北京信息科技大学高频课设报告小功率调频发射机的设计与实现.doc

高频电子线路课 程 设 计 报 告课程名称 _高频电子线路课程设计 题 目 小功率调频发射机的设计与实现 指导教师 完成日期 学 院 专 业 学生姓名 班级/学号 同组人班级学号：同组人姓名：开始时间：完成时间：课设目的：通过具体的电路设计和调试安装实践，进一步加深对基础电路，高频电路的了解，理解所学的专业知识，提高动手能力，提高解决实际问题的综合能力，培养创新能力。课设要求：1、理解并掌握本课程设计所涉及的知识；2、熟悉工程设计方法；3、设计并理解调频发射机的调频和发射过程；4、掌握高频电路的调试方法；5、连接本系统硬件电路；6、完成本系统的调试和测试。课设指标：1、发射功率为100mW，负载电阻51欧姆。2、工作中心频率5MHZ，f>20KHZ 。3、功放总效率 > 50%。指导教师意见-年-月-日成绩：-年-月-日高频电路课程设计任务书目录1设计要求2设计的作用、目的3设计的具体实现3.1 系统概述3.2 单元电路设计与分析（配电路原理图）3.2直流工作点预算(有计算过程).3.3 计算电路工作频率(振荡器频率)3.4 电路的安装与调试步骤.4 测试结果与分析 4.1测试内容（列举测试项目） 4.2 测量参数记录(表格) 1各晶体管直流工作点（列表） 2 前级各输出电压波形（注明电压位置）3.末级输出记录(频率、幅度、波形) 4.3 问题及分析5心得体会及建议5.1 心得体会5.2 建议6 附录1 课设电路成品照片.2 电路测试数据记录.7参考文献一、 简要说明与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变，因而具有较强的抗干扰能力与较高的效率，在无线通信、广播电视、遥控遥测等方面获得广泛应用。图2所示的为调频发射与接收系统的基本组成框图，其中图(a)所示的为直接调频发射机的组成框图，图(b)所示的为外差式调频接收机的组成框图，调频发射机的主要技术指标如下： 图2 调频发射、接收系统组成框图1发射功率 一般是指发射机输送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射频率的波长可以比拟时，天线才能有效地把截波发射出去。波长与频率的关系为式中，为电磁波传播速度，若接收机的灵敏度，则通信距离s与反射功率的关系式为表1列出了小功率发射机的功率与通信距离s的关系。表1 发射功率与通信距离s的关系501002004006002.843.384.024.825.272工作频率或波段 发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或地区或有关部门所规定的范围内选取。对于调频发射机，工作频率一般在超短波范围内，即。3总功率 发射机发射的总功率与其消耗的总功率之比称之为发射机的总功率，即。 4. 非线性失真 当最大频偏为75kHz，调频信号的频率100Hz7500Hz时，要求调频发射机的非线性失真系数应小于% 5. 杂音电平 调频发射机的寄生调幅应小于载波电平的5%10%，杂音电平应小于65dB。 二、 设计目的通过具体的电路设计和调试安装实践，进一步加深对基础电路，高频电路的了解，理解所学的专业知识，提高动手能力，提高解决实际问题的综合能力，培养创新能力。三、 设计要求1、理解并掌握本课程设计所涉及的知识；2、熟悉工程设计方法；3、设计并理解调频发射机的调频和发射过程；4、掌握高频电路的调试方法；5、连接本系统硬件电路；6、完成本系统的调试和测试。四、 给定条件1、发射功率为100mW，负载电阻51欧姆。2、工作中心频率，最大频偏。3、总效率。五、 系统框图六、 计算元器件值1、 计算T1的静态工作点2、 计算T2的静态工作点3、 计算T3的静态工作点4 计算电路振荡频率f=? 七、八、九、 待添加的隐藏文字内容2工作原理1、 LC振荡与调频电路：图3中产生频率=5MHz的高频振荡信号。变容二极管线性调频，最大频偏=10kHz。