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1、 课 程 设 计课程名称 高频电子线路课程设计 课题名称 小功率调频发射机设计 专 业 电子科学与技术 班 级 0802班 学 号 200801180219 姓 名 刘石海 指导教师 刘正青老师 2011年6月11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 学生姓名 刘石海 学 号 200801180219 指导老师 刘正青 审 批 任务书下达日期： 2011 年 5月 23日 星期一设计完成日期： 2011 年 6月 11日 星期五 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要求:发
2、射功率PA80mW，负载电阻（天线）RL=75，工作中心频率f0=10MHz，最大频偏，20khz总效率。二、设计要求：1、 拟定发射机的组成方框图；2、 完成增益分配与单元电路设计，通过具体计算，选择器件给出设计电路；3、 完成发射机的系统调试（调频震荡器、中间推动级、功率放大器各级的测量）4、 给出最终实现电路5、 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 电路具体设计计算；5 最终电路的确定；6 实验系统调试结果及结论；7 设计体会；8 参考文献。目录一、资料整理61、发射机的主要技术指标62、变容二极管主要
3、特性73、宽带功率放大器94、丙类功率放大器9二、总体方案设计101.系统框图：102、单元电路设计101)功放级电路设计和分析102)功放电路参数计算123)甲类功率放大器154)缓冲隔离级175)调频振荡级18三、整机电路22四、电路装配测试和总结23五、总结与体会26附录27参 考 文 献28课程设计评分表29一、资料整理1、发射机的主要技术指标l 发射功率 一般是指发射机输送到天线上的功率。 l 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。 l 总效率 发射机发射的总功率 与其消耗的总功率 PC 之比，称为发射机的总效率 。l 非线性失真 要求
4、调频发射机的非线性失真系数g 应小于1 %。l 杂音电平 杂音电平应小于 65 dB。l 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l 效率 常将集电极的效率视为高频功放的效率，用表示，当集电极回 路谐振时，的值由下式计算：l 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/Pi2、变容二极管主要特性l 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。l 频率稳定度 主振频率fo的相对稳定性用频
5、率稳定度表示。 l 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。 l 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， l 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
6、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l 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。l 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
7、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）：13db13db0.2mw0.2mw80mw4mwLC克拉泼调频震荡缓冲级功率激励级丙类功放级调制信号图（2-1）发射机系统框图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
8、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 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(IE0IC0)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
9、（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，VCE0.6V，hfe30，fT150MHz晶体管3DA1的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA，VCE1.5V，hfe10，fT=70MHz，AP13dB 确定放大器的工作状态为获得较高的效率及最大输出功率P0。放大器的工作状态选为临界状态，取=80，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=Icm1/1（80）=30.8188mA Ic0=Icm*0（80）=9.62
10、96mA 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为 =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=10）Ibm=Icm/=3mA得基极基波电流的振幅Ibm1为Ibm1=Ibm1(80)= 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,N
11、1=3。若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为 L=2.5uHN2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)Vbmcos= -0.2861V 射极电阻RE2为 RE2=|VB|/ICO =30 取高频旁路电容CE2=0.01F3) 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
12、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|=64.3。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T=0.8，得集电极的输出功率PO为若PO=PO/T=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1.5K得输出变
