1、 课 程 设 计 课 程 名 称 高 频 电 子 线 路 课 题 名 称 小 功 率 调 频 发 射 机 专 业 电 子 技 术 班 级 081班 学 号 03 姓 名 蒋 知 英 指 导 教 师 浣 喜 明 201年 6月 8日 2湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 高频电子线路课程设计 题 目 小功率调频发射机设计 专业班级 电科 0801 班 学生姓名 蒋知英 学号 03 指导老师 浣喜明 审 批 任务书下达日期：2011 年 5 月 30 日 星期一设计完成日期： 2011 年 6 月 10 日 星期五3设计内容与设计要求一、设计内容：设计一小功率调频 发射机。主要技术指标
2、：发射功率 Pa=3W；负载电阻（天线）R L=75；中心工作频率 fo=88MHZ；调制信号幅度 Vm =1V；最大频偏 f m=75KHZ；总效率 50%。二、设计要求：1、 给出整体设计框图；2、 绘制各单元电路电路图，并计算和选择各器件参数；3、 绘制总电路原理图，设计完成在实验箱完成整机联调； 4、 写出设计报告；主要设计条件4提供计算机和必要的实验仪器说明书格式1 课程设计报告书封面；2 任务书；3 说明书目录；4 设计总体思路及方案比较；5 单元电路设计；6 总电路设计；7 设计调试体会与总结；8 附录(总电路原理图)；9 参考文献。进 度 安 排第一周：星期一 ： 安排任务、讲
3、课；5星期二 星期四：查资料、设计；星期五：电路仿真 第二周：星期一星期二：整机调试；星期三星期四：写总结报告；星期五：答辩。参 考 文 献1、 无线接收发射应用集成电路手册 赵负图 化学工业出版社2、 晶体管收音机手册 上海科学技术出版社3、 接收机系统设计 美。J。E 斯蒂芬.宇航出版社4、 电子技术基础实验 陈大钦.高等教育出版社6目录1.设计总体思路及方案比较 .72.单元电路设计 .82.1 振荡器的设计 .82.2 鉴相鉴频器的设计 .92.3 环路滤波器的设计 .102.4 压控振荡器 VCO 的设计 112.5 分频器的设计 .132.6 前置放大和功率放大 .143.总电路的
4、设计 .154.设计体会与总结 .165.参考文献： .176.附录：（总电路原理图） .187设计总体思路及方案比较对于小功率调频发射机的设计中的调频有两种方法：其一是用间接调频；其二是用直接调频。对于本次设计我们将采用间接调频，其中在间接调频又有：利用变容二极管间接调频；也可用锁相环来间接调频，在此设计中我们将用锁相环来间接调频设计小功率调频发射机。直接调频就是利用调制信号去控制高频振荡器的振荡频率，使它不失真地反映调制信号的变化规律，因此，凡事能直接影响振荡频率的元件，只要用调制信号去控制，使振荡频率的变化量能随调制信号而线性变化，都可以完成直接调频。直接调频的主要优点是电路简单，可以得
5、到较大的频偏，但频率稳定度不高，载频易发生较大的漂移，有时甚至和调频信号的最大频偏有相同的数量级。为了使载波频率保持稳定，一般需要对载频采取稳频措施，因此，直接调频常用于对频率稳定度要求不高的场合。在直接调频电路中，为了提高中心频率的稳定度必须采取一些措施。在这些措施中，即使对晶体管振荡器直接调频，其中心频率稳定度也不如调频的晶体振荡器的频率稳定度高，而且起相对频移太小。若调制不在晶体振荡器中进行，而是在其后一级放大器中进行，将调制信号积分以后对晶振送来载波进行调相，对积分前的信号而言，就可以得到调频波了。间接调频的电路频率稳定，但比较的复杂。锁相环路是一个相位误差控制系统，就是将参考信号与输
6、出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频的目的，在达到同频的状态下，两个信号之间的稳定相差亦可作得很小。锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)，是由鉴相器(Phase Detector,PD)、回路滤波器(Loop Filter,LPF)及压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)所构成的反馈电路。锁相环调频发射机的基本结构框图：参考晶体鉴相鉴频器 环路滤波器 压控振荡器 vco 前置放大和功率放大天线调制信号N 分频器8单元电路设计1、振荡器的设计振荡器是由三个基本单元所组成，有源元件、谐振电路及
7、一个输出负载，如图311所示。以有源元件所构成的放大器被用来提供放大增益，谐振电路用来选取特定频率的信号，将所需要的振荡信号输出至负载。当直流电源加至振荡电路时的瞬间，电路的输出端点将只会产生噪声，这时尽管使用的放大器是一个理想无噪声的放大器，但由于组成谐振电路的无源元件仍具有耗能特性，故必定会在谐振电路上产生噪声，而此噪声信号经过放大器放大后，其中部分信号会出在负载上，其余的经过具有滤波功能的谐振电路时都会被滤掉；而处于谐振电路频率范围内的噪声虽有所衰减，但仍可通过谐振电路，并会重新再被放大而送到负载端，的后便持续不断的依此工作而于输出端产生一特定信号的频率。参数的计算和元件的选择：因为要产
