高频——小功率调频发射机

通信电子线路课程设计
小功率调频发射机
设计报告
姓名：
学号：
专业：电子信息工程
指导教师：
2011年11月02日
一、绪论
通过电路设计、焊接、调试、整理资料等环节，学生可以形成独立思考问题的能力，培养学生对通信高频电路应用方面的综合实践技能，掌握综合运用理论知识以解决实际问题的能力。

以及培养他们课本知识以外的一些科技工作者必须具备的基本技能，并培养学生的创新能力。

具体目的如下：
1.初步掌握高频电路分析和设计的基本方法，根据任务和指标，确定电路方案，选测元件，焊接电路，反复试验，改进方案，分析结果，写出设计总结报告。

2.培养学生独立分析问题、解决问题能力。

学会自己分析、找出解决问题的方法；对设计中遇到的问题和困难，独立思考，查阅资料，分析、观察、判断、试验、再判断以寻找答案。

3.掌握制作电子产品的基本技能：焊接、调试等基本技能及常用仪器的正确使用。

功能分析：
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。

其频率受到外加音频信号电压调变；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。

二、主要技术指标：
1．中心频率
f=1
2．频率稳定度f∆≤0.1MHz
f∆>10kHz
3．最大频偏
m
4．输出功率
P≥30mW
o
5．电源电压 Vcc=9V
三、设计流程框图：
通常小功率发射机采用直接调频方式，并组成框图如下所示：
调频震荡级缓冲级功率输出级
其中，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，且其频率受到外加音频信号电压调变；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。

上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件参数的计算。

1.频振荡级：
由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。

关于该电路的设计参阅《高频电子线路实验讲义》中实验六内容。

克拉泼（clapp ）电路是电容三点式振荡器的改进型电路，下图为它的实际电路和相应的交流通路：
实用电路 交流通路
如图可知，克拉泼电路比电容三点式在回路中多一个与C1 C2相串接的电容C3，通常C3取值较小，满足C3《C1 ，C3《C2，回路总电容取决于C3，而三极管的极间电容直接并接在C1 C2上，不影响C3的值，结果减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，且C3较小，这种影响越小，回路的标准性越高，实际情况下，克拉泼电路比电容三点式的频稳度
高一个量级，达451010-- 。

可是，接入C3后，虽然反馈系数不变，但接在AB 两端的电阻RL ’=RL//Reo 折算到
振荡管集基间的数值（设为RL ’’）减小，其值变为
式中，C1，2是C1 C2 和 各极间电容的总电容。

因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小，C3越小，环路增益越小。

减小C3来提高回路标准是以牺牲环路增益为代价的，如果C3取值过小，振荡器就会因不满足振幅起振条件而停振。

震荡率：
2.缓冲级
因为本次实验对该级有一定的增益要求，而中心频率是固定的，因此用LC 并联回路作负载的小信号放大器电路。

缓冲放大级采用谐振放大，L 2和C 10谐振在振荡载波频率上。

若通频带太窄或出现自激则可在L 2两端并联上适当电阻以降低回路
Q 值。

该极工作于甲类
)
(21
21j N C C L LC
f +=
=ππ''2'
22
3()31,2
L L
L L
C R n R R C C ≈=+
以保证足够的电压放大。

对缓冲级管子的要求是
()r osc f 35f ≥ ()CC BR CEO V 2V ≥
所以可选用普通的小功率高频晶体管，如9018等．另外，
bQ eQ BE
V V +V =,
若取流过偏置电阻R 9,R 10的电流为 I1=10I bQ
则
R 10=V bQ /I1, R 8=(Vcc-V bQ )/I1
所以选R 10,R 8均为10K Ω.为了减小缓冲级对振荡级的影响，射随器与振荡级之间采用松耦合，耦合电容C 9可选为180pf.
对于谐振回路C 10,L 2,由
故本次实验取C 10为100PF ，
所以，缓冲级设计电路如图：
3.功率输出级
为了获得较大的功率增益和较高的集电极功率，设计中采用共发射极电路，同时使其工作在丙类状态，组成丙类谐振功率放大器．由设计电路图知L 3、C 12 和C 13为匹配网络，与外接负载共同组成并谐回路．为了实现功率输出级在丙类工作，基极偏置电压V B3应设置在功率管的截止区．同时为了加强交流反馈，在T 3的发射极串接有小电阻R 14．在输出回路中，从结构简单和调节方
便考虑，设计采用л型滤波网络，如图4.3-1。

