课程设计之多功能调频发射器.docx
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课程设计之多功能调频发射器
题目：
多功能调频发射器
第一章设计要求……………………………………1
第二章设计方案……………………………………1
第一节器件选择………………………………‥1
第二节实现环境………………………………2
第三章设计原理……………………………………3
第一节原理说明………………………………3
第二节电路中部分元件参数的计算…………3
第四章设计成果……………………………………5
第一节调式……………………………………5
第二节总结……………………………………6
第五章参考文献……………………………………6
第六章附录…………………………………………6
第一章：
设计要求
1、发射机功率PA≥100mw
2、负载电阻Rol=75欧姆
3、开阔地传播距离S>100米
4、发射机工作频率Fc=88MHZ—108MHZ
5、调频信号幅度U=1V时，最大频偏△Fm=20KHZ
第二章：
设计方案
第一节：
器件选择
发射器所用元器件列表
元件类别
元件序号
元件大小
元件封装
电阻
R1
2.2K
AXIAL3.0
电阻
R2
22K
AXIAL3.0
电阻
R3
220
AXIAL3.0
电容
C1
104
RAD0.1
电容
C2
104
RAD0.1
电容
C3
102
RAD0.1
电容
C4
30P
RAD0.1
电容
C5
10P
RAD0.1
电容
C6
30P
RAD0.1
电容
C7
30P
RAD0.1
电感
L
0.01UH
自制
NPN三极管
Q
9018
TO-220
天线
TX
自制
电键
K
自制
电源
BT
4.5V
自制
话筒
MIC
AXIAL4.0
出于成本的考虑，我决定在这次的课程设计中采用简单而有效的电路图来完成发射机的制作。
根据我设计的原理图，通过向老师咨询和在网络上搜寻，经过价格和性能上的对比我最终决定选用一块由三星公司出产的NPN型9018三级管作为核心器件。
因为它是一种低功率高频率器件，其特征频率可达到1100MHZ这样它可以很好的起放大和振荡的作用，使我可以节约一块音频放大的三极管，而且它对电源电压变化和环境温度变化具有稳定的振荡和小的频率漂移，相比之下如果采用9014三极管，它不仅需要低压和低噪声的环境，还需要和9015组成互补电路。
这样无形之中就增加了制作的成本。
MIC是驻极体话筒，它的作用就是感应空气中声波的微弱振动，并输出跟声音变化规律一样的电信号。
我选用的是灵敏度较高的话筒，一般可以输出几十毫伏以上的音频信号，这个信号足以调制下一级的高频振荡信号的频率。
R1是MIC驻极话筒的偏置电阻，有了这个电阻，话筒才能输出音频信号，这是因为MIC话筒内部本身有一极场效应管放大电路，用来阻抗匹配和提高输出能力等作用。
注意：
话筒不要选灵敏度太高的话筒，否则容易出现声反馈，出现自激叫声。
C2是音频信号耦合电容，将话筒感应输出的声音电信号专递到下一级。
C3是Q9018的基极滤波电容，一方面滤除高频杂音，另一方面让Q9018的高频电位为0，对50MHz以上的高频电路来说，Q9018是一个共基极放大电路，这是最后能形成振荡的基础。
因为振荡电路的基础条件就是必须具备一定的增益，再就是具备合适相位的反馈（一般是正反馈）。
R2是Q9018的基极偏置电阻，给Q提供一个较小的基极电流，Q将会有一个较大的发射极电流到过R3。
由于R2、R3中的电流作用会在各自电阻上产生压降并互相影响，结果会自动稳定在某一数值状态，这就是书上讲的射极跟随器，直流负反馈不稳定直流工作点的作用。
R3是Q9018的发射极电阻，这里起稳定直流工作点作用，和C7还组成了高频信号负载电阻作用，也是整个高频振荡回路的一部分。
