电子毕业设计

目录
一、摘要
二、设计任务书
三、开题报告
1、设计论证
2、设计框图
3、框图各部分作用
四、单元元器件的设计
1、调频振荡器的设计
2、高频小信号调谐器的设计
3、高频功率放大器的设计
五、总图
六、总结
七、感谢信
二、毕业设计任务书
（一）、设计题目
高频小信号调频制发射机的设计
（二）、设计目的
设计一高频小信号调频制发射机，能够在6—15Mhz之间的频段内加载调制信号，可以用做短距离的对讲机及窃听器。

（三）、设计参数和设计要求
要求能够在6—15Mhz之间的频段内加载调制信号
频率稳定度达到10e-5数量级
发射功率达到30MW
载波频率可调
近距离可用收音机接收到
扩展部分可用单片机最小系统做程控
（四）、设计完成的技术资料
通八达提交设计报告，测量调频震荡器的短期频率稳定度，并画出其与时间电压的关系曲线。

设计并提交整个系统的电路图。

变容二极
三、开题报告
（一）、方案选择
方案－、直接调频电路
直接调频法体现在电路上，就是利用调制信号直接控制响振荡频率
的元件参数。

如，在LC正弦波振荡器中其振荡频率主要取决于振
荡回路的电感量和电容量，所以，在振荡回路中接入可控电抗元
件（如变容二极管，电抗管），就可完成直接调频任务。

方案二、间接调频电路
间接调频法体现在电路上，就是设法地调频时，将调制与振荡的协
能分开，就可免除调制电路对振荡器的直接影响，再来用高稳定度
振荡器来产生频率稳定度很高的载波，就可以完成间接调频任务。

比较：直接调频的特点是频偏大，但中心频率稳定度不高，间接调
频恰与直接调频相反，中心频率稳定度高，但频偏较小。

通过设计的要求选取方案二。

（二）、设计框图
（三）﹑框图描述
高频信号振荡器的作用是产生高频信号，只要起到运载音频信号的作用。

高频放大的作用是将输入的小信号放大。

调制器的信用是将放大后的音频信号去调制高频信号振荡所产生的高频信号，使高频载波信号的频率随着音频信号作相应的变化，使要传音频信号包含在高频载波信号之内。

高频放大的作用是将调制后的载波信号放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射。

四、单元元器件的设计
（1）、调频振荡器的设计
正弦波振荡器的振荡条件
从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。

图9.1（a）表示接成正反馈时，因此有
放大电路在输入信号时的方框图。

可改画成图9.1（b）所示。

由图可知，若在放大器的输入端（1端）外接一定频率、一定幅度的正弦波信号经过基本放大器和反馈网络构成的环路传输后,在反馈网络的输出端（2端) ，得到反馈信号与在大小和相位上都一致,那么就可以去除外接信号，而将（1）、（2）两端连接在一起(如图中的虚线所示）而形成闭环系统，其输出端可能继续维持与开环时一样的输出信号。

这样由于便有
或
正弦波振荡器的振荡条件为：
幅度平衡条件：，
相位平衡条件：
由上述三种振荡器比较，符合设计要求的为电容三点式振荡器。

克拉泼与席勒振荡电路（改进型电容三点式振荡电路）
当要求电容三点式振荡电路的振荡频率更高时，则应使电容C1、C2的值较小。

由于C1并接在三极管的c、e极之间，C2并接在三极管的b、e极之间，当管子的极间电容随温度等因素的变化而变化时，将对振荡频率产生显著影响，造成振荡频率的不稳定。

为了减小极间电容的影响，提高电路频率的稳定性，对电容三点式振荡电路进行适当改进就形成了改进型电容三点式振荡电路，如图Z0811 所示。

该电路称为串联型电容三点式振荡电路，又称克拉泼振荡电路。

由图可知，这种电路是在电容三点式振荡电路的电感支路上串进了一个小电容C而构成的（C3对交流短路，属共基组态）。

C1、C2、C及L组成谐振回路，当C<< C1、C<<C2时，求得振荡频率为：
上式可见，振荡频率基本上与C1、C2无关，因此，可选C1、C2的值远大于极间电容，这就减小了极间电容变化对振荡频率的影响，提高了振荡频率的稳定性。

LC回路谐振电阻R0反射到三极管集、射极的等效负载电阻为：
其中。

由上式可知：若C调至较小时，将使变小，导致电路增益下降，因此，这一电路的振荡频率只能在小范围内调节，否则将出现输出幅度明显下降的现象。

图Z0812所示电路，是并联型三点式振荡电路，又称席勒振荡电路，它是在串联型电容三点式振荡电路的电感L旁并接了一个电容C而构成的。

由于LC回路的谐振电阻R0反射到三极管集、射极间的等效负载电阻
而C3＞C，当C变小时，变化程度不如式GS0813那样显著，从而削弱了振荡幅度受频率改变的影响。

因此，席勒振荡电路的频率调节范围较克拉泼电路要宽，由图I0823可知，当C3<<C1、C3<<C2时，振荡频率为：
改进型电容三点式振荡电路除具有电容三点式振荡电路的特点外，还具有频率稳定度高（可达1O-5以上）的优点。

