高頻課程設(shè)計---調(diào)頻(fm)發(fā)射機的設(shè)計

1、<p><b>　　高頻課程設(shè)計論文</b></p><p>　　題目：高頻(FM)發(fā)射機的設(shè)計</p><p>　　系別： 電子信息與電氣工程系</p><p>　　專業(yè)： 通信工程</p><p>　　摘要：作為通信系統(tǒng)的重要組成部分，無線電技術(shù)越來越重要。本文研制一種調(diào)頻發(fā)射機，介紹了調(diào)頻發(fā)射機

2、的制作方法及其工作原理，同時給出了系統(tǒng)的組成框圖及系統(tǒng)各部分功能，設(shè)計了PCB電路板，并且對所設(shè)計的發(fā)射機的功能進行了安裝與調(diào)試。本文中的發(fā)射機發(fā)射的頻率可在66-109MHz頻段內(nèi)進行調(diào)制，并可用普通的調(diào)頻收音機接收。</p><p>　　關(guān)鍵詞：小功率調(diào)頻發(fā)射機 音頻信號 調(diào)制波 載波</p><p><b>　　目錄</b></p><p&g

3、t;<b>　　設(shè)計課題</b></p><p><b>　　實踐目的</b></p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p><b>　　基本原理</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)方案選擇</p><p>

4、　　4.2 整體系統(tǒng)描述</p><p>　　4.3 單元電路設(shè)計</p><p>　　4.3.1 音頻放大電路</p><p>　　4.3.2 高頻振蕩電路</p><p>　　4.3.3 高頻功率放大電路</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試</b></p><

5、p>　　5.1 PCB板的設(shè)計</p><p><b>　　5.2 系統(tǒng)調(diào)式</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　附錄</b></p><

6、p><b>　　設(shè)計課題</b></p><p><b>　　調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計</b></p><p><b>　　實踐目的</b></p><p>　　無線電發(fā)射與接收設(shè)備是高頻電子線路的綜合應(yīng)用，是現(xiàn)代化通信系統(tǒng)、廣播與電視系統(tǒng)、無線安全防范系統(tǒng)、無線遙控和遙測系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、無

7、線電制導(dǎo)系統(tǒng)等必不可少的設(shè)備。本次設(shè)計要求達到以下目的：</p><p>　　1.進一步認識射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)；</p><p>　　2.掌握調(diào)頻無線電發(fā)射機的設(shè)計；</p><p>　　3.學(xué)習(xí)無線電通信系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　1.發(fā)

8、射機采用FM的調(diào)制方式；</p><p>　　2.發(fā)射頻率覆蓋范圍為88-108MHz，傳輸距離大于10m；</p><p>　　3.為了加深對調(diào)制系統(tǒng)的認識，發(fā)射機采用分立元件設(shè)計；</p><p>　　4.已調(diào)信號采用通用的AM/FM多波段收音機進行接收測試。</p><p><b>　　4 基本原理</b><

9、;/p><p>　　4.1 系統(tǒng)方案選擇</p><p>　　方案一：以晶體振蕩器做成高精度高穩(wěn)定度的調(diào)頻發(fā)射機</p><p>　　以晶體振蕩器做成高精度高穩(wěn)定度的調(diào)頻電路，這完全可以達到我們的要求，但是這種方案比較復(fù)雜，能過搜索我們有另外一種方案，見方案二。</p><p>　　方案二：以調(diào)頻方式做成三級發(fā)射機</p><

10、;p>　　這種方案的性能是比較好的，這種發(fā)射機主要由三個模塊組成，第一級是音頻放大電路；第二級是高頻振蕩電路；第三級是高頻功率放大電路。</p><p>　　4.2 整體系統(tǒng)描述</p><p>　　本調(diào)頻發(fā)射機的總體電路如下：聲--電轉(zhuǎn)換、音頻放大、高頻振蕩調(diào)制和高頻功率放大等。聲--電轉(zhuǎn)換由駐極體話筒擔(dān)任，它拾取周圍環(huán)境聲波信號后即輸出相就應(yīng)電信號，經(jīng)電容C2輸入到晶體管Q1，

11、Q1擔(dān)任音頻放大功能，對音頻信號進行放大，經(jīng)C3送至晶體管Q2進行頻率調(diào)制；Q2組成共基極高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基極輸入的音頻信號變化而變化，從而改變高頻振蕩的頻率，最終實現(xiàn)頻率調(diào)制。系統(tǒng)總體電路圖如下圖所示：</p><p>　　4.3 單元電路設(shè)計</p><p>　　4.3.1 音頻放大電路</p><p>　　話筒MIC、電容C1、C2，電阻R

