调频发射机课程设计

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1、摘要频率调制又称调频，它是使高频载波信号的频率按调制信号振幅的规律变化，即使瞬时频率 变化的大小与调制信号成线性关系，而振幅保持基本恒定的一种调制方式。调频发射机作为 一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通 信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通 信工程中。本文主要讨论了调频发射机的原理实现方式并设计了电路图，将调频发射机的电 路分为了振荡器、调制器、混频电路、倍频电路和功率放大器几部分，分别讨论它们的原理 及其特性。关键字： 调频 振荡器 混频 倍频 功放一、前言调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得

2、了快速的发展。主要应用于调频广 播、广播电视、通信及遥控。调频电台的频带通常大约是200250kHz，其频带宽度是调幅 电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。调频发射机作为一种简单的通信工具，它首先将音频信号和高频载波调制为调频波,使高 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行混频，倍频，功放和一系列的 阻抗匹配,使信号输出到天线,发送出去的装置。本文主要讨论了调频发射机的原理实现方式 并设计了电路图，将调频发射机的电路分为了载波振荡器、调制器、混频电路、倍频电路和 功率放大器等部分组成，分别讨论它们的原理及其特性。通过调频发射机电路的设计，使得建立无线电发射收机的整机概念，

3、了解发射机整机各 单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算发射的各个单元电路：包括晶体振 荡电路、变容二极管调频电路、二极管单平衡混频电路、三极管倍频电路、丙类谐振功率放 大电路设计、元器件选择。发射机是日常生活中常见的也是应用非常广泛的电子器件，研究 本课题既可以了解调频发射机电路，又可以提高对于 Multisim 的应用能力和运用书本知识的 能力。二、设计指标1. 工作电压：Vcc=+12V；2. （天线）负载电阻：RL=51欧；3. 发射功率：Po500mW；4. 工作中心频率：fO=5MHz；5. 最大频偏：Afm=10kHz；6. 总效率：%50；7. 频率稳定度：AfO/

4、foS 0.0001/小时;8. 调制灵敏度SF230KHZ/V；三、系统综述3.1. 整体原理框图音频 放大器3.2. 工作原理此次设计中采用变容二极管直接调频方式，其中高频振荡器主要用于产生频率稳定，中 心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变，将调制信号与载 波信号输入调频波产生电路得到调频波，再对所产生的调频信号进行混频、倍频、功放和一 系列的阻抗匹配，完成调频发射过程。音频信号输入：这一部分主要是将声音信号加到电路中去，通过LPF后在通过电感和电 容的隔离和耦合后加到主振电路中。用它改变载波频率。主振级：是正弦波自激振荡器，用来产生频率为75MHz80MHZ的

5、高频振荡信号，由于整 个发射机的频率稳定度由它决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也有一定的振 荡功率（或电压），其输出波形失真要小。调频电路：本部分和主振在同一个电路单元中，本电路主要的作用是用音频信号去改变 主振级产生的高频小信号的频率，使得载波信号的频率随着音频信号的幅值变化而变化。这 样就将音频信号所携带的信息加载到了载波中。功率放大器：用于放大功率信号，由于功放级往往工作于效率高的丙类工作状态，其输 出波形不可避免产生了失真，为滤除谐波，输出网络应有滤波性能因此主要由谐振电路完成。四、单元电路设计与仿真4.1.晶体振荡电路石英晶体振荡器的基本原理：石英晶体振荡器的结构：石英晶

6、体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电 效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片 （简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极， 在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为 石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,它的大小与晶片的几何 尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L 来等效。一般L的值为几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容

7、C来等效，C的值很小，一 般只有0.0002O.lpF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Q。 由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达100010000。 加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得 精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。谐振频率：从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当 L、C、R 支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对 于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可

8、与电容C。发 生并联谐振，其并联频率用fd表示。根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗一频率 特性曲线。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈 容性。仅在fsVfVfd极窄的范围内，石英晶体呈感性。割虧jf；： 汕静埜丄亘 ；如丁屈； W :EfT百肝元迪；駆珂回画 奸 D*也 电勺-1 zZ-a.ccos ojoov并联型晶体振荡电路仿真图并联型晶体振荡器就是用晶体振荡器代替电感三点式电路构成的振荡器。在并联型晶体振荡电路中，R!, R2和R3构成分压式偏置电路，L1为高频扼流圈，C1为 旁路电容，C5为耦合电容。晶体在振荡器中起的是高Q电感的作用，振荡

9、电路与克拉波振荡 电路相似，这个电路的振荡频率就是晶体的标称频率。4.2. 变容二极管间接调频变容二极管间接调频仿真图变容二极管间接调频仿真图1LJMStil豔s.ffi- flH2.捋-5帥-Hi*调解：HtABMlHZ鈕摊(1) 间接调频定义:将调制信号vQ(t)先进行积分，再以积分后的信号去进行调相，所得 的调相波就是对原调制信号实现的调频，称这样调频为间接调频。(2) 实现间接调频的方法：由定义可知间接调频方法取决于调相，调相方法有几种，则间接调频方法也有几种。调相方法大致有二种：矢量法、移相法、时延法，所以间接调频同样也有二种方法：矢量法、移相法、时延法。(3) 变容二极管调相电路原

