高频设计方案报告.doc

五邑大学

高频电子线路课程设计报告

题 目：调频(FM)发射机制作

院 系 信息工程学院
专 业 通信工程
学 号
学生姓名
指引教师

摘要

调频发射机作为一种简朴通信工具，由于它不需要中转站和地面互换机站支持，就可以进行有效移动通信，因而深受人们欢迎。当前它广泛生产 保安 野外工程等领域等小距离移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率震荡调制电路。
核心字：调频发射机;调频；高频放大；功率放大；调频发射机：三极管9018；电容；电感；天线。

1、课程设计目
1.培养学生依照需要选学参照书，查阅手册，图表和文献资料自学能力，通过独立思考﹑进一步钻研关于问题，学会自己分析解决问题办法。
2. 运用所学过知识，通过设计计算﹑元件选用﹑电路板制作调试等环节，初步掌握工程设计技能。
3.掌握惯用仪表对的用法，学会简朴电路实验调试和整机指标测试办法，使学生巩固和加深对数字逻辑电路理论知识，锻炼学生动手能力。
4.理解与课程关于电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书技术规定，编写设计阐明，能对的反映设计和实验成果，能对的绘制电路图。
5.培养严谨工作作风和科学态度，使学生逐渐建立对的生产观点，经济观点和全局观点。

1.1设计规定和意义
设计规定：
1)查阅调频发射机基本原理资料；
2)选取合理方案，设计调频发射机电路；
3)制作PCB电路板(须标注学号)，焊接元器件；
4)用收音机完毕作品调试；
5)工作频率88~108MHz，辐射距离不不大于3米，电源电压5~12V。
6)扩展功能：工作频率点可调节。
设计意义：
本次课程设计使咱们更好地理解调频无线话筒原理，也会增长咱们摸索无线电兴趣，使咱们明白实践和理论结合需要多加练习，从而结识到自己局限性，在后来学习中加强实践。
2、方案论证与设计
2.1调频方式选取
实现调频办法诸多，大体可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是调频信号电压直接去控制自激振荡器振荡频率，变容二极管调频便属于此类（本课程设计采用变化电感方式来变化振荡频率）。间接调频则是运用频率和相位之间关系，将调制信号进行恰当解决后，再对高频振荡进行调相，以达到调频目。两种调频法各有优缺陷。直接调频稳定性差，但得到频偏大，线路简朴，故应用广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大频偏。考虑到电路复杂度故采用直接调频方案。
直接调频最常用有变容二极管调频，使用VCO实现变容二极管直接调频。许多中小功率调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频办法，这种办法电路简朴、性能良好、副波少、维修以便，是一种较先进频率调制方案。
此外一种更为简朴直接调频办法是用三极管直接调频。原理是三极管构成共基极超高频振荡器，基极与集电极电压随基极输入音频信号变化而变化，从而变化高频振荡频率，最后实现频率调制。
由于采用变容二级管调频，对高频轭流圈参数规定比较苛刻。这样会使设电路变得困难。因而采用三极管直接调制办法，这样不但可以实现FM调频，且使电路变得非常简洁。
2.2设计原理
2．2．1频率调制原理（FM）
用调制信号去控制高频载波频率称为调频（FM）。调频信号时域分析：
设高频载波为
（1）
为简朴起见，假设调制信号为单音，其表达式为
（2）
调频定义为高频载波瞬时频率随低频调制信号变化规律而变化，则有
（3）
kf是由电路决定常数。载频wc，它是没有受调制时载波频率。最大频偏Dwm=kfVWm，它表达瞬时频率对载频wc最大偏移，它是瞬时频率摆动幅度。电路决定后，它仅取决于调制信号幅度大小，而与调制信号频率无关。调制频率W，它表达了受调制信号瞬时频率变化快慢，普通满足W<<wc和Dwm<<wc。
由于瞬时角频率w（t）与瞬时相位F（t）关系为
（4）
调频波相位变化规律为
（5）
其中调频波相位变化与调制信号积提成反比，最大相移为Djm=Dwm/W，它不但与调制信号幅度关于，并且反比于调制信号频率。因而，调频波表达式为
（6）
定义最大相移Djm为调频指数mf，即
（7）
因而调频波又可写为
（8）
依照调频波定义，调频波瞬时频率与调制信号成正比。它瞬时相位与调制信号积提成正比，由此可以得到两种产生调频波办法。一是直接调频法，见图1（a）所示，用调制信号直接控制振荡器频率，使振荡频率跟随调制信号变化。二是间接调频法，见图1（b）所示，将调制信号积分值去控制调相电路，使调相电路输出相位与控制信号成正比，由于频率是相位微分，因而输出信号vo（t）频率与调制信号vW（t）成正比，从而实现了调频。