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，工作状态的变化（如谐振阻抗变化）会影响振荡器的频率稳定度，或波形失真或输出电压减小，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级常采用射级跟随器电路。为减少射极跟随器对前级振荡器的影响，通常要加耦合电容。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,且震荡级的输出功率能够满足末级功放的输入要求，则功率输入激励级可以省去。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，则应采用丙类功放；若整机效率要求不高，如50，波形失真要小，则可以采用甲类功放。但是本题要求50，故选丙类功放较好。十、 调试过程(1)当连接完电路的第一级时，检查一下有没有短路之类的错误，然后测试电路有没有起振，加上调制信号后看是否有频偏。(2)在连接完所有的电路，检查连线是否有短路，电路是否连接正确。如果连接正确，则开始对第一级电路进行调试，测量第一级三极管静态工作点，观察第一级的输出波形。(3)接着对第二级电路进行调试，测量第二级三极管的静态工作点，并观察其输出波形。(4)接着对第三级电路进行调试，测量第三级三极管的静态工作点，并观察其输出波形。对最后的耦合级进行调试，观察第四级加信号源前的波形。(5) 通过调耦合级直至输出波形没有失真，观察输出波形。十一、 分析测试变量理论值测试值VBQ(T1)2.718V2.65VVEQ(T1)2.018V2.03VICQ(T1)2.018mA2.03mAVBQ(T2)6.667V6.34VVEQ(T2)5.967V5.68VICQ(T2)5.967mA5.68mAVBQ(T3)3.214V3.07VVEQ(T3)2.514V2.54VICQ(T3)6.888mA6.96mA测试点幅度频率波形T1的集电极352mV5.869MHzT2的发射极556mV5.882MHzT3的集电极10.35V5.767MHzT4的基极5.56V5.882MHzT4的集电极没记录负载处162mV5.855MHz十二、 总结通过本次课程设计，我对小功率调频发射机的设计及实现有了深刻的认识。进一步掌握了发射机的基本结构，巩固了课本所学的电容三点式振荡电路、变容二极管调频电路、电压跟随器、甲类放大器和丙类功放等部分知识，并通过实际电路调试学到了很多实用知识。概括为以下两部分：1.调试过程中学到的知识：1) LC振荡电路部分: 本实验用的是克拉拨电路实现。实验中，必须满足振荡器应满足的起振条件且有正反馈，理论上才可以实现振荡。根据电路整体要求，选取载波频率为5MHz，由所给电路参数计算的理论值约为5MHz，但是实际测试时，频率大于5MHz，这与元器件本身误差、面包板电阻、示波器的影响等有关。有时候电路不能起振了，首先检查三极管是否正常工作（即静态工作点是否设置合理）、检查是不是电路某器件连接不牢固、检查器件参数是否误差太大等，可以尝试更换器件看是否能恢复起振。2) 变容二极管调频部分：调频电路主要由二极管和20pF电容组成，通过20K和10K电阻分压给二极管提供合适电压（-4V），使其满足线性调频条件。一开始，因为频偏由频率计可以很容易测出，但要通过示波器来看是否调频成功的话，只看频率变化不太明显，要看到调频波的“晃动”必须扫描很多周期才能看出来，所以必须先调节示波器扫描周期才能观察到明显的现象。3) 射极跟随器部分：调频振荡级信号需放大到一定的功率，功放级一般输出较大，当其工作状态发生变化，会影响振荡频率的稳定性，会使波形产生失真，或减小振荡器的输出。为减少级间影响，应插入缓冲隔离级，将振荡级与功放级隔离开，采用射极跟随器电路。4) 甲放部分：为避免一级功放增益太大而产生自激，在末级功放前加一级功率放大器，为末级功放提供激励信号。本实验中是利用宽带变压器作耦合回路的功率放大器（称为宽带功率放大器）。此部分波形开始是失真的，调节变压器调节波形至不失真，不过可以看出，宽带功放可以放大很大。5) 末级功放部分：此处使用的是丙类功放，负载为选频网络，输入为三极管集电极输出余弦脉冲电流输出为谐振电压，为一次谐波。