高频课程设计——小功率调频发射机

高频电子线路课程设计摘要调频发射机目前处于快速发展之中，在很多领域都有了很广泛的应用。

它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。

这个实验是关于小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。

学会基本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。

本课设结合Proteus软件来对小功率调频发射机电路的设计与调试方法进行研究。

Proteus软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。

今天的Proteus软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。

使用Proteus、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。

本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调频发射系统的设计与安装对各级电路进行详细地探讨，并利用Proteus软件仿真设计了一个小功率调频发射机。

目录一、设计任务........................................................................................................... - 3 -二、主要性能指标................................................................................................... - 4 -三、电路组成方案................................................................................................... - 5 -四、设计方法........................................................................................................... - 7 -4.1 振荡级........................................................................................................ - 7 -4.2缓冲级....................................................................................................... - 10 -4.3功率输出级............................................................................................... - 11 -4.4总的原理图设计....................................................................................... - 12 -五、测试结果......................................................................................................... - 28 -六、心得与体会..................................................................................................... - 29 -七、参考文献......................................................................................................... - 31 -实验元器件清单..................................................................................................... - 32 -一、设计任务1、确定电路形式，选择各级电路的静态工作点，画出电路图。

2、计算各级电路元件参数并选取元件。

3、测试结果。

4、调试并测量电路性能。

二、主要性能指标1．中心频率 012f MHz =2．频率稳定度 0/10f f +∆≤3. 最大频偏10m f KHz ∆=± 4．输出功率30A p mW ≥ 5. 天线形式拉杆天线（75欧姆） 6. 电源电压 9cc V V =三、电路组成方案拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。

单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应、干扰和自激。

在实际应用中，很多都是采用调频方式，与调频相比较，调频系统有很多的优点，调频比调幅抗干扰能力强，频带宽，功率利用率大等。

调频可以有两种实现方法，一是直接调频，就是用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。

令一种就是间接调频，先对调制信号进行积分，再对载波进行相位调制。

两种调频电路性能上的一个重大差别是受到调频特性非线性限制的参数不同，间接调频电路提供的最大频偏较小，而直接调频可以得到比较大的频偏。

实用发射电路方框图 ( 实际功率激励输入功率为 1.56mW)由于本题要求的发射功率P o 不大，工作中心频率f 0也不高，因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，设组成框图如图所示，各组成部分的作用是：1倍 20(1)LC 调频振荡器：产生频率f 0=5MHz 的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏△f=75kHz ，整个发射机的频率稳定度由该级决定。

(2)缓冲隔离级：将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。

因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化图1-2 实用调频发射机组成方框图13dB 13dB时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。

整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。

缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。

(3)高频小信号放大器：为末级功放提供激励功率。

如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。

(4)末级功放 将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。

如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如%50≥A η而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。

但是本题要求%50≥A η，故选用丙类功率放大器较好。

所以，通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如图3-1所示。

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，且其频率受到外加调制信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；功放级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。

四、设计方法4.1 振荡级（1）振荡电路的选择振荡电路主要是产生频率稳定且中心频率符合指标要求的正弦波信号，目前应用较为广泛的是三点式振荡电路和差分对管振荡电路。

三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路，由于是固定的中心频率，因而采用频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。

其电路原理图如图4.1-1所示。

克拉拨振荡电路与电容三点式电路的差别，仅在回路中多加一个与C2、C3相串接的电容C6，回路的频率fc =，点式电路高一个量级。

由于是调频发射机，其频率受到外加调制信号电压调变，因此，回路中的电抗要能够跟调制信号的改变而改变，应用一可变电抗器件，它的电容量或电感量受调制信 图4.1-1号控制，将它接入振荡回路中，就能实现调频。

最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，因要求的频偏不大，故采用变容二极管部分接入振荡回路的直接调频方式。

其原理电路如图4.1-2所示，它具有工作频率高、固定损耗小和使用方便等优点。

变容二极管Cj 通过耦合电容C 1并接在LC N 回路的两端，形成振荡回路总容的一部分。

因而，振荡回路的总电容C 为：j N C C C += （4-1）图4.1-2振荡频率为：)(2121j N C C L LC f +==ππ （4-2）加在变容二极管上的反向偏压为：()()()高频振荡，可忽略调制电压直流反偏O Q R V V υυ++=Ω (4-3)变容二极管利用PN 结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称j C ～R υ曲线，如图4.1-3所示。

由图可见：未加调制电压时，直流反偏Q V 所对应的结电容为Ωj C 。

当调制信号为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反偏增加时，变容二极管的电容j C 减小；当调制信号为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反偏减小时，j C 增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在j C ～R υ曲线的线性段，j C 将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。

图4.1-3 我们再回到图4.1-2，并设调制电压很小，工作在Cj ～V R 曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。

设图4.1-3 用调制信号控制变容二极管结电容t V V Q Q R Ω+=cos υ （4-4）由图4.1-3可见：变容二极管的电容随υR 变化。

即： t C C C m jQ j Ω-=cos （4-5） 可得出此时振荡回路的总电容为t C C C C C C m jQ N j N Ω-+=+='cos （4-6）由此可得出振荡回路总电容的变化量为：()t C C C C C C m j jQ N Ω-=∆=+-'=∆cos （4-7） 由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中m C 的是变容二极管结电容变化的最大幅值。

我们知道：当回路电容有微量变化C ∆时，振荡频率也会产生f ∆的变化，其关系如下：C C f f ∆∙≈∆210 （4-8）式中，是0f 未调制时的载波频率；0C 是调制信号为零时的回路总电容，显然jQ N o C C C += （4-9）由公式（4-2）可计算出中心频率0f ： )(210jQ N C C L f +=π （4-10） 将（4-8）式代入（4-9）式，可得： t f t C C f t f m Ω∆=Ω=∆cos cos )/(21)(00 （4-11） 频偏： m C C f f )/(2100=∆ （4-12）振荡频率： ()()t f f t f f t f o o Ω∆+=∆+=c o s （4-13）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。