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1、东北石油大学课程设计任务书课程 高频电子线路题目 小功率调频发射机的设计主要内容、根本要求、主要参考资料等1、主要内容 利用所学的高频电路知识，设计一个小功率调频发射机。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。2、根本要求 设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为： (1) 载波中心频率； (2) 发射功率； (3) 负载电阻； (4) 调制灵敏度； 3、主要参考资料 1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006. 2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 谢
2、自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000. 4 高桔祥. 电子技术根底实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限 2月28日-3月4日 指导教师 专业负责人 2011 年 2 月 25 日一、电路原理1电路原理及用途(采用集成电路的可对芯片进行介绍)实际功率鼓励输入功率为1.56mW拟定整机方框图的一般原那么是，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。由于此题要求的发射功率Po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
3、些，设组成框图如图3-2所示，各组成局部的作用是：(1)LC调频振荡器：产生频率f0=6MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏，整个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，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。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。(3)功率鼓励级：为末级功放提供鼓励功率。如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率鼓励级可以省去。(4)末级功放：
4、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，假设整机效率要求不高如50%而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是此题要求，应选用丙类功率放大器较好。考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频电路。电路的工作原理是：利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即实现调频。调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。2主要技术指标(1)发射功率发射功率指发射机发射到天线上的功率。只有当天线的长度与发射信号的波长
5、相比较时，天线才能有效地把信号发射出去。波长 与频率 的关系是 式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。假设接收机的灵敏度VA=2uV，那么通信距离s与发射功率Po间的关系为 当发射功率为大于500mW时通信距离为5.08Km以上。(2)工作频率或波段发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。(3)总效率发射机发射的总功率PO其所消耗的总功率PT比，称为发射机的总效率，用 表示。(4)调制灵敏度Kf是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。二、设计步骤和调试过程1、总体设计
6、电路发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否那么电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机的各组成局部的作用，适当地合理地分配功率增益。如果调频振荡器的输出比较稳定，又具有一定的功率，那么功率鼓励级和末级功放的功率增益可适当小些。功率鼓励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。缓冲级可以不分配功率。仅从输出功率Po100mW一项指标来看，可以采用丙类功放。其电路形式如图3-1所示。 图3-1 功率鼓励与末级功放电路丙类功率放大器(末级功放)设计1、根本关系式如图4-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE是利用发射机电流的