C4和L组成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用，改变C4的容量或者改变L的形状（包括圈数），可以方便的改变发射频率。
C6是高频信号输出耦合电容，目的是为了让高频信号变成无线电波幅射到天空中。
因此，天线最好坚直向上，长度最好等于无线电波频率波长（或者整数倍），四周应该开阔，不要有金属物阻挡。
C5是反馈电容，电路起振的关键元件就是它了。
分析本电路的高频状态时，集电极是输出，发射极是输入，输出信号通过C5加到输入端，产生强烈的正反馈，自然就产生振荡了。
这实际上也就是书中所说的电容三点式振荡电路。
C1是电源滤波电容，给交流信号提供回路，减小电源的交流内阻。
第二节：
实现环境
要成功的实现FM发射机的制作，我觉得需要注意几个方面。
当FM接收机上不能接收到发射机发出来之载波时，首先应假定频率低于正常88－108MHzFM波段，这是最有可能的原因。
测量电路之电流，若有4－6mA，表示电路是正在工作，稍为将线圈拉长，并扫描整个波段，当接触底板上任何元件时，只能用一支非金属的螺丝起子，并且离开电池，因为您手上皮肤引起的电容效应会导致电路明显地失调，并且可能完全停止输出。
还有，维持4.5电源也很重要，并要将电池贴近底板。
整个布线必须紧凑只有这样才能使三极管的振荡效果更好，而且要用万用表去测量和检查所买的每一个元器件是否完好，这也是成功的前提条件，而且必须在焊接元器件时要尽量避免底板上铜箔短路断裂以及焊接点是否虚焊，在以上注意问题的基础上如果出现话筒的灵敏度不高的情况，可加大负荷电阻的阻值，至于决定最终的数值那就要看话筒的额定电流为多大，以上都是用简单测试仪器所能做到的检查，如仍未能找出故障所在，就需要重新再来过。
第三章：
设计原理
第一节：
原理说明
本电路采用电容三点式振荡电路，因为其特点是振荡频率高一般可以达到100MHZ以上，而且其电容对高次谐波阻抗小，使反馈中的高次谐波成分少，因尔振荡波形较好，适宜产生稳定的振荡频率。
R2是Q9018的基极偏置电阻，给Q提供一个较小的基极电流，Q将会有一个较大的发射极电流到过R3。
R3是Q9018的发射极电阻，这里起稳定直流工作点作用，和C7还组成了高频信号负载电阻作用，也是整个高频振荡回路的一部分。
C1为去耦电容为电压起伏或消失时稳定电路电压的作用。
驻极体话筒MIC其灵敏度很高，可以很好的收集声音信号通过R1、C2；由于三极管的正反馈放大作用，L和C4构成高频振荡器的高频信号经过C5等效反馈到三极管的发射极。
两信号被混频形成高频FM载波，经C6传送到天线，由天线向周围空间发送FM信号。
第二节：
电路中部分元件参数的计算
1、自制电感的电感量计算
根据公式：
L=（k*μ0*μs*N2*S）/l
其中
μ0为真空磁导率=4π*10（-7）。
（10的负七次方）
μs为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=1
N2为线圈圈数的平方
S线圈的截面积，单位为平方米
l线圈的长度，单位为米
k系数，取决于线圈的半径（R）与长度（l）的比值。
计算出的电感量的单位为亨利。
k值表
2R/l k
0.1 0.96
0.2 0.92
0.3 0.88
0.4 0.85
0.6 0.79
0.8 0.74
1.0 0.69
1.5 0.6
2.0 0.52
3.0 0.43
4.0 0.37
5.0 0.32
10 0.2
将数据代入可得L=0.07uH
2、LC谐振频率的计算
本电路中的谐振频率就是发射频率，其谐振频率是由L和C4决定的，由公式f=1/（2π√LC）[Hz]，其中L单位为H，C单位为F可得f=98.3MHZ
3、电容三点式的起振条件计算
