小功率调频发射机电科11级课程设计综述.docx
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小功率调频发射机电科11级课程设计综述
湖南工程学院
课程设计
课程名称高频电子线路课程设计
课题名称小功率调频发射机
专业电子科学与技术
班级1102班
学号
姓名
指导教师浣喜明
2014年03月06日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称通信电子线路课程设计
题目小功率调频发射机设计
专业班级电子科学与技术1102
学生姓名
学号
指导老师浣喜明
审批
任务书下达日期：
2014年2月24日
设计完成日期：
2014年3月05日
设计内容与设计要求
一、设计内容：
设计一小功率调频发射机。
主要技术指标：
发射功率Pa=3W；负载电阻（天线）RL=75Ω；
中心工作频率fo=88MHZ；调制信号幅度VΩm=10mV；
最大频偏Δfm=75KHZ；总效率η>70%。
二、设计要求：
1、给出整体设计框图；
2、绘制各单元电路电路图，并计算和选择各器件参数；
3、绘制总电路原理图；
4、写出设计报告；
主要设计条件
提供计算机和必要的实验仪器
说明书格式
1．课程设计报告书封面；
2．任务书；
3．说明书目录；
4．设计总体思路及方案比较；
5．单元电路设计；
6．总电路设计；
7．设计体会与总结；
8．参考文献。
进度安排
第一周：
星期一：
安排任务、讲课；
星期二～星期三：
查资料；
星期四：
方案设计;
星期五：
电路设计
第二周：
星期一～星期二：
电路设计
星期三～星期四：
写总结报告；
星期五：
答辩。
参考文献
1、《电子技术基础实验》陈大钦主编,高等教育出版社出版
2、《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出版
3、《通信电路》沈伟慈主编,西安电子科技大学出版社出版
4、《高频电子线路》胡宴如主编,高等教育出版社出版
5、《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编,华中理工大学出版社
6、《高频电子线路》曾兴雯主编,高等教育出版社出版
一资料整理
1发射机的主要技术指标
●发射功率一般是指发射机输送到天线上的功率。
●工作频率或波段发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关部门所规定的范围内选取。
●
总效率发射机发射的总功率与其消耗的总功率P’C之比，称为发射机的总效率。
●非线性失真要求调频发射机的非线性失真系数应小于1%。
●杂音电平杂音电平应小于–65dB。
●输出功率高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。
也就是集电极的输出功率，即
●效率常将集电极的效率视为高频功放的效率，用η表示，当集电极回路谐振时，η的值由下式计算：
●功率增益功放的输出功率Po与输入功率Pi之比称为功率增益，用AP（单位：
dB）表示
AP=Po/Pi
2变容二极管主要特性
●主振频率LC振荡器的输出频率fo称为主振频率或载波频率。
用数字频率计测量回路的谐振频率fo，高频电压表测量谐振电压Vo，示波器监测振荡波形。
●频率稳定度主振频率fo的相对稳定性用频率稳定度表示。
●
最大频偏指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值。
将称为相对频偏。
●变容二极管特性曲线特性曲线Cj-v如图1-1示。
性能参数VQ、Cj0、及Q点处的斜率kc等可以通过Cj-v特性曲线估算。
图1-1变容二极管的Cj-v特性曲线
变容二极管的Cj-v特性曲线如图1-1所示。
设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q处，曲线的斜率为
图1-1是变容二极管2CC1C的Cj-v曲线。
由图可得
VQ=–4V时
CQ=75pF，
●
调制灵敏度单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以表示单位为kHz/V，即
为调制信号的幅度；为变容管的结电容变化时引起的最大频偏。
∵回路总电容的变化量为
在频偏较小时，与的关系可采用下面近似公式，即
∴p↑-△f↑，↑-△f↑。
调制灵敏度
式中为回路总电容的变化量；
调制灵敏度可以由变容二极管Cj-v特性曲线上VQ处的斜率kc及上式计算。
越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。
3宽带功率放大器
●宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，将前级输入的信号进行功率放大，它不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大。
