调频发射机设计.

惠州学院HUIZHOU UNIVERSITY高频电子线路课程设计设计题目调频发射机系别专业班级姓名学号一、设计题目:调频发射机的设计 二、设计的技术指标与要求:1工作电压：Vcc =+12V ； (天线)负载电阻：R L =51欧； 3发射功率：Po ≥500mW ； 4工作中心频率：f 0=5MHz ； 5最大频偏：kHz f m 10=∆； 6总效率：%50≥Aη；7频率稳定度：小时/10/400-≤∆f f ； 8调制灵敏度S F ≥30KH Z /V ；三、设计目的:设计一个采用直接调频方式实现的工作电压为12V 、输出功率在500mW 以上、工作频率为5MHz 的无线调频发射机，可用于语音信号的无线传输、对讲机中的发射电路等。

四、设计框图与分析:（一）总设计方框图与调幅电路相比,调幅系统由于高频振荡输出振幅不变, 因而具有较强的抗干扰能力与效率.所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。

（二）实用发射电路方框图 ( 实际功率激励输入功率为 1.56mW)变容二极管直接调频电路 调制信号 调频信号 载波信号 图3-1 变容二极管直接调频电路组成方框图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，以减少级间的相互感应、干扰和自激。

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3-2所示，各组成部分的作用是：(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kHz f m 10=∆，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)功率激励级：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。

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。

五、设计原理图:1考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频电路。

电路的工作原理是：利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即实现调频。

调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。

六、设计性能分析:(1)发射功率发射功率指发射机发射到天线上的功率。

只有当天线的长度与发射信号的波长相比拟时，天线才能有效地把信号发射出去。

波长λ与频率f 的关系是f c /=λ式中，c 为电磁波传播速度，c=3*108m/s 。

若接收机的灵敏度V A =2uV ，则通信距离s 与发射功率P o 间的关系为40}{07.1mW P s =当发射功率为大于500mW 时通信距离为5.08Km 以上。

(2)工作频率或波段发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。

对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。

(3)总效率发射机发射的总功率P O 其所消耗的总功率P T 比，称为发射机的总功率，用A η表示。

(4)调制灵敏度S F是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。

七、电路参数的计算与元件选择整机电路的实际计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。

而电路的组装和调试顺序一般是从前级单元电路开始向后级逐级进行。

【一】增益分配与功率放大器的设计发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。

因此要根据发射机的各组成部分的作用，适当地合理地分配功率增益。

如果调频振荡器的输出比较稳定，又具有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。

功率激励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。

缓冲级可以不分配功率。

功率增益如图3-2所示。

仅从输出功率Po≥500mW 一项指标来看，可以采用宽带功放或乙类、丙类功放。

由于还要求总效率大于50%，故采用一级宽带放大(一)丙类功率放大器(末级功放)设计1、基本关系式 如图4-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压-V BE 是利用发射机电流的分量I e0在射极电阻R 14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i C 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u c 、电流i C1。

(1)集电极基波电压的振幅 Ucm= I cm1R P式中，I cm1为集电极基波电流的振幅；R P 为集电极负载阻抗。

(2)输出功率PoPo= Ucm.I cm1= Ucm 2/(2 R P ) (3)直流功率PvPv= Vcc.I c0(4)集电极耗散功率P TP T = Pv- Po (5)集电极的效率ηη= Po/ Pv (6)集电极电流分解系数α(θ) αn (θ)= I cmn /i cmmax (7)导通角θbm BBon U V U -=θcos （θ一般取o o 8060-）2、确定丙类放大器的工作状态为了获得较高的效率η和最大的输出功率Po ，选丙类放大器的工作状态为临界状态，θ=700，功放管为3DA1。