L 3，C 12，C 13构成π型输出，Q3管工作在丙类状态，调节偏置如右图：
电阻可以改变Q3管的导通角。

导通角越小，效率越高,同时防止T3管产生高频自激而引成回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，即将天线阻抗变换为功放管所要求的负载值，并滤除不必要的高次谐波分量。

在选择功率管时要求
0cm P P ≥
max cm c I i ≥
()CC BR CEO V 2V ≥
I cQ
I β
=
MHz
LC
fosc 1221==π()
1022
osc 1L 1.76H
C 2f u π=
=
()r
osc f 35f ≥
综上可知，我们选择9018功率管． 由于要使功放级工作在丙类，就要使1212130.7cc B BE V R V V v R R =<=+ ，解得1312
8.3R
R >，为了使功
放的效率较大，可以减小Q3管的导通角，这里取
R 13=11R 12，第二级集电极的输出电流已经扩大了几十倍，为防止第三级的输入电流过大而烧坏三极管，需要相应的增大第三级的输入电阻。

取R 13=220K ，R 12=20K ，改变R 14可调整放大倍数，取较小的反馈电阻有利于提高增益，因为选定 ，所以发射极电压V E 为0.05V ，因此R 14可选为100Ω。

由于 , 且 ,
一般取 Qe = 8～10
所以
解得：L3=1.06µH
计算得，C 13＝680PF ，C 12＝220PF.功放级的电路设计如右图所示。

4、总的原理图设计
根据前面的分析，还要考虑各级之间的隔离，以及滤波电路，可以设计出如下的原理图。

其中，C 14,C 16为滤波电容，选C 14为0.1µF ，C 16为100µF 。

C 1为基极高频旁路电容，R 1,R
2
L
R L Qe 3
⨯=ω312osc t
f f L C π==
⨯12131213
t C C C C C ⨯=
+()32121312131
L C C 2f C +C π=
⎛⎫⋅ ⎪⎝⎭1212139*20
0.7520220
cc B V R V v
R R =
==++
为Q1管的偏置电阻。

采用分压式偏置电路既有利于工作点稳定，且振荡建立后有利于振
荡幅度的稳定。

调节C
7/C
8
可使调频线性良好。

R
7
,R
8
为变容二极管提供直流偏置。

调制音
频信号经C
17,LC加到变容二极管改变振荡频率实现调频。

振荡电压经电容C
9
耦合加至Q2
缓冲放大级。

Q2缓冲放大级采用谐振放大，L2和C10谐振在振荡载波频率上。

若通频带太窄或出现自激则可在L2两端并联上适当电阻以降低回路Q值。

该级工作于甲类以保证足够的电压放大。

Q3管工作在丙类状态，有较高的效率同时防止Q3管产生高频自激而引起的二次击穿
损坏。

调节偏置电阻可改变Q3管的导通角。

L
3, C
12
和C
13
构成π型输出回路用来实现阻抗
匹配并进行滤波，即将天线阻抗变换为功放管所要求的负载值，并滤除不必要的高次谐波分量。

四、调试电路
可以说调试电路是整个过程中最难的一步了，很多同学其实电路板很早就都焊接完成了，却都停留在了调试这一块了，此实验中中，调试通常可以按照下面几步来进行：
1.给电路板通电，电压为9V，不加音频信号，接入示波器，看有无波形，如果没有波形，可转一转线圈，如果还不行，就要检查电路有没有焊错、虚焊等问题了，可分级测，注意接地，测试三极管的静态工作点，看是否符合理论要求然后进行修改。