●为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点。
（如图1-2）
图1-2甲类功放的负载特性
4丙类功率放大器
为达到效率大于50%的要求，本级需要使用丙类功放。
图1-3（左）输入电压
与集电极电流脉冲
的波形关系。
（右）丙类功放负载特性
二总体方案设计
1系统框图
根据任务要求，本发射机功率PA不大，工作中心频率f0也不高，为了调试和设计方便，可将系统设计得简单一些。
这样的系统在实验室环境下还是非常稳定的。
以下给出系统框图（2-1）：
2单元电路设计
1）功放级电路设计和分析
根据高频小功率发射机的特点，和参数要求，整机设计应该从末级开始往前设计，所以首先设计的是功放级:
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
，而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。
但是设计要求总效率
，故选用丙类功率放大器较好。
丙类功放的电流导通角θ<90，效率可达到80%。
它通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的效率。
丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE是利用发射极电流的直流分量IE0（IE0≈IC0）在射极电阻RE2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L2C2的选频作用可输出基波谐振电压VC1、电流Ic1。
因此选用如图2-2所示：
图（2-2）功率激励级甲类功放和功放级丙类功放
2）功放电路参数计算
●晶体管参数：
晶体管3DG12的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCE≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz
晶体管3DA1的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA，VCE≥1.5V，hfe≥10，fT=70MHz，AP≥13dB
●确定放大器的工作状态
为获得较高的效率η及最大输出功率P0。
放大器的工作状态选为临界状态，取φ=80º，得谐振回路的最佳负载电阻Re为
得集电极基波电流振幅
为
得集电极电流脉冲的最大值Icm及其直流分量Ic0，即
Icm= Icm1 /α1（80º）=30.8188mA
Ic0= Icm *α0（80º）=9.6296mA
得电源供给的直流功率PD为
PD=VCCIc0=115.5551mW
得集电极的耗散功率PC'为
PC'=PD-P0=35.5551mW
得放大器的转换效率η为
η=P0/PD=69%
若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为
Pi=P0/AP=4mW
得基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm（设晶体管3DA1的直流β=10）
Ibm=Icm/β=3mA
得基极基波电流的振幅Ibm1为
Ibm1=Ibm·α1（80º）=1.4160mA
得输入电压的振幅Vbm为
●计算谐振回路及耦合回路的参数
丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗|Zi|可计算，
得：
输出变压器线圈匝数比为
取N3=1,N1=3。
若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为
L=
≈2.5uH
N2的确定需要根据磁环参数来确定。
公式：
变压器的匝数N1、N2、N3的计算值只能作为参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值可能相差较大。
为调整方便，通常采用磁心位置可调节的高频变压器。
●基极偏置电路参数计算
基极直流偏置电压VB为
VB=VBE（on）－Vbmcosφ=-0.2861V
射极电阻RE2为
RE2=|VB|/ICO=30Ω
取高频旁路电容CE2=0.01μF
3）甲类功率放大器
由于功放级电路需要较大的功率推动，而震荡电路一般输出的功率不大，所以要在中间加入一个功率激励级电路。
根据该级的特点知道，其功率要求不大，所以可以使用甲类放大，以减少调试难度和增加电路的稳定度。
由晶体管3DG12组成的宽带功率放大器工作在甲类状态。
其中R1、R2为基极偏置电阻，RE1为直流反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。
Rf为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。
●计算电流性能参数
