小功率高频FM发射机地设计

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1、word课题：小功率高频（FM）发射机的设计系别：专业：班级：某某：学号： 指导教师:-#-/14word目录1、引言32、摘要43、设计课题44、设计报告正文54.1 方案比拟与选择5直接调频5接调频64.2 总体方案设计7系统框图74.2.2方案原理分析 75、各单元模块说明85.1获取音频信号电路 85.2前级音频放大电路85.3咼频振荡电路95.4末级功率放大电路 10&系统安装于调试116.1 原理设计图纸116.2 PCB设计图纸126.3 系统调试127、设计总结138、参考文献149、附录141、引言无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统

2、、无线安全防X系统、无线遥控和遥测系统、 雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。发射机就是可以将信号按一定频率发射出去的装置。广泛应用与电视， 广播，雷达等各种民用，军用设备。主要可分为调频发射机、调幅发 射机、光发射机、哈里斯发射机等多种类型。调频发射机，首先将音频信号和咼频载波调制为调频波，使咼频载波的频率随音频信号发生变化，再对所产生的高频信号进展放大、 激励、功放和一系列的阻抗匹配，使信号输出到天线，并将信号、PLL 等方式.现在我国商业调频广播的频率X围为88-108MHZ校园为76-87MHZ西方国家为 70-90MHZ2、摘要-# - / 14word本次课程

3、设计围绕人们熟悉的调频发射机进展展开，随着经济的飞速开展，调频发射机也进展着高速的更新与换代，性能明显提升， 性价比也有所下降，同时在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。这次我们主要来设计一个小功率调频发射机， 它主要是由前级音 频放大、西勒振荡器和一级功率放大器组成，各单元电路共同作用， 最终将音频信号通过天线辐射到空间。在电路设计时首先根据设计的要求构建设计的总框图， 充分考虑 各个单元电路之间的信号传输和阻抗匹配。理解各个要求的参数的意 义，针对各参数再分别在各具体电路中加以实现， 并且保证电路的正 常运行。关键词：音频放大振荡器调制波功率放大器3、设计课题小功率高频（FM）发射机的设计

4、4、设计报告正文4.1方案比拟与选择实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调 频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率实质上是改变振荡器的定频元件，变容二极管调频便属于此类。间接调频如此是利用频率 和相位之间的关系，将调制信号进展适当处理如积分后，再对高频振荡进展 调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点。直接调频的稳定性较差，但 得到的频偏大，线路简单，故应用较广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大 的频偏。考虑到电路的复杂度故采用直接调频的方案。直接调频最常见有变容二极管调频，使用VCC实现变容二极管直接调频。许 多中小功率的调频发射机都采用

5、变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之 中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、畐I波少、维修方便，是 一种较先进的频率调制方案。另外一种更为简单的直接调频方法是用三极管直接调频。原理是三极管组成 共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化， 从而改变咼频振荡的频率，最终实现频率的调制。由于采用变容二级管调频，对高频轭流圈的参数要求比拟苛刻。这样会使设 计电路变得困难。因此采用三极管直接调制的方法，这样不仅能够实现FM调频， 而且使电路变得非常简洁。4.1.1直接调频直接调频的根本原理

6、是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率， 使其反映 调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信 号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬 时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。直接调频可用如 下方法实现：在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容Co 在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特 点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。 常用的可控电 感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路， 而

7、可控电阻元件有二极管和 场效应管。在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加 在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。假如载波是由多谐振荡器产生的方波，如此可用调制信号控制积分电容的充 放电电流，从而控制其振荡频率。如图4.2.2(a)所示，不直接针对载波，而是通过后一级的可控的移相网络t将u先进展积分ki u tdt，而后以此积分值进展调相，即得间接调频。0tUfm tVcm cos Wct kf u t dto_.甲 a f(vB)1图4.2.2(a) 间接调频实现可控移相网络的实现方法如图4.2.2(b)所示。将变容二极管接在高频放

8、大器的 谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。电路中，由于调制信号的作用使回 路谐振频率改变，当载波通过这个回路时由于失谐而产生相移，从而获得调相。or1_jjVIJO -n 卜T“e=i-414.2总体方案设计j icio ktj图4.2.2(b)单级回路变容管调相电路-# - / 14word421系统框图 采用FM调制的调频发射机其原理框图如如下图所示，它由调制器、前置功放、 末级功放和直流稳压电源等局部组成。发射天图FM发射机原理框图分析载波人 UcmCOSWct，调制信号U t ；通过FM调制，使得U,t）频率变 化量与调制信号U t的大小成正比。即已调信号的瞬时角频率w twck