其交流等效电路如下
Uf=U0（1/jwC1）/（1/（jwC4+1/jwL1）+（1/jwC1））
==>
B（w）=Uf/U0=（jwC4+1/jwC1）/（jwC1+jwC4+1/jwL1）,
令Z=1/（1/（jwC4+1/jwL）+1/jwC1）
U0=-Gm*Ui/（1/R0+1/Ri+1/Z）
==>
A（w）=U0/Ui=-Gm/（1/R0+1/Ri+1/Z）
A（w）*B（w）=-Gm（jwC4+1/jwL）*（R0*Ri*jwC1*（jwC4+1/jwL）/（（jwC1+jwC4+1/jwL）*（（R0+Ri）（-w*wC4C1+C1/L）+R0Ri（jwC4+1/jwL）））
得相位平衡条件为：
（R0+Ri）（-w*wC4C1+C1/L）=0
振荡角频率为：
w=√（1/LC4）
幅度平衡条件为：
GmR0Ri*wC1（-w*w*C4*C4-1/w*w*L*L+2C4/L）/R0Ri（-wC1-wC4+1/wL）（-wC4+1/wL）=1
此时一定满足起振条件，即A（w）*B（w）>1
Gm为9018中原有参数，w也只需适当即可
所以由以上两式可取
L=0.07uH,C4=40pf,C1=104pf
第四章：
设计成果
第一节:
调式
所有零件都焊接完毕后，我先用肉眼检视一切焊接点，是否有假焊，或者焊料用得太多而造成与临近短路，彻底查清楚后，便进行校准和测试性能，测试步骤是加一条短的天线（5至10cm长）于底板的A点上调谐－部FM收音机于整个波段上，寻找该讯号。
令发射机与收音机保持一定距离，以防止检拾到任何谐波或者侧波。
如收音机未能检到载波，表示频率可能太低，将振荡线圈稍为拉长，及再次尝试。
如果采用包锡铜线绕制线圈，注意图与圈之间不应彼此碰到。
如采用漆皮铜线，则须要知道圈的连通性，可用万用表之低阻挡去量度它，或者量度电路电流，应约4－6mA。
一旦检到载波，将发射机摆放在一部MP3的侧近，检查电路之灵敏度，收音机应发出清楚而强大的歌声，电路应比人的耳朵更为灵敏。
话筒之负载电阻（R1）决定灵敏度，可将之减至10K或者加至47K，视所需求的灵敏度而定。
要确定发射之频率完全远离开您本地任何FM广播屯台，因为电台发出之讯号强大，当您测试距离时，会遮本机发射信号。
将线圈压缩，频率便降低；将之拉长，频率便增加，经调式发现C4最好用一枚39pF陶瓷电容，将另一个10pF或22pF微调电容并于共上，这样可更仔细调整电路。
用线圈调整很容易偏离FM波段。
理论上，用感器也应调节至维持调谐电路的L/C比，但我们需要的范围很小，故并没有限制。
利用一部具有调节指示表的FM接收机可以决定本机的输出功率有多少，其正需要是作出比较，指示表上指示四个单位度数，表示十分良好的输出，在测试本机时用10cm长的天线作水平式摆放，离调谐器度到10米。
以四个单位度数为准，即知道用一条半波天线。
（170cm长），经过调式本机能发射远至约50-100米（空旷处）。
第二节：
总结
经过为期三周的课程设计，不仅巩固了我所学的高频知识，模拟电路知识，更重要的是让我学会了怎样学以致用，使我能活用了课本里的死知识，更让我进一步熟悉了一些软件例如PROTEL99SE和ORCAD9.0的使用，通过自己动手设计和购买元器件让我了解和清楚了许多元器件的用途和特点，培养了我对所学专业的兴趣，总之我觉得这次的课程设计给予了我在学习上前所未有的帮助。
第五章参考文献
1、《通信电子线路》曾兴雯刘乃安陈健编著科学出版社
2、《模拟电子技术基础简明教程》杨素行主编高等教育出版社
3、《全国大学生电子设计竞赛制作实训》黄智伟编编著北京航空航天出版社
第六章：
附录
原理图
PCB板图
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