由丙类功率放大器的计算结果可得甲类功率放大器的输出功率PO'应等于丙类功放的输入功率Pi，输出负载Re'应等于丙类功放的输入阻抗|Zi|，即
PO'=Pi=4mW,Re'=|Zi|=64.3Ω。
设甲类功率放大器的电路如图（2-2）左端所示的激励级电路，取变压器效率ηT=0.8，得集电极的输出功率PO为若PO=PO'/ηT=5mW
若取放大器的静态电流ICQ=Icm=5mA，得集电极电压的振幅Vcm及最佳负载电阻Re分别为
Vcm=2PO/Icm=2V
因射极直流负反馈电阻RE1为
，取标称值1.5KΩ
得输出变压器匝数比为
若取二次侧匝数N2=2，则一次侧匝数N1=4
本级功放采用3DG12晶体管，设β=30，若取功率增益AP=13dB（20倍），则输入功率Pi为
Pi=P0/AP=0.25mW
得放大器的输入阻抗Ri为
Ri≈rb'+βR3=25Ω+30×R3
若取交流负反馈电阻R3=16Ω，则Ri=500Ω
得本级输入电压的振幅Vim为
●计算静态工作点
由上述计算结果得到静态时（Vi=0）晶体管的射极电位VEQ为VEQ=ICQRE1=2.5V则VBQ=VEQ+0.7V=3.2V，IBQ=ICQ/β=0.17mA
若取基极偏置电路的电流I1=5IBQ，则R2=VBQ/5IBQ=3.8kΩ
取高频旁路电容CE1=0.022μF，输入耦合电容C1=0.02μF。
4）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。
进行设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。
一般采用如图2-3所示电路
图（2-3）缓冲隔离级电路原理图
不论是在低频电路还是高频电路的设计中，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路，如上图，调节射极电阻RE2，可以改变射极跟随器输入阻抗。
如果忽略晶体管基极电阻rb'的影响，则射极输出器的输入电阻Ri为Ri=RB'//βRL'，式中，RL'=（RE1+RE2）//RL,RB'=RB1//RB2；输出电阻R0为R0=（RE1+RE2）//r0，式中，r0很小，所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源。
电压放大倍数AV为
，式中，gm—晶体管的跨导，一般情况下
gmRL'
1。
所以，图中所示射极输出器具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似等于1的特点。
晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取
VCEQ=1/2VCC，ICQ=3～10mA.对于图4所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=3mA,
若晶体管的电流放大倍数β=60，则RE1+RE2=VEQ/ICQ=2kΩ，取RE1=0.8kΩ，RE2=1.2kΩ
RB1=
=
≈13.4kΩ
RB2=
RB1=10.6kΩ
可以估算出，功率激励级的输入阻抗为500Ω，即射随器的负载电阻RL=500Ω，并可计算出射随器的输入电阻Ri，即Ri=RB'//βRL'≈4.7kΩ， 输入电压Vi为
为减小射随器对前级振荡器的影响，耦合电容C1不能太大，一般为数十皮法。
C2为0.022μF左右。
5）调频震荡级
原理分析
本级要求产生10MHZ高频振荡信号，使用二极管线性调频，最大频偏20KHz，整个发射机的频率稳定度由该级决定。
所以选用改进型的电容三点式振荡器，即克拉泼电路。
图2-4调频震荡电路
CB为基极耦合电容，其静态工作点由RB1、RB2、RE及RC决定。
小功率振荡器的静态工作电流ICQ一般为1—4mA。
ICQ偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。
L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端的电压振荡器的反馈电压VBE，以满足相位平衡条件。
比值C2/C3=F决定反馈电压的大小。
当AVOF=1时，振荡器满足振幅平衡条件，电路的起振条件为AVOF>1。
为减小晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。
如果选C1《C2，C1《C3，则回路的谐振频率f0主要由C1决定。
调频电路由变容二极管Cj及耦合电容Cc组成，R1与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压VQ，即VQ=[R2/（R1+R2）]Vcc。
电阻R3称为隔离电阻，常取R3》R2，R3》R1，以减小调制信号VΩ对VQ的影响。
C5与高频扼流圈L2给VΩ提供通路，C6起高频滤波作用。
变容二极管Cj通过Cc部分接入振荡回路，有利于提高主振频率f0的稳定性，减小调制失真。
●参数计算：
