)變?nèi)荻O管，可以進行直接調(diào)頻，由于變?nèi)荻O管的電容值隨外加的偏置電壓發(fā)生變化，當在變?nèi)荻O管兩端加入調(diào)制信號，其電容值就會隨調(diào)制信號規(guī)律變化，導致諧振回路最終輸出已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號電壓幅度，即可實現(xiàn)直接調(diào)頻。中間緩沖級的主要作用是對已調(diào)波進行一定的放大，并且進行

16、前后級隔離緩沖，避免前后級不匹配而引起后級輸出信號太小。輸出功放級，采用丙類放大器，其主要作用是將信號盡可能地進行高效率的傳輸并且高功率放大，使信號經(jīng)過天線饋電發(fā)射出去。輸出的功率越大，發(fā)射信號的傳輸距離會越遠。</p><p><b>　　電路的模塊設計</b></p><p>　　2.1高頻振蕩級電路設計</p><p>　　如下圖所示設計

17、高頻振蕩電路既包含著振蕩器，還包含利用變?nèi)荻O管進行直接調(diào)頻部分，輸入調(diào)制信號，能夠與振蕩產(chǎn)生的高頻載波信號直接進行調(diào)制產(chǎn)生直接調(diào)頻的調(diào)頻波輸出。</p><p>　　圖2-1高頻振蕩級和調(diào)制電路圖</p><p>　　設計原理分析：上圖為變?nèi)荻壒苤苯诱{(diào)頻電路，圖示12uH的電感為高頻扼流圈，對高頻相當于開路，1000pF電容為高頻濾波電容，振蕩回路由10pF﹑15pF電容，可調(diào)電感和變

18、容二極管組成，其交流等效電路如下圖所示2-2所示。該設計電路為一個電容反饋三點式振蕩電路。兩個變?nèi)荻O管為反向串聯(lián)組態(tài)，直接偏置同時加在兩管正端，調(diào)制信號經(jīng)12uH電感加在兩管負端，所以對于直流和調(diào)制信號來說，兩個變?nèi)荻O管是并聯(lián)的，總電容，加到變?nèi)荻?lt;/p><p>　　極管的高頻電壓降低一半，減弱了高頻電壓對電容的影響；同時，采用反向串聯(lián)</p><p>　　圖2-2交流等效電路<

19、;/p><p>　　極管的高頻電壓降低一半，減弱了高頻電壓對電容的影響；同時，采用反向串聯(lián)組態(tài)，在高頻信號的任意周期內(nèi)，一個變?nèi)荻O管的寄生電容增大，另一個減小，能夠減弱寄生調(diào)制，在要求相同時，由于系數(shù)P增大，m值可以減小。本次設計的電路通過調(diào)節(jié)電感L可以使電路的中心頻率在50~100MHZ范圍內(nèi)發(fā)生變化。由于構(gòu)成的是共基電極的三點式振蕩電路，反饋系數(shù)，由于設計中要求輸出頻率為72MHZ，則可以有理論計算，當忽略變?nèi)?/p>

20、二極管的作用時，則諧振回路的總電容=6pF,則由在諧振時回路電感的理論計算，由此設計可變電感。頻率調(diào)制是利用變?nèi)荻O管直接進行頻率調(diào)制，實際要考率變?nèi)荻O管的作用，將變?nèi)荻O管等效到回路兩端后，則回路兩端的總電容為</p><p>　　，變?nèi)荻O管兩端的電容（為正向?qū)妷海瑸榱闫脮r的電容值，為變?nèi)荻O管端的靜態(tài)直流電壓），從以上公式知：回路總電容隨調(diào)制信號的頻率發(fā)生變化，最后輸出的高頻已調(diào)波的頻率則會隨調(diào)制信

21、號電壓發(fā)生變化，也即實現(xiàn)頻率調(diào)制。</p><p>　　2.2中間緩沖級電路</p><p>　　中間緩沖級設計的電路如下圖2-3所示，選用耦合線圈T1，與前級進行互感耦合，此外由于前級的高頻振蕩器輸出信號幅度太小，難以直接輸入給最后級的功率放大器（后級高頻功率放大器要求輸入信號至少要達到峰峰值），所以緩沖級必須要有一定的增益，將輸出已調(diào)制小信號波形進行放大，并且起到與后級進行隔離緩沖的作

