小功率调频发射机的设计.docx
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小功率调频发射机的设计
东北石油大学
课程设计
课程高频电子线路
题目小功率调频发射机的设计
院系电子科学学院
专业班级
学生姓名
学生学号0
指导教师
2011年3月4日
东北石油大学课程设计任务书
课程高频电子线路
题目小功率调频发射机的设计
专业电子信息工程姓名学号0709
主要内容、基本要求、主要参考资料等
1、主要内容
利用所学的高频电路知识，设计一个小功率调频发射机。
通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。
2、基本要求
设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为：
（1）载波中心频率
；
（2）发射功率
；
（3）负载电阻
；
（4）调制灵敏度
；
3、主要参考资料
[1]阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨：
高等教育出版社，2006.
[2]张肃文，陆兆雄.高频电子线路（第三版）.北京：
高等教育出版社，1993.
[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试.武汉：
华中科技大学出版社，2000.
[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社，2002.
完成期限2月28日-3月4日
指导教师
专业负责人
2011年2月25日
一、电路原理
1．电路原理及用途
通常小功率发射机采用直接调频方式其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；，功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。
晶体管器件课程设计是电子科学与技术专业学科实践性课程，其任务是使学生运用模拟电路等电路课程中所学的知识，利用晶体管等器件，设计出一些完成一定功能的电路，并对电路进行分析和调试。
掌握设计和调试电路的一些方法和技巧。
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．主要技术指标
设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为：
（1）载波中心频率
；
（2）发射功率
；
（3）负载电阻
；
（4）调制灵敏度
；
二、设计步骤和调试过程
1、总体设计电路
2、电路工作状态或元件参数的确定
实际功率激励输入功率不高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。
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，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，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≤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，故选用丙类功率放大器较好。
发射机的主要技术指标
（1）发射功率
发射功率指发射机发射到天线上的功率。
只有当天线的长度与发射信号的波长相比拟时，天线才能有效地把信号发射出去。
波长与频率的关系是
式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。
若接收机的灵敏度VA=2uV，则通信距离s与发射功率Po间的关系为
当发射功率为大于500mW时通信距离为5.08Km以上。
（2）工作频率或波段
发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。
对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。
（3）总效率
发射机发射的总功率PO其所消耗的总功率PT比，称为发射机的总效率，用表示。
（4）调制灵敏度Kf
是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。
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。
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。
仅从输出功率Po≥100mW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。
如下图：
从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。
一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。
射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。
调频振荡电路的作用是产生频率的高频振荡f=6.5MHz信号。
变容二极管为线性调频，最大频偏
。
发射机的频率稳定度由该级决定。
调频振荡器电路如下图所示：
3、仿真及仿真结果分析
通过仿真可以看出，电路在仿真条件下基本符合设计要求，这说明所设计的硬件电路和程序在理论上符合设计要求，因此可以进行实物搭建与调试，在实际电路中检验电路的工作状态是否与设计要求相符。
4、设计电路的性能评测
电子电路调试技术包括调整和测试两部分。
调整主要是对电路参数的调整，如对电阻、电容和电感等，以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要求；测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量与试验，并与设计的性能指标进行比较，以确定电路是否合格。
电路测试是电路调整的依据，又是检验结论的判断依据。
1.通电观察：
通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。
如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。
2.静态调试：
静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。
通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。
3.动态调试：
动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输出端测试输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。
按照以上调试方法与步骤对所搭建的实际电路进行调试，调试结果与仿真结果完全一致，也就是说本次课设所设计基本符合设计要求，达到了本次课设的目的。
三、结论及心得体会
设计我了解到了不少东西，小功率调频发射机的设计涉及到许多问题，包括电容三点式振荡器的设计，电容三点式振荡器的设计非常繁琐，需要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值。
不过本次设计总体上体现了对高频电子线路的应用熟练与否。
而且本次设计需要protel软件的应用，让我重新对这款软件有了新的认识。
所以今后的目标是积累实际应用经验已达到快速高效完成实验。
这个实验是关于小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。
学会基本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。
在实验过程中，通过选取元件、确定电路形式、以及计算等等，提高我们的动手能力，同时通过调试来发现自己的错误并分析及排除这些故障，使我们对小功率放大器的知识得到了加深。
这次设计让我又重新接触了高频电子线路，对其设计有了进一步的认识。
这次实验是三人一组的实验，本次设计锻炼了我的团队配合设计能力，我想对我以后参加工作与人配合会更加熟练。
参考资料
[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）.武汉：
华中科技大学出版社.2006
[2]李庆武.电子技术基础实验（数字电子技术及其EDA）（下册）..北京：
机械工业出版社.2006
[3]施金鸿、陈光明.电子技术基础实验与综合实践教程..北京：
航空航天大学出版社，2006
[4]赵景波、王劲松、滕敦朋.Protel2004电路设计：
从基础到实践.北京：
电子工业出版社2007
[5]邱关源.电路（第四版）.北京：
高等教育出版社.1999年
[6]童诗白.模拟电子技术基础（第三版）.高等教育出版社.2001年
[7]贾新章..电子电路CAD技术基于OrCAD9.2.西安电子科技大学出版社.2002年出版
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
高频电子线路
题目名称
小功率调频发射机的设计
学生姓名
学号
0
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
2011年3月8日
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