该电路广泛应用于各类电视机中。

ＬＣ振荡电路
个不计电阻的ＬＣ电路，就可以实现电磁振荡，故也称ＬＣ振荡电路。

可以证明，ＬＣ振荡电路的振荡频率为。

理论分析表明，ＬＣ电路的辐射功率是和振荡频率的四次方成正比的。

所以，要让ＬＣ振荡电路向外辐射足够强的电磁波，必须提高振荡频率，并且使电路具有开放的形式。

LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。

在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。

由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。

一、L C谐振回路的频率特性
LC正弦波振荡电路中的选频网络采用LC并联网络，如图所示。

图(a)为理想电路，无损耗，谐振频率为
在信号频率较低时，电容的容抗()
很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的
感抗()很大，网络呈容性；只有当f=f0时，
网络才呈纯阻性，且阻抗最大。

这时电路产生电
流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的
磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。

实际的LC并联网络总是有损耗的，各种
损耗等效成电阻R，如图(b)所示。

电路的导纳
为
回路的品质因数
上式表明，选频网络的损耗愈小，谐振频率相同时，电容容量愈小，电感数值愈大，品质因数愈大，将使得选频特性愈好。

当f=f0
时，电抗
当网络的输入电流为I0时，电容和电感的电流约为QI o。

根据式
，可得适用于频率从零到无穷大时
LC并联网络电抗的表达式Z=1/Y，其频率特性如下图所示。

Q值愈大，曲线愈陡，选频特性愈好。

若以LC并联网络作为共射放大电路
的集电极负载，如右图所示，则电路的电
压放大倍数
根据LC并联网络的频率特性，当f=f0
时，电压放大倍数的数值最大，且无附加
相移（原因）。

对于其余频率的信号，电
压放大倍数不但数值减小，而且有附加相
移。

电路具有选频特性，故称之为选频放
大电路。

若在电路中引入正反馈，并能用
反馈电压取代输入电压，则电路就成为正
弦波振荡电路。

根据引入反馈的方式不
同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈
式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。

LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号，一般在lMHz以上。

LC和RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同，它们在电路组成方面的主要区别是，RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成，而LC振荡电路的选频网络则由电感和电容组成。

各自的名称说明了它们之间的差别
变容二极管调频电路
基本原理
频率调制是高频振荡的振幅U cm保持不变，而频率却随调制信号uΩ(t)的变化作线性变化,已调波称为调频波。

这种调制称为频率调制，常用FM表示。

直接调频电路常用变容二极管调频电路。

１．变容二极管的特性
变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管。

它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。

不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现较大的结电容。

这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。

正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。

变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系。

其结电容C j 与反向偏置电压u r之间有如下关系：
式中，U D 为变容二极管PN结的势垒电压，C j0为u r=0时的结电压;γ为电容变化系数。

２．变容二极管调频的基本原理
图1是一个变容二极管调频器的原理电路。

图中虚线左边是一个LC正弦波振荡器,右边是变容二极管和它的偏置电路。

其中C c是藕合电容,ZL为高频扼流圈,它对高频信号可视为开路。

变容二极管是振荡回路的一个组成部分,加在变容二极管上的反向电压
图5-33变容二极管调频电路
为：
ｕ
=V cc-V B+ uΩ(t) =V Q+ uΩ(t)
r
= V cc-V B是加在变容二极管上的直流偏置电压;ｕΩ(t)为调制信号电式中V
Q
压。

图5-34(a)是变容二极管的结电容与反向电压ｕr的关系曲线,由电路可
和调制电压ｕΩ(t)之和,若设调知, 加在变容二极管上的反向电压为直流偏压V
Q
制电压为单频余弦信号,即uΩ（t）=UΩm cosΩt则反向电压为
ｕ
(t)= V Q+UΩm cosΩt
r
在u r(t)的控制下,结电容随时间发生变化如图5-34(a)所示。

结电容是振荡器的振荡回路的一部分,结电容随调制信号变化,回路总电容也随调制信号变化,故振荡频率也将随调制信号而变化,如图5-34(b)所示。

只要适当选取变容二极管的特性及工作状态,可以使振荡频率的变化与调制信号近似成线性关系,如图5-34(c)所示,从而实现调频。

图2结电容随调制电压变化关系
３．电路分析
设调制信号为ｕΩ（t）=UΩm cosΩt,加在二极管上的反向直流偏压为 V Q, V Q的取值应保证在未加调制信号时振荡器的振荡频率等于要求的载波频率,同时还应保证在调制信号ｕΩ（t）的变化范围内保持变容二极管在反向电压下工作。

