调频发射机高频实验课程设计.docx
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调频发射机高频实验课程设计
调频发射机的设计
【摘要】
调频发射机作为一种简单的通信工具,它第一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转变,再对所产生的高频信号进行放大,鼓励,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。
本文要紧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它由调制器、前置功放、末级功放和直流稳压电源等部份组成,别离讨论它们的原理及其特性。
【关键词】调频发射机调制器直流稳压电源
【引言】
频率调制又称调频(FM),它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律转变(瞬时频率转变的大小与调制信号成线性关系),而振幅维持恒定的一种调制方式。
本文着重讨论了调频发射的实现电路的各个组成部份及实现电路,利用直接调频法对信号进行调制,末级利用高频功率放大器对信号进行放大,确保信号达到能够发射的足够的功率。
1.电路原理及方案选择
FM调制原理
载波
,调制信号
;通过FM调制,使得
频率转变量与调制信号
的大小成正比。
即已调信号的瞬时角频率
已调信号的瞬时相位为
实现调频的方式分为直接调频和间接调频两大类。
(1)直接调频
直接调频的大体原理是利用调制信号直接操纵振荡器的振荡频率,使其反映调制信号转变规律。
要用调制信号去操纵载波振荡器的振荡频率,确实是用调制信号去操纵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转变规律线性地改变,就能够够实现直接调频。
直接调频可用如下方式实现:
a.改变振荡回路的元件参数实现调频
在LC振荡器中,决定振荡频率的要紧元件是LC振荡回路的电感L和电容C。
在RC振荡器中,决定振荡频率的要紧元件是电阻和电容。
因此,依照调频的特点,用调制信号去操纵电感、电容或电阻的数值就能够实现调频。
调频电路中经常使用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。
经常使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,而可控电阻元件有二极管和场效应管。
b.操纵振荡器的工作状态实现调频
在微波发射机中,经常使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。
假设载波是由多谐振荡器产生的方波,那么可用调制信号操纵积分电容的充放电电流,从而操纵其振荡频率。
(2)间接调频
不直接针对载波,而是通事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。
系统框图
采纳FM调制的调频发射机其原理框图如以下图所示,它由调制器、前置功放、末级功放和直流稳压电源等部份组成。
图1系统框图
调频方案选择
利用通信原理和高频电子线路的相关知识,为确保电路能高效率输出足够大的高频功率,并馈送到天线进行发射,可进行如下设计方案的选择:
方案一:
通过音频信号改变载波的幅值实现载波调幅发射,调幅发射机实现调制简便,调制所占的频带窄,而且与之对应的调幅接收设备简单,因此调幅发射机普遍地应用于广播发射,可是调幅发射机的信号容易失真且发射距离不远。
方案二:
本方案的调频发射机要紧由四个大体模块组成,第一级是由驻极体话筒组成的声-电转换电路;第二级是超高频振荡调制器;第三级音频放大电路;第四级高频功率放大器;整体电路如以下图
(1),该电路由声--电转换、音频放大器、高频振荡调制器和高频功率放大器等部份组成。
声--电转换器由驻极体话筒M1担任,它拾取周围环境声波信号后即输出相应电信号,经C2送至Q1的基极进行频率调制,Q1组成共基极超高频振荡器,基极与集电极的电压随基级输入的音频信号转变而转变,从而改变高频振荡的频率,最终实现频率的调制。
