小功率調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計課程設(shè)計報告正文

1、東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計課 程 高頻電子線路 題 目 小功率調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 電信XXXXXXX班 學(xué)生姓名 XX 學(xué)生學(xué)號 XXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師 2013年 3月 1日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 高頻電子線路題目 小功率調(diào)頻發(fā)射機的設(shè)計專業(yè) 電子信息工程 姓名 XX 學(xué)號 XXXXXXXXX主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等1、主要內(nèi)容 利用所學(xué)的高頻電路知識，設(shè)計一個小功率調(diào)頻發(fā)射機。通過在電路設(shè)計、安裝和調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，加深對高頻電子線路課程理論知識的理解，提高電路設(shè)計及電子實踐能力

2、。2、基本要求 設(shè)計一個小功率調(diào)頻發(fā)射機，主要技術(shù)指標(biāo)為： (1) 載波中心頻率； (2) 發(fā)射功率； (3) 負載電阻； (4) 調(diào)制靈敏度； 3、主要參考資料 1 陽昌漢. 高頻電子線路. 哈爾濱：高等教育出版社，2006. 2 張肅文，陸兆雄. 高頻電子線路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 謝自美. 電子線路設(shè)計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000. 4 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限 2月25日-3月1 日 指導(dǎo)教師 專業(yè)負責(zé)人 2013 年 2 月 22 日一、電路基本原理1. 總設(shè)

3、計方框圖與調(diào)幅電路相比,調(diào)頻系統(tǒng)由于高頻振蕩輸出振幅不變, 因而具有較強的抗干擾能力與效率.所以在無線通信、廣播電視、遙控測量等方面有廣泛的應(yīng)用。如圖1所示：圖1 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路組成方框圖2.電路基本框圖圖2 電路的基本框圖實際功率激勵輸入功率為1.56mW擬定整機方框圖的一般原則是，在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)力求電路簡單、性能穩(wěn)定可靠。單元電路級數(shù)盡可能少，以減少級間的相互感應(yīng)、干擾和自激。由于本題要求的發(fā)射功率Po不大，工作中心頻率f0也不高，因此晶體管的參量影響及電路的分布參數(shù)的影響不會很大，整機電路可以設(shè)計得簡單些，設(shè)組成框圖如圖2所示，各組成部分的作用是：(1)LC調(diào)頻振

4、蕩器：產(chǎn)生頻率f0=6MHz的高頻振蕩信號，變?nèi)荻O管線性調(diào)頻，最大頻偏，整個發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。(2)緩沖隔離級：將振蕩級與功放級隔離，以減小功放級對振蕩級的影響。因為功放級輸出信號較大，當(dāng)其工作狀態(tài)發(fā)生變化時（如諧振阻抗變化），會影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度，使波形產(chǎn)生失真或減小振蕩器的輸出電壓。整機設(shè)計時，為減小級間相互影響，通常在中間插入緩沖隔離級。緩沖隔離級電路常采用射極跟隨器電路。(3)功率激勵級：為末級功放提供激勵功率。如果發(fā)射功率不大，且振蕩級的輸出能夠滿足末級功放的輸入要求，功率激勵級可以省去。(4)末級功放：將前級送來的信號進行功率放大，使負載（天線）上獲得滿足要求的發(fā)

5、射功率。如果要求整機效率較高，應(yīng)采用丙類功率放大器，若整機效率要求不高如50%而對波形失真要求較小時，可以采用甲類功率放大器。但是本題要求，故選用丙類功率放大器較好。考慮到頻率穩(wěn)定度的因素，調(diào)頻電路采用克拉潑振蕩器和變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。電路的工作原理是：利用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管的結(jié)電容，改變振蕩器振蕩回路的總電容，從而使調(diào)頻振蕩器輸出信號的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化，即實現(xiàn)調(diào)頻。調(diào)頻后的信號經(jīng)過緩沖隔離、寬放和功放后通過天線發(fā)射出去。3.基本要求設(shè)計一個小功率調(diào)頻發(fā)射機，主要技術(shù)指標(biāo)為： (1) 載波中心頻率； (2) 發(fā)射功率； (3) 負載電阻； (4) 調(diào)制靈敏度； 二、設(shè)計方案1