振荡器
调频波
调制信号vW(t)
晶体振荡器
调相器
积分器
Vcmcoswct
vo(t)
vW(t)
(a)直接调频法
(b)间接调频法

图1 产生调频波办法
2．2．2电路设计原理
一方面电阻R1和话筒MIC构成了一种分压器，当对着话筒MIC说话时，声音信号就转换为电信号进入三极管VT1b极，涉及三极管VT1在内阴影框中器件形成了一种振荡器（其可以产生高频载波信号），与此同步，三极管VT1还是调制器，负责把低频有用信号（话筒MIC输出信号）与高频载波进行“嫁接”——FM调频，最后形成了一种可以反映说话声音FM信号从天线E1发射出去。天线E1使用是一根长度为25cm,直径约为1mm导线。
电容C3和电感L1构成储能电路形成振荡器。电感器L1可用直径约为1mm带绝缘皮导线在直径为1cm塑料骨架上绕5匝制成。调节电感器L1匝距或匝数可影响电感从而变化无线话筒发射频率。通过调节电感器L1和电容C3，就可使用普通调频收音机寻找无线话筒发射出来信号，该信号是一种FM信号，通过收音机解调就可以还原出声音。

图2 调频（FM）发射机原理图
3、FM调频话筒电路设计
①无线话筒设计指标
为了能过用FM收音机进行接受，设计指标中频波频率设定为88MHz—108MHz。电源为5v。
②话筒和AF放大器
话筒采用普通双引脚驻极体话筒。这种话筒内置FET阻抗变化器。输出端与电源间接4.7KΩ电阻（负载电阻），可以得到mV级输出电压。
③FM调制电路构成
如前所述，FM调制电路运用可变电感来控制振荡频率。振荡电路晶体管Q1采用fT=700MHz高频放大晶体管S9018（也可以使用fT在400MHz以上其她型号晶体管）。
表1列出了S9018参数。发射极电流用R1设定在0.4mA（≈（5V-0.6V）/4.7kΩ）。

图2 管脚与封装

表1 S9018特性
（a）最大额定值（Ta=25oC）

参数名称
符号
额定值
集电极—基极间电压
VCBO
30V
集电极—发射极间电压
VCEO
15V
发射极—基极间电压
VEBO
5V
集电极电流
IC
50mA
集电极损耗
PC
400mW
结区温度
Tj
150℃
保存温度
Tstg
-55~150℃
（b）电学特性（Ta=25oC）
参数名称
符号
测试条件
最小
原则
最大
单位
集电极截止电流
ICBO
VCB=12V，IE=0
—
—
0.05
μA
直流电流放大倍数
hFE 注
VCE=5V，IC=1mA
28
—
100
—
集电极—发射极饱和电压
VCE(sat)
IC=10mA，IB=1mA
—
—
0.5
V
集电极—基极击穿电压
BVCBO
IC=100μA，IE=0
30
—
—
V
集电极—发射极击穿电压
BVCEO
IC=1mA，IB=0
15
—
—
V
发射极—基极击穿电压
BVEBO
IE=100μA，IC=0
5
—
—
V
输出电容
Cob
VCB=10V，IE=0，f=1MHz
—
1.3
1.7
pF
特性频率
fT
VCE=5V，IC=5mA
700
1100
—
MHz
注：hFE分类 F：54~80，G：72~108，H：97—146，I：132—198。
④振荡电路构成
振荡电路中使用线圈是把直径1mm漆包线绕成圈径为1cm、5匝空心线圈，照片1是这里使用线圈。这个线圈电感值是169nH左右。
图3是共振电路某些电路图。因此电路振荡频率fC（也就是载波频率）为