12、1、 R2、R3 、R4、R5、R11，三極管Q1組成基本放大電路。話筒可以將話音轉(zhuǎn)換成音頻信號， 信號經(jīng)過耦合電容C2 傳到三極管Q1的基極， 實現(xiàn)音頻信號的放大， 從而獲得所需要的功率，以便對高頻載波進行調(diào)制。而要使共射放大電路工作在放大區(qū)，必須有合適的靜態(tài)工作點。</p><p>　　如何設(shè)測量態(tài)工作點呢？首先在輸入信號Ui=0的情況下進行，即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓

13、表，分別測量晶體管的集電極電流Ic以及各電極對地的電位UB、Uc、UE。一般實驗中，為了避免斷開集電極，所以采用測量電壓UE或Uc，然后算出Ic的方法，例如，只要測出UE，即可用：算出Ic(也可根據(jù)，由Uc確定Ic)同時也能算出UBE= UB-UE，UcE= Uc-UE。</p><p>　　4.3.2 高頻振蕩電路</p><p>　　高頻時，三極管的結(jié)電容Cbe 的作用不可忽略。三

14、極管Q2、電感L1、結(jié)電容Cbe、電容C4，C5 組成了改進型電容三點式高頻振蕩電路， 產(chǎn)生高頻振蕩信號， 即載波。載波的頻率主要由電感L1、結(jié)電容Cbe、電容C4，C5 決定。</p><p>　　Q2（Q29018)這是個超高頻管，主要用作載頻，調(diào)頻發(fā)射電路是將待傳送的音頻信號通過一定的方式調(diào)制到載波信號上， 并放大為額定的功率， 然后利用天線以電磁波的方式發(fā)射出去。</p><p>

15、　　信號波和高頻載波的數(shù)學(xué)表達式如下:</p><p>　　其中Vcm 為信號波的最大振幅和Vsm 為載波信號的最大振幅。載波頻率fc 稱之為中心頻率，隨著頻率的變化，角頻率ω也會發(fā)生變化， 因此</p><p>　　這時的頻率變化△f 稱之為最大頻率偏移。經(jīng)過調(diào)頻后的信號稱之為被調(diào)頻波Vm，可表示為:</p><p>　　被調(diào)頻波vm 會隨信號波vs 而變化，其瞬

16、間相位為時間積分。因此，相位角θm</p><p><b>　　可由下式計算:</b></p><p>　　則被調(diào)頻波可表示為:</p><p>　　其中m=△ω/ωs。高頻振蕩電路由振蕩線圈L 和電容C 與振蕩級晶體管組成， 調(diào)頻波段的振蕩頻率一般為87.5～108MHz。振蕩級晶體管會在L 和C 的控制下高速導(dǎo)通和截止?；鶚O輸入放大的音頻信

17、號， 經(jīng)過振蕩級晶體管的放大作用， 使音頻信號與高頻振蕩信號完成調(diào)制。特定頻率的載波信號通過天線發(fā)射出去， 可以將信號覆蓋一定的范圍。范圍的大小取決于發(fā)射的功率。發(fā)射的頻率取決于振蕩電路的振蕩頻率。來自前級的音頻信號經(jīng)耦合電容注入振蕩級晶體管的基極、改變振蕩頻率， 產(chǎn)生所需的調(diào)頻信號。</p><p>　　4.3.3 高頻功率放大電路</p><p>　　Q3是調(diào)諧功率管。調(diào)諧回路通過調(diào)

18、整回路的LC參數(shù)，使LC諧振頻率與需要接收的電臺頻率相同，對該頻率呈高阻抗，使它能夠進入高放級，對其它頻率呈低阻抗近似短路，不能進入高放級，從而達到選擇電臺的目的。</p><p>　　功率放大器的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO在發(fā)射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的。當(dāng)放大器的輸入信號vi’為正弦波時，集電極輸出電流ic為余弦脈沖波。得用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1，電流ic1。分

19、析可得：</p><p>　　式中，為集電極輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；為集電極回路的諧振阻抗。</p><p>　　式中，PC為集電極輸出功率</p><p>　　式中，PD為電源VCC供給的直流功率；ICO為集電極電流脈沖iC的直流分量。</p><p><b>　　放大器的效率為</b>&