2.分别调节L1 、L2、 L3使输出中心频率达12MHz，并出现不失真的波形（正弦波），调节L1主要改变中心频率，调节L2主要调节峰峰值的大小，波形失真则可以调节L3，但由于这三级电路互为谐振回路，三者之间会相互影响，一次调节其中一个会对其余两个造成影响。

因此这三者应统调。

如调解L1使中心频率达到12MHz后，调节L2使满足峰峰值要求时，随着Vpp的上升，中心频率也会有所上升，这时应回头再微调L1，确保中心频率的值。

在此过程中，我发现输出端电压达不到要求值，于是在第三级的发射级并入了100u 的电容，就可达到要求值了。

3.加上1kHz的音频信号，用频偏移测出角频
在调试过程中，出现了许多问题，由于虚焊，导致电路板运行不稳定，输出频率与电压值经常发生跳变，为了解决虚焊问题，电路板不加音频信号，加上9V电压并接地，同时在输出级用示波器观察，接触各个焊点，如果示波器的波形发生跳变，则表示这点很可能发生虚焊，逐一修改。

调试时C9018静态工作点出现问题，没有达到理论值的4V，负载处输出也达不到指标水平。

尝试了将Rb和L3间的电阻短接，在C9018发射极并上小电阻，依然没有明显成效，后来经老师指点，换了多种方法，最后在R11处并了3个200欧电阻，调节L1 L2 L3，终于使各项指标达到要求，最后测得Vpp=9.00v，中心频率为12.017MHz，频偏65kHz，完成了相应的技术调试。

一、实验结果
项目
理论值（由设计图
计算）
实际值（由最后测量结果计
算）
电感L1（uH） 3.3 0.713
电感L2（uH） 1.76 1.76
电感L3（uH） 1.85 1.58
中心频率f0
（MHz）
12 12.03
最大频偏m f∆≥10kHz 65kHz
电压（输出）Vpp ≥ 5.24V
输出功率mW ≥30 125
五、心得体会：
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。

从开始的焊接到后面的调试，都出现了大大小小的问题，也从中学到了不少的东西。

首先，就是要对电路原理图进行分析，通过第一节课老师的分步解析、自己的复习和请教，总算明白了电路的工作原理。

接下来就是焊接，焊接早早的就完成了，焊接完成电路后，开始调试时，调试电路是整个过程中最难的一步了，很多同学其实电路板很早就都焊接完成了，却都停留在了调试这一块了。

很幸运的事，当我把一级的181电容接到示波器时看到11兆的正弦波形。

接下来就是二级了，原以为会一样的顺利，可是不管怎么测都是一个高电平，仔细检查才发现，R8和R11接反了，导致电压分布错误，三极管没用导通，所以测到高电平。

修改完成电路后，电压达到了老师要求的数值，但是频率一直太大，在细心的调试后，终于达到了12.006兆5.78伏的数据。

这次的课设我学到了真知识，而不是照搬电路图。

有的同学做不出来就重做一块，做了很多块板，这样就算板做出来了，但是浪费了太多的资源，最关键的是自己什么都没学到。

通过这次课设我学到了很多很多知识，做实验，心态最重要，绝对不能心浮气躁，对小问题不屑一顾，对大问题等着别人的结果坐享其成，只有这样，我们的实验才算是真正的收获到了成果。

六、参考文献
通信电子线路（第三版）高如云陆曼茹张企民孙万蓉编著第2页到第3页
信号与系统（第二版）郑君里应启珩杨为理编著第3页到第5页
百度文库：/view/f7fc497d5acfa1c7aa00ccb0.html第5页到第6页。