加在变容二极管上的控制电压为
ｕ
(t)= V Q+UΩm cosΩt
r
根据*式,相应的变容二极管结电容变化规律为
（１）当调制信号电压uΩ（t）=0时,即为载波状态。

此时u r (t)= V Q,对应的变容二极管结电容为C jQ
（２）当调制信号电压uΩ（t）=UΩm cosΩt时,对应的变容二极管的结电容与载波状态时变容二极管的结电容的关系是
2)
代人并令ｍf= UΩm /(U D+V Q)为电容调制度,则可得
上式表示的是变容二极管的结电容与调制电压的关系。

而变容二极管调频器的瞬时频率与调制电压的关系由振荡回路决定。

图5-35是变容二极管部分接入振荡器振荡回路的等效电路。

调频特性取决于回
图5-35 变容二极管部分接入振荡器振荡回路的等效电路
路的总电容C
∑,而C
∑
可以看成一个等效的变容二极管, C
∑
随调制电压uΩ（t）的变
化规律不仅决定于变容二极管的结电容C j随调制电压uΩ（t）的变化,而且还与C1和C2的大小有关。

因为变容二极管部分接人振荡回路,其中心频率稳定度比全部接入振荡回路要高，但其最大频偏要减小。

图5-36所示是变容二极管全部接入振荡回路的等效电路。

图3变容二极管全部接入振荡回路的等效电路
变容二极管构成的调频振荡器实验线路见图。

（2）、高频小信号调谐器的设计
调谐放大器
基本原理
小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。

它的主要特点是晶体管的输入输出回路（即负载）不是纯电阻，而是由L、C元件组成的并联谐振回路。

小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分：有单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。

按晶体管连接方法区分：有共基极、共发射极和共集电极放大器。

实用上，构成形式根据不同设计要求而不同。

１．单调谐放大器
小信号谐振放大器主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。

其电路如图5-7所示，该电路由晶体管U 1、选频回路等部分组成。

不仅对高频小信号进行放大，而且还有选频滤波作用。

其中基极偏置电阻和射极电阻决定晶体管的静态工作点。

可改变基极偏值电阻以改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的有关性能。

高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f 0，谐振电压放大倍数A u0，放大器的通频带BW 及选择性（通常用矩形系数K r0.1来表示）等。

放大器各项性能指标及测量方法如下： (1)谐振频率
放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0称为放大器的谐振频率，对于所示电路，
f 0的表达式为
图1小信号谐振放大器
式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量， 为调谐回路的总电容，其表达式为
式中，C
oe 为晶体管的输出电容；C
ie
为下级放大器的输入电容。

P
1
为晶体管；
P
2
为负载的接入系数。

谐振频率f0的测量方法：
用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调整变压器T的磁芯或微调电容，可改
变谐振曲线的形状和位置，电压谐振曲线的峰值所对应的频率即是放大器的谐振频率f0。

(2)电压放大倍数
放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数A
U0
称为调谐放大器的电
压放大倍数。

A
U0
的表达式为
式中，为谐振回路谐振时的总电导。

由于y
fe
是一个复数，所以谐振时输
出电压u
0与输入电压u
i
相位差不一定是180o。

A
u0
的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频毫伏表测量负载两
端的电压U
0及输入信号电压U
i
的大小，则电压放大倍数A
u0
为：
A
u0 = U
/ U
i
或 A u0 (dB) = 20 lg (U0 /U i) dB
(3)通频带
由于谐振回路的阻抗特性，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大
倍数下降，习惯上称电压放大倍数A
U 下降到谐振电压放大倍数A
U0
的0.707倍时
所对应的频率为半功率点频率,两个半功率点频率之差称为放大器的通频带B
0.7
，其表达式为
B 0.7 = 2△f
0.7
= fo/Q
L
式中，Q
L
为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数A
U0
与通频带BW的关系为
上式说明，当晶体管及电路选定，即y
fe 确定且回路总电容C
Σ为定值时，谐
振电压放大倍数A
U0
与通频带BW的乘积为一常数。

通频带BW的测量方法：通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。

测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。

逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回
路使其谐振，记下此时的谐振频率f
0及电压放大倍数A
U0
，然后改变高频信号发
生器的频率，保持其输出电压不变，并测出对应的电压放大倍数A
U。