为减少波形失真，我们取ICQ=1mA，VCEQ=6V，已知晶体管β=60。
因RE+RC=
=6kΩ
为提高电路的稳定性，RE的值可适当增大，取RE=2kΩ，则RC=4kΩ
因VEQ=ICQ*RE=2V
若取流过RB2的电流IB2=10IBQ=10ICQ/β=0.17mA
则 RB2=VBQ/IB2≈15.9kΩ
因
=
即 RB1=RB2（
－1）=54.8kΩ
RB1最好用20kΩ电阻与47kΩ电位器的串联组合，以便调整静态工作点。
工作中心频率f0=10MHz，取C1=100p，得L1=2.5uh，电容C2、C3由反馈系数F及电路条件C1<R1，R2，R3为变容二极管提供静态偏压VQ ，其中R3做隔离用，取200K。
R1,R2可以与一个可调电阻组合，使调节方便。
因接入系数n=
，一般接入系数
，为减小振荡回路输出的高频电压对变容晶体管的影响，n值应取小，但n值过小又会使频偏达不到指标要求。
可以先取n=0.3，然后再调试。
由变容二极管Cj-V特性曲线得到VQ=-4V时，对应Cj=75pF，
则 Cc=
≈32.1pF ，取标称值32pF。
耦合电容C5取4.7uf，扼流圈L2取47uh，旁路电容C6取8000pf。
●调制信号：
频偏与输入电压的关系
再由变容二极管Cj-v曲线得到斜率
所以
三整机电路图
四总结与体会
为期两个星期的高频课程设计已经快要结束，虽然平时成绩不好，但作为组长这两个星期的设计调试让我对高频电路有了心得认识。
刚开始我们连发射机的基本构成都不懂，但是通过上网查询了大量的资料自己也下功夫去阅读课本抄写相关公式，参考了许多成功的设计，最后终于把发射机的基本模块学会了，接下来确定单元电路，为了减少难度，我们直接使用发射机最长用的基本模块。
但是最难的就是参数的确定，高频电路的参数很多而且很难计算，我阅读课本上的章节，从头看到尾还是毫无头绪，后来还是通过看以往的报告来一点点积累对发射机的了解，才理清了头绪。
就这样我们一边参考别人的设计一边设计自己的电路。
其中虽然很辛苦，但最终看到自己设计出来的电路，还是感到很高兴。
对于高频这门课程我虽然学的不好，但是我已经认识到它对我们专业的重要性。
学习电子专业的目的基本就是让不带电的东西带上电，从而更加的自动化、人性化、高效化。
而高频这门课就是教会我们如何利用电路来控制电流信号从而产生相关的作用，是我们专业的核心课程。
因为课程学得不好，所以课程设计一路来困难重重，但是后来对发射机的基本原理了解后，就越来越顺利了。
设计过程是辛苦的，特别在毫无思路的时候，也会感到有点绝望。
但是通过这一次的课程设计让我更加了解这门课程的重要性，也增加了自己对本专业和本课程的兴趣，既然选择了这一条撸，今后我就一定加倍努力要成为一个又肯干又有能力的电子工程师，去创造高效、实用、节能的产品。
附录
元器件清单
元件序号
型号或参数
数量
元件序号
型号或参数
数量
RB1
54.8K
1
C4
100pF
1
RB2
15.9K
1
C5
33pF
1
RC1
4K
1
C6
32pF
1
RC2
2K
1
C7
4.7uF
1
R1
180K
1
C8
8000pF
1
R2
24K
1
C9
0.047uF
1
R3
12K
1
C10
0.01uF
1
RB3
10.6K
1
C11
330pF
1
RB4
13.4K
1
C12
0.022uF
1
RE3
0.8K
1
C
0.01uF
4
RE4
8.2K
1
T1
3DG6
1
R12
3K
1
T2
3DG6
1
R13
1
1
T3
3DA1
1
R14
360
1
T4
3DG12
1
R15
30
1
L1
2.5uH
1
RP1
1.2K
1
L2
47uH
1
RL
75
1
L
47uH
2
C1
0.01uF
1
Cj
2CC1C
1
C2
800pF
1
TR1
4T：
2T
1
C3
4000pF
1
TR2
2T（3T）：
1T
1
进度安排
第一周：
星期一：
安排任务、讲课；
星期二～星期五：
查资料、设计；
第二周：
星期一～星期二：
实验系统调试；
星期三～星期四：
写总结报告
星期五：
答辩
参考文献
[1]《现代电子线路和技术实验简明教程》孙肖子高等教育出版社
[2]《电子电路实验及仿真》路勇清华大学出版社
[3]《电子线路实验指导》周鸣籁苏州大学出版社
[4]《精选实用电子线路260例》孙余凯电子工业出版社
[5]《电子线路》谢自美电子工业出版社
[6]《高频电子线路》高吉祥电子工业出版社
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（10%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（10%）
设计图纸质量（10%）
答辩汇报的条理性和独特见解（10%）
答辩中对所提问题的回答情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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