70-110MHZ多功能调频发射机设计(DOC)

<<高频电子线路>>
课程设计报告
题目：70-110MHZ多功能调频发射机设计专业：
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完成日期： 2015年5 月 4 日
本文介绍了基于S9018调频发射机的制作方法及其工作原理。

利用S9018三极管，电阻电容组成的LC振荡电路等制作一个高性能调频发射机，它的原理在于话筒将话音转为音频信号，然后音频信号对载波进行调制，产生调频波，通过天线向外发射调频电磁波。

此设计可实现发射距离大于20-30米，发射频率在70-110MHz的基本性能。

经测试，系统达到此次课程设计的基本要求，具有电路简单，抗干扰强，发射声音清晰的优点。

关键词：调频发射机；S9018；调频波
ABSTRACT
Key Words:This paper introduces making method of FM transmitter and its working principle. Using S9018 triode and LC oscillating circuit which consists of resistance and capacitance make a high-performance FM transmitter, its principle is turning audio signal to voice signal, and audio signal modulates for carrier ,produces FM wave, launches FM electromagnetic waves through the antenna to outside. This design can realize launching more than 20-30 meters and transmit frequency 70-1110MHz in the basic performance. After testing, the system can achieve the basic requirements of the course design, with the simple circuit, anti-interference strong advantages.
Key Words: FM transmitter; S9018; FM radio wave
摘要 (1)
ABSTRACT (1)
1 设计要求及方案选择 (3)
1.1设计目的 (3)
1.2设计要求 (3)
1.3方案选择 (3)
2 理论分析与设计 (5)
2.1 设计原理 (5)
3 电路设计 (5)
3.1 各模块电路的设计 (5)
3.1.1 振荡电路的设计 (5)
3.1.2 缓冲级电路的设计 (6)
3.1.3 功率输出级电路 (7)
3.2 总原理图 (8)
3.3 软件仿真 (9)
4 电路焊接与调试 (9)
4.1电路焊接 (9)
4.2调试所用的基本仪器清单 (9)
4.3调试结果 (10)
4.4测试结果分析 (10)
5 总结 (11)
参考文献 (12)
附录 (13)
1 设计要求及方案选择
1.1设计目的
无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗
系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。

本次设计要达到以下目的：
（1）进一步认识射频发射与接收系统；
（2）掌握调频（或调幅）无线电发射机的设计；
（3）学习无线电通信系统的设计与调试。

1.2设计要求
（1）发射频率：70Mhz-110Mhz ；
（2）工作电压：DC 3V-9V；
（3）工作电流：10-50mA；
（4）发射距离：20-30米；
（5）失真度：0.1%；
（6）调制度：15%；
（7）调制方式：调频（FM）；
（8）最大频偏：土75KHz；
（9）输出阻抗：50欧。

1.3方案选择
（1）采用MC2833集成调频发射机
该方案是采用美国MOTORONLA公司生产的专用发射集成芯片——MC2833来实现的。

电路中低频信号从5脚输入，经内部放大后从四脚输出。

于此同时由LC构成的振荡器开始工作并输出调频信号。

此信号通过电容耦合输入到器件内部的晶体管，最后有11脚输出，经进一步倍频放大的信号与音频信号一起进入到第三脚进行调制，产生调频信号最后由天线发射出去。

各引脚图如图1-1所示。

图1-1 MC2833内部结构
（2）采用S9018晶体三极管制作调频发射机
晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件，所以用于电路中主要是起到放大作用。

而S9018是很常用的一种三极管具有射频/高频放大、宽频带放大等特点。

用S9018来制作发射机电路简单，只需少量基本元件即可。

图1-2 S9018管脚图
虽然方案一采用集成芯片，具有调试简单，输出功率较大，收音不易失真等优点，但是根据我们的实际情况，采用S9018晶体三极管制作调频发射机的基本元件在基地都能购买到，很方便，且该方案也能满足本设计的要求本设计。

综合考虑，最终选择采用方案二。

2 理论分析与设计
2.1 设计原理
一般实现调频发射机的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。

直接调频是用调制信号电压直接去控制自激电路的振荡频（实质上是改变振荡器的定频元件），使其按调制信号的规律线性变化。

本设计采用的是直接调频方式，其系统框图如图2-1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，同时还对前后级起一定的隔离作用，为避免功放级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。

图2-1 系统框图
3 电路设计
3.1 各模块电路的设计
3.1.1 振荡电路的设计
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3-1所示。

图3-1 振荡电路
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C5、C6相串接
的电容C
，回路的振荡频率为f c
=，克拉拨振荡电路的频稳度大体上比电容
三点式电路高一个量级。

3.1.2 缓冲级电路的设计 因为本次设计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，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（S9018）。

另外，bQ eQ BE V V +V =, I cQ I β=，若取流过偏置
电阻R4的电流为I1=10OIbQ ，则R 4=V bQ /I1, 所以选R4为56K Ω。

对于谐振回路C1,L2,由MHz LC fosc 8821
==π。

故本次实验取C1为25PF ，L2为4T 。

所以，缓冲级设
计电路为图3-2所示。

图3-2 缓冲级电路
3.1.3 功率输出级电路
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。

为了实现功率输出级在丙类工作，基极偏置电压V 应设置在功率管的截止区．同时为了加强交流反馈， Q3管工作在丙类状态，调节偏置电阻可以改变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 ≥， ()r osc f 35f ≥。

