高频课程设计

湖南工程学院

程 设 计

课程名称 高频电子线路 课题名称 小功率调频发射机

专 业 班 级 学 号 姓 名指导教师

2011年 7 月 7 日

课

湖南工程学院

课 程 设 计 任 务 书

课程名称 通信电子线路课程设计 题 目 小功率调频发射机设计

专业班级 学生姓名 学 号 指导老师

审 批

任务书下达日期： 2011 年 6 月 27 日设计完成日期： 2011 年 7 月 7 日

目录

一、 确定电路组成方案----------------------1 二、单元电路分析---------------------------2

1．调频振荡电路------------------------2 2．缓冲隔离电路------------------------5 3．功率放大级电路----------------------8 三、总电路图------------------------------13 四、设计调试------------------------------14 五、总结----------------------------------14 六、参考文献------------------------------16

一、确定电路组成方案

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，与调幅相比较，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。另一种就是间接调频，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。

所以，通常小功率发射机采用直接调频方式，它的组成框图如下所示。

天线上的发射功率3W

二、单元电路分析

1．调频振荡电路

000PF

z

考虑到变容二极管偏置电路简单起见，采用共基电路。因要求的频偏不大，故采用变容二极管部份接入振荡回路的直接调频方式。C b 为基极高频旁路电容，R1、R2、R3为T1管的偏置电阻。（R1用一电位器代替便于在调试时调节该电路的静态工作点，以改变其输出电压的幅度）采用分压式偏置电路既有

利于工作点稳定，且振荡建立后自给负偏置效应有篮球振荡幅度的稳定。振荡电压经电容C 3耦合加至T2缓冲隔离级。

为减小变容二极管上高频电压的影响，这里采用两只变容管对接的方式。主振部分是电容三点式电路, 两只变容二极管背靠背连接。扼流圈ZL 1和ZL 2对高频呈现较高阻抗，但对低频调制信号呈现较低阻抗；对于直流偏置和调制信号而言，两只变容管相当于并联，所处的偏置点和所受调制状态是一样的，对于高频信号而言，它们是串联的，这就使得加在每只管子上的高频电压幅度下降一半，减弱了高频电压的作用。由于两管同极性端对接，它们对于高频电压的相位处于相反状态，因而防止了高频电压幅度过大时变容二极管对谐振回路的影响在

单个变容管电路中，当出现这种现象

时将使回路Q 值大大下降。此外，还可以削弱高频振荡电压的谐振成分。因为变容管是非线性器件，高频信号必

然产生谐波分量，可能引起交叉调制干扰。现在，两管高频信号反相，某些谐波成分就可以抵消了。可是，两管串联后总电容要减半，所以调制灵敏度有所降低。

计算主振回路元件值。谐振频率f =(2，C Q ∑

是回路静态总电容。加上调频电路后，回路总电容

f =

12πLC Q Ξ

=88MHz

取C Q ∑

≈32PF

∴L =0. 1μH

为方便实验时对中心频率进行调试这里用一个可调电感。

C C ∙1C JQ

C Q ∑=C 0+ C C +JQ

2应有C 0=

C 1C 2

>>

C 1+C 2

C C ∙1C JQ

C C +C JQ

2

由于这里采用的是两只变容管对接，所以：

P =

C C

C C +C JQ

2

一般接入系数P

∆C ∑=P 2⎛ 1⎫⎝2∆C J ⎪⎭

这里用型号为2CC1C 的变容管 取V Q =-4V

根据变容管特性曲线得：

C jQ =75PF

k C = ∆ C j ∆ V = 12 . 5

pF/v U Ωm=1v

所以△C J =12.5 /2=6.25pF/v

∴C 0

=24PF

为满足振荡器的幅度平衡条件 取C 1=40PF

C 2=60PF

2．缓冲隔离电路

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频率稳定度，或者波形失真或输出电压较小，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路。 调节射极电阻RE2, 从而改变射极跟随器输入阻抗, 如果忽略晶体管基极电

阻rbb ’的影响, 则射极输出器的输入电阻Ri 为Ri=RB

输出电阻:

R0=(RE1+RE2)/ro 式中ro 很小, 所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源, 电压放大倍数Av 为

g m R 'L

A V =

1+g m R 'L

一般情况下,gmR L’>>1,所以缓冲隔离级电路具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似等于1的特点。如下图缓冲隔离级电路：

晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点。一般取

1

V CEQ =V CC ,

2

I CQ =(3-10)m A

对于上述电路 取VCEQ=13 ， ICQ=8mA 则

V EQ

=1.6K RE1+RP1=I CQ

取RE1=0.6K、RP1=1K， V i

=P i R i =1. 47v

为减小射极跟随器对前级振荡器的影响，耦合电容Ｃ8不能太大，一般取C2为0.01uF 左右。

3．功率放大级电路

5Ω

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，如果求整机效率较高，则应采取丙类功率放大器，若整机效率要求不高，如小于50% 波形失真较小时，则可以采用甲类功率放大器。 丙类谐振功率放大器的效率与功率

功率放大器是依据激励信号放大电路对电流的控制，起到把集电极电源直流功率变换成负载回路的交流

功率的作用。在同样的直流功率作用条件下，转换的功率越高，输出的交流功率越大。

集电极基波电压的振幅

V C 1m =I C 1m R P

集电极电源V 0提供的直流功率：

P D =I CO U CC

式中I C0为余弦脉冲的直流分量。电流脉冲ic 经傅里叶级数分解，可得到峰值Icm 与分解系数a n (θ) 的关系式

I C0=I cm α(θc )

I Cm =I C 11(θ)

式中，I CM 为余弦脉冲的最大值；α（为余弦脉冲0θC ）的直流分解系数。

θc =arc cos

U BB +U' BB

U bm

式中，U' BB 为晶体管的导通电压；V BB 为晶体管的基极偏置；V bm 为功率放大器的激励电压振幅。

集电极输出基波功率：

11

P O =U C 1m I C 1m =I C 1m 2R L

22

式中U C 为回路两端的基频电压，I C1为余弦电流脉冲基频电流，R L 为回路的谐振阻抗。 集电极效率：

1

U C 1m I C 1m

U C 1m I C 1m R L 12ε==η==εγ V CC V CC V CC I CO 2

式中，ε为集电极电压利用系数；γ为余弦脉冲的基波分解系数与直流分解系数之比。

功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高的输出效率和高效率，通常θC =60o ～80o 。 丙类放大器的负载特性

欠压状态：在欠压区至临界点 的范围内，放大器的输出电压U C 随负载电阻R L 的增大而增大，而电流Ｉcmax 、

I C1、I C0基本不变，输出电流的振幅基本上不随U CC 变化

而变化，故输出功率基本不变。

(VCC -U ces ) 2

R P =

2P 0

临界状态：负载线和U b 正好相交于临界线的拐点。放大器工作在

临界状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。其对应的最佳负载电阻值，用R P 表示，即：

当R P 变小时，放大器处于欠压工作状态，如C 点所示。集电极输出电流较大，集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。R P 变大时，放大器处于过压工作状态，如B 点所示。集电极电压虽然较大，但集电极电流凹陷，因此输出功率较低，但较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。

L 欠压

过压 L 设计谐振功率放大器为临界工作状态的条件是：

V CC -U cm =Uces 。

式中，U cm 为集电极输出电压幅度；V CC 为电源电压；

U ces 为晶体管饱和压降。

过压状态：放大器的负载较大，在过压区，随着负载R L 的加大，I c 1要下降，因此放大器的输出功率和效率也要减小。输出电流的振幅将随V CC 的减小而下降，故输出功率也随之下降

其负载特性如图谐振功率放大器的负载特性。

三、总电路图

5Ω

四、设计调试

整机电路的设计计算顺序从末级单元电路开始，向前逐级进行。而电路的装调顺序从前级单元电路开始，向后逐级进行。电路的调试顺序为先分级调试单元电路的静态工作点，测量其性能参数；然后再逐级进行联调，直到整机调试；最后进行整机技术指标测试。由于功放运用的是折现分析方法，其理论计算为近似值。此外单元电路的设计计算没有考虑实际电路中分布参数的影响，级间的相互影响，所以电路的实际工作状态与理论工作状态相差较大，因而元件参数在整机调整过程中，修改比较大，这是高频整机调试中需要特别注意的，

五、总结

参 考 文 献

5、 《无线接收发射应用集成电路手册》 赵负图 化学工业出版社

6、 《晶体管收音机手册》 上海科学技术出版社 7、 《接收机系统设计》 美。J 。E 斯蒂芬. 宇航出版社

《电子技术基础实验》 陈大钦. 高等教育出版社 4、《电子线路》 罗杰 谢自美. 电子工业出版社 5、《高频电子线路》 高吉祥. 电子工业出版社 6《无线电发射机》 L. 葛利 R. 格拉汉姆. 人民邮电出版社

附录4：电气信息学院课程设计评分表

指导教师签名：________________

日 期：________________