6、.電路原理圖(1)總體設(shè)計電路圖圖3 總體設(shè)計原理電路圖(2)功率激勵與末級功放電路發(fā)射機的輸出應(yīng)具有一定的功率才能將信號發(fā)射出去，但是功率增益又不可能集中在末級功放，否則電路性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機的各組成部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠淼胤峙涔β试鲆妗Ｈ绻{(diào)頻振蕩器的輸出比較穩(wěn)定，又具有一定的功率，則功率激勵級和末級功放的功率增益可適當(dāng)小些。功率激勵級一般采用高頻寬帶放大器，末級功放可采用丙類諧振功率放大器。緩沖級可以不分配功率。僅從輸出功率Po100mW一項指標(biāo)來看，可以采用丙類功放。其電路形式如圖4所示。 圖4 功率激勵與末級功放電路2.元件參數(shù)(1)丙類功率放大器(末級功放)設(shè)

7、計基本關(guān)系式：如圖3所示，丙類功率放大器的基極偏置電壓-VBE是利用發(fā)射機電流的分量Ie0在射極電阻R14上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號Vi為正弦波時，集電極的輸出電流iC為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓uc、電流iC1。(1)集電極基波電壓的振幅Ucm= Icm1RP式中，Icm1為集電極基波電流的振幅；RP為集電極負載阻抗。(2)輸出功率PoPo= Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP)(3)直流功率PvPv= Vcc.Ic0(4)集電極耗散功率PTPT= Pv- Po(5)集電極的效率= Po/ Pv(6)集電極電流分解系數(shù)()

8、n()= Icmn/icmmax(7)導(dǎo)通角 , （一般?。?確定丙類放大器的工作狀態(tài)：為了獲得較高的效率和最大的輸出功率Po，選丙類放大器的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，=700，功放管為3DA1。3DA1的參數(shù)如表1所示。表1 3DA1參數(shù)表PCMICMVCEShfefTAP1W750mA1.5V1070MHz13dB(1)最佳匹配負載 (2)由Po=0.1Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP)可得：集電極最大輸出電壓Ucm=10.5V(3)集電極基波電流振幅：Icm1=95.24mA(4)集電極電流最大值Icm= Icm1/1(700)=95.24/0.44=216.45mA(5)集電極電流直

9、流分量Ic0= Icm*0(700)=216.45*0.25=54.11mA(6)電源供給的直流功率Pv= Vcc* Ic0=649.35mW(7)集電極的耗散功率PT=Pv-Po=649.35-500=149.35mW(小于PCM =1W)(8)總效率=Po/Pv=500/649.35=77.00%(9)輸入功率 若設(shè)本級功率增益Ap=13dB(20倍)，則輸入功率Pi=Po/Ap=5mW(10)基極余弦脈沖電流的最大值Ibm(設(shè)晶體管3DA1的=10)Ibm= Icm/=21.45mA(11)基極基波電流的振幅Ibm1= Ibm1(700)=21.45*0.44=9.44mA(12)基極電

10、流直流分量Ib0= Ibm0(700)=21.45*0.25=5.36mA(13)基極輸入電壓的振幅Ubm=2Pi/ Ibm1=5.30V(14)丙類功放的輸入阻抗(2)寬帶功率放大器(功率激勵級)設(shè)計功率激勵級功放管為3DG130。3DG130的參數(shù)如表2所示。表2 3DG130參數(shù)表PCMICMVCEShfefTAP700mW300mA0.6V30150MHz13dB計算電路參數(shù)：(1)有效輸出功率PH與輸出電阻RH寬帶功率放大器的輸出功率PH應(yīng)等于下級丙類功放的輸入功率Pi=25mW，其輸出負載RH等于丙類功放的輸入的輸入阻抗|Zi|=86。即PH=25mW RH=86(2)實際輸出功率

11、PO設(shè)高頻變壓器的效率=80%，則Po= PH/=31.25mW(3)集電極電壓振幅Ucm與等效負載電阻若取功放的靜態(tài)電流ICQ=ICm=7mA，則Ucm= 2Po /ICQ=2Po /ICm=8.93V 約為1.3K(4)高頻變壓器匝數(shù)比N1/N2取變壓器次極線圈匝數(shù)N2=2，則初級線圈匝數(shù)N1=6。(5)發(fā)射極直流負反饋電阻R13 取標(biāo)稱值360(6)功放輸入功率Pi本級功放采用3DG130晶體管，若取功率增益AP=13dB(20倍)，則輸入功率(7)功放輸入阻抗Ri (取 )若取交流負反饋電阻為10，則(8)本級輸入電壓振幅Uim計算電路靜態(tài)工作點(1)、(2)R11、R12 (I1=5