8、生88MHz频率的正弦波故根据公式有：f=1/2 ,通过计算得出：L=0.3uH，C=10Pf,对于三极管因为产生的是LC88MHz的高频率工选3DG6C型号的三级管，通过计算得出起偏置电阻的值。电路图如下：92、鉴相鉴频器的设计鉴相器是一个相位比较装置，对U1(t)和U2(t)的相位进行比较，产生输出电压，这个电压的大小直接反应两个信号相位差的大小。鉴相器的作用是完成相位差到电压的变换。鉴相器的电路有很多，有模拟电路和数字电路，较为典型的鉴相器是模拟相乘器，经过模拟相乘器的输出为：Ud(t)=Km*U1(t)*U2(t) 式中Km是相乘因子。由于在相乘结果中二次谐波比环路滤波器的截至频率高的
9、多，因此，该项可被环路滤波器滤掉，在环路中不起作用。故起作用的鉴相器的输出电压为：Ud(t)= Kd*sinA(t) 式中Kd是鉴相器的传输系数，它与两个相乘的电压振幅成正比：A(t)为两相乘电压的瞬时相位差。由此可见，鉴相器的作用是将误差相位转化为误差电压的输出。当鉴相器的两个输入信号间无相位差，则鉴相器的输出电压为零;当鉴相器的两个输入信号间有相位差，则鉴相器按其特性曲线输出相应的电压.鉴相器的结构：鉴相器的特性：参数计算：本设计中的中心频率为88MHz，故所选的器件和个元件的取值要能使该鉴相10器的工作频率在88MHz，下图所设计的工作频率可在30MHz400MHz之间，鉴相器电路图如下
10、：3、环路滤波器的设计锁相环路的设计，从根本上来说就是环路滤波器的设计。环路滤波器具有低通作用，用来滤除电压中的高频分量和噪声。它对环路参数调整起着决定性的作用，可以改善控制电压的频谱纯度，提高系统稳定度。常用的有RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器，采用的VCO需要较高的控制电压才能获得所需的载波频率，由于无源环路的负增益，在此处不适合采用。考虑鉴相频率的泄漏问题，本设计采用3次有源环路来实现，若C2=C3，R3=R4，R4R1则有Fl=1/2C1R2 、F h=1/2C2R3、Fc=1/2C1(R1+R3)Av、M=R2/(R1+R3)其中Av为运算放大器的直流增益，M为
11、滤波器平坦部分增益。该有源环路滤波器有Fc、Fl、Fh三个拐点，平坦部分的增益由R1、R2、R3，确定，相位裕量仅由Fh/Fl确定。环路滤波器是低通滤波器，用来滤除误差电压Ud中的高频分量和噪声产物.此外，由于环路滤波器的传递函数对环路性能有很大的影响，因而可以调整环路滤波器的参数来获得环路所需的性能。环路滤波器的输入和输出关系可表示为：Uc(t)= Af（p）*Ud(t)式中Af（p)为滤波器的传递函数。常见的有RC滤波器、无源和有源比例积分滤波器等。本设计采用三级有源环路滤波器。参数的计算和元件的选择：由于f=1/2CR 其中f为88MHz，通过计算我们可以得出R1=R2=0.5K 11R
12、3=R4=0.1K、C2=C3=18pf、C1=1.8pf 三级环路有源滤波器电路结构图：4、压控振荡器VCO的设计压控振荡器是指振荡角频率受控制电压控制的振荡器。任何一种振荡器，如LC振荡器、RC振荡器、多谐振荡器等均可构成VCO。在锁相环中，压控振荡器受环路滤波器输出的控制电压Uc(t)的控制，其振荡角频率Wv(t)随Uc（t）而变化，实际上起电压至频率的变换作用。在压控振荡器特性曲线的线性范围内，可以用下列方程来表示：Wv(t)=W0+Kv* Uc(t)式中Wv(t)是压控振荡器的瞬时角频率；Wo是压控振荡器的固有角频率；Kv是压控振荡器的控制灵敏度或增益系数。在对其瞬时角频率积分后，可
13、得瞬时相位得变化。由此可见，压控振荡器具有把电压变化转化为相位变化的功能。控制特性：变容二极管压控振荡器的基本工作原理：在振荡器的振荡回路上并接或串接某一受电压控制的电抗元件后，即可对振荡12频率实行控制。受控电抗元件常用变容二极管取代。参数的计算和元件的选择：变容二极管的电容量 Cj 取决于外加控制电压的大小，控制电压的变化会使变容管的 Cj 变化， Cj 的变化会导致振荡频率的改变。 对于图中，若 C1、C2 值较大，C4 又是隔直电容，容量很大，则振荡回路中与 L 相并联的总电容为：变容管是利用半导体 PN 结的结电容受控于外加反向电压的特性而制成的一种晶体二极管，它属于电压控制的可变电
14、抗器件，其压控特性的典型曲线如图所示。图中，反向偏压从 3V 增大到 30V 时，结电容 Cj 从 18pF 减小到 3pF，电容变化比约为 6 倍。 对于不同的 Cj，所对应的振荡频率为(VR 为最小)(VR 为最大)通常将 fmax 和 fmin 的比值称为频率覆盖系数，以符号 Kf 表示，上述振荡回路的频率覆盖系数为13压控振荡器电路图：5、分频器的设计2n 分频也是经常遇到的。对于 2n 分频，我们常采用两级分频的方法，第一级用来 n 分频，第二级用作 2 分频，这样做的目的就是保证输出信号有 50的占空比，若对占空比无要求则可任意实现 n 分频。对于锁相环调频电路的分频器其分频要大点