22、用，避免因為前后級阻抗不匹配，信號不能以最大的幅度往</p><p><b>　　后傳輸。</b></p><p>　　原理分析：由于前級的輸出頻率為72MHZ，則要求高頻放大器的振蕩頻率為</p><p>　　振蕩頻率，則要求電路的諧振頻率為，振蕩中心頻率滿足，取諧振回路電容，則可以計算出諧振回路的電感有。圖中的R23 </p>

23、<p>　　和R24為偏置電阻，為三極管Q6提供靜態(tài)偏置，使三極管工作在放大區(qū)狀態(tài)，使輸入的信號進行放大，C40為射極的旁路電容，對高頻的交流信號是短路的。由于輸入信號頻率為72MHZ，則要求必須選用高頻特性比較好的三極管。要求其特征頻率（為三極管正常工作在放大區(qū)時的工作頻率），三極管9018</p><p>　　其特征頻率,屬于高頻特性比較好的一種三極管，所以考慮下三極管</p>&l

24、t;p>　　選用高頻小功率管9018。 輸入級選擇變壓器T1進行隔離耦合，使前級和后級進行阻抗匹配，不會前后級存在相互影響，便于信號能最大的向后級進行傳輸。供電電壓，則可以由理論計算出基極電位為R23和R24的分壓比，基</p><p>　　圖2-3中間級緩沖放大電路</p><p>　　極電位，計算出，則可以知道(為集電極最大允許通過的電流），則可以知道偏置電阻，是合理的。<

25、/p><p>　　2.3輸出功放級設計</p><p>　　后級的輸出功放設計電路圖如下圖所示，輸入級直接由電容C13進行耦合連接，前級采用的基極并饋結(jié)構(gòu)連接，為零偏值電路，基極和集電極的直流電位差為0，則會使導通角增大。L2為高頻阻流圈，C13是與前級相連的耦合電感，C10為電源的濾波電容，集電極采用串饋結(jié)構(gòu)連接，使和諧振回路電感L1和處于高頻地電位，分布電容不會影響到回路， 其中，主要是作

26、為電流負反饋電阻，起到穩(wěn)定輸出的信號的作用，使得輸出的波形的幅度能夠很穩(wěn)定， 實現(xiàn)了自動反饋調(diào)節(jié)作用。L1和C11為諧振回路，其振蕩頻率為72MHZ，起到了選頻，濾波的作用，將選出集電極余弦脈沖中所需基波頻率信號，并濾除其他無用的高次諧波信號，最后再將輸出的信號經(jīng)過電容C12耦合，信號通過天線發(fā)射出去。</p><p>　　圖2-4輸出功放設計電路圖</p><p>　　原理分析如下：高頻

27、功率放大器是工作在丙類狀態(tài)，對于其分析采用折線近似法分析。三極管要最大效率將輸入信號進行功率放大，則三極管最好處于臨界狀態(tài)或者是過壓狀態(tài)（處于欠壓狀態(tài)時，三極管集電極損耗很大，發(fā)熱量大，極其容易將三級管損壞),三極管處于過壓或者是臨界狀態(tài)時，輸出功率較大，而且效率較高。諧振回路的設計與中間輸出級參數(shù)一樣，都是使中心頻率工作在72MHZ上，但是高頻功放的諧振回路的主要作用不是將信號進行放大，而是從集電極余弦脈沖波中選取基波頻率分量的信號，

28、基頻分量才是有用的信號。電容C12和C13為交流耦合電容，起到隔直通交的作用。L2為高頻扼流圈，由于輸入的信號頻率很大，則高頻扼流圈的電感值可以不用很大，本次設計的電路高頻扼流圈，由電感阻抗為，，則由理論計算其電感電抗值為，對交流是阻抗較大，所以起到高頻阻流作用。</p><p><b>　　總體電路設計</b></p><p>　　3.1小功率調(diào)頻發(fā)射機總體電路圖&

29、lt;/p><p>　　圖3-1調(diào)頻發(fā)射機的總體電路圖</p><p>　　該調(diào)頻發(fā)射機是由分立元件來組成，由前級的高頻振蕩與頻率調(diào)制電路和中間緩沖級對信號進行放大以及前后級之間進行隔離耦合在一起，既對輸入已調(diào)制信號進行了放大，又起到將前后級進行了匹配在一起，便于后級功率放大器將輸出信號進行功率放大，最后從天線出將信號成功發(fā)射出去。</p><p><b>