7、分量Ie0在射极电阻R14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LC的选频作用可输出基波谐振电压uc、电流iC1。(1)集电极基波电压的振幅Ucm= Icm1RP式中，Icm1为集电极基波电流的振幅；RP为集电极负载阻抗。(2)输出功率PoPocm1= Ucm2/(2 RP)(3)直流功率Pvc0(4)集电极耗散功率PTPT= Pv- Po(5)集电极的效率= Po/ Pv(6)集电极电流分解系数()n()= Icmn/icmmax(7) 导通角 , 一般取 2、确定丙类放大器的工作状态为了获得较高的效率和最大
8、的输出功率Po，选丙类放大器的工作状态为临界状态，=700，功放管为3DA1。3DA1的参数如表3-1所示。表3-1 3DA1参数表PCMICMVCEShfefTAP1W750mA1070MHz13dB(1) 最正确匹配负载 (2)由Po=0.1Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP)可得：集电极最大输出电压(3)集电极基波电流振幅：(4)集电极电流最大值Icm= Icm1/1(5)集电极电流直流分量Ic0= Icm*0(6)电源供应的直流功率(7)集电极的耗散功率PT=Pv-Po=649.35-500=149.35mW(小于PCM =1W)(8)总效率=Po/Pv=500/649.35=7
9、7.00%(9)输入功率假设设本级功率增益Ap=13dB(20倍)，那么输入功率Pi=Po/Ap=5mW(10)基极余弦脉冲电流的最大值Ibm(设晶体管3DA1的=10)Ibm= Icm(11)基极基波电流的振幅Ibm1= Ibm1(700(12)基极电流直流分量Ib0= Ibm0(700(13)基极输入电压的振幅Ubm=2Pi/ Ibm1(14)丙类功放的输入阻抗3、计算谐振回路及耦合回路的参数(1) 输出变压器线圈匝数比N5/N3(解决最正确匹配负载问题)N5/N3=取N5=4，N3=5。(2) 谐振回路电容C11=100pF(3) 谐振回路电感L(4)输出变压器初级线圈总匝数比N=N3+
10、N4高频变压器及高频电感的磁芯应采用镍锌(NXO)铁氧体，而不能采用硅钢铁芯，因其在高频工作时铁损耗过大。NXO-100环形铁氧体作高频变压器磁芯时，工作频率可达十几兆赫兹。假设采用外径*内径*高度=10mm*6mm*5mm的NXO-100环来绕制输出耦合变压器，由公式式中，=100H/m为磁导率；N为变压器初级线圈匝数；A=25mm2为磁芯截面积；l=25mm为平均磁路长度。计算得N=8，那么N4=5或 N=WoL/Rl*Oe*N5=16 取值210，上述公式取2。那么 ，需要指出的是，变压器的匝数N3、N4、N5的计算值只能作为参考值，由于分布参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，
11、通常采用磁芯位置可调节的高频变压器。4、基极偏置电路(1)发射极电阻R14由公式可得， 取标称值(2)高频旁路电容。(3)高频扼流圈ZL2=47uH。(4)可变电容CT=(520)pF。5、元件清单CT=(520)pF ZL2=47uH C11=100pF N3=5，N4=3, N5=2 、3DA1管子 宽带功率放大器(功率鼓励级)设计功率鼓励级功放管为3DG130。3DG130的参数如表3-2所示。表3-2 3DG130参数表PCMICMVCEShfefTAP700mW300mA30150MHz13dB1、计算电路参数(1)有效输出功率PH与输出电阻RH宽带功率放大器的输出功率PH应等于下级
12、丙类功放的输入功率Pi=25mW，其输出负载RH等于丙类功放的输入的输入阻抗|Zi|=86。即PH=25mW RH=86(2)实际输出功率PO设高频变压器的效率=80%，那么Po= PH/(3)集电极电压振幅Ucm与等效负载电阻假设取功放的静态电流ICQ=ICm=7mA，那么Ucm= 2Po /ICQ=2Po /ICm 约为(4)高频变压器匝数比N1/N2取变压器次极线圈匝数N2=2，那么初级线圈匝数N1=6。(5)发射极直流负反应电阻R13 取标称值360(6)功放输入功率Pi本级功放采用3DG130晶体管，假设取功率增益AP=13dB(20倍)，那么输入功率(7)功放输入阻抗Ri (取 )
13、假设取交流负反应电阻为10，那么(8)本级输入电压振幅Uim2、计算电路静态工作点(1)、(2)R11、R12 (I1=510倍IBQ )假设取基极偏置电路的电流I1=5，那么取标称值R12=3k。 为了调节电路的静态工作点，R11可由标称值为5.1 k的电阻与10 k的电位器组成。(3)高频旁路电容。(4)输入耦合电容。此外,还可以在直流电源VCC 支路上加高频电源去耦滤波网络,通常采用LC的型低通滤波器。电容可取0.01uF,电感可取47uH的色码电感或环形磁芯绕制。还可在输出变压器次级与负载之间插入LC滤波器，以改善负载输出波形。3、元件清单C9=0.02uF C10=0.02uF N1
14、=6， N2=2 R13 =360 3DG130管子缓冲隔离级电路(射极输出器)设计从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。一般尽可能从低阻抗点取出信号，并参加隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。1、电路形式由于待传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入抗高，传输系数大且工作稳定。选择电路的固定分压偏置与自给偏压相结合，具有稳定工作点特点的偏置电路。如图4-2所示。射极加RW2可改变输入阻抗。图4-2 射极输出器电路2、估算偏置电路元件(1)条件：Vcc=+12V，负载电阻RL=325(宽带放大器输入电