10、理变容二极管调相电路如右图所示，图中ic 来自高频振荡器的载波信号，其余电路部分是一 个并联谐振回路。并联谐振回路的谐振频率wp与变容二极管的电容Cj有关，当变容二极 管电容Cj随调制信号u变化而变化时，谐振频率 wp亦随之变化。上图是一种以调相器达到间接调频，每个单回路的Q值由可变电阻调节，以 使3个回路产生相等的相移。调制信号经积分器后加到变容二极管上。4.3. 三极管倍频电路:心諏n-ik4.HA novimmanMR SutfhMil MgrHi UnfitnI 皆 I 空feu E*-1 白亢JUlI I： u BA|Kdbi QQ L 丹 卓 I0si w J.J?三极管倍频仿真图

11、1、功能:倍频器实质上就是一种输出信号等于输入信号频率整数倍的电路，常用的是二倍频和三 倍频器。在手持移动电话中倍频器的主要作用是为了提升载波信号的频率，使之工作于对应 的信道；同时经倍频处理后，调频信号的频偏也可成倍提高，即提高了调频调制的灵敏度， 这样可降低对调制信号的放大要求。采作倍频器的另一个好处是：可以使载波主振荡器与高 频放大器隔离，减小高频寄生耦合，有得于减少高频自激现象的产生，提高整机工作稳定性。2、倍频原理：由晶体三极管组成的倍频电路，它的基本原理是：三极管VT1的基极不设置或设置很 低的静态工作点，三极管工作于非线性状态，于是输入信号经管子放大，其集电极电流会产 生截止切割

12、失睦，输出信号信号丰富的谐波分量，利用选频网络选通所需的倍频信号，而滤 除基波和其他谐波分量后，这就实现了对输入信号的倍频功能。4.4. 丙类谐振功率放大电路丙类谐振功率放大器仿真电路谐振功率放大器主要有四个特点：放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电 流；输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的 匹配；基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态；输入余弦波 时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。丙类功率放大器的基极偏置电压BEu是利用发射极电流的直流分量OEI在发射极直流 负反馈电阻1 OR上产生的压降来提供的。当放大器的输入信号

13、iu为正弦波时，集电极电流 ci为余弦脉冲波。利用谐振回路L5C5的选频作用可输出基波谐振电压1Cu、电流1 Ci。五、整机电路设计图R1 C1HhIpFBBY31BBV11UCimHC7R222kQill-w.-4?k aHH22nlFR3W-.-4713 tn13 Vrai45-,7WHHil1.3|JHC1-51 4TID rmsTlar-. 2 UrniEViihn15H0r六、设计总结在这次设计中，我承担了变容二极管间接调频电路和三极管倍频电路，我明显体会到， 对于基础知识的掌握与发挥的重要性及动手能力的必要性，只是的积累与运用并不是表面上 那么简单，学习中积累，现实中运用，两者相结

14、合，才能达到最佳效果。总的来说,这里面的酸甜苦辣都是我人生难得的一大笔财富。此次的高频课程设计，我学 到了许多以前在课本上学不到的东西，同时也把以前学到的理论知识运用到了此次的课程设 计中，很好地加强了我在高频电子线路方面的知识，特别是在调频部分。整个调试程序的过 程让我对multisim软件有了更深一步的了解。在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。例如在之前 对仿真软件的不熟悉，在仿真时多次出不了波形等等，我们从来没有想过放弃，一起坚持不 断的调试。通过这次课程设计，加强了我们的动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过 程中，我们把老师以前所讲的芯片的原理、作用及

15、性能都运用到了这次设计中，这样加强了 我们对课本知识的理解和巩固。我觉得这次设计不仅加强了我们对课本知识的回顾和温故， 而且锻炼了我们运用软件的能力。更重要的锻炼了我们动手能力。书中的理论有点枯燥，运 用书中的知识去调试，那是一种无法比拟的成就感。这样更能激发我们对我们专业的兴趣， 和对我们专业知识的理解和掌握，能激发我们对电子科研技术的钻研，增加设计兴趣。在本次设计作品完成期间我遇到很多困难，尽管很艰苦，一次又一次品尝到了解决问题 的喜悦,最终完成了这次课程设计，在高频课程设计中我们发现了自己知识的不足，通过老师 和同学的帮助，以及去图书馆查找资料，终于把问题都解决了，让我学到了很多，同时也巩 固了所学的知识。七、参考文献【1】黄智伟，基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析，电子工业出版社.【2】熊伟，Multisim7电路设计及仿真应用，清华大学出版社.3】侯丽敏，通信电子线路，清华大学出版社.4】张肃文，高频电子线路，高等教育出版社.5】谢云，现代电子技术实践课程指导，机械工业出版