12、10倍IBQ )若取基極偏置電路的電流I1=5=5*0.23mA=1.15mA，則取標(biāo)稱值R12=3k。 為了調(diào)節(jié)電路的靜態(tài)工作點，R11可由標(biāo)稱值為5.1 k的電阻與10 k的電位器組成。(3)高頻旁路電容C10=0.02uF。(4)輸入耦合電容C9=0.02uF。此外,還可以在直流電源VCC 支路上加高頻電源去耦濾波網(wǎng)絡(luò),通常采用LC的型低通濾波器。電容可取0.01uF,電感可取47uH的色碼電感或環(huán)形磁芯繞制。還可在輸出變壓器次級與負載之間插入LC濾波器，以改善負載輸出波形。(3)緩沖隔離級電路(射極輸出器)設(shè)計從振蕩器的什么地方取輸出電壓也是十分重要的。一般盡可能從低阻抗點取出信號，并

13、加入隔離、緩沖級如射極輸出器，以減弱外接負載對振蕩器幅度、波形以及頻率穩(wěn)定度的影響。射極輸出器的特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低，放大倍數(shù)接近于1。電路形式：由于待傳輸信號是高頻調(diào)頻波，主要考慮的是輸入抗高，傳輸系數(shù)大且工作穩(wěn)定。選擇電路的固定分壓偏置與自給偏壓相結(jié)合，具有穩(wěn)定工作點特點的偏置電路。如圖5所示。射極加RW2可改變輸入阻抗。圖5 射極輸出器電路估算偏置電路元件：(1)已知條件：Vcc=+12V，負載電阻RL=325(寬帶放大器輸入電阻)，輸出電壓振幅等于高頻寬帶放大器輸入電壓振幅，即Uom=1.0V，晶體管為3DG100（3DG6）。3DG100的參數(shù)如表3所示。表3 3DG100參

14、數(shù)表PCMICMVCEShfefTAP100mW30mA30200150MHz0=60。晶體管的靜態(tài)工作點應(yīng)位于交流負載線的中點，一般取UCEQ=0.5Vcc，ICQ=(310)mA。根據(jù)已知條件選取ICQ=4mA,，VCEQ=0.5Vcc=6V，則(2)R10、Rw2：取R10=1k，Rw2為1k的電位器。(3) R8、R9VEQ=6.0VVBQ= VEQ+0.7=6.7VIBQ=ICQ/0 =66.67uA 取標(biāo)稱值R9=10k。取標(biāo)稱值R8=8.0k。(4)輸入電阻Ri若忽略晶體管基區(qū)體電阻的影響，有 （RL=325） (5)輸入電壓Uim(6)耦合電容C8、C9為了減小射極跟隨器對前一

15、級電路的影響，C8的值不能過大，一般為數(shù)十pF，這里取C8=20pF，C9=0.02uF。(3)調(diào)頻振蕩器設(shè)計調(diào)頻振蕩電路的作用是產(chǎn)生頻率的高頻振蕩信號。變?nèi)荻O管為線性調(diào)頻，最大頻偏。發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度由該級決定。調(diào)頻振蕩器電路如圖6所示。LC調(diào)頻振蕩器是直接調(diào)頻電路，是利用調(diào)制信號直接線性地改變載波瞬時頻率。如果為LC振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路電感和電容。將受到調(diào)制信號控制的可變電抗與諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號規(guī)律變化，實現(xiàn)直接調(diào)頻。圖6 調(diào)頻振蕩器電路LC 振蕩器的主要技術(shù)指標(biāo)：工作中心頻率：f0=5MHz；最大頻偏：；頻率穩(wěn)定度：(1)確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作

16、點本題對頻率穩(wěn)定度要求不是很高，故選用圖1-7所示的改進型電容三點式振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。(2)三點式振蕩器設(shè)計：基極偏置電路元件R1、R2、R3、R4、C1的計算圖中，晶體管V1與C2、C3、C4、C5、Cj、L1組成改進型電容三點式振蕩器，V1為共基組態(tài)，C1為基級耦合電容。 其靜態(tài)工作點由R1、R2、R3、R4共同決定。晶體管V1選擇3DG100，其參數(shù)見表所示。小功率振蕩器的集電極靜態(tài)工作電流ICQ一般為(14)mA。ICQ偏大，振蕩幅度增加，但波形失真嚴重，頻率穩(wěn)定性降低。ICQ偏小對應(yīng)放大倍數(shù)減小，起振困難。為了使電路工作穩(wěn)定，振蕩器的靜態(tài)工作點取,測得三極管的。 由上式可得

