课程设计 简易调频发射机(话筒)

设计一个简易调频发射机（话筒），载频为4MHz，最大频偏为kHz
±，天
75
线阻抗为75Ω，输出功率大于200mW，中心频率稳定度不低于3
10-。

要求调试并测量主振级电路的性能，包括中心频率及其频率稳定度等。

2.1 方案论证选择
设计方案一：采用锁相环式频率合成器。

利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。

这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。

但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。

而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率相信都很难控制。

设计方案二：采用传统的频振荡级,缓冲级,功放输出级。

这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。

由于方案二能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率，所以选择方案二。

2.2 设计思路
根据课题要求，电路分为三部分来实现。

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。

2 缓冲级
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，工作状态的变化会影响振荡器的稳定度，或波形失真或输出电压的减小。

为减小级间的相互影响，常常在中间插入缓冲隔离级。

3 功放输出级
为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波。

2.3 总体方案方框图
图2.3.1 方案框图
2.4 基本原理
通常小功率发射机采用直接调频方式。

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。

3 单元电路的设计
3.1 震荡级
本设计 采用较为稳定的克拉泼电路如图3.1.1所示三极管Q5应为甲类工作状
态，其静态工作点不应设的太高，工作点太高振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将使振荡波形严重失真，但工作点太低将不易起振。

图3.1.1 稳定克拉泼电路图
主要原件参数的确定：R1 、R2、R3、R4确定高频三极管2N2369的静态工作
点。

L1、C4与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端电压确定振荡器反馈电压Vvo 。

C2、C3的比值确定反馈系数F,电路起振条件为VvoF>1。

由于要求载频为4Mhz 根
LC f π210=
（3.1.1）
可以确定L1和电容的值。

如果输出频率不对还可仿真时用频率计观察频率并调节L1的大小即可得到需要频率。

3.2 变容二极管调频
变容二极管Cj 通过耦合电容C1并接在LCN 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 += （3.2.1）
振荡频率为：
)
(2121j N C C L LC f +==ππ （3.2.2）
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 (3.2.3)
图3.2.1 变容二极管调频
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Cj ～Ur 曲线，如图3.2.2所示。

图3.3.2 变容管调频原理
由图可见：未加调制电压时，直流反偏VQ 所对应的结电容为ΩCJ 。

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 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。

我们再回到上图，并设调制电压很小，工作在Cj ～VR 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 （3.2.4）
由图3.2.2可见：变容二极管的电容随υR 变化。

即： t C C C m jQ j Ω-=cos （3.2.5）
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 （ 3.2.6）
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 （3.2.7）
由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中f ∆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 （3.2.8） 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 += （3.2.9）
由公式（3.2.2）可计算出中心频率0f ： )(210jQ N C C L f +=
π （3.2.10）
将（3.2.8）式代入（3.2.9）式，可得：
t f t C C f t f m Ω∆=Ω=∆cos cos )/(21)(00 （3.2.11） 频偏：
m C C f f )/(2100=∆ （3.2.12）
振荡频率：
()()t f f t f f t f o o Ω∆+=∆+=cos （3.2.13）
由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。