此类放大器必须满足基极加一定负压，为自给偏压电路。此部分调试的时候，开始回路处于失谐 状态，回路的等效阻抗下降，这时集电极电压减小，集电极电流增大，集电极的耗散功率增加，严重时将损坏晶体管也很容易损坏负载电阻，可以先将电压源电压降低到原来的降低到规定值的1/21/3，待找到谐振点后，再将VCC升到12V，然后微调回路参数调整输出波形至不失真。2.心得体会：通过本次实验，我深刻体会到理论与实践之间的差距之大。实际电路中会有元器件参数、周围环境、实验所用测试仪器等等的影响因素，不是“理想”情况，所以和理论值会有所不同。理论上设计出来的电路，选择的元器件参数是一样的情况下，不同人连接出来的电路调试的时候结果也会有不同，因为还有因为引线长短、引线位置等造成的寄生电容、不应有的自激振荡因素的影响。再就是调试电路的时候一定要先经过理论分析，造成此结果的原因有哪些，再逐一排查，最终找到问题所在，要有耐心，不要因为结果没达到预期而不知所措。本次实验对我理论知识的认知和实践技能的提升都有很大帮助，我深刻认识到自己实验动手能力的不足，为以后类似的实验课程打下了基础，也是我明确了以后自己应该在哪方面提高。附录一、 原理图二、 电路版图三、 参考资料料电路分析、模拟电路、高频电子线路四、 调试记录1、振荡电路部分调试：连接好振荡电路之后，接好VCC（12V）电压和地，用万用表测试三极管静态工作点，即测量VBQ1、VEQ1，结果分别为2.65V和2.03V，与理论值差不多；然后用示波器测量图中C处的波形，为一个频率为5.676MHz、幅度为360mV的正弦波，说明已经起振。2、调频电路部分调试：在振荡电路基础上连接好变容二极管调频部分。接好接好VCC（12V）电压和地，用万用表测量DC两端的电压为3.88V，与理论值4V接近，二极管电压正确。加入调制信号（300mV,1KHz的正弦波），用示波器测图中A处输出波形，为频率为5.869MHz、幅度为352mV的正弦波。 3、连接缓冲隔离部分、甲放部分和末级功放部分电路，至此电路连接完毕。4、静态工作点测试：检查电路连接是否正确，检查无误后进行测试，接好VCC（12V）电压和地。用万用表测试第一级三极管静态工作点，即测量VBQ1、VEQ1，结果分别为2.65V和2.03V；用万用表测试三极管静态工作点，即测量VBQ2、VEQ2，结果分别为6.34V和5.68V；用万用表测试三极管静态工作点，即测量VBQ3、VEQ3，结果分别为3.07V和2.54V。可见，各级三极管静态工作点设置相对合理。5、各级输出信号测试：（1）第一级三极管集电极波形测试：在连接完电路之后，我们再重新测第一级波形时，第一级输出为一个高频与一个低频波的叠加。通过学习指导材料，我们知道这可能是高频寄生振荡造成的。高频寄生振荡一般是由电路的分布参数(分布电容、引线电感等)的影响所造成的，例如引线较长时，其产生的分布电感(使放大器原有的电感相当于开路)与电路中的分布电容构成了振荡回路。于是我们检查了电路的引线，把较长的引线改短，结果还是有寄生振荡，后来重新连接了第三级和第四级电路，结果寄生振荡消失，波形正常。在波形正常后，幅度有300多mV，有点偏小，我们分别更换了与振荡频率有关的L1、C4，结果幅度仍然与之前差不多，为352mV左右。（2）第二级三极管发射极波形测试：用示波器测第二级三极管的发射极波形，为幅度600多mV、频率5.78MHZ的正弦波。（3）第三级三极管集电极波形测试：用示波器测第三级三极管的集电极波形，波形有明显失真，调节第一级中周，结果此时负载被烧，关掉电源，拔出负载，然后继续调节第一级中周，至第三级波形无明显失真，记录幅度为10.35V、频率为5.882MHz。接上51欧姆负载。（4）第四级三极管基极波形测试：用示波器测第三级三极管的集电极波形，结果为幅度5.56V、频率5.882MHz的有微小失真的正弦波。（5）负载处波形测试：用示波器测负载处交流信号波形，开始波形跳动且有微小失真，通过调节第二级中周，使波形稳定并基本无失真。记录波形数据：幅度162mV、频率5.855MHz。