17、R3+R4=3k，為了提高電路的穩(wěn)定性，R4的值可適當(dāng)增大，取R4=1k，則R3=2k。 為了提高電路的穩(wěn)定性，取流過電阻R2上的電流取標(biāo)稱值R2=4k。根據(jù)公式 得R1=13.7K實際運用時R1取10k電阻與5k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點,C1為基極旁路電容，可取C1=0.01uF。C8=0.01uF,輸出耦合電容。調(diào)頻電路設(shè)計：調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管Cj和耦合電容C5組成，R6和R7 為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時的反向偏置電壓VQ，。R5為隔離電阻，為了減小調(diào)制信號Ui對VQ的影響，一般要求R5遠遠大于R6和R7。C6和高頻扼流圈ZL1對Ui相當(dāng)于短路，C7為濾波電容。變?nèi)荻O管Cj通過C5部

18、分接入振蕩回路，有利于提高主振頻率的穩(wěn)定性，減小調(diào)制失真。變?nèi)荻O管的接入系數(shù)，式中，Cj為變?nèi)荻O管的結(jié)電容，它與外加電壓的關(guān)系為 ( Cj0 為變?nèi)莨?偏時結(jié)電容,UD 為其PN結(jié)內(nèi)建電位差, 為變?nèi)葜笖?shù)) 三、電路調(diào)試與仿真分析1.系統(tǒng)仿真仿真波形如圖所示：圖7 ORCAD輸入信號的仿真仿真波形如圖所示：圖8 ORCAD輸出信號的仿真2. 電路安裝與調(diào)試步驟通過仿真可以看出，電路在仿真條件下基本符合設(shè)計要求，這說明所設(shè)計的硬件電路和程序在理論上符合設(shè)計要求，因此可以進行實物搭建與調(diào)試，在實際電路中檢驗電路的工作狀態(tài)是否與設(shè)計要求相符。電子電路調(diào)試技術(shù)包括調(diào)整和測試兩部分。調(diào)整主要是對電路

19、參數(shù)的調(diào)整，如對電阻、電容和電感等，以及機械部分進行調(diào)整，使電路達到預(yù)定的功能和性能要求；測試主要是對電路的各項技術(shù)指標(biāo)和功能進行測量與試驗，并與設(shè)計的性能指標(biāo)進行比較，以確定電路是否合格。電路測試是電路調(diào)整的依據(jù)，又是檢驗結(jié)論的判斷依據(jù)。通電觀察：通電后不要急于測量電氣指標(biāo)，而要觀察電路有無異?，F(xiàn)象，例如有無冒煙現(xiàn)象，有無異常氣味，手摸集成電路外封裝，是否發(fā)燙等。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后再通電。靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試一般是指在不加輸入信號，或只加固定的電平信號的條件下所進行的直流測試，可用萬用表測出電路中各點的電位，通過和理論估算值比較，結(jié)合電路原理的分析，判斷電路直流工作

20、狀態(tài)是否正常，及時發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件。通過更換器件或調(diào)整電路參數(shù)，使電路直流工作狀態(tài)符合設(shè)計要求。動態(tài)調(diào)試：動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進行的，在電路的輸出端測試輸出信號，若發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象，應(yīng)分析其原因，并排除故障，再進行調(diào)試，直到滿足要求。按照以上調(diào)試方法與步驟對所搭建的實際電路進行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果與仿真結(jié)果完全一致，也就是說本次課設(shè)所設(shè)計的搶答器基本符合設(shè)計要求，達到了本次課設(shè)的目的。四、總結(jié)及體會這個實驗是關(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：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。用頻率計測出T1、T2、T3的發(fā)射極所發(fā)射的頻率是否在12M HZ，如果不是，試著調(diào)節(jié)L1、L2、L3。如果在天線處觀察波形的峰峰值不在4V的話，則應(yīng)該在T2和T3的發(fā)射極的電阻上各并聯(lián)一個電容，以使其提高?，F(xiàn)在來說說電路中一些元件的作用，其中C3為基極高頻旁路電容，R1、R2、R3、R4、R5為T1管的偏