再经C6输入到晶体管Q2,Q2担任音频放大器,对已调音频信号进行放大,再通过C10输入到晶体管Q3,Q3担任功率放大器,对信号再次放大,使信号功率足够大,达到发射远的目的。
且元件利用少,且本钱低廉,接线简单。
具体方案和有关原理如下所述:
2.电路设计
整体电路设计介绍
如图
(2)所示,那个设计的声音调频电路采纳经常使用分立元件组成的电路。
射频电路有高频振荡器,缓冲放大器,末级功率放大器及天线组成。
高频振荡器用来产生载频信号,频点落在60MHz内,通过改变电感量即可改变发射频率。
在音频信号的作用下,通过改变晶体管极间电容实现调频,产生相应的调频波,射频信号由Q1的发射极输出,送到Q2,L2,C8,R5等组成的缓冲放大器进行功率提升,并可减轻末级放大电路对振荡器的阻碍。
末级为高频丙类窄带放大,对射频功率再进一步放大,经C13耦合到发射天线向周围空间辐射。
由于高频电路受干扰严峻,若是电源之前级接进去,干扰信号会通过每一级的放大,愈来愈强,因此Vcc应该从末级接入。
调频电路是通过改变晶体管极间电容实现调频的,由于任何PN结在输入电压时,输入电压的转变将会引发结电容转变,即所谓的变容效应。
因此,利用变容效应也可实现调频。
图
(1)中,Q1,L1,C3,C5,C7,C4,Cb’c组成电容三点式振荡电路,其工作原理如下:
对高频而言,Q1基极是接地的,因此是共基极电路。
基极-基极间的结电容Cb’c并联在L1C3谐振回路两头,能阻碍振荡频率。
调制电压加于Q1基极,可改变Q1的基极电压,使发射极与基极间的输入电压发生转变,从而使结电容Cb’c跟从调制电压而转变,这就实现了调频。
在通过Q2,Q3放大后由天线发射出去。
经查三极管9018的静态结电容Cb’c为2pF,取C3,C5,C7,C4的值别离为:
15pF,10Pf,39Pf,102pf依照以下频率公式的计算电感值。
电路的中心频率计算公式如下:
f0=1/(2∏(L1C∑)½)
C∑=(C4C7/(C4+C7)+Cb’c)C5/((C4C7/(C4+C7)+Cb’c)+C5)+C3
得L1=1/(2∏f0)²/C∑
在实际电路中,电感L1需要微调一知足中心频率的要求。
图2整体电路设计
单元电路设计
(1)LC调频振荡器——主振级:
是正弦波自激振荡器,用来产生频率为57MHz~80MHZ的高频振荡信号,由于整个发射机的频率稳固度由它决定,因此要求主振级有较高的频率稳固度,同时也有必然的振荡功率(或电压),其输出波形失真要小。
在调频振荡级可选用电感三点式,电容三点式和晶体振荡器产生正弦波电压。
(2)FM调频电路设计
FM调频电路原理是三极管组共基极高频振荡器,基极与发射极结电容
随着输入电压的转变而转变,从而改高频振荡的频率。
本模块由三极管等
元件组成电容点式振荡器,不仅能够产生稳固的载波,而且还能够实现调制功能。
具体电路如以下图3所示:
图3FM调频电路等效电路图
音频放大电路由共射放大电路组成。
由调制级转换过来的音频信号超级弱,因此必需再加上一级共射放大的电路。
但是要使共射放大电路工作在放大区,必需有适合的静态工作点Q。
a、静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点,应在输入信号Ui=0的情形下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程适合的直流毫安表和直流电压表,别离测量晶体管的集电极电流Ic和各电极对地的电位UB、Uc、UE。
一样实验中,为了幸免断开集电极,因此采纳测量电压UE或Uc,然后算出Ic的方式,例如,只要测出UE,即可用:
算出Ic(也可依照
,由Uc确信Ic)同时也能算出UBE=UB-UE,UcE=Uc-UE。
图4音频放大电路图5直流等效电路
b、静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic(或UcE)的调整与测试。
静态工作点是不是适合,对放大器的性能和输出波形都有专门大阻碍。
如工作点偏高,
图6静态工作点调试
放大器在加入交流信号以后易产生饱合失真,现在Uo的负半周将被削底,如上图2所示;如工作点偏低那么易产生截止失真,即Uo的正半周被削顶(一样截止失真不如饱合失真明显),如图2所示。
