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1、河北科技师范学院课程设计说明书课程名称：高频电子线路设计题目：小功率调频发射机姓 名：系 别：机电工程学院专业班级：指导教师：日 期：2009-11.3012.5题目 小功率调频发射机 设计者： 指导教师： 1 主要技术指标要求发射功率PA500mW负载电阻（天线）RL=50工作中心频率f0=5MHz最大频偏总效率2 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
2、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3 单元电路设计3.1 LC调频振荡级（1）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。 图2 LC调频振荡级原理图(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
3、振荡器的静态工作电流ICQ一般为14mA。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
4、R3R2，R3R1，以减小调制信号V对VQ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。3.2 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。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3所示电路 图3 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
5、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=RB1/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gmRL1。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，ICQ=310mA. 对于上图所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=4mA,若晶体管的电流放大倍数=60，则RE1+RE2=V
6、EQ/ICQ=1.5k，取RE=1k, RE2=1k可以估算出，功率激励级的输入阻抗为335，即射随器的负载电阻RL=335，并可计算出射随器的输入电阻Ri，即 Ri=RB/RL3.6k，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。3.3 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4所示电路图4 高频功率放大级电路原
7、理图（2）电路原理分析由晶体管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。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(IE0=IC0)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 。4 参数计算及分析4.1 LC调频振荡器（1）计算振荡回路元件参数值振荡器的静态工作点取ICQ=2mA，VC
8、EQ=6V，已知晶体管=60。因 RE+RC=为提高电路的稳定性，RE的值可适当增大，取RE=1k，则RC=2k因 VEQ=ICQ*RE=2V若取流过RB2的电流IB2=10IBQ=10ICQ/=0.33mA则 RB2=VBQ/IB28.2k因即RB1最好用20k电阻与47k电位器的串联组合，以便调整静态工作点。若取=100pF，由得可适当调整的圈数或的值。电容、由反馈系数F及电路条件， 决定，若取=510pF，由F=，则取=3600pF，取耦合电容。（2）计算调频电路元件参数值变容二极管的静态反偏压VQ由电阻与分压决定，即 已知，若取，则 最好用10k电阻与47k电位器的串联组合，以便调整静
9、态偏压VQ隔离电阻R3应远大于、，取R3=150k。因接入系数，一般接入系数，为减小振荡回路输出的高频电压对变容晶体管的影响，n值应取小，但n值过小又会使频偏达不到指标要求。可以先取n=0.2，然后再调试。由变容二极管特性曲线得到时，对应Cj=75pF，则，取标称值20pF低频调制信号的耦合支路电容及电感对VQ提供通路，一般的频率为几十赫至几十千赫兹，故取，（固定电感）。高频旁路电容应对调制信号呈现高阻，取。 4.2 高频功率放大器（1）参数限定晶体管3DG12的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCE 0.6V，hfe30，fT150MHz晶体管3DA1的主要参数为PCM=1
10、W，ICM=750mA，VCE 1.5V，hfe10，fT=70MHz，AP13dB放大器主要技术指标：输出功率P0500mW，工作中心频率f05MHz，效率50%，负载RL=50，功率增益AP6dB（2）丙类功率放大器 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，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（）=216mAIc0=Icm0/0（）=54mA 得电源供给的直流功率PD为 PD=VCCIc0=0.65W得集电极的耗散功率PC为 PC=PD-P0=0.15
11、W得放大器的转换效率为 =P0/PD=77%若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为 Pi=P0/AP=25mW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/=21.6mA得基极基波电流的振幅Ibm1为Ibm1=Ib01()=9.5mA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=2,N1=3。若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为 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
12、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 射极电阻RE2为 RE2=|VB|/ICO =20取高频旁路电容CE2=0.01F（3）甲类功率放大器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=25mW,Re=|Zi|=86。设甲类功率放大器的电路如图4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P0为若P0=PO/T31mW若取放大器的静态电流ICQ=Icm=7mA，得集电极电压的振幅
13、Vcm及最佳负载电阻Re分别为Vcm=2P0/Icm=8.9V 因射极直流负反馈电阻RE1为 ， 取标称值360得输出变压器匝数比为若取二次侧匝数N2=2，则一次侧匝数N1=6本级功放采用3DG12晶体管，设=30，若取功率增益AP=13dB（20倍），则输入功率Pi为Pi=P0/AP=1.55mW得放大器的输入阻抗Ri为Rirb+R3=25+30R3若取交流负反馈电阻R3=10， 则Ri=335得本级输入电压的振幅Vim为计算静态工作点由上述计算结果得到静态时(Vi=0)晶体管的射极电位VEQ为VEQ=ICQRE1=2.5V则VBQ=VEQ+0.7V=3.2V，IBQ=ICQ/=0.23mA若取基极偏置电路的电流I1=5IBQ，则R2=VBQ/5IBQ=2.8k，取标称值3k。取高频旁路电容CE1=0.022F，输入耦合电容C1=0.02F。5 总原理图及元器件清单5.1 总原理图图5 小功率调频发射机电路原