30、　　3.2元件清單</b></p><p><b>　　表3-2元件清單</b></p><p><b>　　實物制作</b></p><p>　　圖4-1實物電路調(diào)試圖</p><p>　　說明如下：上圖是由11.52V的單電源供電，輸出 71.94M的高頻振蕩信號。</p>

31、;<p>　　圖4-2電路輸出的波形圖 </p><p>　　說明如下：上圖是在沒有加入調(diào)制信號情況下，最終經(jīng)過功放輸出的波形，輸出波形的頻率為71.94MHZ，峰峰值為6.92V 。 </p><p>　　圖4-3輸出的高頻已調(diào)波形</p><p>　　說明如下：上圖是在調(diào)制端輸入頻率為1KHZ，峰峰值

32、為1V的調(diào)制信號時，再通過變?nèi)荻O管進行直接調(diào)頻，從末級的功放輸出端的已調(diào)頻的波形圖，輸出的調(diào)頻波峰峰值為7.60V，從上圖可以看出輸出已調(diào)波是疏密相間的調(diào)頻波形，說明了輸出信號的頻率變化隨輸入調(diào)制信號的幅度發(fā)生變化。</p><p>　　5.集成芯片BH1417F設計調(diào)頻發(fā)射機</p><p>　　圖5-1利用集成芯片BH1417F設計調(diào)頻發(fā)射機圖</p><p>

33、;　　說明如下：圖中BH1417F是調(diào)頻發(fā)射機專用集成芯片，內(nèi)部利用了VCO鎖相環(huán)原理，輸出的波形的頻率穩(wěn)定度很高。內(nèi)部集成了高頻載波振蕩以及頻率調(diào)制電路，通過11腳可以輸出高頻已調(diào)波，在外接一個輸出功放級，就可以實現(xiàn)調(diào)頻信號的發(fā)射。</p><p><b>　　6.心得體會 </b></p><p>　　為期一個星期的課程設計已經(jīng)結(jié)束，在這一星期的學習、設計、焊接

34、過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　在連接的過程中，后一級的輸入電阻會影響前一級的特性，而前一級的輸出電阻會影響后一級的特性，另外高頻電路的調(diào)試和仿真結(jié)果大相徑庭，設計過程中，我先制作了雙面腐蝕板，可是把元件上上去后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不理想，且由于裝配的困難，

35、最終還是只得用萬用板老老實實的做，因此也吸取了教訓，我畢竟還不是一個電路高手，應當老老實實先用萬用板搭好電路，模電難于調(diào)試，這體會極為深刻，往往電路做出的結(jié)果一開始看不到波形，這時應當耐心的用萬用表檢測，也可能出現(xiàn)波形失真大的情況，應仔細分析原因，而不要因為一點挫折而放棄，一個電路EDA工作者的基本品質(zhì)就是，不管多么復雜的電路，多么難調(diào)的電路也要花時間將其想通。</p><p>　　只有在真正弄懂其原理，以及每個

36、參數(shù)怎么得來的，理論計算與實際測量之間的差距的原因到底是什么原因造成的。實際的波形與理論預測的不相符合時，該怎么去調(diào)試，只有把理論與實踐相結(jié)合在一起時，才能真正的設計出實用的電路。</p><p>　　高頻電子技術(shù)本來就是一個實踐性很強的課程，只有在理論的指導下，在付諸于實踐，才能真正掌握設計電路的竅門。學好模擬電子技術(shù)，我們需要多動手，多實際連接一些電路，分析電路，才能在理論的基礎上，學到實用的電路。高頻電子線

37、路課程設計正是為了提高我們的實踐能力，才要求大家去實際地焊接電路，調(diào)試電路，學到更實用的知識。由此看來，高頻課程設計意義重大。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]曾興雯，劉乃安，陳建編.高頻電子線路.北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[2]武秀玲，沈偉慈編.高頻電子線路.西安：西安電子科技

38、大學出版社,1995</p><p>　　[3]萬心平，張厥盛，鄭繼禹.通信工程中的鎖相環(huán)路.西安：西北電訊工程學院，1993</p><p>　　[4]謝嘉奎主編.電子線路（非線性部分）（第二版）.北京：高等教育出版社,1984</p><p>　　[5]張肅文主編.高頻電子電路（第二版），上冊.北京：高等教育出版社,1984</p><p&g