莫枢明高频课程设计报告剖析.docx

莫枢明高频课程设计报告剖析.docx

《莫枢明高频课程设计报告剖析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《莫枢明高频课程设计报告剖析.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

莫枢明高频课程设计报告剖析

五邑大学

高频数字电路课程设计报告

题目：

调频（FM）发射机的制作

院系信息工程学院

专业通信工程（物联网）

学号3113002002

学生姓名莫枢明

指导教师曾军英

报告题目：

调频（FM）发射机的制作

一、题目的要求

（一）查阅调频发射机基本原理的资料；

（二）选择合理的方案，选择电路器件、计算电路参数，设计调频发射机电路；

（三）工作频率88~108MHz，辐射距离大于3米，电源电压5-12V；

（四）扩展功能：

工作频率点可调节；

（五）学生2人一组，独立完成分析和设计，并完成系统调整和测试。

（六）用Multisim进行电路仿真；

（七）制作PCB（须标注学号），焊接元器件，完成电路设计和用收音机完成作品调试。

二、题目的意义及系统的主要功能

（一）此次课程设计的意义在于的：

1、培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

2、利用所学过的知识，通过设计计算﹑元件选取﹑电路板制作调试等环节，初步掌握工程设计的技能。

3、掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，使学生巩固和加深对数字逻辑电路的理论知识，锻炼学生的动手能力。

4、了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。

5、培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点，经济观点和全局观点。

（二）系统的主要功能是：

利用电容三点式电路产生一个高频载波，使高频载波的频率随音频信号发生变化，（即将音频信号和高频载波调制为调频波），再对调频波进行放大、选频，使信号输出到天线，并发送出去。

（三）本人负责的部分是：

利用电容三点式电路产生一个高频载波，使高频载波的频率随音频信号发生变化，（即将音频信号和高频载波调制为调频波）。

三、电路原理及方案论证

（一）电路原理

调频，是使高频振荡信号的频率按照调制信号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系）而振幅保持恒定的一种调制方式。

实现一个调频发射机的电路由两级组成，分别为高频振荡级和高频功率放大器。

其中高频振荡级主要是产生频率稳定、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调变；高频功率放大器的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。

系统基本框架如下：

图1：

系统框架

1、FM调制原理

载波

调制信号

=

；根据FM调制的定义，

频率变化量与调制信号

的大小成线性变化。

此时已调信号的瞬时角频率为：

（1）

已调信号的瞬时相位为

（2）

已调波电压的数学表达式为：

（3）

实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类。

以下进行方案论证及选择：

2、方案论证

（1）方案一：

直接调频

用调制信号直接去控制自激振荡器的振荡频率。

可利用压控振荡器的原理，通过控制谐振回路的电容量或电感量，使其随调制信号电压而变化，振荡器的频率也随之变化，从而实现调频。

直接调频可用以下方法实现

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C。

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圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。

优点：

线路简单，频偏较大。

缺点：

稳定性较差。

（2）方案二：

间接调频

不直接针对载波，而是通过后一级的可控的移相网络。

将

先进行积分

，而后以此积分值进行调相，即得间接调频。

（4）

优点：

稳定性较高。

缺点：

线路较复杂，且不易获得较大的频偏。

综合以上方案的介绍及考虑到电路的复杂度，本次设计采用直接调频的方案。

（3）高频振荡器：

它可用电容三点式振荡器或者电感三点式振荡器实现。

两者相比，因为电容三点式振荡器的集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，对高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减少，波形更加接近于正弦波。

所以我们选择的是电容点式电路。

（4）高频功率放大器：

产生调制信号后，它经过放大和选频，才能有效地由天线发射出去。

放大和选频可由三极管及LC回路构成的功率放大器实现。

（二）具体电路的设计和参数的计算

（1）所需的元器件

2个9018三极管2个5T的电感线圈

1个10K的电阻两个2个33K的电阻，

2个100欧姆的电阻，1个10uf的电解电容，

2个15pf的电容、1个103和104电容、

2个50pf的电容、2个60pf的电容、

1个6pf的电容、1条天线和若干条电源线。

（2）Multisim仿真图设计

9018用2N2369代替，波形如下图所示，周期大约10ns，100MHZ左右。

图2：

仿真图

图3：

仿真波形图

进行仿真成功后，我们开始设计电路原理图：

（3）电路原理图

图4：

原理图

（4）元器件的选取和参数计算

电容麦接上电后，把声音信号转换为电信号，经滤波把电信号传到下部分，这个信号足以调至下一级的高频振荡信号的频率。

C1通交流阻直流，将话筒感应输出的声音电信号传递到下一级，R1和P1/P2形成分压，无电阻R1，电容麦会烧掉；C2为旁路电容，一方面滤除高频杂音，另一方面让三极管的高频电位为0。