20、lt;/p><p><b>　　系統(tǒng)安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　PCB板的設(shè)計</b></p><p>　　以上只是對原理圖的設(shè)計，以下著手的工作是做PCB版圖，對Protel99se的使用要熟悉，按照原理圖進行。在此軟件中做好PCB圖然后刻錄，做板可以用手工畫板也可以用熱轉(zhuǎn)印，由于條件限制，本設(shè)計用的是手

21、工制作，具體PCB圖形如下：</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)式</b></p><p>　　將高頻發(fā)射機接入5V的電源，然后用數(shù)字示波器觀察天線的輸</p><p>　　出波形及頻率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一點波形都沒有，原以為是電感調(diào)的不好，所以反復(fù)地改變電感值，得到的結(jié)果都一樣。理論上至少會出現(xiàn)高頻振蕩產(chǎn)生的正弦波的，所以初步斷定是電路出現(xiàn)問題了。斷

22、開電源檢查了一下發(fā)現(xiàn)電路板有一處斷路了，用萬用表測了一下確實如此，于是排除了此問題。第二次接入電源后發(fā)現(xiàn)結(jié)果還是與前次一樣，猜想肯定還有其它問題，于是又斷開電源仔細排查，結(jié)果完全出乎我的意料，原來我把三個晶體管全部接反了，集電極與發(fā)射極的引腳接錯了，這讓我不禁傻笑了一下，幸好器件沒有損壞。我把三個晶體管全部解焊下來，再正確地安裝上去，最后用示波器測到了正弦波（高頻載波）。但是觀察得到所產(chǎn)生的頻率只有54.3MHz，與所要求的頻率范圍相差

23、甚遠。于是我通過調(diào)節(jié)高頻振蕩回路上的電感使調(diào)制頻率達到69.01MHz。</p><p>　　下一步我在發(fā)射機的麥克風(fēng)輸入音頻信號，再用調(diào)頻收音機接收。將調(diào)頻收音機的頻率設(shè)置在69.0MHz左右，很快收音機收到音頻信號。</p><p>　　最后，帶上收音機遠離發(fā)射機測量發(fā)射機的發(fā)射半徑，測得結(jié)果大約為85米。</p><p>　　發(fā)射天線波形圖（數(shù)字示波器測得）：

24、</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　這個實驗是關(guān)于小功率調(diào)頻發(fā)射機工作原理分析及其安裝調(diào)試，通過這次實驗我們可以更好地鞏固和加深對小功率調(diào)頻發(fā)射機工作原理和非線性電子線路的進一步理解。學(xué)會基本的實驗技能，提高運用理論知識解決實際問題的能力。在實驗過程中，通過選取元件、確定電路形式、以及計算等等，提高我們的動手能力，同時通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)自己的錯

25、誤并分析及排除這些故障，使我們對小功率放大器的知識得到了加深！在調(diào)試過程中應(yīng)該注意以下幾點：</p><p>　　用電壓表測一下三個三極管的管腳電壓是否滿足該設(shè)計的要求。</p><p>　　用示波器測出發(fā)射機所發(fā)射的頻率是否在65-110MHz左右，如果不是，試著調(diào)節(jié)L1、L2、L3。</p><p>　　如果在天線處觀察波形的峰峰值不在4V的話，則應(yīng)該在Q2和Q

26、3的發(fā)射極的電阻上各并聯(lián)一個電容，以使其提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.高吉祥. 高頻電子線路. 北京:電子工業(yè)出版社.2009</p><p>　　2.王滌生. 制作無線話筒[M]. 北京:電子工業(yè)出版社.2002</p><p>　　3. 王正謀,朱力恒. Protel9

27、9se電路設(shè)計與仿真技術(shù).福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社.2004</p><p>　　4.華成英.模擬電子技術(shù)基本教程. 北京:清華大學(xué)出版社.2006</p><p>　　5.何書森 何華斌.實用電子線路設(shè)計速成.福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社.2004</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b&g

28、t;　　系統(tǒng)實測性能指標(biāo)：</b></p><p>　　發(fā)射頻率：69.0MHz</p><p>　　工作電壓：3V-12V</p><p>　　發(fā)射半徑：大于80M</p><p>　　電壓峰峰值： 4.6V（電源5V）</p><p><b>　　附錄二</b></p>