其频偏f ∆与回
路的中心频率f0成正比，与结电容变化的最大值Cm 成正比，与回路的总电容C0成反比。

图3.2.3 振荡变容二极管调频电路
如图3.2.3为本设计根据上述原理所采用的振荡变容二极管调频电路。

其中V3为输入信号。

C8为高频滤波电容L2给输入信号提供通路。

R6、R7为变容二极管偏置电阻。

其中偏置电压：
VQ=（R7/R7+R6）vcc （3.2.14）
3.3 缓冲级
为了减小功放级对振荡级的影响。

设计中在振荡级和功放级加入了缓冲级。

因为功放级输出信号较大，工作的变化（如谐振阻抗的变化）会影响振荡器的频率稳定度，或波形失真或输出电压减小。

缓冲集常采用射极跟随器电路。

如下图4.3.1是本设计所采用的电路。

调节射极电阻可以变射极跟随器的输入阻抗。

射极跟随器具有输入高阻抗输出低阻抗特点、电压放大倍数近似为1的特点。

射极电阻=VEQ/IQ。

R8、R9确定偏置电压。

经过计算合理即可。

图3.3.1 缓冲级电路
3.4 功率输出级
高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间。

Q3一极甲类功率放大器的输出信号作为Q1一极丙类功率放大器的输入信号 ,丙类功率放大器作为发射机末级功率放大器以获得较大的输出功率和较高的效率。

图3.4.1 两级放大
第一级为Q3组成的甲放，甲类功率放大器的静态偏置由 R13、 R20和 射极电阻组成。

进行线性放大避免后级丙放放大失真。

L8 C19 为选频网络。

前级输入C1信号为4MHZ ，通过
LC
f π210= （3.4.1） 公式计算，假定L8=10uH 则可以计算出C19为170pF 。

同理丙放也计算出选频网络。

C20 、L7。

第二级为Q1组成的丙放，主要进行功率放大。

R5用来设置丙放基极反偏电压。

丙放采用零偏置电压来确定Q 。

4 电路的逐级调试仿真
4.1振荡器
图4.1.1 振荡器
如图4.1.1所示，振荡器仿真。

利用multisim仿真软件，画好电路图，设置好原件参数，按图接好示波器和频率器。

仿真后可看到波形和频率。

开始发现频率过大根据LC的计算公式将L1的值调大得到合适频率。

图4.1.2 振荡器仿真波形
图4.1.3 频率计
4.2 缓冲器
将振荡器调频电路接好输入到缓冲级，并输入合适的信号。

测缓冲器前后波形。

可以看到波形没有变化。

示波器如图5.2.1所示。

图4.2.1 缓冲器电路
图5.2.2 仿真图
图4.2.2缓冲器波形
4.3 功率放大器
从缓冲器出来的信号接入C1。

示波器接法如图示A通道解放大后的信号。

B 通道接缓冲器出来的信号。

即接C1前面。

运行仿真，发现功率放大器不放大。

后发现是没注意输入信号和匹配网络。

将L8 C19和C20 L7设置正确后。

发现还是没放大。

后面细调Q3的射极电阻（电位器调到0%）和偏置电阻（电位器调到98%）以及Q1丙放的射极电阻（电位器0%），发现大约能放大10倍。

图4.3.1 功率放大器
图4.3.2 功率放大器波形图
5 心得体会
在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。

整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。

通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的能力。

这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。

在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

课程设计提高我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。

高频电路由于受分布参数及各种耦合与干扰的影响，其稳定性比起低频电路来要差些，因此调试工作比较复杂，特别是整机调试，需要细致耐心，前后级多次反复调整，直到满足技术指标要求。

切记不要急燥，更不能盲目地更改参数，负责事半功半，达不到预期效果。

本次课程设计用multisim仿真软件仿真，同时掌握了multisim仿真软件的使用方法。

虽然仿真结果不是很明显，但是却是用我的努力换来的。

参考文献
[1] 张肃文,陆兆雄.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,1993.
[2] 刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东:石油大学出版社,2003.
[3] 阳昌汉.高频电子线路[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2000.
[4] 谢自美.电子线路设计[M].武汉:华中科技大学出版社,2000.
[5] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京:电子工业出版社,2002.
[6] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2004.
致谢
在这次为时两周的课程设计中，我们这个团队在一起努力的完成了指导老师给我们下达的任务，并且顺利、成功的完成了每个小任务。

在设计当中，我们也遇到了不少的困难，在各个成员的努力下，我们解决我们设计过程中的种种困难。

还有那些帮助过我们的老师和同学，十分感谢你们，你的付出，给了我们回报。

在这里祝愿老师身体健康、工作顺利。

也祝愿每个同学万事如意，前途似锦！。