这些情形都不符合不失真放大的要求。
因此在选定工作点以后还必需进行动态调试,即在放大器的输入端加入必然的输入电压Ui,检查输出电压Uo的大小和波形是不是知足要求。
如不知足,那么应调剂静态工作点的位置。
图4的音频放大电路是电路的一级放大,由于通过调制电路的信号很小因此要用甲类放大器,以避免失真或无法达到放大作用,那个地址负载采纳L二、C4并联谐振回路达到选聘和匹配作用。
R3的作用是给基极提供偏置电压,设置三极管的静态工作点和设置放大倍数。
C13滤波减小干扰。
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(≈ICO)在射极电阻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
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vc1,电流ic1。
由下图7为丙类功率放大器实物图。
分析可得以下大体关系式:
式中,
为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅;
为集电极基波电流振幅;
为集电极回路的谐振阻
式中,PC为集电极输出功率
式中,PD为电源VCC供给的直流功率;ICO为集电极电流
脉冲iC的直流分量。
图7
放大器的效率
为
图7高频功率放大电路
最后一级设为丙类放大,以提多发射功率使已调信号能够发射更远,集电极一样采纳L1、C7并联谐振电路选频匹配。
后面通过旁路电容C14=220uF的极性电容滤除无用的小信号,减小干扰。
再通过C6将调制信号输出即可。
3.系统调试及测试结果
实物图接好后,对着PCB图和原理图查看电路,确信元件焊接没有错误后,接入+12V的电压,当接上示波器,用示波器测量调制输出端。
尽管功效还没达到理想的完美成效,可是能调到那个程度自己已经很高兴了,相关波形如图以下图所示:
运行开始时期
当按下运行开关k时,电路运行,由LC调频振荡器产生高频载波。
刚开始振荡成效如以下图8
图8电路运行开始时期图
音频放大电路设计模块
为了考查音频放大电路工作是不是正常,特意进行了验证,以下图所示为第二级音频放大电路设计模块工作图形(图9)。
其中:
蓝色实线为输入的小信号,红色实线确实是经音频放大电路输出后的放大信号。
图9音频放大电路工作波形
第三级输出波形
将示波器的正极接到输出端,负极接地,按下工作开关k,输出波形即为调频波。
工作稳固后波形见截图:
图10第三级输出调频波
4、心得体会
在平常的学习中,由于没有认真学习高频这门课程,因此在拿到课程设计的题目时,更本无从下手,也不能想起任何一些有关的知识点,那时很是急躁,在查阅资料的进程中,尽管网上有很多相关的设计,可是关于原理讲解部份也看不懂。
当自己明白一切要靠自己时,我静下心来,尽力进入状态,通过请教同窗和参考资料,终于确信了一种方案,并弄清楚了电路的工作原理。
那个进程让我明白咱们应该注重平常的学习,打好基础,在此基础上才谈得上延伸和扩展。
本次设计使我深刻熟悉到一些课程设计之外的东西:
凡事不能投机取巧,不管做什么情形都要脚踏实地,一步一个脚印,同时要做到勤学好问,不要不懂装懂。
由于自己能力有限,关于原理部份的设计在借鉴他人的基础上也应该认真消化吸收,使之转化为自己的知识拿来应用。
也应该明确到:
尽信书不如无书,书本上的知识也不必然是完全正确的,也要通过实践才能印证。
【参考文献】
[1]高吉祥,高频电子线路,电子工业出版社,
[2]张肃文,高频电子线路,高等教育出版社,
[3]谢自美,电子线路设计·实验·测试,华中理工大学出版社,
[4]黄智伟,全国大学生电子设计竞赛,北京航空航天大学出版社,
附录
电路实现电路图如下:
元器件清单:
三极管9018,一个
电感3个
电阻20k一个
10k一个
一个
1k两个
33k一个
电容1uf一个
33pf两个
15pf一个
10pf一个
39pf一个
100uf两个
220uf一个
型号101一个
102两个
103一个
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