由于回路失
谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图5-8所示。

可得：
通频带越宽，放大器的电压放大倍数越小。

要想得到一定宽度的通频宽，同时又
能提高放大器的电压增益，除了选用y
fe
较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回
路的总电容量C
Σ。

如果放大器只是用来放大接收天线的某一固定
图2放大器的谐振曲线
频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。

（4）选择性——矩形系数
调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr
0.1
来表示，可以通过测量调
谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kr
0.1。

如图5-8所示的谐振曲线，矩形系数
Kr
0.1为电压放大倍数下降到0.1 A
U0
时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到
0.707 A
U0
时对应的频率偏移之比，即
K r0.1 = 2△f
0.1
/ 2△f
0.7
= 2△f
0.1
/BW
上式表明，矩形系数Kr
o.1
越接近于１，谐振曲线的形状越接近矩形且选择性越
好，反之亦然。

一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数Kr
0.1
=9.95）。

为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。

２．双调谐放大器
双调谐回路谐振放大器电路如图5-9所示，选频网络为双调谐回路。

其
（1）电压增益为
（2）通频带
BW= 2△f0.7 = fo/Q L
（3）选择性——矩形系数
Kr0.1 = 2△f0.1/ 2△f0.7 =
图3双调谐回路放大器
（3）、高频功率放大器的设计
（一）基本原理
高频功率放大器（简称高频功放）主要用于放大高频信号或高频已调波（即窄带）信号。

由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗变换等问题，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率放大器。

就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。

但其效果:一方面可以对窄带信号实现不失真放大;另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，实现非线性放大。

从原理上深刻了解这一特点，在电路上充分理解谐振回路程的选频和阻抗变换作用以及负载、调制、放大等外部特性，对于我们掌握本章内容是非常重要的。

1、高频功率放大器的功能
高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器,将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出, 它主要应用于各种无线电发射机中。

2、高频功率放大器的主要技术指标
（1）高频输出功率:输出功率P o
（2）效率η: 输出功率/直流电源功率：P o/P（3）功率增益: 输出功率/输入功率：P o/P i
（4）带宽：B0.7
（5）矩形系数K r0.1=B0.1/B0.7
3、高频功率放大器的分类
高频功率放大器可分为窄带放大器和宽带放大器两类。

例如,中波段调幅广播的载波频率为(535-1605)kHz,而传送信息的相对带宽只有0.6%-1.7%,发射机中的高频功率放大器一般采用窄带选频网络为负载。

而对某些特殊要求的通信机,要求频率相对变化的范围大.由于调谐系统复杂,窄带高频功率放大器的应用就受到很大的限制.采用传输线变压器作负载可构成宽带高频功率放大器。

高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能小,以免对其它频道产生干扰.国际对谐波辐射规定是:
（1）对中波广播来说,在空间任一点的谐波场强不得超过基波场强的0.02%.
（2）无论电台的功率有多大,在距电台一公里处的谐波场强不得大于50μv/m.在一般情况下,假如任一谐波的辐射功率不超过25mW,即可认为满足上述要求。

i
5.2谐振式高频功率放大器的工作原理
（二）谐振式高频功率放大器的电路及其特点
晶体管高频功率放大器的原理电路如图5-1所示,由晶体管、输出谐振回路和输入回路三部分组成。

如图5-1所示。

图 5-1 晶体管高频功率放大器的原理电路
1、谐振式高频功率放大器的特点是
①为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，由E b （V BB ）来保证，流过晶体管的电流为余弦的脉冲波形；②负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。

2、工作原理
设输入信号为
图高频功放的工作状态
u b =U bm cos ωt （5-1）
由图5-1得基极回路电压为
u BE = V BB +U bm cos ωt （5-2）
放大器常工作于丙类状态，如图5-2所示
输出电流为余弦脉冲,含有直流、 基波(信号频率分量)和各次谐波分量,输出谐振回路选出基波分量,就实现了功率放大。

3、晶体管的工作区域
晶体管工作区域: 低频区:f<0.5f β.
中频区:f 在0.5f β--0.2f T 之间. 高频区:f 在0.2f T —f T 之间.
五、总图
七、感谢信
致谢语
在论文即将完成之际，我要感谢指导我的老师和同学们，没有他们的帮助我的论文是不可能完成的。

首先感谢我的指导老师吴纬纬老师和邓军老师，在毕业设计的整个过程中，无论是资料的选取，方案的论证，还是电路学习的指导，论文的撰写，自始自终他们都给我悉心的指导和关怀。

而且他们还组织我们参加了实验。

在此我真诚的向他们表示感谢。

还要感谢学院各位领导，给我提供良好的学习环境，以及我的同学们，他们给了我许多有意义的建议，在查找资料和其他方面给予我很大的帮助。

最后还要感谢电子工程系的老师对我们这次设计安排，给我这个学习的机会。