9、f u t已调信号的瞬时相位为ttt 0 w t dtWctkf oU (t )dt实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类。本调频发射机的总体电路如下：声-电转换、音频放大、高频振荡调制和高频功率放大等。声-电转换由驻极体话筒担任，它拾取周围环境声波信号后即输 出相就应电信号，经电容 C5可调电阻R10、C11输入到晶体管Q1, Q1担任音 频放大功能，对音频信号进展放大，经 C4送至晶体管Q2进展频率调制；Q2组 成共基极高频振荡器，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化， 从而改变高频振荡的频率，最终实现频率调制。系统总体电路图如图4.3所示：图422系统总体电路图5、电路各

10、单元模块5.1获取音频信号电路由于要接入麦克风，亦可从J1接音频插座输入，所以要给麦克风提供驱动电 压但又不能太大，通过22k的电阻R1实现，C5,C11为耦合电容防止过大的电流 将晶体三极管烧坏。图441麦克风模块电路-# - / 145.2前级音频放大电路电阻R5, R9, R11,三极管Q1组成根本放大电路。信号经过耦合电容C11 传到三极管Q1的基极，实现音频信号的放大，从而获得所需要的功率，以便对高频载波进展调制。而要使共射放大电路工作在放大区， 必须有适宜的静态工 作点。首先在输入信号Ui=0的情况下进展，即将放大器输入端与地端短接，然 后选用量程适宜的直流毫安表和直流电压表，分别

11、测量晶体管的集电极电流Ic以与各电极对地的电位 UB Uc、UE 一般实验中，为了防止断开集电极，所以 采用测量电压UE或Uc,然后算出Ic的方法，例如，只要测出 UE即可用：IcRe算出Ic（也可根据IcUcc UcRcQI 啊)14匚11104音频放大电路并放大为额定的功率， 然后利用天线高频时，三极管的结电容 Cbe的作用不可忽略。三极管 Q2电感L2、结电 容C12电容C2, C10，C13组成了改良型电容三点式高频振荡电路， 产生高频 振荡信号，即载波。Q2 9018）这是个超高频管，主要用作载频，调频发射电路是将待传送的音频 信号通过一定的方式调制到载波信号上 以电磁波的方式发射出

12、去。 信号波和高频载波的数学表达式如下Vc Vcm cos Vs Vsm cOsVcm COS 2 fct Vsm COS 2 fctctstVsm为载波信号的最大振幅。载波频率fc因此其中Vcm为信号波的最大振幅和 称之为中心频率，随着频率的变化，角频率3也会发生变化，COS stmc这时的频率变化厶f称之为最大频率偏移。Vm可表示为：被调频波vm会随信号波 可由下式计算：vsVm Vcm而变化，其瞬间相位为时间积分。因此，相位角B msin mmdtcts sinst如此被调频波可表示为：V m Vcm sin其中m=3 / 3Vcm sin(ct m sinst)经过调频后的信号称之为被

13、调频波图5.4末级功率放大电路Q3是调谐功率管。调谐回路通过调整回路的LC参数，使LC皆振频率与需要接 收的电台频率一样，对该频率呈高阻抗，使它能够进入高放级，对其它频率呈低 阻抗近似短路，不能进入高放级，从而达到选择电台的目的。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IEO在发射极 电阻上产生的压降来提供的。当放大器的输入信号vi 为正弦波时，集电极输出电流ic为余弦脉冲波。得用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压 vc1， 电流icl。分析可得：Vc 1m1 c1m R0式中，Vc1m为集电极输出的谐振电压与基波电压的振幅；Ic1m为集电极基波 电流振幅；Ro为集电极回

14、路的谐振阻抗。Pc1v I2 c1m c1 m丄12 R2 1 c1m 01VL2 R式中，Pc为集电极输出功率PDVCC I CO式中，Pd为电源VCc供应的直流功率；I CO为集电极电流脉冲ic的直流分量放大器的效率为Vc1mVCCI c1 mI COword-# - / 14Al ill c141 (ihiFI ;R I * t(M图444高频功率放大电路Designer软件将原理图转化为PCB图并合理布线，经转印机转印至铜板上，并用环保腐蚀剂进展腐蚀。再打孔焊接元器件。6系统安装与调试6.1原理设计图纸通过使用Altium6.2 PCB设计图纸A15尺i【cRll12)013Ift o(=QPnn JI二 /fcOEP 5C LcJ R10C11L3QH FR2 CL# r * iaBOO-(10 ；mi 1 )6.3系统的调试将本系统接入5V电源,指示灯亮,系统工作正常。用示波器测发射天线端的输出 波形，通过不断地对电感进展调节，使发射频率处于88-