式中C=33pF，电感L=169Nh,因此求得fc

fc=2.13MHz
实际电路中，可以通过变化电感L匝数和匝距变化fc范畴，从而可以实当前88MHz—108MHz频率之间。

图3 振荡器
照片1 自制线圈 （C=33pF,L为线圈）
（自制线圈，直径1mm漆包线，5圈，圈径10mm）

⑤RF放大器构成
RF放大器中使用晶体管Q1是 fT=700MHz高频放大晶体管S9018。放大器是发射极接地形式，把发射极直接接地以提高放大倍数。
如图4所示，集电极负载多采用LC调谐电路，具备频率特性。在这个电路中为了减少元件数目和调节点采用了电阻负载。并且，为了不减少集电极电阻R2与Q1输出电容、布线电容所构成低通滤波器截止频率，对R2取较小值。这里取R2=220W。

图4 调谐电路

⑥天线
对于天线来说，只须设立一根电线（线状天线）。普通天线长度设定为电波波长1/2（为了在天线上产生驻波）。如果载波频率为68MHz，那么波长l为：
λ=c/f≈3x108m/s/

式中，c是电波速度（=光速）。因此天线长度为2.2m。
但是，这个电路中如果接2.2m天线话，会发射很强电波，有也许超过电波法所规定范畴。本课程设计选取25cm。

PCB原理图：

PCB图样
4、FM调频话筒调试记录
第一次调试：
焊接完所有器件后，一方面检查电路，检查各某些电压，看与否短路、断路。确认后接入5v电源，放上音乐，戴上收音机机，准备接受。从88MHz到108MHz收音频率中无法接受到所放音乐。再次检查电路，发现铜线没有去除保护膜，于是重新刷膜焊接，初步调试完毕。
第二次调试：
通过仔细调制可以接受到信号，但杂音太多，也许是干扰过多而导致，因此这次调节一下匝距，想把频率调节在少杂音频率段。因此继续调重复多次，终于可以调到可以清晰收到音乐。接着试一下能不能在3米外收到信号，发现不可以收到，想了想也许是天线问题，于是变化了天线弯曲方式，发现可以在3米外接受到信号，本次调试完毕。
5、课程设计体会
通过这次课程设计，加强了咱们动手、思考和解决问题能力。课程设计和平时作业题是有区别，作业题是为了加深对课堂所讲知识理解，它内容较窄、训练第一，且是通过抽象加工后给出抱负化条件，因而有唯一答案，而课程设计是实际电路装置，它涉及知识面广，需要综合运用所学知识，它普通没有固定答案、需要从实际出发、通过调查研究，查寻资料、计算等环节，才干得到一种较抱负电路，更重要是，它不光是停留在理论设计和书面答案上，而要做出符合设计规定实际电路。因此说，课程设计是一门知识应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强课程。
我在做课程设计同步也是对课本知识巩固和加强，由于课本上知识太多，平时学习并不能较好理解和运用各个元件功能，并且考试内容有限，因此在这次课程设计过程中，我理解了诸多元件功能，并且对于其在电路中使用有了更多结识。查阅了诸多关于资料，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。并且还可以记住诸多东西，例如某些芯片功能。这次设计不但是对咱们所学课本知识一种考察，更是对咱们自学能力和收集资料能力以及动手能力考验。
总体来说，课程设计使咱们受益匪浅，在摸索该如何设计电路是之实现所需功能过程中，培养了我设计思维，增长了实际操作能力，咱们都觉得后来更要加强这方面设计，提高自己能力。通过设计咱们知到课本上知识有了用武之地，这巩固了和深化了自己知识构造。这次课程设计恰恰给了咱们提供了一种应用所学知识机会。

6、参照文献
[1]廖惜春.高频电子线路（第三版）电子工业出版社，
[2]廖惜春.模仿电子技术基本[M].北京:科学出版社，
[3]王颂武  电子创新设计与实践 国防工业大学出版 
[4]高吉祥 高频电子线路 电子工业出版社 
[5]曾兴文 高频电路原理与分析 西安电子科技大学出版社
[6]百度搜索 三极管9018
[7]阳汉昌 高频电子线路实验与课程设计 哈尔滨工业大学出版社
[8]殷庆纵 李福勤 电子线路CAD 北京大学出版社