15、好一些，对于分频器的设计有 2n、2 n 等，本设计将采用 2n 型来设计，对于 2n 型的设计，首先我们做一个 n 分频器，后面在接一个二分频器就可以组成 2n 分频器。分频器结构电路图：146、前置放大和功率放大前置放大器是功率放大器的驱动级电路，其主要目的是提高射频信号的功率使功率放大器有最佳的功率输出。在发射系统中，已调的射频信号，一般先由驱动级电路对其放大，再由功率放大器把RF信号放大后由天线发射出去。放大器设计时须注意增益(Gain)，噪声指数(Noise Figure)、互调失真(IntermodulationDistortion)和ldB压缩点(1dBCompression,P
16、ldB)等，丙类功放的基极偏置电压-Vbe是利用发射极电流的直流分量Ieo，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LC的选频作用可输出基波谐振电压Vc1、电流ic1参数的计算和元件的选择：丙类功放：等效负载Rp=（Vcc-Vces） 2/2P0=18 集电极基波电流振幅 Ic1m= =0.6A 集电极电流脉冲的最大值Icm及其直流分量Ic0 即RqPc/2Icm=Ic1m/A1(70)=1.36A Ic0=Icm/A0(70)=0.34A 电源供给直流功率Pdc=Ic0*Vcc=4w 则Pc=P
17、dc-P0=1w 故效率a=P0/Pdc=75%，通过计算可以得出个元件的取值：电阻Re1=Vb/Ico=4，L=0.33uH ，变压器线圈匝数比：N3：N1=2.前置放大：PH=0.15W PC=PH/a=0.19W,经计算得出有：R1=R3=0.5K R2=0.6K 高频变压器匝数比：N1：N2=4:5前置放大和功率放大的结构电路图：15总电路的设计对于总电路的设计由开始的设计思路我们可以知道利用锁相环路来进行调频，经过调频后的调制信号在通过前置放大和功率放大，就可以通过天线发射出去了，而我们已经知道了整个电路的设计框图，如下所示：参考晶体鉴相鉴频器 环路滤波器 压控振荡器 vco 前置放
18、大和功率放大天线调制信号N 分频器由该框图我们可以知道，只要将各个模块按各自顺序，输入输出相连接好就可以组成所需的总电路图了，而各个电路模块在单元电路设计中都一一的给16出了，所以以下所做的工作就是将各个模块依据上图的结构框图相互连接起来，在重新排版一下使其比较的美观，这就完成了总电路图的设计了。设计体会与总结本次设计老师给我们的设计题目是：小功率调频发射机的设计，其所需设计的电路中的一部分参数给出，刚拿到此题目是感觉很茫然不知该如何入手，老师刚开始说用锁相环来间接调频，锁相环？什么东西啊，没学过啊，当时就感觉很着急，用没学过的东西来设计，怎么该如何是好啊，拿到任务书后不知道该做什么就只好把老
19、师所说的锁相环这方面的知识点看看，看了一两天之后好像明白了点什么，就开始动手设计，在设计中又遇到了许多的问题，不懂就跑去问老师，经过老师的指点解决了许多的难题，最后大概的框图总算是弄出来了，框图出来之后就是各个模块的单元电路的设计了，经过自己的努力和老师的指导我顺利的把各个模块的电路给设计出来了，接下来就是将各个模块组合起来组成总电路，在拼接总电路的时候也遇到了问题如何将电路图弄的最小，如何将电路图弄的更美观，经过一番的努力终于完成了这最后的一项。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了
20、原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定17要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永
21、远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件如三极管、电感、电容、变压器、二极管等元件的选择以及它们的参数计算。总而言之，言而总之，经过本次的课程设计，既是对本学期所学习的高频电子线路的复习和巩固，也是对本学科的一个外延，此次设计之后，我对元件和电路有了更深的了解，对今后的发展有很大的帮助。在此感谢指导老师对我的指导，我之所以能成功的完成该门设计，是因为有了您的悉心的指导，感谢您，您辛苦了。参考文献：1、无线接收发射应用集成电路手册 赵负图 化学工业出版社2、 晶体管收音机手册 上海科学技术出版社3、 接收机系统设计 美。J。E 斯蒂芬.宇航出版社4、 电子技术基础实验 陈大钦.高等教育出版社5、 高频电子线路 高吉祥 电子工业出版社6、 电子线路*设计*实验*测试 罗杰 谢自美 电子工业出版社18附录：（总电路原理图）