3DA1的参数如表4-1所示。

(1) 最佳匹配负载pΩ=-=-=25.1105.0*2)5.112(2)(22Po V V R CES cc p(2)由Po=0.5 Ucm.I cm1= Ucm 2/(2 R P )可得：集电极最大输出电压Ucm=10.5V(3)集电极基波电流振幅：I cm1=95.24mA(4)集电极电流最大值I cm = I cm1/α1(700)=95.24/0.44=216.45mA (5)集电极电流直流分量I c0= I cm *α0(700)=216.45*0.25=54.11mA (6)电源供给的直流功率Pv= V cc * I c0=649.35mW(7)集电极的耗散功率P T =Pv-Po=649.35-500=149.35mW(小于P CM =1W)(8)总效率η=Po/Pv=500/649.35=77.00% (9)输入功率Pi=25mW若设本级功率增益Ap=13dB(20倍)，则输入功率Pi=Po/Ap=25mW (10)基极余弦脉冲电流的最大值I bm (设晶体管3DA1的β=10)I bm = I cm /β=21.45mA(11)基极基波电流的振幅I bm1= I bm α1(700)=21.45*0.44=9.44mA (12)基极电流直流分量I b0= I bm α0(700)=21.45*0.25=5.36mA (13)基极输入电压的振幅U bm =2Pi/ I bm1=5.30V (14)丙类功放的输入阻抗Ω=-=-=8644.0*)70cos 1(25)()cos 1(01'θαθbb i r Z3、计算谐振回路及耦合回路的参数(1) 输出变压器线圈匝数比N5/N3(解决最佳匹配负载问题)68.011051235====p L L o R R Ucm R P N N取N5=2，N3=3。

(2) 谐振回路电容C11=100pF (3) 谐振回路电感LuH C f L 1010*100*)10*5*14.3*2(1)2(112261120≈==-π(4)输出变压器初级线圈总匝数比N=N3+N4高频变压器及高频电感的磁芯应采用镍锌(NXO)铁氧体，而不能采用硅钢铁芯，因其在高频工作时铁损耗过大。

NXO-100环形铁氧体作高频变压器磁芯时，工作频率可达十几兆赫兹。

若采用外径*内径*高度=Φ10mm*Φ6mm*Φ5mm 的NXO-100环来绕制输出耦合变压器，由公式HN l A L cm cm m H μμπ322/210*}{}{}{4-=式中，μ=100H/m 为磁导率；N 为变压器初级线圈匝数；A=25mm 2为磁芯截面积；l =25mm 为平均磁路长度。

计算得N=8，则N 4=5或 eR L W N N LO *=05则9225110528.650≈****=*O *=N e R L W N L ，e O 取值2~10，上述公式取2。

需要指出的是，变压器的匝数N3、N4、N5的计算值只能作为参考值，由于分布参数的影响，与设计值可能相差较大。

为调整方便，通常采用磁芯位置可调节的高频变压器。

4、基极偏置电路 (1)发射极电阻R 14 由公式bm BBon U V U -=θcos可得， V U U V obm on BB1.170cos 3.57.0cos -=*-=*-=θ V I I V c e BB 1.1R R 140140-=⋅-≈⋅-=Ω=33.20R 14取标称值Ω=20R 14(2)高频旁路电容C12=0.01uF 。

(3)高频扼流圈ZL 2=47uH 。

(4)可变电容CT=(5~20)pF 。

5、元件清单CT=(5~20)pF ZL 2=47uH Ω=20R 14 C12=0.01uFC11=100pF uH L 10≈ N3=5，N4=3, N5=2 、3DA1管子(二)宽带功率放大器(功率激励级)设计功率激励级功放管为3DG130。

3DG130的参数如表4-2所示。

表4-2 3DG130参数表(1)有效输出功率P H 与输出电阻R H宽带功率放大器的输出功率P H 应等于下级丙类功放的输入功率Pi=25mW ，其输出负载R H 等于丙类功放的输入的输入阻抗|Zi|=86Ω。

即P H =25mW R H =86Ω(2)实际输出功率P O设高频变压器的效率η=80%，则Po= P H /η=31.25mW(3)集电极电压振幅Ucm 与等效负载电阻H R ' 若取功放的静态电流I CQ =I Cm =7mA ，则Ucm= 2P o /I CQ =2P o /I Cm =8.93VΩ≈Ω==K 3.15.12752Po Ucm R'2H 约为1.3K Ω(4)高频变压器匝数比N1/N23'21==H HR R N N η取变压器次极线圈匝数N2=2，则初级线圈匝数N1=6。