综上可知，我们选择S9018功率管，其原理图如图3-3所示。

图3-3功率输出级电路
3.2 总原理图
基于上述各模块电路的分析，综合得总原理图如图3-4所示。

图3-4 总原理图
3.3 软件仿真
根据设计总原理图以及分析的参数，本次课程设计通过使用ISIS 7 Professional 软件来仿真，仿真图3-4所示。

图3-4 软件仿真图
4 电路焊接与调试
4.1电路焊接
根据PCB图将正确的电子元件插到正确的位置用焊锡和电烙铁将其焊接上。

在焊
接电路板时，应先将电烙铁加热至适当温度，再把电烙铁触在焊孔将焊接点上，期间
要注意掌握好焊锡的用量。

在焊接的时候，由于电路板表面的铜容易被氧化，从而使
得焊接的时候电路板不易粘锡，在这种情况下可以先用砂纸将焊盘的阻焊层擦一擦。

这样既有利于焊接，从而防止焊接点的虚焊和脱焊，同时也使得焊接点更牢固更美观，。

焊接的时候为了防止在焊接点密集的地方焊接点的相互短路，可以在边焊接边用万用
表检查焊接点是否焊接的正确。

由于在焊接的时候电烙铁的温度较高，要小心烫伤手
和烫坏实验设备。

4.2调试所用的基本仪器清单
（1）数字式或指针万用表；
（2）V稳压电源；
（3）GP天线（阻抗为50 欧姆）；
（4）具有FM收音机功能的收音机；
（5）立体声音源（计算机声卡，MP3 ，音源纯正，无杂音）。

4.3调试结果
整体电路可以分为三部分，即振荡电路，缓冲电路，功率输出电路。

首先对每个部分进行测试，确定输出的功率和波形无误后，再整体调试。

加入音频信号后，刚开始无功率输出，经过调节L1，L2，L3，电感的扎数和线圈间的距离，有功率输出。

进一步调试，最后输出频率为87.7MHZ，传输距离大概70米。

4.4测试结果分析
（1）电源输入显示的发光二极管处一定要加入保护电阻，否则会因为输入的电流过大而烧坏二极管。

（2）天线匹配，天线的频段和机器频段不一致，天线阻抗不匹配，都会严重影响发射距离。

（3）电感线圈的圈数一定要与所设计的电路匹配，否则会影响发射距离和接收质量。

（4）在换用天线时要注意将天线拧紧，另外不能随便使用非厂家提供的天线，也不能使用不符合机器频点的天线。

5 总结
这是我们教学安排的第三个课程设计。

这次课程设计总计时间近35天，从最开始的确定选题到着手查资料、计算、画原理图、仿真、刻电路板、调试、总结，收益很大。

（1）查资料，原来我们潜意识都是去书本上查东西，这次课程设计我从课本上获得了大量信息，但更大的部分是上网查阅和向基地其他成员请教的，以后我们要学会请教别人和更好的利用互联网上的资源。

（2）通过计算，我对高频的知识有了一个复习回忆的过程，晶体三极管、LC振荡电路、发射机基本框架电路等知识得到了相应的复习。

课程学习来不得半点马虎，课程设计就是考察平常是否真正学习的最好方式。

（3）仿真是用ISIS软件进行的，电路仿真成功后，便用protel99SE软件画电路图、导PCB板。

发现自己原来学得太浅，真正要做一个实物时，进展很慢。

快捷键等方面的应用很缺乏。

这一次加深印象的同时，更使我认识到学以致用才是硬道理。

刻电路板、调试让我真正脱离了纸上谈兵，动手实践。

（4）本次课程设计中获得了些经验，如三极管管脚序号与电路图中元件管脚序号是不同的，要调整才行；元件的管脚是逆时针排列的；检查电路时，一般先检查地线、电源线，从断路、短路开始检查；PCB板布线最好是自动布线和手工布线相结合，快捷方便，其中地线很关键；焊盘一定要适当大小，太大使得布线困难，太小打孔后，焊接不上锡，虚焊严重；电阻有些值没有的可以用两个串联，电容没有的就用两个并联，所以做事要学会变通。

（5）调试，这一关最让人头痛。

一切都是想好方向去的，结果却不理想，检查电路焊接没问题后，从原理图到POB图以及计算都要检查，真是不细心不行！
所以，这次课设不仅让我好好复习了课本上的相关知识，还让我对ISIS软件、protel99软件的学习更深入。

给我最大的印象是，不管是大事小事，都要踏踏实实，做好每一步。

同时，一步一步要注意检查，及时及早发现错误可以减少不少弯路。

参考文献
[1] 张肃文.高频电子线路北京[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2] 谢自美.电子线路设计、实验与测试[M].高等教育出版社，2003.
[3] 夏路易，石宗义.电路原理图与电路板设计教程[M].北京希望电子出版社,2002.
[4] 王淑娟，齐名.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2009.
[5] 陈大钦.电子技术基础实验[M].高等教育出版社,2009.
附录附录1 总原理图与PCB图。