2022年调频发射器 .pdf
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1、目录1.设计题目.1 2.实践目的.1 3.设计要求.1 4.基本原理.14.1FM调制原理 1 4.2 调频方式选择34.3 直接调频方案选择3 4.4 综合设计44.5 单元电路设计65.系统调试.10 6.心得体会.11 7.参考文献.12 附录.12 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 14 页 -1 高频课程设计1.设计题目调频(或调幅)发射机设计2.实践目的无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用,是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等,必不可少的设备。本次设计要达到以下目的:1
2、.进一步认识射频发射与接收系统;2.掌握调频(或调幅)无线电发射机的设计;3.学习无线电通信系统的设计与调试。3.设计要求1.发射机采用 FM、AM或者其它的调制方式;2.若采用 FM调制方式,要求发射频率覆盖范围在,传输距离20m;3.若采用 AM调制方式,发射频率为中波波段或30MHz左右,传输距离 20m;4.为了加深对调制系统的认识,发射机建议采用分立元件设计;(采用集成电路的设计方法建议作为备选方案;)5.已调信号通过 AM/FM 多波段收音机进行接收测试。4.基本原理4.1FM 调制原理载波twUtuccmccos)(,调制信号tu;通过 FM调制,使得)(tuc频率变化量与调制信
3、号tu的大小成正比。即已调信号的瞬时角频率tukwtwfc已调信号的瞬时相位为t dtuktwtdtwttfct)(00实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类。1.1 直接调频直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率,使其反映调制信号名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 14 页 -2 变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率,就是用调制信号去控制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变化规律线性地改变,就能够实现直接调频。直接调频可用如下方法实现:1.1.1 改变振荡回路的元件参数实现调频在 LC振荡
4、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线圈或电抗管电路,而可控电阻元件有二极管和场效应管。1.1.2 控制振荡器的工作状态实现调频在微波发射机中,常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。若载波是由多谐振荡器产生的方波,则可用调制信号控制积分电容的充放电电流,从而控制其振
5、荡频率。1.2间接调频如图 5 所示,不直接针对载波,而是通过后一级的可控的移相网络。将 u 先进行积分tdttuk01,而后以此积分值进行调相,即得间接调频。tfccmFMtdtuktwVtu0cos图 5 间接调频实现可控移相网络的实现方法如下图6 所示。将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里,就可构成变容二极管调相电路。电路中,由于调制信号的作用使回路谐振频率改变,当载波通过这个回路时由于失谐而产生相移,从而获得调相。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 14 页 -3 图 6 单级回路变容管调相电路 2.系统框图采用 FM调制的调频发射机其原理框图如下图所示,它
6、由调制器、前置功放、末级功放和直流稳压电源等部分组成。4.2 调频方式选择实现调频的方法很多,大致可分为两类,一类是直接调频,另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率(实质上是改变振荡器的定频元件),变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系,将调制信号进行适当处理(如积分)后,再对高频振荡进行调相,以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点。直接调频的稳定性较差,但得到的频偏大,线路简单,故应用较广;间接调频稳定性较高,但不易获得较大的频偏。考虑到电路的复杂度故采用直接调频的方案。4.3 直接调频方案选择直接调频最常见有变容二极管调频,使用VC
7、O 实现变容二极管直接调频。许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术,即在工作于发射载频的LC 振荡回路上直接调频,采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法,这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便,是一种较先进的频率调制方案。另外一种更为简单的直接调频方法是用三极管直接调频。原理是三极管组成共基极超高频振荡器,基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化,从而改变高频振荡FM 调制器前置功放末级功放直流稳压源发射天线图 7 FM 发射机原理方框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 14 页 -4 的频率,最终实现频率的调制
8、。由于采用变容二级管调频,对高频轭流圈的参数要求比较苛刻。这样会使设计电路变得困难。因此采用三极管直接调制的方法,这样不仅能够实现FM调频,而且使电路变得非常简洁。方案一:以调幅方式形式做成的三级发射机其性能是比较好的,在实际中做成原品后其频率的稳定对不够高,在一般的情况下只能在68M 96M见跳动,而且还是调幅的不能变成调频,故而不能选用。方案二:以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路虽然是以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路,很能达到我们的要求,但是还有没有比这更优更简单的电路呢?通过查找相关网络资料和书本资料,最后我在一本全国大学生电子设计竞赛书中找到了一个更理想的方案。见方案
9、三。方案三:本调频发射机主要由四个基本模块组成,第一级是由驻极体话筒构成的声-电转换电路;第二级超高频振荡调制器;第三级音频放大电路;第四级高频功率放大器;总体电路如下图(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分组成。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变化而变化,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,再经过C10输入到晶体管 Q3,Q
10、3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。书上具体方案和有关原理如下文:4.4 综合设计如图(1)所示,这个设计的声音调频电路采用常用分立元件构成的电路。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 32MHz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影响。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
11、间名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 14 页 -5 辐射。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结在加反向电压时,反向电压的变化将会引起结电容变化,即所谓的变容效应。在晶体三极管电路中,集电结就是一个加有反向电压的PN结。因此,利用集电结的变容效应也可实现调频。图(1)中,Q1,L1,C3,C5,C7,Cbc 构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,所以是共基极电路。集电极-基极间的结电容Cb c 并联在 L1C3谐振回路两端,能影响振荡频率。调制电压加于Q1基极,可改变 Q1的基极电压,使集电极与基极间的反向偏压发生
12、变化,从而使极间电容Cbc 跟随调制电压而变化,这就实现了调频。在经过 Q2,Q3放大后由天线发射出去。此电路的中心频率可通过回路可变电容C3来进行调整,工作在32Hz。取中心频率为 32Hz,经查三极管 9018的静态结电容 Cb c 为 2pF,取 C3,C5,C7的值分别为:3.3pF,10Pf,39Pf,根据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)?)C=C5C7/(C5+C7)+C3+Cb c 得 L1=1/(2 f0)2/C在实际电路中,电感L1 和电容 C3需要微调一满足中心频率的要求。图(1)在根据实际的设计要求:若采用FM调制方式,要求发
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