C8为旁路电容，若C8不存在，交流信号的放大增益就降低了。

R2和R4为偏置电阻，它们起限制集电极电流Ic的作用。

R3和R5是三极管的发射极电阻，这里起到稳定直流工作点作用，分别和C5、C8构成了高频信号负载电阻作用。

C3和L1组成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用，改变C3的容量或者L1的形状（包括圈数），可以方便的改变发射频率。

C3、C4、C5、L1、Q1构成了电容三点式振荡器，C4是反馈电容，是电路起振的关键。

C6是耦合电容，具有通交流隔直流的作用，阻止每级之间的静态工作点相互影响。

C9是高频信号输出耦合电容，目的是为了让高频信号变成无线电波辐射到天空中。

因此，天线最好竖直向上，长度最好等于无线电波的频率波长（或者整数倍），四周应该开阔，不要有金属物阻挡。

C7和L2组成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用。

C10为滤波电容，起到电源滤波作用，滤除高频杂信号，防止它影响直流静态工作点。

（5）电容三点式振荡器

本模块主要由C3、Q1、C4、C5和L1构成电容三点式振荡器，不仅能产生稳定的载波，而且还能实现调制功能。

使信号振荡到我们谐振器选择到的频率。

其电路原理图及交流等效电路如图4、5所示：

图5：

振荡调频电路

图6：

电容三点式振荡器交流等效电路

（5）

（6）

（6）高频功率放大器

为了把信号有效的发射出去，在电路的发射端加入高频功率放大器.C7和L2组成选频回路，对已调信号进行选频。

LC调频振荡器-主振级：

是正弦波自激振荡器，用来产生频率高频振荡信号，由于整个发射机频率的稳定度由它决定，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。

如图所示：

图7：

功率放大及选频电路

产生的频率为：

（7）

（7）天线

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。

发射天线正是利用辐射场的这种性质，使传送的信号经过发射天线后能够充分地向空间辐射。

（三）电路性能测试与结果分析

我们设计的原理图如图3所示：

由于题目要求，调频发射机的工作频率为88~108MHz，将f1=88MHZ，C总=21.17pf代入公式（6）

计算，可求得L1=0.155uH;将f2=108MHZ，C总=21.17Pf代入公式（6）可得L2=0.103Uh.因此通过空心线圈电感量计算公式:

L=（0.01*D*N*N）/（l/D+0.44）（8）

线圈电感量L单位:

微亨线圈直径D单位:

cm线圈匝数N单位:

匝线圈长度l单位:

cm

根据公式（8）算得，需要绕的线圈数为5圈左右。

因此，根据以上的理论计算，绕5圈左右的线圈，并通过微调线圈的长短、直径、匝数等参数，即可产生题目要求的工作频率88~108MHz。

设计原理图之后，画好PCB，转印拿去做板。

PCB及实物图如下所示：

图8：

PCB图

图9：

实物图

图10：

示波器波形图

我们电路板调试出的频率为107.192MHZ，通过微调线圈的长短、直径、匝数等参数，即可改变频率，符合题目的要求。

四、调试过程遇到的问题与解决的方法

a）调试时间：

5月3日

b）调试中遇到的问题

问题一：

电路不起振；

问题二：

频率不在88MHZ-108MHZ内；

问题三：

声音不够清晰。

c）解决的方法

针对问题一：

发现电路有虚焊，重新焊好；

针对问题二：

将线圈拉长或者缩短就可以将频率减小或者增大；

针对问题三：

信号源声音太大，减小信号源音量。

四、课程设计体会

在高频课程设计当中，我进一步熟悉掌握了使用AltiumDesigner进行电路绘制的一些技巧和注意事项，相比之前的实践，差错少了很多，成功率也大大提高。

此外，我重新拿起高频课本，复习巩固了相关理论知识，深入了解了高频电子线路设计应用的一些特点，使我对抽象的理论有更具体的认识，知道高频电路由于受分布参数及各种耦合与干扰的影响，其稳定性比起低频电路来要差些。

因此调试工作比较复杂，特别是整机调试，更需要细致耐心，需多次反复调整，直到满足技术指标要求。

六、参考文献

[1]《高频电子线路》第3版主编：

廖惜春出版社：

电子工业出版社

[2]《高频电子线路实验与课程设计》主编：

杨翠娥出版社：

哈尔滨工程大学出版社

[3]谢嘉奎，高频电子线路，高等教育出版社，2001.3