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1、 课 程 设 计课程名称 通信电子线路课程设计 课题名称 小功率调频发射机设计 专 业 电子信息工程 班 级 0781班 学 号 200713020123 姓 名 李娟玲 指导教师 刘正青老师 2010年1月7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 电子信息工程0781 学生姓名 李娟玲 学 号 200713020123 指导老师 刘正青 审 批 任务书下达日期： 2010年 12月 26日 星期一设计完成日期： 2011 年 1月 7 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:
2、发射功率PA500mW，负载电阻（天线）RL=50，工作中心频率f0=5MHz，最大频偏，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、 给出最终实现电路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 电路具体设计计算；5 最终电路的确定；6 设计体会；7 参考文献。 进 度 安 排第一周：星期一 ： 安排任务、讲课； 星期二 星期五：查资料、设计； 第二周：星期一星期二： 设计； 星期三星期四：写总结报告； 星期五：答辩。 参 考 文
3、 献1电子线路设计、实验、测试 罗杰、谢自美主编电子工工业出版社出版2高频电子线路 张肃文主编 高等教育出版社出版3模拟电子技术基础 康华光主编 高等教育出版社出版目 录一、调频发射机及其主要技术指标61.1 发射机的组成方框图61.2 主要技术指标6二、单元电路设计与调试72.1LC正弦波振荡器72.2 单元电路设计82.2.1 LC调频振荡级82.2.2电路原理分析82.2.3 变容二极管的Cj-v 特性曲线92.2.4 缓冲隔离级102.2.5高频功率放大级12三. 参数计算及分析133.1 LC调频振荡器133.2 高频功率放大器15四、 总原理图及元器件清单194.1 总原理图194
4、.2 元件清单20五、总结与体会21一、调频发射机及其主要技术指标1.1 发射机的组成方框图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PA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，组成框图如图1所示，各组成部分的作用是： 图1 发射机组成方框图1.2 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
5、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)表示二、单元电路设计与调试整机电路的设计计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。而电路的装调顺序一般从前级单元电路开始，向后逐
6、级进行。 2.1 LC正弦波振荡器图2 LC调频振荡级原理图2.2 单元电路设计2.2.1 LC调频振荡级LC调频振荡级产生频率为f0=5MHz的高频振荡，变容二极管线性调频，最大频偏为，整个发射机的频率稳定度由该级决定。可假设主振频率f0=5MHz，频率稳定度，输出电压V01V，最大频偏。由于对主振频率f0要求不高，但对频率稳定度要求较高，故选用图2所示的LC调频振荡器电路。2.2.2电路原理分析在LC振荡电路中晶体管T电容三点式振荡器的改进型电路，即克拉波电路，它被接成共基组态，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14mA
7、。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AVOF1。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C1C2，C1C3，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R3R2，R3R1，以减小调制信号V对V
8、Q的影响。C5与高频扼流圈L2给V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。2.2.3 变容二极管的Cj-v 特性曲线 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3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
9、3 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3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3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
10、的控制作用越强，产生的频偏越大。 2.2.4 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4所示电路 图4 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/RL，式中，RL=(RE1+RE2)/RL,RB=RB
11、1/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gm RL1。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=310mA. 对于图4所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=3mA,若晶体管的电流放大倍数=60，则RE1+RE2=VEQ/ICQ=2k，取RE1=0.8k， RE2=1.2kRB1 = = 13.4 k RB2= RB1=10.6 k可以估算
12、出，功率激励级的输入阻抗为500，即射随器的负载电阻RL=500，并可计算出射随器的输入电阻Ri，即 Ri=RB/RL4.7k，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0.022F左右。2.2.5高频功率放大级（1）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，因此选用如图5所示电路图5 高频功率放大级电路原理图（2）高频功率放大级电路原理及分析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。它不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大。但效率h 较低，一般只有20%左右。它通常作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率。利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。根据放大器电流导通角的范围，可以分为甲类、乙类、丙类和丁类等功
